Voit usein kuulla astrofysiikan ja kosmologin lausuntoja siitä, että maailmankaikkeuden erittäin kaukana olevat alueet ovat siirtymässä meistä nopeammin kuin valon nopeus. Mutta mitä tämä tarkalleen tarkoittaa? Tarkoittavatko ne, että universumissa on esineitä, jotka voivat ylittää yhden perusarvoista.
Erikoissuhteellisuussuhteiden perusteellisin laki kerralla sai Einsteinin toteuttamaan fysiikan läpimurtoisimman idean - ettei mikään voi liikkua valoa nopeammin. Tyhjiössä olevat tyhjiössä olevat hiukkaset hiukkaset liikkuvat valon nopeudella, kun taas kaikki muu - hiukkanen, jonka massa on jonnekin tai massaton hiukkanen väliaineessa - liikkuu aina hitaammin kuin valon nopeus. Mutta kun kyse on maailmankaikkeuden laajenemisesta, herää usein ajatuksia, että tämä tapahtuu nopeammin kuin valon nopeus. Yritetään selvittää, onko tämä niin.
Nykypäivän maailmankaikkeus on ollut olemassa noin 13,8 miljardia vuotta kuumasta Big Bangista. Mutta jos kysyt, kuinka kauas voimme katsoa mihin suuntaan tahansa, vastaus ei ole 13,8 miljardia valovuotta, vaan paljon enemmän. Jos mietit sitä, voit kuvitella etäisyyden, joka on kaksinkertainen: jos valoa säteilevä esine oli 13,8 miljardia valovuotta 13,8 miljardia vuotta sitten "meistä", niin se todennäköisesti säteili valoa, siirtyen meistä - ehkä jopa lähellä valoa olevalla nopeudella. Jos valoisa esine olisi ollut olemassa niin kauan ja siirtyisi jatkuvasti meistä nopeudella 299 792 kilometriä sekunnissa, sen valo saavuttaisi meidät vasta nyt, vaikka esine itsessään olisi jo 27,6 miljardia vuotta meistä. Tämä kaikki kuulostaa kohtuulliselta, mutta se voi johtaa meihin epätodennäköiseen oletukseen, että tila itsessään on staattinen.
Avaruus, jossa elämme, ei ole staattinen - se laajenee. Lisäksi voimme mitata nykyisen laajentumisnopeuden sellaisena kuin se oli kaukaisessa menneisyydessä ja sellaisena kuin se oli kaikilla "väliajoilla". Osoittautuu, että vain 168 metrin päässä meistä suuren räjähdyksen aikaan olleen esineen valo (okei, 10-33 sekuntia suuren iskun jälkeen) saavuttaisi meidät vasta tänään, 13,8 miljardia vuotta myöhemmin, uskomattoman matkan ja epätodellisen venytysasteen jälkeen, ja itse esine olisi nyt 46,1 miljardia vuotta meistä.
Universumin evoluutio ison iskun hetkestä lähtien standardi-kosmologisen mallin mukaan.
”Ahaa! huudahdat. "Joten tila on laajentunut nopeammin kuin valon nopeus!"
Eikö olekin? Jotta joku voisi liikkua valoa nopeammin, sillä on oltava nopeus: jotain, joka voidaan mitata esimerkiksi kilometrejä sekunnissa. Mutta näin ei universumi laajene.
Päinvastoin, se laajenee nopeudella yksikköetäisyyttä kohti. Tämä mitataan yleensä kilometreinä sekunnissa megaparseksia kohden, missä megaparsec on noin 3,26 miljoonaa valovuotta. Jos laajennusnopeus on 70 km / s / Mpc, tämä tarkoittaa, että keskimäärin 10 megapiksen päässä meistä oleva esine siirtyy näkökulmasta 700 km / s nopeudella, nopeudella 200 Mpc - 14 000 km / s ja Jos kyseessä on 5000 megapikselin esine, näyttää siltä, että se liikkuu nopeudella 350 tuhatta km / s.
