上個月有篇新聞不知道大家注意到沒有，說是科學家發現早期宇宙的運行速度（或者說時間流速）比我們現在慢了 5 倍。難道說宇宙一直在加速嗎？

關于“時間流速慢 5 倍”的這個描述，很多人在吃驚的同時會感到困惑：“時間不是用來度量物體運動快慢的么，怎么它本身還有快慢之分？”也有人說：“這我知道，相對論嘛，沒有絕對的時間只有相對的時間，但是…… 宇宙時間的快慢是相對誰來說的呢？”

除此之外還有人給出了一些自己的解釋：“是不是在宇宙剛開始的時候，構成物質的粒子運動很緩慢，以至于包括物理變化、化學反應什么的都變慢了，所以給人的感覺是時間變慢了。”

還有人從廣義相對論的角度來解釋：“因為早期宇宙中的物質都聚集在一起密度很大，所以引力也很大。那時候的宇宙就和《星際穿越》里卡岡圖雅周圍的時空一樣時間膨脹了，所以那時候的時間比我們慢。”

究竟該如何理解早期宇宙比現在慢這件事，以及宇宙的時間究竟是相對于誰的時間？今天我們就來徹底搞清楚這些問題。

為了說清楚宇宙時間的快慢，我們還是先搞清楚后者：宇宙的時間究竟是相對誰來說的。

宇宙時

假如你從宇宙剛誕生沒多久就乘坐一艘近光速的飛船不停地飛，一直飛到現在，那么如今從你的角度來說，宇宙的年齡應該比我們認為的小得多，可能只有 50 億歲。但如果我們以地球為參照系來說，宇宙已經 138 億歲了。

宇宙到底多少歲，就沒個標準答案嗎？

其實由于參照系不同，不管 50 億還是 138 億，這兩種說法其實都是正確的，而且也不矛盾。那我們為什么選擇 138 億歲作為宇宙的年齡呢，僅僅是因為我們生活在地球上嗎？

如果有什么東西能代表整個宇宙，恐怕非宇宙微波背景莫屬了，因為它是始終充斥在宇宙中的一種背景輻射，所以它的時間是最能代表宇宙真實演化的時間。

背景輻射有一個特征，就是均勻且各向同性，不管在哪個方向上，它表現出來的都極為相似。但是當我們相對地球進行高速運動時，這時候你會發現：背景輻射將不再均勻！

由于多普勒效應，在你前進的方向上，它的波長會被壓縮，因此這部分背景會變得更“熱”；而在你遠離的方向上，它的波長會被拉長，因此這部分背景又會變得更“冷”。

只有當我們相對地球靜止不動時，微波背景的那種各向同性的特征才能很好地表現出來，因此可以認為：地球和宇宙微波背景可以放入同一個參照系。

我知道，雖然地球包括太陽系、銀河系，它們在宇宙中也處于相對運動中，但是它們的移動速度相對于光速來說非常慢，所以這里的相對論效應可以忽略。

好了，因為相對于地球靜止的時間就是相對于背景輻射靜止的時間，所以測量宇宙相對于地球的年齡就是測量宇宙相對于背景輻射的年齡，這便是宇宙的“真實”年齡。

其實這里“宇宙的時間”是一種處于共動坐標系中的“宇宙時”。“共動”顧名思義就是“共同變動”，天文上經常說的“共動距離”就是指天體之間不隨宇宙膨脹而增加的那個距離。你可以想象成用于測量長度的尺子它本身會隨空間的膨脹而變長，所以不管你怎么去測，最終的值都會和原來一模一樣。

也就是說，對于宇宙中的任何人來說（不管是地球上的人類，還是幾億光年外的外星人），只要他們把自己看做是隨宇宙在共動，那么今天他們對宇宙年齡的測量結果都不會差太多，都是 138 億年左右。

有人會說：“‘年’這個單位不是根據地球公轉來定的么，外星人哪知道一年是多長。”

拜托，這只是個單位換算問題，你完全可以和外星人約定以銫-133 原子基態中超精細結構躍遷的 9,192,631,770 個周期來定義一秒，從而再乘上個 31,536,000（一年的秒數）來表示一年，這都不是問題。

宇宙學時間膨脹

好了，當你認同了宇宙時，不再糾結宇宙中的時間基準問題，現在我們開始考慮早期宇宙時間變慢的問題。

我們知道，由于光速具有上限，越遠的距離光需要跑地越久。當一組宇宙早期的光子到達我們時，我們看到的畫面其實已經是很久很久以前的了。這也是為什么今天的我們能夠看到宇宙不同時期的各種星系。

由于宇宙膨脹，這些光在飛向我們的過程中，它的波長被不斷拉長，也就是出現了宇宙學紅移。但是它如何對應時間變慢呢？

打個比方，你或許可以這么來想：

波長變長意味著頻率變低了，頻率變低意味著信息的傳輸速率下降了。同樣是傳輸一組信息，原本需要花 1 秒鐘，現在需要 5 秒。假如這組信息原本是播放一個 1 秒鐘的畫面，到了接收者這里，邊收邊播需要 5 秒。倘若接收者不知道這里面緣由的話，當看到全是慢動作的畫面，他有理由懷疑那里的時間或許本就過得很慢。但事實上呢，這段畫面發生時時間確實只過了 1 秒鐘，對于事件的親歷者來說根本不存在“變慢”一說。

所以宇宙并不是在加速，而是那些過去的畫面正在變得越來越慢，這被稱為“宇宙學時間膨脹”。

其實這并不是什么新鮮事，它早就被廣義相對論和標準宇宙學所預言。包括天文觀測上，科學家也早有相應的觀測證據。

比如被當做標準燭光用于測距的 Ia 型超新星，它們不僅擁有相同的最大亮度，同時也有著一致的光度曲線，有著相似的光變周期。

根據剛才說的宇宙早期時間會膨脹（也就是變慢），距離我們越遠的超新星，它的光度變化理應需要更長的時間和周期。通過天文學家的實際觀測，這種時間流逝隨距離增加而變慢的現象確實存在。

但是這個證據仍然不夠有力，因為受限于距離，對超新星的觀測不能讓我們一覽宇宙更早期的情形，所以早期宇宙是否也符合理論預測仍然不能確定。

然而 2023 年 7 月，一篇發表在《自然?天文學》上的文章表示，研究人員通過觀測 190 個遠古時期的類星體，在它們身上也發現了類似超新星的那種時間隨距離變化的趨勢。這也從更大的尺度上再次驗證了廣義相對論以及它所對應的宇宙學時間膨脹。

本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的宇宙早期时间比我们慢 5 倍！？宇宙在加速吗？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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