Космологические горизонты и границы наблюдаемой Вселенной
Cosmological horizon
Космологический горизонт: предел видимой Вселенной. Объяснение типов горизонтов, связанных с расширением Вселенной и Большим взрывом. Красное смещение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Горизонт, проявляющийся в космологическом масштабе
Horizon appearing on a cosmological scale
Космологический горизонт – это мера расстояния, с которого теоретически возможно получить информацию. Это наблюдаемое ограничение обусловлено различными свойствами общей теории относительности, расширением Вселенной и физикой космологии Большого взрыва. Космологические горизонты определяют размер и масштаб наблюдаемой Вселенной. В этой статье рассматриваются различные типы таких горизонтов.
A cosmological horizon is a measure of the distance from which one could possibly retrieve information. This observable constraint is due to various properties of general relativity, the expanding universe, and the physics of Big Bang cosmology. Cosmological horizons set the size and scale of the observable universe. This article explains a number of these horizons.
Горизонт будущего
В ускоряющейся Вселенной существуют события, которые станут ненаблюдаемыми, поскольку сигналы от будущих событий будут испытывать красное смещение до произвольно больших длин волн в экспоненциально расширяющемся пространстве де Ситтера. Это устанавливает предел максимального расстояния, которое мы можем увидеть, измеренного в единицах сопутствующего расстояния на сегодняшний день. Или, точнее, существуют события, пространственно удалённые в некоторой системе отсчёта, происходящие одновременно с событием, происходящим прямо сейчас, от которых сигнал никогда не достигнет нас, даже если мы можем наблюдать события, произошедшие в той же точке пространства в далёком прошлом. Мы продолжим получать сигналы из этой точки пространства, даже если будем ждать бесконечно долго, но сигнал, покинувший эту точку сегодня, никогда до нас не дойдёт. Сигналы, приходящие из этой точки, будут обладать всё меньшей энергией и поступать всё реже, пока эта область, по сути, не станет ненаблюдаемой. Во Вселенной, где доминирует тёмная энергия и происходит экспоненциальное расширение масштабного фактора, все объекты, гравитационно несвязанные с Млечным Путём, станут ненаблюдаемыми в футуристической версии Вселенной Каптейна.
In an accelerating universe, there are events which will be unobservable as as signals from future events become redshifted to arbitrarily long wavelengths in the exponentially expanding de Sitter space. This sets a limit on the farthest distance that we can possibly see as measured in units of proper distance today. Or, more precisely, there are events that are spatially separated for a certain frame of reference happening simultaneously with the event occurring right now for which no signal will ever reach us, even though we can observe events that occurred at the same location in space that happened in the distant past. While we will continue to receive signals from this location in space, even if we wait an infinite amount of time, a signal that left from that location today will never reach us. The signals coming from that location will have less and less energy and be less and less frequent until the location, for all practical purposes, becomes unobservable. In a universe that is dominated by dark energy which is undergoing an exponential expansion of the scale factor, all objects that are gravitationally unbound with respect to the Milky Way will become unobservable, in a futuristic version of Kapteyn's universe.
Практические горизонты
Хотя технически "горизонты" в смысле недостижимости для наблюдений из-за релятивистских эффектов или космологических решений не существуют, существуют практические горизонты, такие как оптический горизонт, определяемый поверхностью последнего рассеяния. Это максимальное расстояние, на которое фотон может свободно распространяться. Аналогично, существует "горизонт нейтрино", определяемый максимальным расстоянием, на которое нейтрино может свободно распространяться, и горизонт гравитационных волн, определяемый максимальным расстоянием, на которое гравитационные волны могут свободно распространяться. Последний, как предполагается, позволит непосредственно исследовать завершение космической инфляции.
While not technically "horizons" in the sense of an impossibility for observations due to relativity or cosmological solutions, there are practical horizons which include the optical horizon, set at the surface of last scattering. This is the farthest distance that any photon can freely stream. Similarly, there is a "neutrino horizon" set for the farthest distance a neutrino can freely stream and a gravitational wave horizon at the farthest distance that gravitational waves can freely stream. The latter is predicted to be a direct probe of the end of cosmic inflation.