Всесвіт розширюється швидше за швидкість світла: фізик пояснює, яким чином
З моменту свого виникнення 13,8 млрд років після Великого вибуху Всесвіт стрімко розширюється. Це означає, що інші галактики постійно віддаляються від нас. У майбутньому настане ситуація, коли ми не зможемо побачити переважну більшість галактик у Всесвіті.
Всесвіт може розширюватися швидше за швидкість світла, каже американський фізик Пол Саттер. Хоча це здається неможливим, згідно з теорією відносності Ейнштейна, але це так, пише Phys.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Розмір спостережуваного Всесвіту
Всесвіт розширюється вже 13,8 мільярдів років з моменту свого виникнення. Весь цей час різні об'єкти в космосі випромінювали світло, але йому потрібен час, щоб дістатися до наших телескопів. Але за цей час Всесвіт стає більшим, а середня відстань між галактиками збільшується.
Тому, коли ми бачимо зображення далекої галактики, світло від якої йшло до нас мільярди років, ми не знаємо, наскільки далеко розташована ця галактика просто зараз. Тому вчені використовують стандартну космологічну модель, яка враховує історію розширення Всесвіту, щоб можна було з'ясувати, наскільки космос розширився за певний період часу. Це модель Лямбда-СDM, яка включає в себе як темну матерію, так і темну енергію. Перша становить більшу частину матерії у Всесвіті, відіграє важливу роль у створенні зірок і галактик. Друга прискорює розширення космосу.
Космологічний горизонт Всесвіту
Попри те, що Всесвіт існує 13,8 млрд років, через його розширення максимальна відстань, яку астрономи можуть побачити, становить близько 45 мільярдів світлових років. Уявіть собі своєрідну сферу, краї якої в будь-якому напрямку знаходяться на відстані 45 мільярдів світлових років. Нагадуємо, що світловий рік — це відстань, яку світло може подолати за 1 земний рік. Це приблизно 9,6 трильйонів кілометрів.
Ця межа спостережуваного Всесвіту називається космологічний горизонт. Тобто це максимальна відстань у Всесвіті, куди ми може зазирнути зараз.
Всесвіт розширюється швидше за швидкість світла
Але хіба 45 мільярдів років, за які світло прийшло до нас із космологічного горизонту, не більше віку Всесвіту? Хіба це не означає, що Всесвіт розширюється швидше за швидкість світла? Так, це так, каже Саттер.
Річ у тім, що швидше за швидкість світла не можуть переміщатися тільки об'єкти в локальному Всесвіті, як це показує загальна теорія відносності Ейнштейна. Тобто ми ніколи не побачимо, як космічний корабель летить швидше за швидкість світла десь поруч із нами. Але об'єкти на далекому краю Всесвіту можуть мати будь-яку швидкість, яку забажають, бо вони перебувають дуже далеко від нас.
Космологічний горизонт подій
Фактично, можна розрахувати поточну швидкість будь-якого далекого об'єкта, і це відбувається завдяки червоному зміщенню. Якщо галактика віддаляється від нас, то її світло зміщується в більш червону частину електромагнітного спектра. У Всесвіті, який постійно розширюється, більш далекі об'єкти віддаляються дедалі швидше і швидше, тому що між ними і нами стає більше простору для розширення. Точка, в якій об'єкти віддалятимуться від нас швидше за швидкість світла, знаходиться на відстані 13,8 млрд світлових років від нас.
Астрономи можуть бачити ці далекі галактики тому, що вони випустили своє світло, коли були ближче до Землі. Але є межа, яка називається космологічним горизонтом подій. Ця межа знаходиться на відстані 17 мільярдів світлових років від нас. Будь-яке світло, випущене об'єктами за межами цієї відстані, ніколи не досягне наших телескопів.
Прискорене розширення Всесвіту ще більше погіршує ситуацію. Космологічний горизонт подій продовжуватиме зростати в майбутньому, але в кінцевому підсумку досягне межі приблизно в 60 мільярдів світлових років від нас. Але це не означає, що ми зможемо побачити все в просторі до цієї межі.
Світло від найдальших галактик зміститься в червону частину електромагнітного спектра настільки сильно, що стане практично невидимим. Приблизно через 100 мільярдів років усі галактики за межами Місцевої групи галактик, куди входить Чумацький Шлях, зникнуть з поля зору назавжди.
Як уже писав Фокус, астрономи могли виявити найбільш ранню і найдальшу чорну діру серед відомих.