Đường kính của vũ trụ quan sát được của tôi là 90 tỷ ly được đo trong khoảng cách thích hợp. Nhưng không phải là một đại lượng tương đối trong lý thuyết tương đối sao? Một người quan sát có thể di chuyển với vận tốc khác với tôi có thể đo đường kính khác nhau cho Vũ trụ quan sát của tôi không?
Câu trả lời:
Nếu người quan sát luôn di chuyển ở tốc độ cao, thì có, anh ấy sẽ đo một giá trị khác với bạn. Nhưng nếu anh ấy / anh ấy tăng tốc lên tốc độ cao ngay bây giờ, bạn sẽ nhận được kết quả tương tự.
Lý do là bán kính của Vũ trụ quan sát được xác định là ánh sáng khoảng cách đã có thời gian di chuyển kể từ Vụ nổ lớn, và điều đó không phụ thuộc vào vận tốc tức thời của bạn.
Tuy nhiên, nếu một người quan sát bắt đầu di chuyển, giả sử, gấp 0,866 lần tốc độ ánh sáng khi Vũ trụ được sinh ra, thì trong khung tham chiếu của người quan sát đó, Vũ trụ sẽ chỉ là 1/2 tuổi được đo bởi bạn, tức là 6,9 Gyr. Ở tuổi này, bán kính của Vũ trụ quan sát được chỉ là ~ 39 Gly, tức là ~ 0,8 lần giá trị hiện tại.
Lưu ý rằng để kết quả này chính xác, người quan sát sẽ phải tăng tốc từ từ. Lý do là trong một vũ trụ đang mở rộng, một vận tốc "kỳ dị" nhất định. vật chất xung quanh sẽ giảm dần, bởi vì hệ tọa độ hài hòa mở rộng với Vũ trụ. Chẳng hạn, một người quan sát bắt đầu với tại thời điểm nền vi sóng vũ trụ được giải phóng 380.000 năm sau Vụ nổ lớn, sẽ chỉ di chuyển với tốc độ 80 km / giây nếu họ không tiếp tục tăng tốc.
Nếu người quan sát thông minh, có lẽ anh ta sẽ nhận ra rằng anh ta đã không sống trong một vũ trụ bất đối xứng, nơi mọi vật chất dường như quay cuồng với tốc độ ánh sáng, nhưng đúng hơn là Vũ trụ khá đẳng hướng, nhưng Anh ấy đã bằng cách nào đó có được một tốc độ cao với sự lặp lại với mọi thứ khác. Sau đó có thể suy ra thời đại "thực sự" của Vũ trụ.
Người quan sát sẽ thấy gì nếu họ di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng? Họ sẽ thấy khoảng cách dọc theo hướng chuyển động có vẻ ngắn hơn, nhưng vuông góc với khoảng cách hướng đó sẽ xuất hiện bình thường (nghĩa là giống như người quan sát trong khung không chuyển động). " Không di chuyển ", bạn nói một cách giận dữ. "Tất cả các chuyển động là tương đối. Làm thế nào có thể có một khung không chuyển động?" Chà, có một khung đặc biệt liên quan đến giá trị trung bình của tất cả khối lượng trong vũ trụ nhìn thấy được và trong khung này, Bức xạ nền vi sóng đồng nhất trên tất cả các hướng trên bầu trời. Đây là khung không chuyển động tự nhiên (và không quay) để thực hiện vũ trụ học gọi là khung comoving.
Bây giờ trở lại khung di chuyển. Ở đó, người ta quan sát tất cả các thiên hà gần đó theo hướng chuyển động khi bị dịch chuyển và tất cả các thiên hà gần đó phía sau như bị dịch chuyển đỏ. Do đó, Định luật của Hubble sẽ là một chức năng của định hướng và sẽ khá phức tạp trừ khi người ta thực hiện tất cả các chỉnh sửa tương đối phù hợp. Nếu các nhà quan sát không biết thuyết tương đối, và chỉ cần tiếp tục và chỉ cần sửa Định luật Hubble theo các vận tốc đo được và các phép đo khoảng cách độc lập vận tốc, họ sẽ kết luận rằng vũ trụ có hình dạng như một ellipsoid (quá ngắn theo 1 hướng và đúng theo hướng khác 2 hướng, từ quan điểm của chúng tôi). Nhưng, trên thực tế, đối với họ, đó thực sự là hình dạng đó và họ thực sự có thể di chuyển nhanh hơn giữa các ngôi sao và thiên hà theo hướng 1 so với chúng ta có thể (ít nhất là theo hướng thuận của chúng). Tất nhiên,
Họ cũng sẽ quan sát một Nền vi sóng ấm hơn một chút theo một hướng và lạnh hơn ở hướng ngược lại và 2,7K trong vòng tròn giữa các hướng này. Nếu họ biết thuyết tương đối, họ sẽ hiểu tại sao lại như vậy và tại sao mật độ của các thiên hà lại cao hơn ở một chiều và tại sao Định luật của Hubble lại phức tạp đến vậy. Nhưng vâng, vũ trụ của họ sẽ, theo một nghĩa thực tế, nhỏ hơn (trong một chiều) so với chúng ta.
Tất cả các thiên hà đều có một số chuyển động trong khung comoving và điều này được gọi là vận tốc kỳ dị. Dải Ngân hà đang bị kéo về phía thiên hà Andromeda với tốc độ khoảng 50 km / giây và toàn bộ Nhóm Địa phương được kéo về phía Cụm Xử Nữ (trung tâm của Siêu đám địa phương) với tốc độ 100 - 200 km / giây. Các thiên hà trong Cụm Xử Nữ có độ phân tán vận tốc 700 km / s, do đó một số di chuyển với tốc độ gấp đôi. Và một khu vực rộng lớn xung quanh đang di chuyển với tốc độ ~ 500 km / giây do các siêu đám ở khoảng cách lớn. Nhưng, vì những vận tốc kỳ dị này có xu hướng tăng thêm dưới 2.000 km / giây, không có chủng tộc ngoài hành tinh nào sẽ ở tốc độ tương đối trừ khi chúng ở trong một con tàu vũ trụ của chính họ.
Một vấn đề nữa. Theo thang thời gian của một tỷ năm hoặc vài năm, khung di chuyển này sẽ di chuyển đến một vị trí trong không gian đang di chuyển với vận tốc tương tự và do đó chúng sẽ hợp nhất với khung không di chuyển (nhưng mở rộng). Vì vậy, dần dần vũ trụ bắt buộc của họ đang biến thành một hình cầu, trừ khi họ có một phương tiện để liên tục tăng tốc.