宇宙早期时间只是“看上去”很慢

本文转自：科技日报

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◎本报记者 孙明源

人类观测到光的频率在下降，是宇宙膨胀带来的红移效应，并不代表时间真的在加速流逝。

近日，澳大利亚悉尼大学发表的一篇研究论文显示，通过对宇宙中被称为类星体的古老天体的观察，科研人员发现距离宇宙诞生后大约10亿年的最早的类星体，其运行速度似乎比今天的类星体慢，是目前的1/5。这是人们有史以来观测到的最早的宇宙学时间膨胀。

“宇宙早期时间流逝更慢”是误解

类星体是一些星系中心的物体，由一个超大质量黑洞组成，黑洞周围是一个喷出高能粒子的热等离子体盘。人类看到的最早的天体出现在大爆炸后6亿年。

所谓的“时间膨胀”是否意味着宇宙早期时间流逝更慢，而从宇宙诞生以来，时间的流动速度一直在变快呢？中国科学院大学理论物理学博士研究生、知乎2022年度新知答主王清扬告诉科技日报记者，这种理解是错误的。人类观测到光的频率在下降，是宇宙膨胀带来的红移效应，并不代表时间真的在加速流逝。

“时间随着宇宙膨胀不断加速，是近年来在网络上流传甚广的一种错误理解。”王清扬说。

宇宙膨胀指的是宇宙诞生以来，范围尺度不断随时间扩大的现象。它意味着宇宙中任意相距遥远的两点之间的距离都会随时间扩大。这种现象会导致在宇宙空间中传播的光的波长随时间拉长。

假如宇宙的尺度经过一段时间膨胀成了原先的两倍，那么对于一束在宇宙中传播的光来说，它的波长也会被拉长为原先的两倍。由于电磁波的频率与波长成反比，所以上述现象相当于光的频率降低为原先的1/2。从人类的观察结果来看，就是“时间变慢了1/2”。

王清扬介绍，电磁波谱中频率较低的一端被称为红端，因此光随宇宙膨胀频率降低的现象被称为“宇宙学红移”。

同理，不是只有光的频率会有这种红移效应，宇宙中其他事件的频率也会有这种效应。

王清扬举例说，假如在几十亿年前，在宇宙的尺度只有现在的一半的时候，有一个天体以每秒一次的频率发射信号，那么宇宙膨胀至今，现在时刻人类接收到信号的频率就是两秒一次。这看起来就像是早期宇宙的时间比现在慢一样。

来自过去的画面被“慢速播放”

“但这只是‘看起来’而已，在宇宙演化的任何一个时期时间流逝的速度其实都是一致的。看起来变慢只是因为宇宙的尺度膨胀拉长了两个信号的间距，使得下一个信号延迟了一段时间到达我们这里，并不是说信号发出时的时间流逝比现在慢。”王清扬解释说。

悉尼大学发表的论文亦对190个类星体的数据按照红移程度进行了分组。研究人员指出，来自遥远物体的光被拉伸出更长的波长、更低的频率。从观测端看来，就像是与现在发生的相同事件相比，遥远的宇宙事件似乎开展得更慢。

然而，这并不是说早期宇宙是慢动作的，几十亿年来如果有人生活，他们也会看到时间的正常演变。

“在一定情况下，时间流逝真的会变慢，例如在黑洞等大质量天体周围。”王清扬介绍，如果人们在太阳附近放一块表，就会看到它走得要比地球附近的表慢。这种情况才是真正的时间变慢。根据爱因斯坦的广义相对论，在强引力场中，相对于弱引力场而言，时间的流逝速度会变慢。

“对观察结果的片面解读，或是对科学名词望文生义的理解，都可能导致错误的说法流传。我们应该认清，宇宙里的时间并没有在加速运行。只是我们观察到的来自过去的画面，由于宇宙的不断膨胀被‘慢速播放’了而已。”王清扬说。