Gyakran hallanak asztrofizikusok és kozmológusok kijelentései, miszerint az Univerzum rendkívül távoli régiói távolulnak tőlünk, mint a fénysebesség. De mit jelent pontosan ez? Ez azt jelenti, hogy vannak olyan tárgyak az univerzumban, amelyek meghaladhatják az egyik legalapvetőbb értéket.
A speciális relativitáselmélet legalapvetõbb törvénye egyidõben vezette Einsteint a fizika legnagyobb áttörésû gondolatának megvalósításához - hogy semmi sem mozoghat gyorsabban, mint a fény. A vákuumban lévő tömeg nélküli részecskék a fénysebességgel mozognak, míg minden más - egy részecske, amelynek tömege valahol van, vagy egy közegben egy tömeg nélküli részecske - mindig lassabban fog mozogni, mint a fénysebesség. De amikor az univerzum kibővül, gyakran felmerülnek a gondolatok, hogy ez gyorsabban megy végbe, mint a fény sebessége. Próbáljuk kitalálni, hogy ez így van-e.
A világegyetem, ahogyan azt ma látjuk, körülbelül 13,8 milliárd éve van a forró Nagyrobbanás óta. De ha azt kérdezi, milyen messze tudunk nézni bármely irányba, akkor a válasz nem 13,8 milliárd fényév, hanem sokkal több. Ha gondolkodik, elképzelheti, hogy a távolság kétszer olyan nagy: ha egy fényt kibocsátó tárgy 13,8 milliárd fényév volt 13,8 milliárd évvel ezelőtt a "mi" -től, akkor valószínűleg fényt bocsátott ki, távolodva tőlünk - talán még a fényhez közeli sebességgel is. Ha egy fényes objektum ilyen hosszú ideig létezett volna, és folyamatosan távolodott tőlünk 299,792 kilométer / másodperc sebességgel, akkor a fény csak most érne el hozzánk, bár maga a tárgy már 27,6 milliárd évvel lenne tőlünk. Mindez ésszerűnek hangzik, de a nem túl jó feltételezéshez vezethet minket, hogy maga a tér statikus.
A tér, amelyben élünk, nem statikus - tágul. Ezen túlmenően a távoli múltban és az összes "közbenső" korszakban mérhetjük a jelenlegi terjeszkedés mértékét. Kiderül, hogy egy olyan tárgy fénye, amely csak a nagy robbanás idején volt 168 méterre tőled (oké, 10-33 másodperccel a nagy robbanás után), csak ma, 13,8 milliárd évvel később érne el hozzánk, hihetetlen utazás és irreális mértékű nyújtás után, és maga az objektum most 46,1 milliárd évvel lenne tőlünk.
Az univerzum evolúciója a nagy robbanás pillanatától kezdve, a szokásos kozmológiai modell szerint.
„Aha! felkiált. "Tehát a tér gyorsabban bővült, mint a fény sebessége!"
Nem? Annak érdekében, hogy valami a fénynél gyorsabban mozogjon, sebességgel kell rendelkeznie: valami, amely például kilométer / másodpercben mérhető. De az univerzum nem így bővül.
Éppen ellenkezőleg, a távolság egységenként növekszik. Ezt általában kilométerenként másodpercenként per megaparsec-ben mérik, ahol a megaparsec körülbelül 3,26 millió fényév. Ha a tágulási sebesség 70 km / s / Mpc, ez azt jelenti, hogy egy tőlünk 10 Mpc-es objektum átlagosan 700 km / s sebességgel elmozdul szemléletünkről, 200 Mpc - 14 000 km / s sebességgel és 5000 Mpc-es objektum esetén úgy tűnik, hogy 350 ezer km / s sebességgel elmozdul.
