Anda sering dapat mendengar pernyataan oleh ahli astrofizik dan ahli kosmologi bahawa kawasan Alam Semesta yang sangat jauh menjauh dari kita lebih cepat daripada kelajuan cahaya. Tetapi apa sebenarnya maksudnya? Adakah maksudnya ada benda di alam semesta yang boleh melebihi salah satu nilai yang paling asas.
Undang-undang relativiti khusus yang paling mendasar pada satu masa menyebabkan Einstein merealisasikan idea terobosan dalam fizik - bahawa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Zarah tanpa zarah dalam vakum bergerak pada kelajuan cahaya, sementara yang lain - zarah dengan jisim di suatu tempat atau zarah tanpa massa dalam medium - akan sentiasa bergerak lebih perlahan daripada kelajuan cahaya. Tetapi ketika menyangkut perluasan Alam Semesta, pemikiran sering muncul bahawa ini terjadi lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Mari cuba tentukan apakah ini betul.
Alam semesta seperti yang kita lihat hari ini telah wujud sekitar 13.8 bilion tahun sejak Big Bang yang panas. Tetapi jika anda bertanya sejauh mana kita dapat melihat ke arah mana pun, jawapannya bukan 13.8 bilion tahun cahaya, tetapi lebih banyak lagi. Sekiranya anda memikirkannya, anda dapat membayangkan jaraknya dua kali lebih besar: jika objek yang memancarkan cahaya adalah 13.8 bilion tahun cahaya 13.8 bilion tahun yang lalu dari "kita", kemungkinan besar ia memancarkan cahaya, menjauh dari kita - mungkin walaupun pada kelajuan hampir dengan cahaya. Sekiranya objek terang wujud begitu lama dan terus-menerus menjauh dari kita dengan kecepatan 299.792 kilometer sesaat, cahaya itu hanya akan sampai kepada kita sekarang, walaupun objek itu sendiri sudah 27.6 bilion tahun dari kita. Ini semua terdengar munasabah, tetapi mungkin membawa kita kepada anggapan yang tidak begitu baik bahawa ruang itu sendiri tidak stabil.
Ruang di mana kita tinggal tidak statik - ia meluas. Lebih-lebih lagi, kita dapat mengukur kadar pengembangan semasa seperti pada masa lalu dan seperti di semua era "perantaraan". Ternyata cahaya objek yang hanya berjarak 168 meter dari kita pada waktu Big Bang (baik, 10-33 saat selepas Big Bang) hanya akan sampai kepada kita hari ini, 13.8 bilion tahun kemudian, setelah perjalanan yang luar biasa dan tahap peregangan yang tidak nyata, dan objek itu sendiri akan menjadi 46.1 bilion tahun dari kita.
Evolusi Alam Semesta dari saat Big Bang, mengikut model kosmologi standard.
"Aha! anda berseru. "Jadi ruang telah berkembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya!"
Bukan? Agar sesuatu bergerak lebih pantas daripada cahaya, ia mesti mempunyai kelajuan: sesuatu yang dapat diukur, misalnya, kilometer sesaat. Tetapi itu bukan bagaimana alam semesta berkembang.
Sebaliknya, ia berkembang pada kelajuan per unit jarak. Ini biasanya diukur sebagai kilometer per saat per megaparsec, di mana megaparsec adalah sekitar 3.26 juta tahun cahaya. Sekiranya kelajuan pengembangan adalah 70 km / s / Mpc, ini bermaksud, rata-rata, objek yang terletak 10 Mpc dari kita bergerak dengan kelajuan 700 km / s dari sudut pandangan kita, pada 200 Mpc - 14,000 km / s, dan pada Sekiranya terdapat objek 5000 Mpc, sepertinya benda itu bergerak dengan kelajuan 350 ribu km / s.
