Wiek wszechświata i dylatacja czasu

Biorąc pod uwagę naszą wiedzę i standardowy model kosmologiczny, szacujemy, że wiek wszechświata ma około 13,7 miliarda lat.

Jaki sens ma rozmowa o wieku wszechświata jako całości?

Możemy obserwować dylatację czasu, dzięki czemu wiemy, że czas płynie inaczej dla obserwatorów poruszających się z różnymi prędkościami (specjalna relatywistyczna dylatacja czasu) lub znajdujących się w różnych odległościach od centrów silnych pól grawitacyjnych (jak wyjaśnia ogólna teoria względności). Czy szacowany wiek wszechświata jest własnością wszechświata czy nas jako jego obserwatorów?

Czy inny obserwator postrzegałby wiek wszechświata jako inny? Czy różne części wszechświata mają różny wiek? Czy zasady szczególnej teorii względności mają zastosowanie nawet w przypadku myślenia w skali uniwersalnej?

Odpowiedź brzmi: tak, dylatacja czasu ma wpływ na to, ile czasu obserwator przeżywa od Wielkiego Wybuchu do obecnego (kosmologicznego) czasu.

Jednakże istnieje pewien zestaw specjalnych obserwatorów zwanych towarzyszącymi obserwatorami, są to obserwatorzy, dla których Wszechświat wydaje się izotropowy. Na przykład możemy powiedzieć, że Ziemia porusza się z prędkością około 350 km / s względem pobliskiego obserwatora, mierząc anistropię w kosmicznym tle mikrofalowym (w rzeczywistości powoduje to stosunkowo dużą anistropię, zdjęcia CMB, które widzisz z WMAP, itd. z uwzględnieniem tej anistropii).

Jedną specjalną właściwością obserwatora we Wszechświecie jest to, że maksymalizują wiek Wszechświata, tzn. Żaden inny obserwator nie może doświadczyć więcej czasu od Wielkiego Wybuchu niż obserwator obserwujący (na wypadek, gdyby zapytano, że nie ma obserwatora, który minimalizuje czas od Big Bang). Kiedy mówimy o wieku Wszechświata, mówimy o wieku Wszechświata z punktu widzenia obserwatora.

W modelu standardowym wszechświat wygląda tak samo dla wszystkich lokalizacji poruszających się w lokalnej ramce spoczynkowej. Obejmuje to jego pozorny wiek. Możesz stwierdzić, czy jesteś w lokalnej ramce spoczynkowej, czy ekspansja galaktyk wokół ciebie jest symetryczna we wszystkich kierunkach, a tło mikrofalowe jest takie samo we wszystkich kierunkach. Mówiąc najprościej, każda cywilizacja dowolnej galaktyki w widzialnym wszechświecie mierzyłaby ten sam wiek wszechświata, co my.

Gdyby jednak jakiemukolwiek obiektowi udało się poruszać z niemal prędkością światła w stosunku do jego lokalnych ram spoczynkowych, które zmieniałyby się w sposób ciągły, przez znaczną część wieku wszechświata nastąpiłaby relatywistyczna dylatacja czasu, a obiekt ten byłby nie postarzały się tak bardzo jak reszta wszechświata. Oznacza to, że jeśli na pokładzie byłby zegar, rejestrowałby on mniej czasu, który upłynął. Ponieważ jednak robienie tego wymaga ciągłych przyspieszeń i ogromnej energii, żadne znane nam zjawisko naturalne nie mogło tego doświadczyć.

Jeśli obiekt przyspieszy do prędkości światła, a następnie odetnie silniki, to z powodu ekspansji Hubble'a podróżuje do miejsc, w których w stosunku do nowych lokalnych galaktyk nie zbliża się już do prędkości światła, a zatem do dylatacji czasu jako obserwowani przez lokalnych obserwatorów odpadają. Kosmolodzy zwykle wykonują obliczenia za pomocą współrzędnych rozszerzających, które rozszerzają się w czasie w skali globalnej. W rozszerzaniu współrzędnych efekt ten pojawia się jako fikcyjna siła (wynikająca z transformacji układu współrzędnych), która działa w celu tłumienia prędkości.