Горизонты и причинная структура

Конечный возраст и расширение Вселенной ограничивают расстояние, на которое мог распространиться свет, создавая космологические горизонты, которые определяют, какие области могли повлиять на наблюдателя или быть им увиденными.

Definition

Космологический горизонт — это предел причинно-следственного контакта в расширяющейся Вселенной: горизонт частиц — это максимальное расстояние, с которого свет мог достичь наблюдателя с самого начала, в то время как горизонт событий — это максимальное расстояние до событий, свет от которых когда-либо достигнет наблюдателя в будущем.

Scope

Эта тема охватывает горизонт частиц, границу наблюдаемой Вселенной, определяемую тем, как далеко распространился свет с самого начала, космический горизонт событий, ограничивающий, какие события мы когда-либо сможем наблюдать в ускоряющейся Вселенной, радиус Хаббла, причинную структуру расширяющихся пространств-времен Робертсона-Уокера и проблему горизонта, которая мотивировала космическую инфляцию.

Core questions

• Что определяет размер наблюдаемой Вселенной в любой данный момент времени?
• Чем отличаются горизонт частиц и горизонт событий?
• Почему однородность космического микроволнового фона создает проблему горизонта?

Key concepts

• Горизонт частиц
• Горизонт событий
• Радиус Хаббла
• Наблюдаемая Вселенная
• Причинно-следственный контакт
• Проблема горизонта

Key theories

Горизонты частиц и событий

Интегрирование пути света по истории расширения определяет горизонт частиц, край текущей наблюдаемой Вселенной, и, в ускоряющейся Вселенной, горизонт событий, за пределами которого будущие события никогда не могут быть увидены, оба конечны из-за конечного возраста и расширения.

Проблема горизонта

Области неба, разделенные расстоянием, превышающим горизонт частиц во время рекомбинации, не могли обмениваться сигналами, однако космический микроволновый фон однороден по всей их площади — загадка, которую космическая инфляция была призвана разрешить.

Clinical relevance

Горизонты определяют, что космология может когда-либо наблюдать, и формируют глубокие загадки: горизонт частиц ограничивает наблюдаемую Вселенную, используемую во всех космологических измерениях, в то время как проблема горизонта и связанная с ней проблема плоскостности являются основными мотивами для инфляционной парадигмы очень ранней Вселенной.

History

Риндлер уточнил и назвал различные космологические горизонты в 1956 году; проблема горизонта, которую они выявили, почему причинно несвязанные области имеют одинаковую температуру, стала центральной мотивацией, когда Гут предложил космическую инфляцию в 1981 году, чтобы дать этим областям общее причинное прошлое.

Key figures

• Wolfgang Rindler
• Alan Guth
• Georges Lemaitre

Seminal works

• rindler1956
• weinberg2008

Frequently asked questions

Наблюдаемая Вселенная — это то же самое, что и вся Вселенная?

Нет. Наблюдаемая Вселенная ограничена горизонтом частиц, самым дальним расстоянием, на которое свет мог дойти до нас; Вселенная почти наверняка простирается далеко за его пределы и может быть бесконечной, но эти области пока причинно недоступны для нас.

Что такое проблема горизонта и как инфляция ее решает?

Широко разделенные части неба имеют одинаковую температуру, несмотря на то, что они никогда не находились в причинно-следственном контакте при стандартном расширении; инфляция предполагает короткую раннюю эпоху ускоренного расширения, которая поместила эти области в причинно-следственный контакт заранее, объясняя их однородность.