Často môžete počuť výroky astrofyzikov a kozmológov, že extrémne vzdialené oblasti vesmíru sa od nás vzdialia rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Čo to však presne znamená? Znamená to, že vo vesmíre sú predmety, ktoré môžu prekročiť jednu z najzákladnejších veličín.
Najzákladnejší zákon špeciálnej relativity naraz priviedol Einsteina k realizácii najlomovejšej myšlienky vo fyzike - že nič sa nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo. Bezhmotné častice vo vákuu sa pohybujú rýchlosťou svetla, zatiaľ čo všetko ostatné - častice s hmotnosťou niekde alebo bezhmotné častice v médiu - sa budú vždy pohybovať pomalšie ako rýchlosť svetla. Ale keď príde na expanziu vesmíru, často vznikajú myšlienky, že sa to deje rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Pokúsme sa zistiť, či je to tak.
Vesmír, ako ho dnes vidíme, existuje už asi 13,8 miliárd rokov od horúceho Veľkého tresku. Ale ak sa pýtate, ako ďaleko sa môžeme pozrieť akýmkoľvek smerom, odpoveď nie je 13,8 miliárd svetelných rokov, ale oveľa viac. Ak o tom premýšľate, dokážete si predstaviť vzdialenosť dvojnásobnú: ak objekt vyžarujúci svetlo bol pred 13,8 miliardami svetelných rokov pred 13,8 miliardami rokov od „nás“, potom s najväčšou pravdepodobnosťou vyžaroval svetlo, ktoré sa od nás vzdialilo - možno dokonca aj pri rýchlosti blízkej svetlu. Keby existoval jasný objekt tak dlho a neustále by sa od nás vzdialil rýchlosťou 299 792 kilometrov za sekundu, jeho svetlo by sa k nám dostalo až teraz, hoci samotný objekt by bol už od nás 27,6 miliárd rokov. To všetko znie rozumne, ale môže nás to viesť k nie tak dobrému predpokladu, že samotný priestor je statický.
Priestor, v ktorom žijeme, nie je statický - rozširuje sa. Okrem toho môžeme zmerať súčasnú mieru expanzie tak, ako tomu bolo v dávnej minulosti a vo všetkých „stredných“obdobiach. Ukazuje sa, že svetlo objektu, ktorý bol len 168 metrov od nás v čase Veľkého tresku (v poriadku 10 až 33 sekúnd po Veľkom tresku), by sa k nám dostalo až dnes, o 13,8 miliárd rokov neskôr, po neuveriteľnom cestovaní a neskutočnom stupni rozťahovania a Samotný objekt by bol teraz od nás 46,1 miliárd rokov.
Vývoj vesmíru od okamihu Veľkého tresku podľa štandardného kozmologického modelu.
Aha! voláš. „Priestor sa teda rozšíril rýchlejšie ako rýchlosť svetla!“
Nieje to? Aby sa niečo pohybovalo rýchlejšie ako svetlo, musí mať rýchlosť: niečo, čo je možné merať napríklad kilometre za sekundu. Ale tak sa vesmír nerozširuje.
Naopak, rozširuje sa rýchlosťou na jednotku vzdialenosti. Zvyčajne sa meria ako kilometre za sekundu na megaparsec, kde megaparsec je asi 3,26 milióna svetelných rokov. Ak je expanzná rýchlosť 70 km / s / Mpc, znamená to, že v priemere sa objekt, ktorý sa nachádza 10 Mpc, od nás pohybuje rýchlosťou 700 km / s, z nášho pohľadu rýchlosťou 200 Mpc - 14 000 km / s a pri V prípade objektu s výškou 5 000 Mpc sa nám zdá, že sa pohybuje rýchlosťou 350 000 km / s.
