Pogosto lahko slišite izjave astrofizikov in kozmologov, da se izredno oddaljena področja Vesolja od nas oddaljevajo hitreje od hitrosti svetlobe. Toda kaj točno to pomeni? Ali pomenijo, da v vesolju obstajajo predmeti, ki lahko presežejo eno najbolj temeljnih vrednot.
Najosnovnejši zakon posebne relativnosti je naenkrat pripeljal Einsteina do uresničevanja najbolj prelomne ideje v fiziki - da se nič ne more premikati hitreje od svetlobe. Neštevilni delci v vakuumu se gibljejo s svetlobno hitrostjo, medtem ko se vse ostalo - delček z maso nekje ali masni delci v mediju - vedno giblje počasneje od svetlobne hitrosti. Ko pa gre za širitev Vesolja, se pogosto porajajo misli, da se to dogaja hitreje od hitrosti svetlobe. Poskusimo ugotoviti, ali je temu tako.
Vesolje, kakršno vidimo danes, traja že približno 13,8 milijarde let od vročega velikega poka. Če pa vprašate, kako daleč lahko pogledamo v katerokoli smer, odgovor ni 13,8 milijarde svetlobnih let, ampak veliko več. Če pomislite na to, si lahko predstavljate razdaljo, ki je dvakrat večja: če je bil predmet, ki oddaja svetlobo, 13,8 milijarde svetlobnih let 13,8 milijarde let pred nas, potem je najverjetneje oddajal svetlobo, ki se je oddaljil od nas - morda tudi pri hitrosti blizu svetlobe. Če bi svetel predmet obstajal tako dolgo in se neprestano oddaljeval od nas s hitrostjo 299.792 kilometrov na sekundo, bi njegova svetloba dosegla šele zdaj, čeprav bi bil sam objekt že 27,6 milijarde let od nas. Vse to se sliši razumno, vendar nas lahko pripelje do ne tako dobre domneve, da je sam prostor statičen.
Prostor, v katerem živimo, ni statičen - širi se. Poleg tega lahko merimo trenutno stopnjo širjenja, kakršno je bilo v daljni preteklosti in kot je bila v vseh "vmesnih" obdobjih. Izkazalo se je, da bi svetloba predmeta, ki je bil oddaljen le 168 metrov od nas v času Velikega poka (ok. 10–33 sekund po velikem udaru), dosegla šele danes, 13,8 milijarde let pozneje, po neverjetnem potovanju in neresnični stopnji raztezanja oz. sam objekt bi bil zdaj 46,1 milijarde let od nas.
Evolucija vesolja od trenutka velikega poka, po standardnem kozmološkem modelu.
"Aha! vzkliknete. "Torej, prostor se je razširil hitreje od hitrosti svetlobe!"
Ali ni? Samo, da se nekaj premika hitreje kot svetloba, mora imeti hitrost: nekaj, kar lahko izmerimo, na primer kilometre na sekundo. Toda tako se vesolje ne širi.
Nasprotno, širi se s hitrostjo na enoto razdalje. Običajno se to meri kot kilometri na sekundo na megaparsec, kjer je megaparsec približno 3,26 milijona svetlobnih let. Če je širitvena hitrost 70 km / s / Mpc, to pomeni, da se v povprečju objekt, ki se nahaja 10 Mpc od nas, odmakne s hitrostjo 700 km / s z našega vidika, pri 200 Mpc - 14.000 km / s in pri V primeru predmeta 5000 Mpc se nam bo zdelo, da se oddaljuje s hitrostjo 350 tisoč km / s.
Promocijski video:
Vendar iz tega izhaja, da se nekateri predmeti premikajo hitreje kot svetloba? Vrnimo se k posebni verjetnosti Einsteina in razmislimo, kaj mislimo, ko rečemo, da nič ne more potovati hitreje od svetlobe. To pomeni, da če imate dva predmeta v istem prostorsko-časovnem dogodku - zasedata isti prostor hkrati -, se ne moreta med seboj premikati hitreje od svetlobne hitrosti. Tudi če se eden od njih premakne proti severu z 99% svetlobne hitrosti, drugi pa z isto hitrostjo proti jugu, njihova hitrost ne bo 198% svetlobne hitrosti drug glede drugega, temveč bo enaka 99,995% hitrosti svetlobe. Ne glede na to, kako hitro se vsak od njih premika, nikoli ne bo presegel hitrosti svetlobe glede na drugo.
Vesolje, ki ga je mogoče opazovati, je z našega zornega kota morda 46 milijard svetlobnih let v vseh smereh, vsekakor pa obstajajo regije zunaj njega, ki jih ne moremo opazovati. 46 milijard svetlobnih let je le meja našega opazovanja.
Zato se imenuje relativnost: meri relativno gibanje med dvema objektoma v isti točki v prostoru in času. Toda ta vrsta relativnosti - Posebna relativnost - postavlja pravila na vašem območju nerazširljivega prostora. Splošna relativnost temu doda še en sloj: dejstvo, da se sam prostor širi. Z merjenjem količine navadne snovi, temne snovi, temne energije, nevtrinov, sevanja in drugih stvari v današnjem vesolju, pa tudi, kako se svetloba, ki nas doseže z različnih razdalj v vesolju, preusmeri v rdeči spekter kot posledica širjenja, lahko ponovno ustvarimo, kako velik je bilo vesolje vsak trenutek v preteklosti.
Ko je bilo vesolje staro okrog 10 tisoč let, je bil njegov opazovalni del že 10 milijonov svetlobnih let. Ko je bila stara le eno leto, je bilo vesolje, ki je bilo opaženo, čez 100.000 svetlobnih let. Ko je bila le ena sekunda, je bila stara že 10 svetlobnih let. Da, vse zveni, kot da se širi hitreje kot svetloba. Toda noben delček se v nobenem trenutku ni premikal hitreje kot svetloba v primerjavi z drugim delcem, s katerim je sodeloval.
Dlje kot je galaksija, hitreje se oddaljuje od nas in bolj se njena svetloba preusmeri v rdeči spekter, zaradi česar si moramo ogledovati vedno daljše valove. Po določeni razdalji postanejo galaksije nedosegljive tudi pri svetlobi.
Nasprotno, prostor med delci se je razširil, v procesu katerega se je povečala razdalja med njimi in raztezala valovna dolžina sevanja v tem prostoru. V kozmični zgodovini je to trajalo več milijard let in se nadaljuje še danes. Čeprav pred 15,6 milijarde let nikoli ne moremo doseči nobenega predmeta, čeprav se premikamo s svetlobno hitrostjo (kar je po definiciji nemogoče), pa ne, ker se oddaljijo hitreje od svetlobe, ampak zato, ker se prostor med različnimi točkami še naprej širi.
Glavni vzlet je, da se prostor ne širi z določeno hitrostjo, temveč z določeno hitrostjo: s hitrostjo na enoto razdalje. Posledica tega je, da dlje kot je predmet, ki ga gledate, širitev vpliva na razdaljo med vami. Čim dlje je predmet od vas, tem bolj se bo pojavil in hitreje se bo oddaljil od vašega vidika. A gre hitreje od svetlobe? Če želite to izmeriti, morate biti na istem območju. Nič se ne premika hitreje od svetlobe glede na vašo lokacijo in to lahko kadar koli povemo o katerem koli mestu v vesolju. Prostor se širi, vendar ne hitreje kot svetloba, poleg tega ta širitev nima hitrosti.
Vladimir Guillen