Често можете да чуете изявления на астрофизици и космолози, че изключително отдалечените региони на Вселената се отдалечават от нас по-бързо от скоростта на светлината. Но какво точно означава това? Означават ли, че във Вселената има предмети, които могат да надхвърлят една от най-фундаменталните ценности.
Най-фундаменталният закон за специална относителност в даден момент доведе Айнщайн до реализирането на най-пробивната идея във физиката - че нищо не може да се движи по-бързо от светлината. Безмасови частици във вакуум се движат със скоростта на светлината, докато всичко останало - частица с маса някъде или безмасова частица в среда - винаги ще се движи по-бавно от скоростта на светлината. Но когато става въпрос за разширяването на Вселената, често възникват мисли, че това се случва по-бързо от скоростта на светлината. Нека се опитаме да разберем дали това е така.
Вселената, каквато я виждаме днес, е около 13,8 милиарда години след горещия Голям взрив. Но ако попитате колко далеч можем да погледнем във всяка посока, отговорът е не 13,8 милиарда светлинни години, а много повече. Ако се замислите, можете да си представите разстояние два пъти по-голямо: ако обект, излъчващ светлина, е бил 13,8 милиарда светлинни години преди 13,8 милиарда години от „нас“, то най-вероятно излъчва светлина, отдалечавайки се от нас - може би дори със скорост, близка до светлината. Ако ярък обект съществуваше толкова дълго и непрекъснато се отдалечаваше от нас със скорост от 299 792 километра в секунда, светлината му щеше да достигне до нас едва сега, въпреки че самият обект щеше да е на 27,6 милиарда години от нас. Всичко това звучи разумно, но може да ни доведе до не особено доброто предположение, че самото пространство е статично.
Пространството, в което живеем, не е статично - то се разширява. Освен това можем да измерим текущия темп на разрастване, какъвто е бил в далечното минало и такъв, какъвто е бил във всички „междинни“епохи. Оказва се, че светлината на обект, който е бил само на 168 метра от нас по времето на Големия взрив (добре, 10-33 секунди след Големия взрив), ще достигне до нас само днес, 13,8 милиарда години по-късно, след невероятно пътуване и нереална степен на разтягане, и самият обект ще бъде на 46,1 милиарда години от нас.
Еволюция на Вселената от момента на Големия взрив, според стандартния космологичен модел.
"Аха! възкликвате. "Значи пространството се разшири по-бързо от скоростта на светлината!"
Не е ли? Само за да може нещо да се движи по-бързо от светлината, то трябва да има скорост: нещо, което може да бъде измерено, например километри в секунда. Но така не се разширява Вселената.
Напротив, тя се разширява със скорост на единица разстояние. Това обикновено се измерва като километри в секунда на мегапарсек, където мегапарсек е около 3,26 милиона светлинни години. Ако скоростта на разширение е 70 km / s / Mpc, това означава, че средно обект, разположен на 10 Mpc от нас, се отдалечава със скорост 700 km / s от нашата гледна точка, при 200 Mpc - 14 000 km / s, и в В случай на обект с 5000 Mpc, ще ни се струва, че той се отдалечава със скорост от 350 хиляди км / сек.
Промоционално видео:
От това обаче следва ли, че някои обекти се движат по-бързо от светлината? Да се върнем към специалната вероятност на Айнщайн и да помислим какво имаме предвид, когато кажем, че нищо не може да пътува по-бързо от светлината. Това означава, че ако имате два обекта в едно и също събитие-пространство - заемате едно и също пространство едновременно - те не могат да се движат един спрямо друг по-бързо от скоростта на светлината. Дори ако единият от тях се движи на север със 99% от скоростта на светлината, а другият се движи със същата скорост на юг, скоростта им няма да бъде 198% от скоростта на светлината една спрямо друга, а ще бъде равна на 99,995% от скоростта на светлината. Колкото и бързо да се движи всеки от тях, те никога няма да надвишат скоростта на светлината по отношение на един друг.
Наблюдаваната Вселена може да бъде на 46 милиарда светлинни години във всички посоки от нашата гледна точка, но определено има региони извън нея, които не можем да наблюдаваме. 46 милиарда светлинни години са само ограничението за нашето наблюдение.
Ето защо тя се нарича относителност: тя измерва относителното движение между два обекта в една и съща точка в пространството и времето. Но този тип относителност - Специална относителност - задава правилата във вашата зона на неразширяващо се пространство. Общата относителност добавя към това още един слой: фактът, че самото пространство се разширява. Чрез измерване на количеството обикновена материя, тъмна материя, тъмна енергия, неутрино, радиация и други неща в днешната Вселена, както и как светлината, достигаща до нас от различни разстояния във Вселената, се измества към червения спектър в резултат на разширяване, можем да пресъздадем колко голям беше Вселената във всеки един момент в миналото.
Когато Вселената е била на около 10 хиляди години, нейната наблюдаема част вече е била 10 милиона светлинни години. Когато беше само на една година, наблюдаваната вселена беше на 100 000 светлинни години. Когато беше само една секунда, тя беше вече на 10 светлинни години. Да, всичко звучи така, сякаш се разширява по-бързо от светлината. Но в нито един момент нито една частица не се е движила по-бързо от светлината във връзка с друга частица, с която е взаимодействала.
Колкото по-далече е галактиката, толкова по-бързо се отдалечава от нас и толкова повече светлината й се измества към червения спектър, принуждавайки ни да гледаме все по-дълги вълни. Отвъд определено разстояние галактиките стават недостъпни дори със скоростта на светлината.
Напротив, пространството между частиците се разширява, в процеса на което разстоянието между тях се увеличава и дължината на вълната на излъчване в това пространство се разтяга. Това продължи дълги милиарди години по време на космическата история и продължава и до днес. Въпреки че никога не можем да достигнем никакви обекти отпреди 15,6 милиарда години, дори ако се движим със скоростта на светлината (което по дефиниция е невъзможно), това не е, защото те се отдалечават по-бързо от светлината, а защото пространството между различните точки продължава да се разширява.
Основното изземване е, че пространството не се разширява с определена скорост, а с определена скорост: със скорост на единица разстояние. В резултат на това колкото по-далече гледате обекта, толкова повече разширяването влияе на разстоянието между вас. Колкото по-далеч е даден обект от вас, толкова по-червен ще се появи и толкова по-бързо ще се отдалечи от вашата гледна точка. Но по-бърза ли е от светлината? За да измервате това, трябва да сте в една и съща зона. Нищо не се движи по-бързо от светлината във връзка с вашето местоположение и това може да се каже за всяко място във Вселената по всяко време. Пространството се разширява, но не по-бързо от светлината, освен това това разширение няма скорост.
Владимир Гилен