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如果人类回应60亿光年外的外星文明,他们收到信号需要多长时间?

首先,人类目前根本没有能力跟遥远的外星文明通信。60亿光年远远超出了银河系的范围,信号传播到那么远的距离将会大幅衰减(平方反比定律),结果变得与背景噪音没有区别。以人类当前的科技,不要说河外星系的外星文明,就连银河系内的外星文明向人类发来信号,我们也难以回应他们。因此,下面的讨论纯粹基于理论角度。

如果宇宙是静态的,那么,我们回应60亿光年外的外星文明,他们将会在60亿年后接收到人类发出的信号。因为信号的载体是电磁波,它们在真空中的传播速度是光速,所以传播60亿光年的距离所需时间就是60亿年。这意味着60亿光年之外的外星文明向地球发出信号之后,他们最快需要等上120亿年的时间才能接收到人类的回复。

但在现实中,宇宙正在膨胀,使得遥远的河外星系离银河系越来越远,所以这个问题会变得比较复杂。在大尺寸下,宇宙的膨胀是非常均匀的,哈勃常数可以衡量宇宙膨胀速率。

这里取哈勃常数为70 (km/s)/Mpc,该常数表示每增加326万光年(1百万秒差距)的距离,河外星系远离银河系的速度就会增加70公里/秒,这意味着60亿光年外的星系目前正以12.9万公里/秒(光速的43%)的速度快速远离银河系。

此外,哈勃常数也并非真正意义上的常数,它会随时间而发生变化,因为宇宙的膨胀速率会随时间而改变。最初在引力的作用下,宇宙在减速膨胀。到了50亿年前,当暗能量占据主导之后,宇宙开始加速膨胀。

如果我们接收到的信号在宇宙中传播了60亿光年,那么,随着宇宙的膨胀,这个信号源目前离银河系的距离将会达到76亿光年,60亿光年只是光行距离。人类在向外星文明发出信号之后,随着时间的推移,外星文明所在的星系远离银河系的速度会越来越快,这使得信号传播到外星文明走过的距离将远超76亿光年。根据弗里德曼方程的计算结果,信号所需的传播距离将会达到106亿光年,所以所需的时间也要达到106亿年,而不是60亿年或者76亿年。因此,外星文明在发出信号之后最快也要166亿年才能等到人类的回复。

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