Idade do universo e dilatação do tempo

Dado nosso conhecimento e o modelo cosmológico padrão, estimamos que a idade do universo tenha cerca de 13,7 bilhões de anos.

Qual o sentido de falar sobre a idade do universo como um todo?

Podemos observar a dilatação do tempo para que saibamos que o tempo passa de maneira diferente para os observadores que se deslocam em velocidades diferentes (dilatação relativística especial do tempo) ou localizados a diferentes distâncias dos centros de fortes campos gravitacionais (como explicado pela relatividade geral). A idade estimada do universo é uma propriedade do universo ou de nós como seus observadores?

Um observador diferente perceberia a idade do universo como diferente? Diferentes partes do universo têm idades diferentes? Os princípios da relatividade especial se aplicam mesmo quando se pensa em uma escala universal?

A resposta é sim, a dilatação do tempo afeta quanto tempo um observador experimenta desde o big bang até o tempo presente (cosmológico).

No entanto, há um certo conjunto de observadores especiais chamados observadores de movimento, esses são os observadores para os quais o Universo parece isotrópico. Por exemplo, podemos dizer que a Terra está se movendo a cerca de 350 km / s em relação a um observador próximo, medindo a anistropia no fundo cósmico de microondas (na verdade, causa uma anistropia relativamente grande, as imagens do CMB que você vê no WMAP, etc estão com essa anistropia fatorada).

Uma propriedade especial de um observador em movimento no Universo é que eles maximizam a idade do Universo, ou seja, nenhum outro observador pode passar mais tempo desde o big bang do que um observador em movimento (no caso de você perguntar, não existe um observador que minimize o tempo desde a grande explosão). Quando falamos sobre a idade do Universo, estamos falando sobre a idade do Universo do ponto de vista de um observador em movimento.

No modelo padrão, o universo parece o mesmo para todos os locais que se deslocam no quadro de descanso local. Isso inclui sua idade aparente. Você pode dizer se está no descanso local se a expansão de galáxias ao seu redor é simétrica em todas as direções e o fundo do microondas também é o mesmo em todas as direções. Simplificando, qualquer civilização em qualquer galáxia no universo visível medirá a mesma idade do universo que fazemos.

Se, no entanto, algum objeto conseguisse se mover quase à velocidade da luz em relação às suas estruturas de repouso locais, que teriam mudado continuamente, por uma fração significativa da idade do universo, haveria uma dilatação relativística do tempo e esse objeto ocorreria. não envelheceu tanto quanto o resto do universo. Ou seja, se houvesse um relógio a bordo, ele registraria menos tempo decorrido. No entanto, como fazer isso requer acelerações contínuas e vasta energia, nenhum fenômeno natural que conhecemos poderia ter experimentado isso.

Se um objeto acelera à velocidade da luz e, em seguida, corta seus motores, devido à expansão do Hubble, ele viaja para locais onde, em relação às novas galáxias locais, não está mais chegando perto da velocidade da luz e, portanto, da dilatação do tempo. visto por observadores locais cai. Os cosmólogos costumam usar coordenadas em expansão, que se expandem no tempo com a escala global, para fazer cálculos. Na expansão de coordenadas, esse efeito aparece como uma força fictícia (decorrente da transformação do sistema de coordenadas) que atua para diminuir as velocidades.