Du kan ofte høre udsagn fra astrofysikere og kosmologer om, at ekstremt fjerne regioner i universet bevæger sig væk fra os hurtigere end lysets hastighed. Men hvad betyder det nøjagtigt? Mener de, at der er objekter i universet, der kan overstige en af de mest grundlæggende værdier.
Den mest grundlæggende lov om særlig relativitet på én gang førte Einstein til realiseringen af den mest gennembrudte idé i fysik - at intet kan bevæge sig hurtigere end lys. Masseløse partikler i et vakuum bevæger sig med lysets hastighed, mens alt andet - en partikel med en masse et sted eller en masseløs partikel i et medium - altid bevæger sig langsommere end lysets hastighed. Men når det kommer til universets udvidelse, opstår der ofte tanker om, at dette sker hurtigere end lysets hastighed. Lad os prøve at finde ud af, om dette er tilfældet.
Universet, som vi ser det i dag, har eksisteret i omkring 13,8 milliarder år siden den varme Big Bang. Men hvis du spørger, hvor langt vi kan se i enhver retning, er svaret ikke 13,8 milliarder lysår, men meget mere. Hvis du tænker over det, kan du forestille dig en afstand, der er dobbelt så stor: Hvis et objekt, der udsender lys, var 13,8 milliarder lysår for 13,8 milliarder år siden fra "os", så udsendte det sandsynligvis lys, flytter væk fra os - måske selv i en hastighed tæt på lys. Hvis en lys genstand eksisterede så længe og konstant bevægede sig væk fra os med en hastighed på 299.792 kilometer i sekundet, ville dens lys kun nå os nu, selvom selve objektet allerede var 27,6 milliarder år fra os. Alt dette lyder fornuftigt, men det kan føre os til den ikke så gode antagelse, at rummet i sig selv er statisk.
Det rum, vi bor i, er ikke statisk - det udvides. Derudover kan vi måle den aktuelle ekspansionskurs, som den var i den fjerne fortid, og som det var i alle "mellemliggende" epoker. Det viser sig, at lyset fra en genstand, der kun var 168 meter væk fra os på tidspunktet for Big Bang (okay, 10-33 sekunder efter Big Bang) kun nåede os i dag, 13,8 milliarder år senere, efter en utrolig rejse og en uvirkelig grad af strækning, og selve objektet ville være 46,1 milliarder år fra os.
Universets udvikling fra Big Bangs øjeblik i henhold til den kosmologiske standardmodel.
”Aha! udbryder du. "Så pladsen er udvidet hurtigere end lysets hastighed!"
Er det ikke? Bare for at noget bevæger sig hurtigere end lys, skal det have en hastighed: noget, der kan måles, for eksempel kilometer i sekundet. Men det er ikke, hvordan universet udvides.
Tværtimod udvides det med en hastighed pr. Enhedsafstand. Dette måles normalt som kilometer per sekund pr. Megaparsec, hvor en megaparsec er omkring 3,26 millioner lysår. Hvis ekspansionshastigheden er 70 km / s / Mpc, betyder det, at et objekt, der ligger 10 Mpc i gennemsnit, i gennemsnit bevæger sig væk med en hastighed på 700 km / s fra vores synspunkt, ved 200 Mpc - 14.000 km / s, og ved I tilfælde af et objekt på 5000 Mpc ser det ud til, at det bevæger sig væk med en hastighed på 350 tusind km / s.
Salgsfremmende video:
Dog følger det af dette, at nogle objekter bevæger sig hurtigere end lys? Lad os gå tilbage til Einsteins specielle sandsynlighed og tænke over, hvad vi mener, når vi siger, at intet kan rejse hurtigere end lys. Dette betyder, at hvis du har to objekter i den samme rum-tidsbegivenhed - optager det samme rum på samme tid - så kan de ikke bevæge sig relativt til hinanden hurtigere end lysets hastighed. Selv hvis en af dem bevæger sig nord med 99% af lysets hastighed, og den anden bevæger sig med samme hastighed mod syd, vil deres hastighed ikke være 198% af lysets hastighed i forhold til hinanden, men vil være lig med 99,995% af lysets hastighed. Uanset hvor hurtigt hver af dem bevæger sig, vil de aldrig overstige lysets hastighed i forhold til hinanden.
Det observerbare univers kan være 46 milliarder lysår i alle retninger fra vores synspunkt, men der er bestemt regioner uden for det, som vi ikke kan observere. 46 milliarder lysår er bare grænsen for vores observation.
Derfor kaldes det relativitet: det måler den relative bevægelse mellem to objekter på samme punkt i rum og tid. Men denne type relativitet - Special Relativity - sætter reglerne i dit område med ikke-ekspanderende plads. Generel relativitet tilføjer et andet lag til dette: det faktum, at rummet i sig selv udvides. Ved at måle mængden af almindelig stof, mørk stof, mørk energi, neutrinoer, stråling og andre ting i dagens univers, samt hvordan lys, der når os fra forskellige afstande i universet, flyttes til det røde spektrum som et resultat af ekspansion, kan vi genskabe, hvor stort var universet på ethvert tidspunkt i fortiden.
Da universet var omkring 10 tusinde år gammelt, var dets observerbare del allerede 10 millioner lysår på tværs. Da hun kun var et år gammel, var det observerbare univers 100.000 lysår på tværs. Da hun kun var et sekund, var hun allerede 10 lysår på tværs. Ja, det lyder som om det ekspanderer hurtigere end lys. Men på intet tidspunkt bevægede nogen partikel sig hurtigere end lys i forhold til en anden partikel, som den interagerede med.
Jo længere galaksen er, jo hurtigere bevæger den sig væk fra os, og jo mere skifter dens lys til det røde spektrum, hvilket tvinger os til at se på stadig længere bølger. Ud over en bestemt afstand bliver galakser utilgængelige selv med lysets hastighed.
Tværtimod, rummet mellem partiklerne ekspanderede, i hvilket processen afstanden mellem dem steg, og strålingsbølgelængden i dette rum blev strækket. Dette gik i mange milliarder af år i den kosmiske historie og fortsætter i dag. Selvom vi aldrig kan nå nogen objekter for over 15,6 milliarder år siden, selvom vi bevæger os med lysets hastighed (som per definition er umulig), er det ikke fordi de bevæger sig væk hurtigere end lys, men fordi rummet mellem forskellige punkter fortsætter med at udvide.
Den vigtigste afhentning er, at rummet ikke udvides med en bestemt hastighed, men snarere med en bestemt hastighed: med en hastighed pr. Enhedsafstand. Som et resultat, jo længere væk objektet du ser på, jo mere påvirker udvidelsen afstanden mellem dig. Jo længere væk et objekt er fra dig, jo rødere vises det, og jo hurtigere bevæger det sig fra dit synspunkt. Men er det hurtigere end lys? For at måle dette skal du være i det samme område. Intet bevæger sig hurtigere end lys i forhold til din placering, og dette kan siges om ethvert sted i universet til enhver tid. Rummet udvides, men ikke hurtigere end lys. Desuden har denne udvidelse ingen hastighed.
Vladimir Guillen