Tihti võite kuulda astrofüüsikute ja kosmoloogide ütlusi, et Universumi äärepoolseimad piirkonnad eemalduvad meist kiiremini kui valguse kiirus. Aga mida see täpsemalt tähendab? Kas need tähendavad, et universumis on objekte, mis võivad ületada ühe kõige põhilisema väärtuse.
Erirelatiivsusteooria kõige põhjapanevam seadus viis Einsteini füüsikas kõige läbimurdelisema ideeni - et miski ei saaks liikuda kiiremini kui valgus. Vaakumis olevad massitu osakesed liiguvad valguse kiirusel, samal ajal kui kõik muu - osake, mille mass on kuskil või söötme massitu osake - liigub alati valguse kiirusest aeglasemalt. Kuid kui rääkida Universumi laienemisest, tekivad sageli mõtted, et see toimub kiiremini kui valguse kiirus. Proovime aru saada, kas see nii on.
Universum, nagu me seda täna näeme, on olnud umbes 13,8 miljardit aastat pärast kuuma Big Paugu. Kuid kui küsida, kui kaugele me suudame ükskõik millises suunas vaadata, pole vastus 13,8 miljardit valgusaastat, vaid palju muud. Kui järele mõelda, siis võite ette kujutada kaks korda suuremat vahemaad: kui valgust kiirgav objekt oli meist 13,8 miljardit aastat tagasi 13,8 miljardit valgusaastat, siis kiirgas see tõenäoliselt valgust, liikudes meist eemale - võib-olla isegi valgusele lähedasel kiirusel. Kui ere objekt eksisteeriks nii kaua ja liiguks meist pidevalt kiirusega 299 792 kilomeetrit sekundis, jõuaks selle valgus meieni alles nüüd, kuigi objekt ise oleks meist juba 27,6 miljardi aasta kaugusel. See kõik kõlab mõistlikult, kuid see võib meid viia järelduseni, et ruum ise on staatiline.
Ruum, milles elame, pole staatiline - see laieneb. Lisaks saame mõõta praegust laienemiskiirust nii, nagu see oli kauges minevikus ja nii, nagu see oli kõigil nn keskaegadel. Selgub, et objekti, mis oli Suure Paugu ajal vaid 168 meetrit meist eemal (okei, 10-33 sekundit pärast Suurt Pauku) jõudis meile alles täna, 13,8 miljardit aastat hiljem, pärast uskumatut reisi ja ebareaalset venitusastet ning objekt ise oleks meist 46,1 miljardi aasta kaugusel.
Universumi evolutsioon alates Suure Paugu hetkest vastavalt standardsele kosmoloogilisele mudelile.
“Aha! te hüüate. "Nii on ruum laienenud kiiremini kui valguse kiirus!"
Pole see? Selleks, et miski liiguks kiiremini kui valgus, peab sellel olema kiirus: midagi, mida saab mõõta näiteks kilomeetrites sekundis. Kuid see pole nii, kuidas universum laieneb.
Vastupidi, see laieneb kiirusega kauguse ühiku kohta. Tavaliselt mõõdetakse seda kilomeetrites sekundis megaparseci kohta, kus megaparsec on umbes 3,26 miljonit valgusaastat. Kui paisumiskiirus on 70 km / s / Mpc, tähendab see, et keskmiselt liigub objekt, mis asub meist 10 Mpc kaugusel, meie vaatepunktist kiirusega 700 km / s, kiirusega 200 Mpc - 14 000 km / s ja kiirusel Kui objekt on 5000 Mpc, tundub meile, et see liigub kiirusega 350 tuhat km / s.