Video promosi:
Namun, adakah berikut bahawa beberapa objek bergerak lebih cepat daripada cahaya? Mari kembali ke Kebarangkalian Khas Einstein dan fikirkan apa yang kita maksudkan apabila kita mengatakan bahawa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Ini bermaksud bahawa jika anda mempunyai dua objek dalam acara ruang-waktu yang sama - menempati ruang yang sama pada masa yang sama - maka mereka tidak dapat bergerak satu sama lain lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Walaupun salah satu daripadanya bergerak ke utara pada kelajuan cahaya 99%, dan yang lain bergerak pada kelajuan yang sama ke selatan, kelajuan mereka tidak akan menjadi 198% dari kelajuan cahaya satu sama lain, tetapi sama dengan kelajuan cahaya 99,995%. Tidak kira seberapa pantas masing-masing bergerak, mereka tidak akan melebihi kelajuan cahaya yang saling berkaitan.
Alam semesta yang dapat dilihat mungkin 46 milyar tahun cahaya ke semua arah dari sudut pandangan kita, tetapi pasti ada kawasan di luarnya yang tidak dapat kita perhatikan. 46 bilion tahun cahaya hanyalah had untuk pemerhatian kita.
Itulah sebabnya ia disebut relativiti: ia mengukur pergerakan relatif antara dua objek pada titik yang sama dalam ruang dan waktu. Tetapi jenis relativiti ini - Relativiti Khas - menetapkan peraturan di kawasan anda yang tidak berkembang. Relativiti umum menambah lapisan lain: hakikat bahawa ruang itu sendiri berkembang. Dengan mengukur jumlah jirim biasa, jirim gelap, tenaga gelap, neutrino, radiasi dan benda-benda lain di alam semesta hari ini, serta bagaimana cahaya yang sampai kepada kita dari jarak yang berbeza di alam semesta dialihkan ke spektrum merah sebagai akibat pengembangan, kita dapat mencipta seberapa besar adalah alam semesta pada bila-bila masa yang lalu.
Ketika alam semesta berusia sekitar 10 ribu tahun, bahagiannya yang dapat dilihat sudah 10 juta tahun cahaya. Ketika dia baru berusia satu tahun, alam semesta yang dapat dilihat adalah 100.000 tahun cahaya. Ketika dia hanya satu saat, dia sudah berusia 10 tahun cahaya. Ya, semuanya terdengar seperti mengembang lebih cepat daripada cahaya. Tetapi tidak ada titik zarah yang bergerak lebih cepat daripada cahaya sehubungan dengan zarah lain yang dengannya ia berinteraksi.
Semakin jauh galaksi, semakin cepat ia menjauh dari kita dan semakin banyak cahaya yang beralih ke spektrum merah, memaksa kita untuk melihat gelombang yang lebih panjang. Di luar jarak tertentu, galaksi menjadi tidak dapat dicapai walaupun pada kelajuan cahaya.
Sebaliknya, ruang antara zarah-zarah berkembang, dalam proses yang jarak antara mereka meningkat, dan panjang gelombang radiasi di ruang ini diregangkan. Ini berlaku selama berbilion tahun selama sejarah kosmik dan berterusan hingga kini. Walaupun kita tidak pernah dapat mencapai objek melebihi 15.6 bilion tahun yang lalu, walaupun kita bergerak dengan kelajuan cahaya (yang menurut definisi tidak mungkin), itu bukan kerana mereka bergerak lebih cepat daripada cahaya, tetapi kerana ruang antara titik yang berbeza terus berkembang.
Pengambilan utama adalah bahawa ruang tidak mengembang pada kelajuan tertentu, melainkan pada kadar tertentu: pada kelajuan per unit jarak. Hasilnya, semakin jauh objek yang anda lihat, semakin besar pengembangan mempengaruhi jarak antara anda. Semakin jauh objek dari anda, semakin merah akan muncul dan semakin cepat ia akan menjauh dari pandangan anda. Tetapi adakah lebih pantas daripada cahaya? Untuk mengukurnya, anda perlu berada di kawasan yang sama. Tidak ada yang bergerak lebih cepat daripada cahaya yang berkaitan dengan lokasi anda, dan ini dapat dikatakan mengenai tempat di alam semesta pada bila-bila masa. Ruang mengembang, tetapi tidak lebih cepat daripada cahaya, apalagi, pengembangan ini tidak mempunyai kepantasan.
Vladimir Guillen
