用平直光锥的分析宇宙的视界.pdfVIP

第 l8卷第4期 邢 台学 院 学报 VDo1．18．No．4 2003年 l2月 ee．2003 用平直光锥分析宇宙的视界 尹世 忠 (邢台学院物理系，河北邢台 054001) 摘 要：引入保形时间，利用平直光锥分析了宇宙模型的粒子视界和事件视界是否存在的问题，所得结果与文献 2【] 的相 同。 关键词：保形时间；粒子视界；事件视界 中国分类号 ：04 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—4658．(2003}04—0078—03 宇宙的视界是宇宙学中的一个重要概念，不同的宇宙 图一中观察者的世界线正是我们的太阳系，在 t=tO 模型有不同的宇宙视界。1956年Rindler把宇宙的视界分 的现在时刻，我们能看到的所有星系的世界线都与我们的 为粒子视界和事件视界两种…。各种宇宙模型的视界存 过去光锥相交，而那些不与我们的过去光锥相交的世界线 r J一 所代表的星系都是我们不能看到的。由于所有的恒星都 在与否可以根据光信号径向传播方程 J — = √1一kr 发光 lO亿年，所以我们能够看到的最远距离为lO亿光年， r ． ． ． lO亿光年之外的星系最初发的光，现在还没能到达我们这 J：i【l，来进行计算和分析 ¨引。本文利用平直光锥来 里，所以我们不能看到它们，从而以观察者为中心，以lO亿 分析各种宇宙模型的视界，显得更加方便。 光年为半径的球面，就是现在 tO时刻的粒子视界。在该球 1．静态宇宙中的宇宙视界 面以外的所有星系都是看不到的。图一中M星系的世界 为了方便我们暂时不考虑宇宙的膨胀，而假想我们生 线就是现在tO时刻的粒子视界。 活在一个牛顿的静态宇宙中，其间分布着一些恒星。在静 态宇宙中时空平直，光线沿直线传播，我们采用普通的时 tl时捌的牲干穗不 空坐标讨论，则两个事件的时空间隔为 ds2=c2dl2一(dx2+dv2+ )=c2ch2一(Ⅱ2 tl 其中 =dx2+ + 为空间间隔。对于光线传播 M tD r(空间) 来说， =O，若取自然单位制c：l，则有。所有恒星的世 to时II的牡干蔫眷 界线都相互平行，并且观察者的光锥为直光锥。为了简单 我们还可以假设这些恒星是在 10亿年以前同时形成的，并 O 同时开始发光，这样的宇宙由具有共同起点的恒星的世界 图二 t-时刻的粒子视界 线所组成，如图一所示。 在稍后的时刻t：tl(例如：l1亿年)，我们的光锥向后退 行了1亿光年，由图二可知粒子视界也由M星系退到了N 星系。由此我们可以看出，粒子视界是在以光速向着背离 f(空同l 我们的方向退去，从而可观测宇宙也在以光速而膨胀。 牲干税鼻