Hubble 膨胀的局部引力物理学
宇宙学与河外天体物理
2015-01-23 v2 广义相对论与量子宇宙学
摘要
我们研究了 FLRW 流形的 Hubble 膨胀对局部惯性系中空间、时间测量及光传播的物理后果。我们分析了太阳系雷达测距和多普勒跟踪实验以及时间同步问题。FLRW 流形由全局坐标 (t,y^i) 覆盖，其中 t 是与 Hubble 观测者固有时一致的宇宙时。我们借助特殊的共形变换，在 Hubble 观测者世界线附近引入了局部惯性坐标 x^a=(x^0,x^i)。局部惯性度规为 Minkowski 平坦度规，并由相对于局部空间坐标 x^i 静止的静态观测者的类时测地线汇所实现。我们考虑了测试粒子的测地线运动，并注意到沿粒子世界线作为参数选取的局部坐标时 x^0=x^0(t) 是 Hubble 观测者时间 t 的函数。该函数从静止粒子（观测者时钟）的 x^0=t 平滑变化到光子的 x^0=t+1/2 Ht^2，其中 H 为 Hubble 常数。因此，当测试粒子的世界线以时间 t 为参数时，其运动是非均匀的。NASA JPL 轨道确定程序假定光在排除 Shapiro 延迟后相对于时间 t 做均匀运动，但这不符合宇宙学流形上光的非均匀运动。因此，利用轨道确定程序分析的太阳系中光的运动表现为存在频率的系统性蓝移，即地 - 船无线电链路中循环的无线电波。这种异常频率蓝移的量级与 Hubble 常数 H 成正比，这可能为在太阳系无线电波实验中测量这一基本宇宙学参数开辟途径。
引用
@article{arxiv.1407.6667,
title = {Local gravitational physics of the Hubble expansion},
author = {Sergei Kopeikin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1407.6667},
year = {2015}
}
备注
12 pages, no figures, accepted to the European Physics Journal Plus (EPJP). arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1311.4912