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類星體“時鐘”顯示：宇宙大爆炸后10億年，時間似乎慢了5倍

時間：2025-12-11 21:39:26 來源：網絡整理編輯：休閑

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觀察到的時鐘時間膨脹是阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論與空間膨脹相結合的結果。“本質上，類星這又是體顯一個‘愛因斯坦又對了’的故事，”悉尼大學的宇宙學家Geraint Lewis告訴Space.com。
奧克蘭大學的Lewis和Brendon Brewer是一篇新論文的合著者，該論文描述了在類星體可變性方面長期尋求的時間膨脹效應的證實。類星體由一個極度活躍的星系中心的吸積超大質量黑洞提供動力。因為黑洞周圍的吸積盤相對較小，類星體發出的光的波動可以在短短幾天內發生。這使他們更容易跟蹤。
然而，自從120億年前的類星體發出光及其波動以來，宇宙已經膨脹了很多。這意味著我們看到的類星體存在于120億年前。
“我們預計類星體也會表現出這種行為，但以前的研究沒有發現它，”劉易斯說。
斯隆數字巡天(SDSS)、Pan-STARRS和暗能量巡天在20多年的時間里觀測到的190個高紅移類星體的新樣本，為Lewis和Brewer提供了最終檢測類星體光可變性中時間膨脹的工具。長時間的觀測加上對類星體波動的望遠鏡靈敏度揭示了時間膨脹效應。根據波動似乎發生得有多慢，這些類星體中的時間似乎比我們在地球參考系中的時間慢五倍。
劉易斯說:“我們可以確定它們可變性的特征，并證明類星體確實在與宇宙合作。”。
需要澄清的是，相對于周圍的一切，時間在這些類星體中并沒有真正慢下來——在它們的參照系中，時間運行正常。愛因斯坦的相對論和他對時間流逝的描述是基于參照系的概念，這些參照系可以通過它們之間的相對速度來區分。
“遙遠星系的運動是由于膨脹的空間，”劉易斯說。假設哈勃常數描述了一個326萬光年的空間每秒鐘膨脹的速度。這是一種增量效應，空間的體積不斷擴大。一個星系離我們越遠，星系和我們之間的空間就越大，星系離我們越遠。
“當光子發射時，相對于我們來說，其中一些類星體的移動速度超過了光速，”劉易斯說。
正如愛因斯坦所展示的，當你接近光速時，奇怪的事情就會發生。這些奇怪的事情之一是時間膨脹。一個靜止在地球上的觀察者會觀察到一個比他們走得更快的時鐘，無論是在宇宙飛船上還是在類星體中，看起來都慢了下來。時鐘走得越快，影響越大。在接近光速的速度下，這種效應非常明顯，導致了諸如孿生佯謬之類的奇特現象。
時間膨脹不僅僅是理論上的。盡管數量很少，但在繞地球運行的衛星上已經觀察到了——全球定位系統必須考慮到這一點。從宇宙學上來說，在60到70億年前爆炸的超新星中已經觀察到了時間膨脹，但是直到現在還沒有在比這更遠的物體中觀察到時間膨脹。
除了是對愛因斯坦相對論的又一次成功測試，在類星體中觀察到的時間膨脹也進一步證明了我們確實生活在一個由于大爆炸而膨脹的宇宙中。如果宇宙沒有膨脹，類星體就不會以相對于我們的相對論速度運動。劉易斯將這些發現描述為“終結了一些已經提出的更極端的想法，包括宇宙學家都錯了，因為之前沒有看到類星體時間膨脹。”
這項研究發表在6月30日的《自然天文學》上。

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