לעתים קרובות אתה יכול לשמוע הצהרות של אסטרופיזיקאים וקוסמולוגים לפיה אזורים רחוקים מאוד של היקום מתרחקים מאיתנו מהר יותר ממהירות האור. אבל מה זה אומר בדיוק? האם הם מתכוונים לכך שישנם אובייקטים ביקום שיכולים לחרוג מאחד הכמויות הבסיסיות ביותר.
החוק היסודי ביותר של תורת היחסות המיוחדת הוביל את איינשטיין למימוש הרעיון הכי פורץ דרך בפיסיקה - ששום דבר לא יכול לנוע מהר יותר מאור. חלקיקים חסרי מסה בוואקום נעים במהירות האור, בעוד כל השאר - חלקיק בעל מסה איפשהו או חלקיק חסר מסה במדיום - תמיד יזוז לאט יותר ממהירות האור. אך בכל הנוגע להתרחבות היקום, מתעוררות פעמים רבות מחשבות שזה קורה מהר יותר ממהירות האור. בואו ננסה להבין אם זה כך.
היקום כפי שאנו רואים אותו כיום קיים כ -13.8 מיליארד שנים - מאז המפץ הגדול החם. אבל אם תשאלו כמה רחוק נוכל להסתכל לכל כיוון, התשובה לא תהיה 13.8 מיליארד שנות אור, אלא הרבה יותר. אם תחשוב על זה אתה יכול לדמיין מרחק גדול פי שניים: אם עצם שפולט אור היה במרחק של 13.8 מיליארד שנות אור לפני "אותנו" לפני 13.8 מיליארד שנים, אז סביר להניח שהוא פולט אור כשהוא מתרחק מאיתנו - אולי אפילו בזמן מהירות קרובה לאור. אם אובייקט בהיר קיים כל כך הרבה זמן ומתרחק מאיתנו כל הזמן במהירות של 299,792 קילומטרים לשנייה, אורו היה מגיע אלינו רק עכשיו, למרות שהאובייקט עצמו כבר היה מרוחק מאיתנו 27.6 מיליארד שנים. כל זה נשמע הגיוני, אבל זה עשוי להוביל אותנו להנחה הלא כל כך טובה שהמרחב עצמו סטטי.
המרחב בו אנו חיים אינו סטטי - הוא מתרחב. יתר על כן, אנו יכולים למדוד את קצב ההתרחבות הנוכחי, כפי שהיה בעבר הרחוק וכפי שהיה בכל התקופות ה"בינוניות ". מסתבר שאור של אובייקט שהיה במרחק של 168 מטרים מאתנו בזמן המפץ הגדול (בסדר, 10-33 שניות לאחר המפץ הגדול), היה מגיע אלינו רק היום, לאחר 13.8 מיליארד שנים, לאחר נסיעה מדהימה ומידת מתיחות לא מציאותית, והחפץ עצמו יהיה כעת במרחק של 46.1 מיליארד שנות אור.
“אהה! אתה קורא. "אז החלל התרחב מהר יותר ממהירות האור!"
לא כך? רק כדי שמשהו יזוז מהר יותר מהאור, הוא חייב להיות בעל מהירות: משהו שניתן למדוד, למשל, קילומטרים בשנייה. אבל לא כך מתרחב היקום.
להיפך, הוא מתרחב במהירות ליחידת מרחק. בדרך כלל זה נמדד כקילומטרים לשנייה למגפרסקה, כאשר מגה -פרסק הוא כ -3.26 מיליון שנות אור. אם מהירות ההתרחבות היא 70 קמ"ש / מייק"ש, המשמעות היא שבאופן ממוצע אובייקט הממוקם 10 קמ"ש מאתנו מתרחק במהירות של 700 קמ"ש מנקודת המבט שלנו, ב -200 מק"ש - 14,000 קמ"ש., ובמקרה של אובייקט של 5000 Mpc, נראה לנו שהוא מתרחק במהירות של 350 אלף קמ"ש.
עם זאת, האם מכאן נובע שחלק מהחפצים נעים מהר יותר מאור? נחזור ליחסות המיוחדת של איינשטיין ונחשוב למה אנו מתכוונים כשאנחנו אומרים ששום דבר לא יכול לנסוע מהר יותר מאור. המשמעות היא שאם יש לך שני אובייקטים באותו אירוע זמן -מרחב - שתופסים את אותו החלל בו זמנית - אז הם לא יכולים לנוע ביחס זה לזה מהר יותר ממהירות האור. גם אם אחד מהם יזוז צפונה ב -99% ממהירות האור, והשני זז באותה מהירות דרומה, מהירותו לא תהיה 198% ממהירות האור ביחס זה לזה, אלא תהיה שווה ל 99.995% ממהירות האור. לא משנה כמה מהר כל אחד מהם יזוז, הם לעולם לא יחרגו ממהירות האור ביחס אחד לשני.
לכן הוא נקרא תורת היחסות: הוא מודד את התנועה היחסית בין שני עצמים באותה נקודה במרחב ובזמן. אבל סוג זה של תורת היחסות - יחסיות מיוחדת - קובע את הכללים באזור שלך של מרחב שאינו מתרחב. היחסות הכללית מוסיפה לכך נדבך נוסף: העובדה שהחלל עצמו מתרחב. על ידי מדידת כמות החומר הרגיל, החומר האפל, האנרגיה האפלה, הנייטרינו, הקרינה ודברים אחרים ביקום של היום, כמו גם כיצד האור המגיע אלינו ממרחקים שונים ביקום מועבר לספקטרום האדום כתוצאה מהתרחבות, אנו יכול לשחזר כמה גדול היה יקום בכל רגע בעבר.
כאשר היקום היה בן כ -10 אלף שנה, חלקו הנצפה היה כבר בעובדה של 10 מיליון שנות אור. כשהיתה רק בת שנה, היקום הנצפה היה באורך של 100,000 שנות אור. כשהיתה רק שנייה אחת, היא כבר עברה 10 שנות אור. כן, הכל נשמע כאילו הוא מתרחב מהר יותר מאור. אך בשום רגע לא חלקיק אחד זז מהר יותר מהאור ביחס לחלקיק אחר שאיתו הוא מתקשר.
להיפך, עצם החלל בין החלקיקים התרחב, בתהליך המרחק ביניהם גדל, ואורך גל הקרינה בחלל זה נמתח. זה נמשך מיליארדי שנים רבות במהלך ההיסטוריה הקוסמית ונמשך עד היום. למרות העובדה שלעולם לא נוכל להגיע לאובייקטים בני יותר מ -15.6 מיליארד שנים כרגע, גם אם ננוע במהירות האור (מה שהגדרתי בלתי אפשרי), זה לא בגלל שהם מתרחקים מהר יותר מהאור, אלא מכיוון שהמרווח בין נקודות שונות ממשיך להתרחב.
העיקר העיקרי הוא שהמרחב אינו מתרחב במהירות מסוימת, אלא בקצב מסוים: במהירות ליחידת מרחק. כתוצאה מכך, ככל שהאובייקט שאתה מסתכל רחוק יותר, הרחבה משפיעה על המרחק ביניכם. ככל שחפץ רחוק יותר ממך, כך הוא יראה אדום יותר ויתרחק יותר מנקודת המבט שלך. אבל האם הוא מהיר יותר מאור? כדי למדוד זאת, אתה צריך להיות באותו אזור. שום דבר לא זז מהר יותר מאור ביחס למיקום שלך, ואת זה אפשר לומר על כל מקום ביקום בכל עת. החלל מתרחב, אך לא מהר יותר מאור; יתר על כן, להתרחבות זו אין מהירות.