Reklaamvideo:
Kuid kas sellest järeldub, et mõned objektid liiguvad valgusest kiiremini? Läheme tagasi Einsteini erilise tõenäosuse juurde ja mõelgem, mida mõtleme, kui ütleme, et miski ei saa liikuda kiiremini kui valgus. See tähendab, et kui teil on kaks ruumi-ajasündmuse objekti - hõivavad sama ruumi samal ajal - kaks objekti, siis ei saa nad üksteise suhtes liikuda kiiremini kui valguse kiirus. Isegi kui üks neist liigub põhja poole 99% valguse kiirusest ja teine liigub sama kiirusega lõunasse, ei ole nende kiirus 198% valguse kiirusest üksteise suhtes, vaid on võrdne 99,995% valguse kiirusest. Pole tähtis, kui kiiresti igaüks neist liigub, ei ületa nad kunagi valguse kiirust üksteise suhtes.
Vaatletav universum võib meie vaatepunktist kõigis suundades olla 46 miljardit valgusaastat, kuid väljaspool seda on kindlasti piirkondi, mida me ei saa jälgida. 46 miljardit valgusaastat on vaid piir meie vaatlusele.
Sellepärast nimetatakse seda relatiivsuseks: mõõdab suhtelist liikumist kahe objekti vahel ruumis ja ajas ühes ja samas punktis. Kuid seda tüüpi relatiivsus - erirelatiivsus - seab reeglid teie piirkonnas, mis ei laiene. Üldrelatiivsus lisab sellele veel ühe kihi: asjaolu, et ruum ise laieneb. Mõõtes hariliku mateeria, tumeda aine, tumeda energia, neutrinode, kiirguse ja muude asjade hulka tänases universumis ning seda, kuidas universumi erinevatest kaugustest meieni jõudv valgus nihkub laienemise tagajärjel punasesse spektrisse, saame taasluua, kui suur oli universum igal hetkel minevikus.
Kui universum oli umbes 10 tuhat aastat vana, oli selle jälgitav osa juba 10 miljonit valgusaastat. Kui ta oli vaid aastane, oli vaadeldav universum 100 000 valgusaasta pikkune. Kui ta oli vaid üks sekund, oli ta juba 10 valgusaasta pikkune. Jah, see kõik kõlab nagu laieneks kiiremini kui valgus. Kuid ühelgi ajahetkel ei liikunud ükski osake kiiremini kui valgus teise osakese suhtes, millega see interakteerus.
Mida kaugemale galaktika on, seda kiiremini ta meist eemaldub ja seda enam nihkub selle valgus punasesse spektrisse, sundides meid vaatama üha pikemaid laineid. Teatud vahemaa tagant muutuvad galaktikad kättesaamatuks isegi valguse kiirusel.
Vastupidi, osakeste vaheline ruum laienes, mille käigus nende vaheline kaugus suurenes ja kiirguse lainepikkus selles ruumis venis. See kestis mitu miljardit aastat kosmilise ajaloo jooksul ja jätkub täna. Isegi kui me ei jõua kunagi kaugemale kui 15,6 miljardit aastat tagasi objektid, isegi kui me liigume valguse kiirusel (mis definitsiooni järgi on võimatu), ei ole see põhjus, et nad eemalduvad valgusest kiiremini, kuid kuna ruum erinevate punktide vahel laieneb jätkuvalt.
Peamine võte on see, et ruum ei laiene mitte ühegi konkreetse kiirusega, vaid pigem teatud kiirusega: kiirusega ühiku kohta. Selle tulemusel, mida kaugemale vaadatakse objekti, seda enam mõjutab laienemine teievahelist kaugust. Mida kaugemal on objekt sinust, seda punasem see ilmub ja seda kiiremini ta sinu vaatepunktist eemaldub. Kuid kas see on kiirem kui valgus? Selle mõõtmiseks peate asuma samas piirkonnas. Miski liigub teie asukoha suhtes valgusest kiiremini ja seda võib öelda ükskõik millise universumi koha kohta igal ajal. Kosmos laieneb, kuid mitte kiiremini kui valgus, pealegi pole sellel laienemisel kiirust.
Vladimir Guillen
