由於時間膨脹效應 早期宇宙時間變慢五倍

由於速度對時間的流逝有一種特殊的效應，宇宙在嬰兒時期時間會過得特別慢。最近的一項研究顯示，是時間的膨脹造成了看起來時間放慢的效果。

澳洲悉尼大學的天體物理學家傑蘭特‧劉易斯（Geraint Lewis）和奧克蘭大學的統計學家布倫登‧布魯爾（Brendon Brewer）通過研究宇宙中類星體星系的亮度漲落，首次在早期宇宙中發現了這種現象。

他們發現，由於宇宙加速膨脹，我們看到這些亮度漲落的發生速度比在我們附近發生的速度慢五倍。

這是我們所見過的最遙遠的時間膨脹，這解決了幾個問題。它表明類星體在跨越了巨大時空鴻溝之後與時間膨脹效應仍然是相符的，這意味著它們不僅符合宇宙學的標準模型，而且我們可在研究其行為時考慮到時間膨脹。

「回顧宇宙誕生後剛剛超過10億年的時候，我們發現那時的時間流動速度似乎慢了五倍。」劉易斯解釋道。

「如果你身處於當時的新生宇宙中，一秒感覺就像一秒——但從我們10億年後今天的位置來看，那個早期的時間似乎被拉長了。」

宇宙中的空間和時間是密不可分的，儘管這在日常生活中並不明顯。隨著空間的膨脹，來自更遠距離的光會被延伸，光源越遠，波長就變得越長、越紅。

這就是所謂多普勒（Doppler）效應，在地球上也能體驗到這個效應。想像一下，當救護車駛離您時，救護車警報聲似乎拉長了。在這個比喻中，救護車變成了一個遙遠的星系，而光就是警報聲。從源頭來看，其發射是正常的，但從我們的角度來看，它變得完全拉長了。

類似的事情應該而且也確實發生在時間上，正如我們從半個宇宙之外的超新星爆炸中所觀察到的那樣。

時間流逝對我們來說很正常。對於就近觀看超新星爆炸的人來說，時間似乎也正常。但由於兩點之間的相對速度，對我們來說，超新星爆炸似乎以慢動作發生。

據預測，早期宇宙中的類星體應該表現出類似的效果，但它們與超新星是不同類型的物體。類星體是那些中心有一個活躍的超大質量黑洞的星系。黑洞吞噬周圍物質的過程會產生大量的光，伴隨著湍流而閃爍。

劉易斯說：「超新星的行為就像一道閃光，使其更容易研究，而類星體則更加複雜，就像一場正在進行的煙花表演。我們所做的就是解鎖這場煙花表演，表明類星體也可以用作早期宇宙的時間標記。」

劉易斯和布魯爾研究了24.5至121.7億年前（大爆炸發生在138億年前）的190個類星體樣本，並在二十年的時間內獲取了一系列波長的數據。兩人對每個類星體進行了大約二百次觀測，從而得以詳細重建其亮度漲落。

此前，科學家們認為類星體的變化並沒有表現出時間膨脹帶來的影響，但樣本很小，而且觀察的時間週期也短得多。通過大幅增加類星體的數量和觀測持續的時間，兩位研究者發現，與更近期的類星體相比，老的類星體確實出現了「慢動作」閃爍。

「早期研究讓人們質疑類星體是否屬於真正的宇宙物體，甚或宇宙膨脹的想法是否正確。」劉易斯說。「然而，通過這些新的數據和分析，我們已能聽到類星體難以捉摸的時鐘滴答聲，其行為正如愛因斯坦相對論所預測的那樣。」◇

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