Космическое время

Космическое время , или космологическое время , — это временная координата , обычно используемая в моделях Большого взрыва в физической космологии . Эта концепция времени позволяет избежать некоторых проблем, связанных с теорией относительности, поскольку она определяется в рамках решения уравнений общей теории относительности, широко используемых в космологии.

Проблемы с абсолютным временем

Альберта Эйнштейна Специальная теория относительности показала, что одновременность не является абсолютной. Наблюдатель, находящийся на полпути между двумя ударами молнии, может полагать, что они произошли одновременно, в то время как другой наблюдатель, находящийся рядом с одним из ударов молнии, будет утверждать, что он произошел первым, а другой удар последовал за ним. Эта связь пространства и времени, пространство-время Минковского , усложняет научные сравнения времени.

Эйнштейна Однако общая теория относительности предлагает частичное решение. В общей теории относительности пространство-время определяется в зависимости от распределения массы. «Часы», концептуально связанные с массой, обеспечат четкое измерение времени для всех сопутствующих масс. Космическое время основано на этой концепции часов.

Определение

Космическое время $t$- это мера времени с помощью физических часов с нулевой пекулярной скоростью при отсутствии сверх-/недостаточной плотности материи (чтобы предотвратить замедление времени из-за релятивистских эффектов или путаницы, вызванной расширением Вселенной). В отличие от других мер времени, таких как температура, красное смещение, горизонт частиц или горизонт Хаббла, космическое время (похожее и дополняющее сопутствующие координаты) не учитывает расширение Вселенной.

Космическое время - это стандартная временная координата для определения решений Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера уравнений поля Эйнштейна общей теории относительности. Такая временная координата может быть определена для однородной расширяющейся Вселенной так , чтобы Вселенная имела одинаковую плотность повсюду в каждый момент времени (тот факт, что это возможно, означает, что Вселенная по определению однородна). Часы , измеряющие космическое время, должны двигаться вдоль потока Хаббла .

Ориентир

Есть два основных способа установления точки отсчета космического времени.

Время просмотра

Настоящее время можно использовать как космическую точку отсчета, создавая время ретроспективного анализа . Это можно описать с точки зрения времени, которое потребовалось свету, чтобы добраться сюда от удаленного объекта.

Возраст Вселенной

Альтернативно, Большой Взрыв можно использовать в качестве отправной точки для определения $t$как возраст Вселенной , также известный как время, прошедшее после большого взрыва . Современная физическая космология оценивает нынешний возраст в 13,8 миллиардов лет.

The $t=0$не обязательно должно соответствовать физическому событию (например, космологической сингулярности ), а скорее относится к точке, в которой масштабный фактор исчезнет для стандартной космологической модели, такой как ΛCDM . В технических целях такие понятия, как средняя температура Вселенной (в единицах эВ) или горизонт частиц, используются, когда целью исследования является ранняя Вселенная, поскольку понимание взаимодействия между частицами более актуально, чем их временная координата или возраст. .

В математических терминах космическое время в пространстве-времени $M$ является расслоением $t\colon M\to R$. Это расслоение, имеющее параметр $t$, состоит из трехмерных многообразий $S_{t}$.

Связь

Астрономические наблюдения и теоретические модели могут использовать красное смещение как времяподобный параметр. Космическое время и красное смещение z связаны. В случае плоской Вселенной без темной энергии космическое время можно выразить как:

$$t(z)\approx {\frac {2}{3H_{0}{\Omega _{0}}^{1/2}}}z^{-3/2}\ ,\ z\gg 1/\Omega _{0}.$$

Здесь $H_{0}$ Хаббла постоянная и $\Omega _{0}=\rho /\rho _{\text{crit}}$ - отношение параметров плотности плотности Вселенной, $\rho (t)$ до критической плотности $\rho _{c}(t)$ для уравнения Фридмана для плоской Вселенной:

$$\rho _{c}(t)={\frac {3H^{2}(t)}{8\pi G}}$$

Неопределенность значений этих параметров делает зависимыми значения времени, полученные на основе модели измерений красного смещения.

См. также

• Хронология Вселенной
• Космический календарь
• Космологический горизонт