Često možete čuti izjave astrofizičara i kozmologa da se ekstremno udaljena područja Svemira udaljavaju od nas brže od brzine svjetlosti. Ali što to točno znači? Znače li to da u svemiru postoje predmeti koji mogu premašiti jednu od najosnovnijih vrijednosti.
Najosnovniji zakon posebne relativnosti u jednom trenutku doveo je Einsteina do realizacije najprobojnije ideje u fizici - da se ništa ne može kretati brže od svjetlosti. Bezmasne čestice u vakuumu kreću se brzinom svjetlosti, dok će se sve ostalo - čestica s nekom masom ili čestica bez mase u mediju - uvijek kretati sporije od brzine svjetlosti. Ali kad je u pitanju širenje Svemira, često se pojavljuju misli da se to događa brže od brzine svjetlosti. Pokušajmo shvatiti je li to tako.
Svemir kakav danas vidimo traje oko 13,8 milijardi godina od vrućeg Velikog praska. Ali ako pitate koliko možemo gledati u bilo kojem smjeru, odgovor nije 13,8 milijardi svjetlosnih godina, već puno više. Ako razmislite, možete zamisliti udaljenost dvostruko veću: ako je objekt koji emitira svjetlost prije 13,8 milijardi svjetlosnih godina 13,8 milijardi godina od „nas“, onda je najvjerojatnije emitirao svjetlost, odmičući se od nas - možda čak i brzinom bliskom svjetlu. Kad bi svijetli objekt postojao tako dugo i neprestano se udaljavao od nas brzinom od 299.792 kilometra u sekundi, njegova bi svjetlost stigla tek sada do nas, iako bi sam objekt već bio 27.6 milijardi godina od nas. To sve zvuči razumno, ali može nas dovesti do ne baš dobre pretpostavke da je sam prostor statičan.
Prostor u kojem živimo nije statičan - on se širi. Štoviše, možemo mjeriti trenutnu brzinu širenja kakva je bila u dalekoj prošlosti i kao što je bila u svim "srednjim" erama. Ispada da bi svjetlost predmeta koja je bila udaljena samo 168 metara od nas u vrijeme Velikog praska (u redu, 10-33 sekundi nakon Velikog praska) došla tek danas, 13,8 milijardi godina kasnije, nakon nevjerojatnog putovanja i nestvarnog stupnja istezanja, sam objekt bi bio udaljen 46,1 milijardu godina od nas.
Evolucija svemira od trenutka Velikog praska, prema standardnom kozmološkom modelu.
„Aha! vičeš. "Dakle, prostor se proširio brže od brzine svjetlosti!"
Nije li? Samo da bi se nešto kretalo brže od svjetlosti, mora imati brzinu: nešto što se može mjeriti, na primjer, kilometrima u sekundi. Ali tako se svemir širi.
Naprotiv, širi se brzinom po jedinici udaljenosti. Obično se mjeri kao kilometri u sekundi po megaparseku, gdje megaparsec iznosi oko 3,26 milijuna svjetlosnih godina. Ako je brzina širenja 70 km / s / Mpc, to znači da se u prosjeku objekt koji se nalazi 10 Mpc od nas udaljava brzinom od 700 km / s sa našeg gledišta, pri 200 Mpc - 14 000 km / s, a na U slučaju objekta od 5000 Mpc činiće nam se da se odmiče brzinom od 350 tisuća km / s.
Promotivni video:
Međutim, slijedi li iz toga da se neki predmeti kreću brže od svjetlosti? Vratimo se Einsteinovoj posebnoj vjerojatnosti i razmislimo o tome što mislimo kad kažemo da ništa ne može putovati brže od svjetlosti. To znači da ako imate dva objekta u istom prostorno-vremenskom događaju - koji zauzimaju isti prostor u isto vrijeme - oni se ne mogu pomicati jedan prema drugom brže od brzine svjetlosti. Čak i ako se jedan od njih kreće prema sjeveru sa 99% brzine svjetlosti, a drugi se kreće istom brzinom prema jugu, njihova brzina neće biti 198% brzine svjetlosti jedna u odnosu na drugu, već će biti jednaka 99,995% brzine svjetlosti. Bez obzira koliko se brzo svako od njih kreće, nikada neće premašiti brzinu svjetlosti u odnosu jedan na drugog.
Svemir koji se može promatrati može biti sa naše točke gledišta 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima, ali definitivno postoje regije izvan njega koje ne možemo promatrati. 46 milijardi svjetlosnih godina samo je granica za naše promatranje.
Zbog toga se naziva relativnost: mjeri relativno kretanje između dva objekta u istoj točki u prostoru i vremenu. Ali ova vrsta relativnosti - Posebna relativnost - postavlja pravila u vašem prostoru prostora koji se ne širi. Opća relativnost tome dodaje još jedan sloj: činjenica da se sam prostor širi. Mjerenjem količine obične materije, tamne materije, tamne energije, neutrina, zračenja i drugih stvari u današnjem svemiru, kao i kako se svjetlost koja dopire do nas sa različitih udaljenosti u svemiru preusmjerava u crveni spektar kao rezultat širenja, možemo ponovno stvoriti koliko velika bio svemir u bilo kojem trenutku u prošlosti.
Kad je svemir bio star oko 10 tisuća godina, njegov promatrački dio već je bio 10 milijuna svjetlosnih godina. Kad joj je bila samo godina, svemir koji je mogao promatrati bio je širok 100 000 svjetlosnih godina. Kad joj je bila samo jedna sekunda, imala je već 10 svjetlosnih godina. Da, sve zvuči kao da se širi brže od svjetlosti. Ali ni u jednom trenutku se nijedna čestica nije kretala brže od svjetlosti u odnosu na drugu česticu s kojom je međudjelovala.
Što je dalje galaksija, to se brže udaljava od nas i više se svjetlost premješta u crveni spektar, prisiljavajući nas da gledamo sve dulje valove. Dalje od određene udaljenosti galaksije postaju nedostupne čak i brzinom svjetlosti.
Naprotiv, prostor između čestica se proširio, tijekom kojih se udaljenost između njih povećavala, a valna dužina zračenja u tom se prostoru protezala. To je trajalo više milijardi godina tijekom kozmičke povijesti i traje do danas. Iako nikada prije 15,6 milijardi godina ne možemo dostići nijedan objekt, čak i ako se krećemo brzinom svjetlosti (što je po definiciji nemoguće), to nije zato što se odmiču brže od svjetlosti, već zato što se prostor između različitih točaka i dalje širi.
Glavni uzlet je taj da se prostor ne širi nekom određenom brzinom, već određenom brzinom: brzinom po jedinici udaljenosti. Kao rezultat, što je predmet koji gledate dalje, to širenje utječe na udaljenost između vas. Što je predmet udaljeniji od vas, to će se on pojavljivati crveniji i brže će se odmaknuti od vašeg gledišta. Ali je li brže od svjetlosti? Da biste to izmjerili, morate biti na istom području. Ništa se ne kreće brže od svjetlosti u odnosu na vašu lokaciju, a to se može reći o bilo kojem mjestu u svemiru u bilo kojem trenutku. Prostor se širi, ali ne brže od svjetlosti, štoviše, ovo širenje nema brzinu.
Vladimir Guillen