Jūs bieži varat dzirdēt astrofiziķu un kosmologu paziņojumus, ka ārkārtīgi tālie Visuma reģioni attālinās no mums ātrāk nekā gaismas ātrums. Bet ko tas īsti nozīmē? Vai tie nozīmē, ka Visumā ir objekti, kas var pārsniegt vienu no pamatvērtībām.
Īpašā relativitātes principiālais pamatnoteikums vienā reizē lika Einšteinam realizēt visīstāko ideju fizikā - ka nekas nevar pārvietoties ātrāk par gaismu. Bezsvara daļiņas vakuumā pārvietojas ar gaismas ātrumu, savukārt viss pārējais - daļiņa ar masu kaut kur vai nesvara daļiņa vidē - vienmēr kustēsies lēnāk nekā gaismas ātrums. Bet, runājot par Visuma paplašināšanos, bieži rodas domas, ka tas notiek ātrāk nekā gaismas ātrums. Mēģināsim izdomāt, vai tas tā ir.
Visums, kādu mēs to šodien redzam, ir bijis apmēram 13,8 miljardi gadu kopš karstā lielā sprādziena. Bet, ja jūs jautājat, cik tālu mēs varam skatīties jebkurā virzienā, atbilde nav 13,8 miljardi gaismas gadu, bet gan daudz vairāk. Ja padomājat par to, varat iedomāties divreiz lielāku attālumu: ja objekts, kas izstaroja gaismu, bija 13,8 miljardi gaismas gadu pirms 13,8 miljardiem gadu no "mums", tad tas, visticamāk, izstaroja gaismu, attālinoties no mums - iespējams, pat ar ātrumu, kas tuvu gaismai. Ja spilgts objekts pastāvētu tik ilgi un nepārtraukti attālinātos no mums ar ātrumu 299 792 kilometri sekundē, tā gaisma mūs sasniegtu tikai tagad, kaut arī pats objekts jau būtu 27,6 miljardus gadu no mums. Tas viss izklausās pamatoti, taču tas var novest pie pie ne tik laba pieņēmuma, ka pati telpa ir statiska.
Telpa, kurā mēs dzīvojam, nav statiska - tā paplašinās. Turklāt mēs varam izmērīt pašreizējo izplešanās ātrumu tā, kā tas bija tālā pagātnē un kā tas bija visos "starpposma" laikposmos. Izrādās, objekta gaisma, kas Lielā sprādziena laikā bija tikai 168 metru attālumā no mums (labi, 10-33 sekundes pēc lielā sprādziena), mūs sasniegs tikai šodien, 13,8 miljardus gadu vēlāk, pēc neticamiem ceļojumiem un nereālas stiepšanās pakāpes, un pats objekts tagad būtu 46,1 miljarda gadu attālumā no mums.
Visuma evolūcija no lielā sprādziena brīža saskaņā ar standarta kosmoloģisko modeli.
“Aha! tu iesaucies. "Tātad telpa ir paplašinājusies ātrāk nekā gaismas ātrums!"
Vai ne? Lai kaut kas kustētos ātrāk nekā gaisma, tam ir jābūt ātrumam: kaut kam, ko var izmērīt, piemēram, kilometriem sekundē. Bet tas nav tas, kā Visums paplašinās.
Gluži pretēji, tas izplešas ar ātrumu uz vienības attālumu. Parasti to mēra kā kilometrus sekundē uz megaparsecu, kur megaparsecs ir aptuveni 3,26 miljoni gaismas gadu. Ja izplešanās ātrums ir 70 km / s / Mpc, tas nozīmē, ka vidēji objekts, kas atrodas 10 Mpc attālumā no mums, no mūsu viedokļa pārvietojas ar ātrumu 700 km / s, ar ātrumu 200 Mpc - 14 000 km / s, un pie Ja objekts ir 5000 MPK, mums šķitīs, ka tas attālinās ar ātrumu 350 tūkstoši km / s.
