视界与因果结构

宇宙的有限年龄和膨胀限制了光传播的距离，从而产生了宇宙学视界，这些视界限定了哪些区域能够影响观察者或被观察者看到。

Definition

宇宙学视界是膨胀宇宙中因果接触的限制：粒子视界是光自宇宙开端以来能够到达观察者的最大距离，而事件视界是未来光线能够到达观察者的事件的最大距离。

Scope

本主题涵盖了粒子视界（由光自宇宙开端以来传播的距离所设定的可观测宇宙的边界）、宇宙事件视界（限制了我们在加速膨胀宇宙中能够观测到的事件）、哈勃半径、膨胀的罗伯逊-沃克时空的因果结构，以及促使宇宙暴胀理论产生的视界问题。

Core questions

• 在任何给定时间，可观测宇宙的大小是由什么决定的？
• 粒子视界和事件视界有何不同？
• 宇宙微波背景的均匀性为何会带来视界问题？

Key concepts

• 粒子视界
• 事件视界
• 哈勃半径
• 可观测宇宙
• 因果接触
• 视界问题

Key theories

粒子视界和事件视界

通过对光在膨胀历史中的路径进行积分，可以定义粒子视界（当前可观测宇宙的边缘），以及在加速膨胀的宇宙中，一个事件视界（未来事件永远无法被看到），两者都因宇宙的有限年龄和膨胀而有限。

视界问题

在复合时期，天空区域之间如果相距超过粒子视界，则无法交换信号，然而宇宙微波背景在这些区域中却是均匀的，这是一个宇宙暴胀理论被引入以解决的难题。

Clinical relevance

视界定义了宇宙学能够观测到的范围，并提出了深层次的难题：粒子视界限定了所有宇宙学测量中使用的可观测宇宙，而视界问题和相关的平坦性问题是早期宇宙暴胀范式的主要动因。

History

Rindler于1956年阐明并命名了不同的宇宙学视界；它们所揭示的视界问题，即因果不连通区域为何共享相同温度，成为了Guth于1981年提出宇宙暴胀理论时的核心动因，该理论旨在为这些区域提供共同的因果过去。

Key figures

• Wolfgang Rindler
• Alan Guth
• Georges Lemaitre

Seminal works

• rindler1956
• weinberg2008

Frequently asked questions

可观测宇宙与整个宇宙是同一个概念吗？

不是。可观测宇宙由粒子视界限定，即光能传播到我们的最远距离；宇宙几乎肯定远远超出了这个范围，甚至可能是无限的，但这些区域迄今为止对我们来说是因果不可及的。

什么是视界问题，暴胀理论如何解决它？

在标准膨胀模型下，天空相距遥远的部分尽管从未有过因果接触，却具有相同的温度；暴胀理论提出，在早期宇宙曾有一个短暂的加速膨胀时期，使这些区域预先处于因果接触中，从而解释了它们的均匀性。