Propagačné video:
Z toho však vyplýva, že niektoré objekty sa pohybujú rýchlejšie ako svetlo? Vráťme sa k Einsteinovej špeciálnej pravdepodobnosti a zamyslime sa nad tým, čo máme na mysli, keď hovoríme, že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo. To znamená, že ak máte dva objekty v rovnakom časopriestore - ktoré zaberajú rovnaký priestor v rovnakom čase - potom sa nemôžu navzájom pohybovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Aj keď sa jeden z nich pohybuje na sever rýchlosťou 99% rýchlosti svetla a druhý sa pohybuje rovnakou rýchlosťou na juh, ich rýchlosť nebude predstavovať 198% rýchlosti svetla vo vzťahu k sebe, ale bude sa rovnať 99,995% rýchlosti svetla. Bez ohľadu na to, ako rýchlo sa každý z nich pohybuje, nikdy neprekročia relatívnu rýchlosť svetla.
Z nášho pohľadu môže byť pozorovateľný vesmír až 46 miliárd svetelných rokov vo všetkých smeroch, ale mimo neho sú určite oblasti, ktoré nemôžeme pozorovať. 46 miliárd svetelných rokov je iba limitom nášho pozorovania.
Preto sa nazýva relativita: meria relatívny pohyb medzi dvoma objektmi v rovnakom bode v priestore a čase. Ale tento druh relativity - Špeciálna relativita - určuje pravidlá vo vašej oblasti nerozširujúceho sa priestoru. Všeobecná relativita k tomu pridáva ďalšiu vrstvu: skutočnosť, že samotný priestor sa rozširuje. Meraním množstva obyčajnej hmoty, temnej hmoty, temnej energie, neutrín, žiarenia a ďalších vecí v dnešnom vesmíre, ako aj toho, ako sa svetlo, ktoré sa k nám dostáva z rôznych vzdialeností vo vesmíre, v dôsledku expanzie posunie na červené spektrum, môžeme obnoviť, aké veľké je bol vesmír kedykoľvek v minulosti.
Keď mal vesmír okolo 10 000 rokov, jeho pozorovateľná časť už bola cez 10 miliónov svetelných rokov. Keď mala iba jeden rok, pozorovateľný vesmír mal 100 000 svetelných rokov. Keď bola iba jedna sekunda, mala už 10 svetelných rokov. Áno, všetko znie, akoby sa rozširovalo rýchlejšie ako svetlo. V žiadnom okamihu sa však žiadna častica nepohybovala rýchlejšie ako svetlo vo vzťahu k inej častici, s ktorou interagovala.
Čím ďalej je galaxia, tým rýchlejšie sa od nás vzdiali a tým viac sa jej svetlo posúva do červeného spektra, čo nás núti pozerať sa na stále dlhšie vlny. Za určitú vzdialenosť sa galaxie nedajú dosiahnuť ani pri rýchlosti svetla.
Naopak, samotný priestor medzi časticami sa rozšíril, v priebehu ktorého sa zväčšila vzdialenosť medzi nimi a vlnová dĺžka žiarenia v tomto priestore sa natiahla. Počas kozmickej histórie to trvalo mnoho miliárd rokov a pokračuje to dodnes. Aj keď nikdy nemôžeme dosiahnuť žiadne objekty pred 15,6 miliardami rokov, aj keď sa pohybujeme rýchlosťou svetla (čo je podľa definície nemožné), nie je to tak preto, že sa pohybujú rýchlejšie ako svetlo, ale pretože priestor medzi rôznymi bodmi sa neustále rozširuje.
Hlavným dôvodom je skutočnosť, že priestor sa pri žiadnej konkrétnej rýchlosti nerozťahuje, ale skôr určitým tempom: rýchlosťou na jednotku vzdialenosti. Výsledkom je, že čím ďalej je objekt, na ktorý sa pozeráte, tým väčšie rozšírenie ovplyvní vzdialenosť medzi vami. Čím ďalej je objekt od vás, tým je červenší a tým rýchlejšie sa bude vzdialiť od vášho pohľadu. Ale je to rýchlejšie ako svetlo? Aby ste to mohli zmerať, musíte byť v rovnakej oblasti. Vo vzťahu k vašej polohe sa nič nepohybuje rýchlejšie ako svetlo, a to sa dá povedať o akomkoľvek mieste vo vesmíre kedykoľvek. Priestor sa rozširuje, ale nie rýchlejšie ako svetlo, navyše toto rozšírenie nemá rýchlosť.
Vladimir Guillen