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询问伊桑第十二号：宇宙中的距离

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这片天空是鲸鱼的星座。在这里，我们观察到一组星系，用于观察年轻星系生长过程中的食物成瘾。每个小点都是一个星系，距大爆炸发生后的三到五十亿年。他们使用VLT和SINFONI工具进行了研究。彩色图显示了星系中气体的运动。蓝气体相对于整个银河朝我们移动，红气体被去除。这些颜色使天​​文学家能够确定星系是像圆盘一样旋转，还是以不同的方式运动。
圣光认为它运动的速度比其他任何事物都快，但这是错误的。无论光线移动的速度有多快，它总是会发现以前那里已经出现了黑暗，并且正在等待它。
-特里·普拉切特

读者问：
当他们说一个物体距离它138亿光年时，是说它到该物体的当前距离，是当该物体发出的光朝我们的方向传播时或该光经过的距离多远？
实际上，由于宇宙的膨胀，这三个选择应该有很大的不同。

我希望每个人都遵循相同的定义。不幸的是，这三个距离实际上是不同的，并不是每个人都使用相同的距离来描述到物体的距离。举个简单的比喻。

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想象一下两个并排的楼梯。您站在一个，您的朋友在另一个。他站得更低，手里拿着一个球。您的朋友以一定的速度向您扔球，花了一定的时间向您移动，如果您知道这两个值，则可以计算出与朋友的距离。假设球以每秒10米的速度飞行，飞行了1秒，您距朋友10米。 （为简单起见，假设重力不作用于球上）。 [大约反。：和空气阻力;但是最好想象一下您站在行人路上，然后重力不会打扰您]。

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现在，我们使任务复杂化，将您和您的朋友放在沿相反方向移动的自动扶梯上-您在上升，每个在下降。假设每个的速度为2.5 m / s。

一切都不是那么简单。

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如果您的朋友以10 m / s的速度掷球，并且您从10米的距离开始，则球将花费1秒钟以上的时间，到达时，彼此之间的距离不会是10米。到球时将需要1.3 s，届时您将处于17米的距离。

如果在球飞向您的那一刻彼此之间的距离为10米，则意味着您从6米的距离开始，球走了0.8 s。

但是，如果球恰好走到路径的1秒处，则意味着掷球时您的距离为8米，而现在您的距离为13米。

为简单起见，我将所有值四舍五入。

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关键是，如果您相距一定距离并且彼此相对移动，那么确定距离就变得不那么容易-它们具有三个不同的值：

  1. 发射物体发送观察者接收到的信号时两个物体之间的距离
  2. 当观察者接收到发送者发出的信号时，两个物体所处的距离。
  3. 信号必须从发送器到接收器传播的距离。


对于静止物体，所有三个值相等，对于运动物体，它们是不同的。宇宙在移动。

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通过重力连接的物体，例如太阳系中的行星，银河系中的恒星和星团中的星系，可以被视为相对于彼此静止不动，大多数星系彼此之间是互不相关的。当我们观察宇宙的遥远边缘时，我们会回顾过去，从远古时代开始，当物体彼此靠近，宇宙膨胀得更快时。与自动扶梯的示例不同，宇宙的膨胀率也会随时间变化。

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今天，我们的宇宙是138亿个正负几千万年。这对远程对象意味着什么？

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考虑当前的记录保持者，即已知星系中距离最远的UDFj-39546284。当我们说距地球134.2亿光年时，意味着什么？

从它发出的光所覆盖的距离。至少对我来说，这是一种指示距离的合理方法。在不断扩展的宇宙中，物体之间的距离更短。当光从辐射物体移动到我们的眼睛时，宇宙继续膨胀。



这对我们的记录持有者意味着什么？

  1. 这个银河系今天发出的光距我们11亿光年。
  2. 当宇宙只有3.8亿年历史时，即今天的2.7％，今天发出的光就已经发出了。
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


而且，尽管您永远都不知道记者或作家的写作距离，但我列出了所有可能的选择。

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通常，使用最后两个选项-灯光行进的距离或当前距离。我们可以假设，如果以光年为单位的距离小于宇宙的年龄，那么他们谈论的是光的传播时间，如果超过，则谈论的是当前的实际距离。

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对于距离较近的物体以及通过重力连接的物体，这些选项之间的差异要小得多，但我仍然希望人们在使用单词时要格外小心。如果每个人都说出他要记住的距离是-发出光时的距离，光的路径或当前到物体的距离，那么混乱就少得多了。

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这就是距离在不断扩大的宇宙中的工作方式。

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