Mainosvideo:
Seurataanko tästä kuitenkin sitä, että jotkut esineet liikkuvat valoa nopeammin? Palatkaamme takaisin Einsteinin erityiseen todennäköisyyteen ja pohditaan, mitä tarkoitamme, kun sanomme, että mikään ei voi kulkea valoa nopeammin. Tämä tarkoittaa, että jos sinulla on kaksi objektia samassa avaruus-aikatapahtumassa - miehittää samaa tilaa samanaikaisesti -, ne eivät voi liikkua toisiinsa nähden nopeammin kuin valon nopeus. Vaikka yksi niistä liikkuisi pohjoiseen 99 prosentilla valon nopeudesta ja toinen liikkuu samalla nopeudella etelään, niiden nopeus ei ole 198 prosenttia valon nopeudesta toisiinsa nähden, mutta on yhtä suuri kuin 99,995 prosenttia valon nopeudesta. Ei väliä kuinka nopeasti kukin niistä liikkuu, ne eivät koskaan ylitä valon nopeutta toisiinsa nähden.
Havaittavissa oleva maailmankaikkeus voi olla 46 miljardia valovuotta kaikkiin suuntiin näkökulmastamme, mutta sen ulkopuolella on ehdottomasti alueita, joita emme voi tarkkailla. 46 miljardia valovuotta on vain raja havainnoillemme.
Siksi sitä kutsutaan suhteellisuudeksi: se mittaa suhteellista liikettä kahden esineen välillä samassa pisteessä tilassa ja tilassa. Mutta tämäntyyppinen suhteellisuusteoria - erityinen relatiivisuus - asettaa säännöt alueellesi, joka ei laajene. Yleinen suhteellisuusteoria lisää tähän toisen kerroksen: tosiasia, että tila itse laajenee. Mittaamalla tavallisen aineen, tumman aineen, tumman energian, neutriinojen, säteilyn ja muiden asioiden määrä nykypäivän universumissa, samoin kuin kuinka universumin eri etäisyyksiltä meitä saavuttava valo siirtyy punaiseen spektriin laajentumisen seurauksena, voimme luoda uudelleen kuinka suuri oli maailmankaikkeus milloin tahansa menneisyydessä.
Kun maailmankaikkeus oli noin 10 tuhatta vuotta vanha, sen havaittavissa oleva osuus oli jo 10 miljoonaa valovuotta poikki. Kun hän oli vain vuosi vanha, havaittavissa oleva maailmankaikkeus oli 100 000 valovuotta poikki. Kun hän oli vain yksi sekunti, hän oli jo 10 valovuoden poikki. Kyllä, se kuulostaa siltä, että se laajenee nopeammin kuin valo. Mutta mikään hiukkas ei siirtynyt valoa nopeammin suhteessa toiseen partikkeliin, jonka kanssa se oli vuorovaikutuksessa.
Mitä kauempana galaksi on, sitä nopeammin se siirtyy poispäin meistä ja sitä enemmän sen valo siirtyy punaiseen spektriin pakottaen meidät katsomaan yhä pidempiä aaltoja. Tietyn etäisyyden päässä galakseista tulee saavuttamattomia jopa valon nopeudella.
Päinvastoin, hiukkasten välinen tila laajeni, jolloin niiden välinen etäisyys kasvoi, ja säteilyaallonpituutta venytettiin tässä tilassa. Tämä jatkui useita miljardeja vuosia kosmisen historian aikana ja jatkuu tänään. Vaikka emme voi koskaan päästä muihin kohteisiin kuin 15,6 miljardia vuotta sitten, vaikka liikkummekin valon nopeudella (mikä on määritelmän mukaan mahdotonta), ei ole, koska ne ovat siirtymässä valoa nopeammin, mutta koska tila eri pisteiden välillä kasvaa jatkuvasti.
Tärkein takea on, että tila ei laajene millään tietyllä nopeudella, vaan pikemminkin tietyllä nopeudella: nopeudella etäisyyttä kohti. Seurauksena on, että mitä kauempana katsottavaa kohdetta, sitä enemmän laajennus vaikuttaa etäisyyteen sinun välillä. Mitä kauempana kohde on sinusta, sitä punaisempi se näyttää ja mitä nopeammin se siirtyy pois näkökulmastasi. Mutta onko se nopeampaa kuin valo? Tämän mittaamiseksi sinun on oltava samalla alueella. Mikään ei liiku valoa nopeammin sijaintisi suhteen, ja tämä voidaan sanoa mistä tahansa maailmankaikkeuden paikasta milloin tahansa. Avaruus laajenee, mutta ei nopeammin kuin valo, lisäksi tällä laajenemisella ei ole nopeutta.
Vladimir Guillen