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宇宙背景辐射,哥白尼原理与双生子佯谬

已有 5405 次阅读 2011-5-2 10:21 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记| 双生子佯谬, 宇宙背景辐射, 哥白尼原理

先抄一段,^_^:

“相对性原理是狭义相对论的另一个基本原理,它认为一切惯性系彼此等价,没有任何实验能确定那个更为优越。但是,作为现代宇宙学两个理论基础之一的哥白尼原 理(另一个是广义相对论)却要求,存在着描述宇宙演化的宇宙时标和宇宙空间的标准坐标,典型星系或星系团在其中的分布是均匀各向同性的。宇宙背景辐射和各 向同性的发现等大量观察资料都支持把哥白尼原理作为描述宇宙大尺度行为的基本原理。于是,宇宙时标就是相对优越的时标,它描述着宇宙的演化,而相对于这个 时标的同时性在宇宙演化上具有本质的意义。典型星系或星系团均匀各向同性的空间就是宇宙背景空间,它相当于一个优越的坐标系。可以推知,若在相对于该坐标 系以某一速度运动的参照系上观测星系,就会发现它们的分布不是均匀各向同性的,因此原则上就有可能测出运动坐标系相对于优越背景空间的速度。现在,已有人 测出地球相对于各向同性背景辐射(优越的背景空间)的速度为每秒数百公里,这和地球相对于典型星系或星系团的速度是基本一致的。众所周知,作为整个相对论 物理学根基的狭义相对论,恰恰否定了牛顿的绝对时间和绝对空间,否定了同时性的绝对性。虽然宇宙时标和宇宙背景空间的概念并不是牛顿的绝对时间和绝对空 间,相对于宇宙演化的同时性也不是牛顿意义的同时性的绝对性,但在概念的物理意义上毕竟有可以比拟之处。这表明,狭义相对论的时间、空间概念以及惯性运动 和惯性系的概念,还有相对性原理本身,在宇观尺度上统统不再成立了。这样一来,对于这个宇宙背景空间上的局部引力现象的更精确的描述就应以宇宙学原理为基 础,而不应当以广义相对论为基础。这意味着相对论在宇观尺度范围内必须从根本上加以改造。”

因此,以可观测宇宙为全集,必然可以得到一个宇宙时标 (和宇宙空间的一个标准坐标(这一点尚存疑))。
以这个宇宙时标来对宇宙中的事件进行时间标定,从目前来看,问题在于标定精度不够,但是讨论问题的时候可以选择那些大尺度时间的事件。
例如,在狭义相对论中,有一个著名的双生子佯谬,它基本可以在狭义相对论框架内解决 -- 即 乘坐火箭的那个双生子A回到地球的时候,的确要比留在地球上的那个双生子B年轻。

如果我们用宇宙时标来对这个事件进行计时 - 假设在宇宙时标50亿年的时候,火箭出发,经过100亿年(地球时间)返回地球,根据双生子佯谬的结论,火箭上的计时装置所测量到的时间比地球上相同装置所测量到的时间要短 - 小于100亿年。
然而,根据哥白尼原理,宇宙观察者的地位平等性 -- 无论双生子A 还是双生子B 所测量到的宇宙年龄的时间都应该是相同的(是不是啊?),那么这个“相同”时间,到底是火箭上的那个A 的时间,还是地球上的那个B 的时间?

哥白尼原理和狭义相对论在宇观尺度 的双生子佯谬问题上,是不是出现了矛盾了呢?

解决方案之一,就是要承认,在宇观尺度上,相对性原理需要进行修正(否定的委婉说法)。

解决方案之二,就是否定哥白尼原理。

从目前学界的观点来看,这两种方案都有支持者。

到底哪种方案获胜,需要包括宇宙背景辐射在内的进一步的宇观观测事实的支持。




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