De multe ori puteți auzi afirmații ale astrofizicienilor și cosmologilor că regiunile extrem de îndepărtate ale Universului se îndepărtează mai repede de noi decât viteza luminii. Dar ce înseamnă exact acest lucru? Înseamnă că există obiecte în univers care pot depăși una dintre cele mai fundamentale valori.
Cea mai fundamentală lege a relativității speciale la un moment dat l-a determinat pe Einstein la realizarea ideii celei mai descoperitoare în fizică - că nimic nu se poate mișca mai repede decât lumina. Particulele fără masă dintr-un vid se mișcă cu viteza luminii, în timp ce orice altceva - o particulă cu o masă undeva sau o particulă fără masă într-un mediu - se vor mișca întotdeauna mai lent decât viteza luminii. Dar când vine vorba de extinderea Universului, adesea apar gânduri că acest lucru se întâmplă mai repede decât viteza luminii. Să încercăm să ne dăm seama dacă este așa.
Universul așa cum îl vedem astăzi a trecut de aproximativ 13,8 miliarde de ani de la fierbinte Big Bang. Dar dacă vă întrebați cât de departe putem privi în orice direcție, răspunsul nu este de 13,8 miliarde de ani-lumină, ci de multe altele. Dacă vă gândiți, vă puteți imagina o distanță de două ori mai mare: dacă un obiect care emite lumină era de 13,8 miliarde de ani-lumină cu 13,8 miliarde de ani în urmă de „noi”, atunci cel mai probabil a emis lumină, îndepărtându-ne de noi - poate chiar la o viteză apropiată de lumină. Dacă un obiect luminos ar exista atât de mult timp și s-ar îndepărta constant de noi cu o viteză de 299.792 de kilometri pe secundă, lumina lui ar ajunge abia acum, deși obiectul în sine ar fi deja la 27,6 miliarde de ani de la noi. Toate acestea sună rezonabil, dar ne poate conduce la presupunerea nu atât de bună că spațiul în sine este static.
Spațiul în care trăim nu este static - se extinde. Mai mult, putem măsura rata actuală de expansiune așa cum a fost în trecutul îndepărtat și așa cum a fost în toate epocile „intermediare”. Se dovedește că lumina unui obiect care se afla la doar 168 de metri de noi la vremea Big Bang-ului (bine, la 10-33 de secunde după Big Bang) nu va ajunge decât azi, 13,8 miliarde de ani mai târziu, după o călătorie incredibilă și un grad ireal de întindere și obiectul în sine ar fi acum la 46,1 miliarde de ani de la noi.
Evoluția Universului din momentul Big Bang-ului, după modelul cosmologic standard.
"Aha! exclamați "Deci spațiul s-a extins mai repede decât viteza luminii!"
Nu-i asa? Tocmai pentru ca ceva să se miște mai repede decât lumina, trebuie să aibă o viteză: ceva ce poate fi măsurat, de exemplu, kilometri pe secundă. Dar nu așa se extinde universul.
Dimpotrivă, se extinde la o viteză pe distanță unitară. Acesta este de obicei măsurat ca kilometri pe secundă pe megaparsec, unde un megaparsec este de aproximativ 3,26 milioane de ani-lumină. Dacă viteza de expansiune este de 70 km / s / Mpc, aceasta înseamnă că, în medie, un obiect situat la 10 Mpc de noi se îndepărtează cu o viteză de 700 km / s din punctul nostru de vedere, la 200 Mpc - 14.000 km / s, iar la În cazul unui obiect de 5000 Mpc, ni se va părea că se îndepărtează cu o viteză de 350 mii km / s.
Video promotional:
Cu toate acestea, rezultă că unele obiecte se mișcă mai repede decât lumina? Să revenim la Probabilitatea specială a lui Einstein și să ne gândim la ce ne referim atunci când spunem că nimic nu poate călători mai repede decât lumina. Aceasta înseamnă că dacă aveți două obiecte în același eveniment spațiu-timp - care ocupă același spațiu în același timp - atunci nu se pot mișca unul față de celălalt mai repede decât viteza luminii. Chiar dacă unul dintre ei se deplasează spre nord la 99% din viteza luminii, iar celălalt se deplasează cu aceeași viteză spre sud, viteza lor nu va fi de 198% din viteza luminii una față de alta, ci va fi egală cu 99,995% din viteza luminii. Oricât de repede se mișcă fiecare, nu vor depăși niciodată viteza luminii una față de cealaltă.
Universul observabil poate fi de 46 de miliarde de ani-lumină în toate direcțiile din punctul nostru de vedere, dar există cu siguranță regiuni în afara lui, pe care nu le putem observa. 46 de miliarde de ani-lumină este doar limita pentru observația noastră.
De aceea se numește relativitate: măsoară mișcarea relativă între două obiecte în același punct în spațiu și timp. Dar acest tip de relativitate - Relativitate specială - stabilește regulile din zona dvs. de spațiu care nu se extinde. Relativitatea generală adaugă un alt strat la aceasta: faptul că spațiul în sine se extinde. Măsurând cantitatea de materie obișnuită, materie întunecată, energie întunecată, neutrino, radiații și alte lucruri din universul de astăzi, precum și modul în care lumina care ne ajunge de la distanțe diferite în univers este mutată în spectrul roșu ca urmare a expansiunii, putem recrea cât de mare era universul în orice moment al trecutului.
Când universul avea aproximativ 10 mii de ani, porțiunea sa observabilă era deja de 10 milioane de ani-lumină. Când avea doar un an, universul observabil avea 100.000 de ani lumină. Când avea doar o secundă, avea deja 10 ani lumină. Da, se pare că se extinde mai repede decât lumina. Dar la niciun moment în timp, nici o particulă nu s-a mișcat mai repede decât lumina în raport cu o altă particulă cu care a interacționat.
Cu cât galaxia este mai mare, cu atât se îndepărtează mai repede de noi și cu atât lumina ei se schimbă mai mult spre spectrul roșu, forțându-ne să privim la valuri din ce în ce mai lungi. Dincolo de o anumită distanță, galaxiile devin de neatins chiar și cu viteza luminii.
Dimpotrivă, spațiul dintre particule s-a extins, în cadrul căruia distanța dintre ele a crescut, iar lungimea de undă a radiației în acest spațiu a fost întinsă. Aceasta a mers mai multe miliarde de ani în timpul istoriei cosmice și continuă și astăzi. Chiar dacă nu putem ajunge niciodată la obiecte peste 15,6 miliarde de ani în urmă, chiar dacă ne deplasăm cu viteza luminii (ceea ce prin definiție este imposibil), nu se întâmplă pentru că se îndepărtează mai repede decât lumina, ci pentru că spațiul dintre diferite puncte continuă să se extindă.
Ponderea principală este că spațiul nu se extinde la o viteză anume, ci mai degrabă la un anumit ritm: la o viteză pe distanță unitară. Drept urmare, cu cât este mai departe obiectul pe care îl priviți, cu atât expansiunea afectează mai mult distanța dintre voi. Cu cât este mai departe de tine un obiect, cu atât va apărea mai roșu și cu atât mai repede se va îndepărta de punctul tău de vedere. Dar este mai rapid decât lumina? Pentru a măsura acest lucru, trebuie să vă aflați în aceeași zonă. Nimic nu se mișcă mai repede decât lumina în raport cu locația dvs. și acest lucru se poate spune despre orice loc din univers în orice moment. Spațiul se extinde, dar nu mai repede decât lumina, în plus, această expansiune nu are viteză.
Vladimir Guillen
