科技日?qǐng)?bào)記者?孫明源

近日，澳大利亞悉尼大學(xué)發(fā)表的一篇研究論文顯示，通過對(duì)宇宙中被稱為類星體的古老天體的觀察，科研人員發(fā)現(xiàn)距離宇宙誕生后大約10億年的最早的類星體，其運(yùn)行速度似乎比今天的類星體慢，是目前的1/5。這是人們有史以來觀測(cè)到的最早的宇宙學(xué)時(shí)間膨脹。

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“宇宙早期時(shí)間流逝更慢”是誤解

類星體是一些星系中心的物體，由一個(gè)超大質(zhì)量黑洞組成，黑洞周圍是一個(gè)噴出高能粒子的熱等離子體盤。人類看到的最早的天體出現(xiàn)在大爆炸后6億年。

所謂的“時(shí)間膨脹”是否意味著宇宙早期時(shí)間流逝更慢，而從宇宙誕生以來，時(shí)間的流動(dòng)速度一直在變快呢？中國科學(xué)院大學(xué)理論物理學(xué)博士研究生、知乎2022年度新知答主王清揚(yáng)告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這種理解是錯(cuò)誤的。人類觀測(cè)到光的頻率在下降，是宇宙膨脹帶來的紅移效應(yīng)，并不代表時(shí)間真的在加速流逝。

“時(shí)間隨著宇宙膨脹不斷加速，是近年來在網(wǎng)絡(luò)上流傳甚廣的一種錯(cuò)誤理解?！蓖跚鍝P(yáng)說。

宇宙膨脹指的是宇宙誕生以來，范圍尺度不斷隨時(shí)間擴(kuò)大的現(xiàn)象。它意味著宇宙中任意相距遙遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間的距離都會(huì)隨時(shí)間擴(kuò)大。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致在宇宙空間中傳播的光的波長(zhǎng)隨時(shí)間拉長(zhǎng)。

假如宇宙的尺度經(jīng)過一段時(shí)間膨脹成了原先的兩倍，那么對(duì)于一束在宇宙中傳播的光來說，它的波長(zhǎng)也會(huì)被拉長(zhǎng)為原先的兩倍。由于電磁波的頻率與波長(zhǎng)成反比，所以上述現(xiàn)象相當(dāng)于光的頻率降低為原先的1/2。從人類的觀察結(jié)果來看，就是“時(shí)間變慢了1/2”。

王清揚(yáng)介紹，電磁波譜中頻率較低的一端被稱為紅端，因此光隨宇宙膨脹頻率降低的現(xiàn)象被稱為“宇宙學(xué)紅移”。

同理，不是只有光的頻率會(huì)有這種紅移效應(yīng)，宇宙中其他事件的頻率也會(huì)有這種效應(yīng)。

王清揚(yáng)舉例說，假如在幾十億年前，在宇宙的尺度只有現(xiàn)在的一半的時(shí)候，有一個(gè)天體以每秒一次的頻率發(fā)射信號(hào)，那么宇宙膨脹至今，現(xiàn)在時(shí)刻人類接收到信號(hào)的頻率就是兩秒一次。這看起來就像是早期宇宙的時(shí)間比現(xiàn)在慢一樣。

來自過去的畫面被“慢速播放”

“但這只是‘看起來’而已，在宇宙演化的任何一個(gè)時(shí)期時(shí)間流逝的速度其實(shí)都是一致的。看起來變慢只是因?yàn)橛钪娴某叨扰蛎浝L(zhǎng)了兩個(gè)信號(hào)的間距，使得下一個(gè)信號(hào)延遲了一段時(shí)間到達(dá)我們這里，并不是說信號(hào)發(fā)出時(shí)的時(shí)間流逝比現(xiàn)在慢?！蓖跚鍝P(yáng)解釋說。

悉尼大學(xué)發(fā)表的論文亦對(duì)190個(gè)類星體的數(shù)據(jù)按照紅移程度進(jìn)行了分組。研究人員指出，來自遙遠(yuǎn)物體的光被拉伸出更長(zhǎng)的波長(zhǎng)、更低的頻率。從觀測(cè)端看來，就像是與現(xiàn)在發(fā)生的相同事件相比，遙遠(yuǎn)的宇宙事件似乎開展得更慢。

然而，這并不是說早期宇宙是慢動(dòng)作的，幾十億年來如果有人生活，他們也會(huì)看到時(shí)間的正常演變。

“在一定情況下，時(shí)間流逝真的會(huì)變慢，例如在黑洞等大質(zhì)量天體周圍。”王清揚(yáng)介紹，如果人們?cè)谔柛浇乓粔K表，就會(huì)看到它走得要比地球附近的表慢。這種情況才是真正的時(shí)間變慢。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，在強(qiáng)引力場(chǎng)中，相對(duì)于弱引力場(chǎng)而言，時(shí)間的流逝速度會(huì)變慢。

“對(duì)觀察結(jié)果的片面解讀，或是對(duì)科學(xué)名詞望文生義的理解，都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的說法流傳。我們應(yīng)該認(rèn)清，宇宙里的時(shí)間并沒有在加速運(yùn)行。只是我們觀察到的來自過去的畫面，由于宇宙的不斷膨脹被‘慢速播放’了而已?！蓖跚鍝P(yáng)說。

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