Reklāmas video:
Tomēr, vai no tā izriet, ka daži objekti pārvietojas ātrāk nekā gaisma? Atgriezīsimies pie Einšteina īpašās varbūtības un padomāsim, ko mēs domājam, sakot, ka nekas nevar ceļot ātrāk par gaismu. Tas nozīmē, ka, ja jums ir divi objekti vienā telpas un laika notikumā - vienlaikus aizņem vienu un to pašu telpu -, tad tie nevar pārvietoties viens pret otru ātrāk par gaismas ātrumu. Pat ja viens no tiem virzās uz ziemeļiem ar 99% gaismas ātruma, bet otrs pārvietojas ar tādu pašu ātrumu uz dienvidiem, to ātrums nebūs 198% no gaismas ātruma attiecībā pret otru, bet būs vienāds ar 99,995% no gaismas ātruma. Neatkarīgi no tā, cik ātri katrs no viņiem pārvietojas, viņi nekad nepārsniegs gaismas ātrumu attiecībā pret otru.
Novērojamais Visums var būt 46 miljardi gaismas gadu visos virzienos no mūsu viedokļa, taču noteikti ir reģioni ārpus tā, kurus mēs nevaram novērot. 46 miljardi gaismas gadu ir tikai robeža mūsu novērojumiem.
Tāpēc to sauc par relativitāti: tas mēra relatīvo kustību starp diviem objektiem vienā un tajā pašā vietas telpā un laikā. Bet šis relativitātes veids - īpašā relativitāte - nosaka noteikumus jūsu telpā, kas nepaplašinās. Vispārējā relativitāte tam pievieno vēl vienu slāni: fakts, ka pati telpa paplašinās. Izmērot parastās matērijas, tumšās matērijas, tumšās enerģijas, neitrīno, starojuma un citu lietu daudzumu mūsdienu Visumā, kā arī to, kā gaisma, kas mūs sasniedz no dažādiem attālumiem Visumā, tiek novirzīta uz sarkano spektru paplašināšanās rezultātā, mēs varam atjaunot, cik liels bija Visums jebkurā pagātnes brīdī.
Kad Visums bija apmēram 10 tūkstošus gadu vecs, tā novērojamā daļa bija jau 10 miljoni gaismas gadu. Kad viņa bija tikai gadu veca, novērojamais Visums bija 100 000 gaismas gadu pāri. Kad viņai bija tikai viena sekunde, viņai bija pāri jau 10 gaismas gadi. Jā, tas viss izklausās, ka tas izplešas ātrāk nekā gaisma. Bet nevienā brīdī neviena daļiņa nevirzījās ātrāk par gaismu attiecībā pret citu daļiņu, ar kuru tā mijiedarbojās.
Jo tālāk ir galaktika, jo ātrāk tā attālinās no mums un jo vairāk tās gaisma pāriet uz sarkano spektru, liekot mums paskatīties uz arvien garākiem viļņiem. Pēc noteikta attāluma galaktikas kļūst nepieejamas pat ar gaismas ātrumu.
Tieši pretēji, telpa starp daļiņām paplašinājās, kuras laikā attālums starp tām palielinājās, un starojuma viļņa garums šajā telpā tika izstiepts. Tas turpinājās daudzus miljardus gadu kosmiskās vēstures laikā un turpinās šodien. Pat ja mēs nekad nevaram sasniegt objektus, kas pārsniedz 15,6 miljardus gadu atpakaļ, pat ja mēs pārvietojamies ar gaismas ātrumu (kas pēc definīcijas nav iespējams), tas nav tāpēc, ka tie attālinās ātrāk nekā gaisma, bet tāpēc, ka telpa starp dažādiem punktiem turpina paplašināties.
Galvenā aiziešana ir tāda, ka telpa nepaplašinās ar noteiktu ātrumu, bet drīzāk ar noteiktu ātrumu: ar ātrumu uz vienības attālumu. Tā rezultātā, jo tālāk jūs skatāmais objekts, jo vairāk izplešanās ietekmē attālumu starp jums. Jo tālāk objekts atrodas no jums, jo sarkanāks tas parādīsies un jo ātrāk tas attālināsies no jūsu skatupunkta. Bet vai tas ir ātrāks par gaismu? Lai to izmērītu, jums jāatrodas tajā pašā apgabalā. Nekas nekustās ātrāk par gaismu attiecībā pret jūsu atrašanās vietu, un to var teikt par jebkuru vietu Visumā jebkurā laikā. Kosmoss paplašinās, bet ne ātrāk kā gaisma, turklāt šai paplašināšanai nav ātruma.
Vladimirs Guilēns