Promóciós videó:
Ugyanakkor ebből következik, hogy egyes tárgyak gyorsabban mozognak, mint a fény? Térjünk vissza Einstein különleges valószínűségéhez, és gondolkodjunk azon, hogy mit értünk, amikor azt mondjuk, hogy semmi sem haladhat gyorsabban, mint a fény. Ez azt jelenti, hogy ha két objektuma van ugyanabban a tér-idő eseményben - ugyanabban a térben egyidejűleg foglalkozik -, akkor nem mozoghatnak egymáshoz képest gyorsabban, mint a fénysebesség. Még ha egyikük észak felé is mozog a fénysebesség 99% -án, a másik ugyanolyan sebességgel dél felé halad, akkor a sebességük nem lesz a fénysebesség egymáshoz viszonyított arányának 198% -a, hanem a fénysebesség 99,995% -ának felel meg. Nem számít, milyen gyorsan mozog mindegyik, soha nem haladja meg a fénysebességet egymáshoz képest.
A megfigyelhető világegyetem szempontjából minden irányba 46 milliárd fényév lehet, de határozottan vannak olyan régiók kívül, amelyeket nem tudunk megfigyelni. A 46 milliárd fényév csak a határ a megfigyelésünk számára.
Ezért hívják relativitáselméletnek: méri a két tárgy közötti relatív mozgást, ugyanabban a térben és az időben. De az ilyen típusú relativitáselmélet - a speciális relativitáselmélet - meghatározza a szabályokat a nem táguló térben. Az általános relativitáselmélet újabb réteget ad hozzá ehhez: az a tény, hogy maga a tér is bővül. Ha megmérjük a rendes anyag, a sötét anyag, a sötét energia, a neutrinók, a sugárzás és más dolgok mennyiségét a mai világegyetemben, valamint azt, hogy a világegyetem különböző távolságaitól érkező fény miért tér el a vörös spektrumba a tágulás eredményeként, újra kinyerhetjük, hogy milyen volt a világegyetem a múlt bármelyik pillanatában.
Amikor az univerzum körülbelül 10 ezer éves volt, megfigyelhető része már 10 millió fényév volt. Amikor csak egy éves volt, a megfigyelhető világegyetem 100 000 fényév volt. Amikor csak egy másodperce volt, már tíz fényév volt. Igen, úgy hangzik, mintha gyorsabban bővül, mint a fény. De egyetlen részecske sem mozdult el a fénynél gyorsabban egy másik részecskéhez viszonyítva, amellyel kölcsönhatásba lépett.
Minél távolabbi a galaxis, annál gyorsabban távolul el tőlünk és annál inkább elmozdul a fény a vörös spektrumba, arra kényszerítve minket, hogy egyre hosszabb hullámokra nézzünk. Egy bizonyos távolságon túl a galaxisok elérhetetlenné válnak még a fénysebességgel is.
Éppen ellenkezőleg, a részecskék közötti tér kibővült, amelynek során a távolság nőtt, és ebben a térben a sugárzási hullámhossz meghosszabbodott. Ez sok milliárd évig folytatódott a kozmikus történelem alatt és folytatódik ma is. Annak ellenére, hogy soha nem érhetünk el objektumokat 15,6 milliárd évvel ezelõtt, még akkor is, ha a fénysebességgel haladunk (ami definíció szerint lehetetlen), nem azért, mert a fénynél gyorsabban elmozdulnak, hanem azért, mert a különféle pontok közötti tér tovább bővül.
A fő elvitel az, hogy a tér nem egy adott sebességgel, hanem egy bizonyos sebességgel bővül: távolságonkénti sebességgel. Ennek eredményeként minél távolabb van a megtekintett tárgy, annál jobban befolyásolja a tágulás közted távolságát. Minél távolabb van egy objektum tőled, annál vörösesebben jelenik meg, és minél gyorsabban elmozdul az Ön szempontjából. De gyorsabb, mint a fény? Ennek méréséhez ugyanabban a területen kell lennie. Semmi sem mozog gyorsabban, mint a fény a helyedhez viszonyítva, és ezt bármikor meg lehet mondani a világegyetem bármely helyéről. A tér kiterjed, de nem gyorsabban, mint a fény, ráadásul ennek a kiterjesztésnek nincs sebessége.
Vladimir Guillen