Du kan ofte høre utsagn fra astrofysikere og kosmologer om at ekstremt fjerne regioner i universet beveger seg vekk fra oss raskere enn lysets hastighet. Men hva betyr egentlig dette? Mener de at det er gjenstander i universet som kan overstige en av de mest grunnleggende verdiene.
Den mest grunnleggende loven om spesiell relativitet på en gang førte Einstein til realiseringen av den mest gjennombruddstanken i fysikken - at ingenting kan bevege seg raskere enn lys. Masseløse partikler i et vakuum beveger seg med lysets hastighet, mens alt annet - en partikkel med masse et sted eller en masseløs partikkel i et medium - alltid vil bevege seg saktere enn lysets hastighet. Men når det gjelder utvidelsen av universet, oppstår det ofte tanker om at dette skjer raskere enn lysets hastighet. La oss prøve å finne ut om dette er tilfelle.
Universet slik vi ser det i dag har eksistert i omtrent 13,8 milliarder år siden den hete Big Bang. Men hvis du spør hvor langt vi kan se i hvilken som helst retning, er svaret ikke 13,8 milliarder lysår, men mye mer. Hvis du tenker på det, kan du tenke deg en avstand dobbelt så stor: Hvis en gjenstand som avgir lys var 13,8 milliarder lysår for 13,8 milliarder år siden fra "oss", så sendte den mest sannsynlig ut lys, beveger seg bort fra oss - kanskje selv i en hastighet nær lys. Hvis en lys gjenstand eksisterte så lenge og stadig beveget seg bort fra oss med en hastighet på 299.792 kilometer i sekundet, ville lyset bare nå oss nå, selv om selve gjenstanden allerede ville være 27,6 milliarder år fra oss. Alt dette høres rimelig ut, men det kan føre oss til den ikke så gode antagelsen at rommet i seg selv er statisk.
Plassen vi bor i er ikke statisk - den utvides. Dessuten kan vi måle den nåværende ekspansjonshastigheten slik den var i en fjern fortid og som i alle "mellomliggende" tidsepoker. Det viser seg at lyset fra en gjenstand som bare var 168 meter fra oss på tidspunktet for Big Bang (okay, 10-33 sekunder etter Big Bang) bare ville nå oss i dag, 13,8 milliarder år senere, etter en utrolig reise og en uvirkelig grad av strekk, og selve gjenstanden ville være 46,1 milliarder år fra oss.
Universets evolusjon fra Big Bang-øyeblikket, i henhold til den standard kosmologiske modellen.
“Aha! utbryter du. "Så plassen har utvidet seg raskere enn lysets hastighet!"
Er det ikke? Bare for at noe skal bevege seg raskere enn lys, må det ha en hastighet: noe som kan måles, for eksempel kilometer i sekundet. Men det er ikke slik universet utvider seg.
Tvert imot, den utvides med en hastighet per avstand. Dette måles vanligvis som kilometer per sekund per megaparsec, hvor en megaparsec er omtrent 3,26 millioner lysår. Hvis ekspansjonshastigheten er 70 km / s / Mpc, betyr dette at i gjennomsnitt et objekt som ligger 10 Mpc fra oss, beveger seg bort med en hastighet på 700 km / s fra vårt synspunkt, med 200 Mpc - 14.000 km / s, og ved Når det gjelder et objekt på 5000 Mpc, vil det virke som om det beveger seg bort med en hastighet på 350 tusen km / s.
Salgsfremmende video:
Imidlertid følger det av dette at noen objekter beveger seg raskere enn lys? La oss gå tilbake til Einsteins spesielle sannsynlighet og tenke på hva vi mener når vi sier at ingenting kan reise raskere enn lys. Dette betyr at hvis du har to objekter i den samme romtidsbegivenheten - okkuperer det samme rommet på samme tid - så kan de ikke bevege seg relativt til hverandre raskere enn lysets hastighet. Selv om en av dem beveger seg nordover med 99% av lysets hastighet, og den andre beveger seg med samme hastighet mot sør, vil deres hastighet ikke være 198% av lysets hastighet i forhold til hverandre, men vil være lik 99.995% av lysets hastighet. Uansett hvor raskt hver av dem beveger seg, vil de aldri overstige lysets hastighet i forhold til hverandre.
Det observerbare universet kan være 46 milliarder lysår i alle retninger fra vårt synspunkt, men det er definitivt regioner utenfor det som vi ikke kan observere. 46 milliarder lysår er bare grensen for vår observasjon.
Derfor kalles det relativitet: det måler den relative bevegelsen mellom to objekter på samme punkt i rom og tid. Men denne typen relativitet - Spesiell relativitet - setter regler i området ditt med ikke-ekspanderende rom. Generell relativitet tilfører et nytt lag til dette: det faktum at rommet i seg selv utvider seg. Ved å måle mengden vanlig materie, mørk materie, mørk energi, nøytrinoer, stråling og andre ting i dagens univers, samt hvordan lys som når oss fra forskjellige avstander i universet blir forskjøvet til det røde spekteret som et resultat av ekspansjon, kan vi gjenskape hvor stort var universet når som helst i fortiden.
Da universet var rundt 10 tusen år gammelt, var det observerbare delen allerede 10 millioner lysår på tvers. Da hun bare var et år gammel, var det observerbare universet 100.000 lysår på tvers. Da hun bare var ett sekund, var hun allerede 10 lysår på tvers. Ja, det hele høres ut som det ekspanderer raskere enn lys. Men på ingen tidspunkt beveget noen partikkel seg raskere enn lys i forhold til en annen partikkel som den samhandlet med.
Jo lenger galaksen er, jo raskere beveger den seg fra oss, og desto mer skifter lyset til det røde spekteret, og tvinger oss til å se på stadig lengre bølger. Utover en viss avstand blir galakser uoppnåelig selv med lysets hastighet.
Tvert imot utvidet rommet mellom partiklene, i prosessen som avstanden mellom dem økte, og strålingsbølgelengden i dette rommet ble strukket. Dette skjedde i mange milliarder av år i løpet av den kosmiske historien og fortsetter i dag. Selv om vi aldri kan nå noen objekter for over 15,6 milliarder år siden, selv om vi beveger oss med lysets hastighet (som per definisjon er umulig), er det ikke fordi de beveger seg bort raskere enn lys, men fordi rommet mellom forskjellige punkter fortsetter å utvide.
Den viktigste takeawayen er at rommet ikke utvides med en bestemt hastighet, men snarere med en viss hastighet: med en hastighet per avstand. Som et resultat, jo lenger bort objektet du ser på, desto mer påvirker utvidelsen avstanden mellom deg. Jo lenger et objekt er fra deg, jo rødere vil det vises og jo raskere vil det bevege seg fra synspunktet ditt. Men er det raskere enn lys? For å måle dette, må du være i samme område. Ingenting beveger seg raskere enn lys i forhold til din beliggenhet, og dette kan sies om ethvert sted i universet når som helst. Plassen utvides, men ikke raskere enn lys, dessuten har denne utvidelsen ingen hastighet.
Vladimir Guillen
