Ist der kosmische Horizont mit dem Urknall-Ereignis verbunden?

Kurze Antwort: Sie sind unterschiedlich.

Lange Antwort: Es gibt eine Reihe von Feinheiten, die Horizonte in der Kosmologie betreffen. Ich verweise jeden, der an den Details interessiert ist, auf eine Abhandlung von Davis und Lineweaver , auf die ich auf dieser Seite viele Male verwiesen habe. Hier beziehe ich mich nur auf Abbildung 1 dieses Papiers, die unten gezeigt wird. Alle drei Frames sind gleich, wobei die unteren beiden nichtlineare, aber bequeme Neuskalierungen des "normalen" oberen sind. (Wenn Sie mit Raumzeitdiagrammen vertraut sind, ist der untere Rahmen konform zum oberen, sodass sich das Licht auf geraden Linien ausbreitet, die bei sind$45^\circ$im unteren Bereich. In jedem Fall ändern die Neuskalierungen niemals die Struktur, welche Regionen welche anderen umfassen/angrenzen.)

(Diagramme entsprechen der Konkordanzkosmologie von$\Omega_\mathrm{m} = 0.3$,$\Omega_\Lambda = 0.7$, Und$H_0 = 70\ (\mathrm{km}/\mathrm{s})/\mathrm{Mpc})$.)

Es gibt vier verschiedene Oberflächen von Interesse. Am einfachsten zu definieren ist die Hubble-Sphäre , in der die durch das Hubble-Gesetz gegebene Rückzugsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Die Hubble-Sphäre bedeutet jedoch trotz ihrer rätselhaften Definition nicht viel. In der allgemeinen Relativitätstheorie ist es nicht allzu ungewöhnlich, dass richtige Entfernungen schneller wachsen als$c$.

Auch unser vergangener Lichtkegel ist markiert. Dies grenzt den Bereich des Universums ab, der uns heute beeinflussen kann. Das heißt, Ereignisse innerhalb und auf dem Lichtkegel, und nur diese Ereignisse, können ein Photon erzeugen, das wir gerade empfangen. Beachten Sie, dass Sie über die Hubble-Sphäre hinaussehen können – es gibt Ereignisse außerhalb der Hubble-Sphäre, die sich immer noch in unserem vergangenen Lichtkegel befinden. Gleichzeitig gibt es Dinge innerhalb der Hubble-Sphäre, die noch nicht in Sicht gekommen sind. Somit sind weder der Lichtkegel noch die Hubble-Kugel vollständig ineinander eingeschlossen.

Sie könnten auch fragen, von welchen Orten in der Raumzeit wir Informationen erhalten können, vorausgesetzt, wir warten lange genug. Diese Grenze des vergangenen Lichtkegels, wenn wir seine Spitze in Richtung zukünftige Unendlichkeit bewegen, ist der Ereignishorizont . Dies schließt den gesamten Lichtkegel und sein Inneres ein, da alles, was heute gesehen wird, sicherlich irgendwann zwischen heute und der zukünftigen Unendlichkeit gesehen werden kann. Es umfasst auch die gesamte Hubble-Sphäre und ihr Inneres, denn wenn sich etwas nicht gerade schneller als das Licht zurückzieht, werden die von ihm emittierten Photonen schließlich hier ankommen.

Schließlich gibt es noch den Teilchenhorizont . Seien Sie vorsichtig, da verschiedene Autoren leicht unterschiedliche Definitionen verwenden. Stellen Sie es sich hier als eine Funktion der Zeit vor. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist der Teilchenhorizont die Entfernung – zu diesem Zeitpunkt – zum am weitesten entfernten sichtbaren Objekt. Beachten Sie, dass in unserem Universum mit seiner beschleunigten Expansion ein Objekt gerade jetzt außerhalb unseres Ereignishorizonts sein kann – also nicht in der Lage ist, uns jemals mehr zu beeinflussen – während es sich noch innerhalb unseres Teilchenhorizonts befindet, da wir eine ältere Version davon mit Licht sehen können die damals emittiert wurde, als sie sich noch innerhalb unseres Ereignishorizonts befand.

Zusammenfassend sind "was wir sehen können" und "was sich derzeit schneller als das Licht zurückzieht" zwei verschiedene Dinge. Außerdem würde ich davon abraten, spezielle relativistische Dopplereffekte auf GR anzuwenden. Der Hauptzweck des Papiers besteht darin, alle Möglichkeiten aufzuzeigen, wie dies schief geht. Werfen Sie einen Blick auf Anhang B, um eine Liste von Beispielen zu sehen, bei denen Wissenschaftler in diesem Punkt verwirrt waren.

Es ist derselbe Horizont oder zumindest sehr, sehr, sehr nahe. Das (fast) unendlich rotverschobene Licht ist das Licht des Urknalls. Dies ist die "kosmische Hintergrundstrahlung".

Stellen Sie sich das so vor, der Raum dehnt sich gleichmäßig aus, also gibt es einen festen Abstand, der sich immer mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt (der Einfachheit halber unter der Annahme einer konstanten Beschleunigung). Dinge darüber hinaus werden wir nie sehen. Dies ist der erste Ihrer Horizonte.

Aber wann werden wir das Licht direkt hinter diesem Horizont sehen? Am Anfang kriecht das Licht nur auf uns zu, weil sich der Raum fast mit der gleichen Geschwindigkeit wegbewegt, aber irgendwann bewegt es sich schneller auf uns zu. Das Licht wird immer länger in der Nähe des Horizonts bleiben, je näher es ihm kommt, weil die Netto-Anfangsgeschwindigkeit auf uns zu immer geringer wird. Nehmen Sie einen Punkt, der etwas näher am Horizont liegt, und das Licht könnte noch eine Milliarde Jahre lang am Horizont hängen.

Meine Antwort ist also, dass sich der zweite Horizont asymptotisch auf den ersten zubewegt, ihn nie ganz erreicht, aber schon sehr, sehr nahe ist.

Da sich das Universum einer DeSitter-ähnlichen Expansion nähert, wird uns schließlich Licht, das mehr als etwa 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist, niemals erreichen.

Die Lichtentfernung, die wir derzeit empfangen, ist nicht weiter als die Oberfläche der letzten Streuung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und beträgt etwa 30 Milliarden Lichtjahre.