Často slyšíte výroky astrofyziků a kosmologů, že extrémně vzdálené oblasti vesmíru se od nás vzdálí rychleji než rychlost světla. Co to ale přesně znamená? Znamená to, že ve vesmíru jsou předměty, které mohou překročit jednu z nejzákladnějších hodnot.
Nejzákladnější zákon speciální relativity v jednom okamžiku vedl Einsteina k realizaci nejpřesvědčivější myšlenky ve fyzice - že se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo. Bezhmotné částice ve vakuu se pohybují rychlostí světla, zatímco všechno ostatní - částice s hmotností někde nebo bezhmotná částice ve středu - se bude vždy pohybovat pomaleji než rychlost světla. Ale pokud jde o expanzi vesmíru, často vyvstávají myšlenky, že se to děje rychleji než rychlost světla. Pokusme se zjistit, jestli je tomu tak.
Vesmír, jak jej dnes vidíme, existuje už asi 13,8 miliard let od horkého Velkého třesku. Ale pokud se zeptáte, jak daleko se můžeme dívat jakýmkoli směrem, odpověď není 13,8 miliard světelných let, ale mnohem více. Pokud o tom přemýšlíte, dokážete si představit vzdálenost dvakrát tak velkou: pokud byl objekt vyzařující světlo před 13,8 miliardami světelných let před 13,8 miliardami let od „nás“, pak s největší pravděpodobností vyzařovalo světlo a od nás se vzdálilo - snad i při rychlosti blízké světlu. Pokud by jasný objekt existoval tak dlouho a neustále by se od nás pohyboval rychlostí 299 792 kilometrů za sekundu, jeho světlo by se k nám dostalo teprve nyní, i když samotný objekt by od nás byl již 27,6 miliard let. To vše zní rozumně, ale může nás to vést k nepříliš dobrému předpokladu, že samotný prostor je statický.
Prostor, ve kterém žijeme, není statický - rozšiřuje se. Navíc můžeme měřit současnou míru expanze, jako tomu bylo v dávné minulosti a ve všech „mezistupních“dobách. Ukazuje se, že světlo objektu, které bylo od nás v době velkého třesku vzdálené jen 168 metrů (dobře, 10–33 sekund po velkém třesku), by se k nám dostalo až dnes, o 13,8 miliard let později, po neuvěřitelném cestování a neskutečném stupni protažení a samotný objekt bude od nás nyní 46,1 miliardy let.
Evoluce vesmíru od okamžiku Velkého třesku, podle standardního kosmologického modelu.
"Aha! vykřikneš. "Prostor se tedy rozšířil rychleji než rychlost světla!"
Není to ono? Aby se něco pohybovalo rychleji než světlo, musí mít rychlost: něco, co lze měřit, například kilometry za sekundu. Ale tak se vesmír nerozšiřuje.
Naopak se rozšiřuje rychlostí na jednotku vzdálenosti. Obvykle se měří jako kilometry za sekundu na megaparsec, kde megaparsec je asi 3,26 milionu světelných let. Je-li expanzní rychlost 70 km / s / Mpc, znamená to, že se objekt, který se nachází 10 Mpc od nás, v průměru pohybuje z našeho pohledu rychlostí 700 km / s, při 200 Mpc - 14 000 km / s a při V případě objektu o 5000 Mpc se nám bude zdát, že se pohybuje rychlostí 350 tisíc km / s.
Propagační video:
Z toho však vyplývá, že některé objekty se pohybují rychleji než světlo? Vraťme se k Einsteinově zvláštní pravděpodobnosti a přemýšlejte o tom, co máme na mysli, když říkáme, že nic nemůže cestovat rychleji než světlo. To znamená, že pokud máte dva objekty ve stejné časoprostorové události - zabírající stejný prostor současně -, nemohou se vůči sobě pohybovat rychleji než rychlost světla. I když se jeden z nich pohybuje na sever rychlostí 99% rychlosti světla a druhý se pohybuje stejnou rychlostí na jih, jejich rychlost nebude vůči sobě navzájem 198% rychlosti světla, ale rovná se 99,995% rychlosti světla. Bez ohledu na to, jak rychle se každý z nich pohybuje, nikdy nepřekročí relativní rychlost světla.
Z našeho pohledu může být pozorovatelný vesmír ve všech směrech 46 miliard světelných let, ale mimo to určitě existují oblasti, které nemůžeme pozorovat. 46 miliard světelných let je jen limitem našeho pozorování.
Proto se nazývá relativita: měří relativní pohyb mezi dvěma objekty ve stejném bodě v prostoru a čase. Ale tento typ relativity - Speciální relativita - stanoví pravidla ve vaší oblasti nerozšiřujícího se prostoru. Obecná relativita k tomu přidává další vrstvu: skutečnost, že samotný prostor se rozšiřuje. Měřením množství obyčejné hmoty, temné hmoty, temné energie, neutrin, záření a dalších věcí v dnešním vesmíru, jakož i toho, jak se světlo, které se k nám dostává z různých vzdáleností ve vesmíru, v důsledku expanze přesouvá do červeného spektra, můžeme obnovit, jak velké byl vesmír kdykoli v minulosti.
Když byl vesmír asi 10 000 let starý, jeho pozorovatelná část už byla přes 10 milionů světelných let. Když měla jen rok, byl pozorovatelný vesmír napříč 100 000 světelných let. Když byla jen jedna vteřina, byla už přes 10 světelných let. Ano, všechno zní, jako by se rozšiřovalo rychleji než světlo. Ale v žádném okamžiku se žádná částice nepohybovala rychleji než světlo ve vztahu k jiné částici, se kterou interagovala.
Čím dále je galaxie, tím rychleji se od nás vzdálí a čím více se její světlo posune do červeného spektra, nutí nás podívat se na stále delší vlny. Za určitou vzdálenost se galaxie stávají nedosažitelnými i při rychlosti světla.
Naopak, samotný prostor mezi částicemi se rozšířil, v průběhu kterého se vzdálenost mezi nimi zvětšila a vlnová délka záření v tomto prostoru byla natažena. Během kosmické historie to trvalo mnoho miliard let a pokračuje dodnes. I když nikdy nemůžeme dosáhnout žádných předmětů, které by byly delší než 15,6 miliard let, i když se pohybujeme rychlostí světla (což je z definice nemožné), není to proto, že by se pohybovaly rychleji než světlo, ale protože prostor mezi různými body se stále rozšiřuje.
Hlavní cesta je, že se prostor nerozšiřuje při žádné konkrétní rychlosti, ale spíše při určité rychlosti: rychlostí na jednotku vzdálenosti. Výsledkem je, že čím dál je předmět, na který se díváte, tím více ovlivňuje expanze vzdálenost mezi vámi. Čím dále je objekt od vás, čím je červenější, tím rychleji se od vašeho pohledu vzdálí. Ale je to rychlejší než světlo? Abyste to mohli změřit, musíte být ve stejné oblasti. Ve vztahu k vaší poloze se nic nehýbe rychleji než světlo a to lze kdykoli říci o kterémkoli místě ve vesmíru. Prostor se rozšiřuje, ale ne rychlejší než světlo, navíc tato expanze nemá žádnou rychlost.
Vladimir Guillen