Je kunt vaak uitspraken horen van astrofysici en kosmologen dat extreem verre gebieden van het heelal sneller dan de lichtsnelheid van ons af bewegen. Maar wat houdt dit precies in? Betekenen ze dat er objecten in het universum zijn die een van de meest fundamentele waarden kunnen overschrijden?
De meest fundamentele wet van de speciale relativiteitstheorie leidde Einstein ooit tot de realisatie van het meest baanbrekende idee in de natuurkunde: dat niets sneller kan bewegen dan licht. Massaloze deeltjes in een vacuüm bewegen met de lichtsnelheid, terwijl al het andere - een deeltje met ergens een massa of een massaloos deeltje in een medium - altijd langzamer zal bewegen dan de lichtsnelheid. Maar als het gaat om de uitdijing van het heelal, komen er vaak gedachten op dat dit sneller gebeurt dan de lichtsnelheid. Laten we proberen erachter te komen of dit zo is.
Het universum zoals we het vandaag zien, bestaat ongeveer 13,8 miljard jaar sinds de hete oerknal. Maar als je vraagt hoe ver we in welke richting dan ook kunnen kijken, is het antwoord niet 13,8 miljard lichtjaar, maar veel meer. Als je erover nadenkt, kun je je een afstand voorstellen die twee keer zo groot is: als een object dat licht uitzendt 13,8 miljard lichtjaar 13,8 miljard jaar geleden van "ons" verwijderd was, dan straalde het hoogstwaarschijnlijk licht uit dat van ons af bewoog - misschien zelfs bij een snelheid die dicht bij het licht ligt. Als een helder object zo lang zou bestaan en constant van ons af zou bewegen met een snelheid van 299.792 kilometer per seconde, zou zijn licht ons nu pas bereiken, hoewel het object zelf al 27,6 miljard jaar van ons verwijderd zou zijn. Dit klinkt allemaal redelijk, maar het kan ons leiden tot de niet zo goede veronderstelling dat de ruimte zelf statisch is.
De ruimte waarin we leven is niet statisch - hij wordt groter. Bovendien kunnen we het huidige tempo van de expansie meten zoals het was in het verre verleden en zoals het was in alle "tussenliggende" tijdperken. Het blijkt dat het licht van een object dat slechts 168 meter van ons verwijderd was ten tijde van de oerknal (oké, 10-33 seconden na de oerknal) ons pas vandaag, 13,8 miljard jaar later, zou bereiken na een ongelooflijke reis en een onwerkelijke mate van uitrekken, en het object zelf zou nu 46,1 miljard jaar van ons verwijderd zijn.
Evolutie van het heelal vanaf het moment van de oerknal volgens het standaard kosmologische model.
“Aha! roept u uit. "Dus de ruimte is sneller gegroeid dan de lichtsnelheid!"
Is het niet? Om iets sneller dan licht te laten bewegen, moet het een snelheid hebben: iets dat kan worden gemeten, bijvoorbeeld kilometers per seconde. Maar zo breidt het universum zich niet uit.
Integendeel, het breidt zich uit met een snelheid per afstandseenheid. Dit wordt meestal gemeten als kilometers per seconde per megaparsec, waarbij een megaparsec ongeveer 3,26 miljoen lichtjaar is. Als de expansiesnelheid 70 km / s / Mpc is, betekent dit dat een object dat zich op 10 Mpc van ons bevindt, gemiddeld weg beweegt met een snelheid van 700 km / s vanuit ons oogpunt, met 200 Mpc - 14.000 km / s, en met In het geval van een object van 5000 Mpc, lijkt het ons dat het wegrijdt met een snelheid van 350 duizend km / s.
Promotie video:
Maar volgt hieruit dat sommige objecten sneller bewegen dan licht? Laten we teruggaan naar Einsteins speciale kans en nadenken over wat we bedoelen als we zeggen dat niets sneller kan reizen dan licht. Dit betekent dat als je twee objecten in dezelfde ruimte-tijdgebeurtenis hebt - die tegelijkertijd dezelfde ruimte innemen - ze niet sneller dan de lichtsnelheid ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Zelfs als een van hen naar het noorden beweegt met 99% van de lichtsnelheid en de andere met dezelfde snelheid naar het zuiden, zal hun snelheid niet 198% van de lichtsnelheid ten opzichte van elkaar zijn, maar gelijk aan 99,995% van de lichtsnelheid. Hoe snel ze ook bewegen, ze zullen nooit de lichtsnelheid ten opzichte van elkaar overschrijden.
Het waarneembare universum mag dan 46 miljard lichtjaar in alle richtingen zijn vanuit ons gezichtspunt, maar er zijn zeker gebieden daarbuiten die we niet kunnen waarnemen. 46 miljard lichtjaar is slechts de limiet voor onze waarneming.
Daarom wordt het relativiteit genoemd: het meet de relatieve beweging tussen twee objecten op hetzelfde punt in ruimte en tijd. Maar dit type relativiteitstheorie - de speciale relativiteitstheorie - bepaalt de regels in jouw gebied van niet-uitbreidende ruimte. De algemene relativiteitstheorie voegt hier nog een laag aan toe: het feit dat de ruimte zelf uitbreidt. Door de hoeveelheid gewone materie, donkere materie, donkere energie, neutrino's, straling en andere dingen in het universum van vandaag te meten, evenals hoe licht dat ons bereikt van verschillende afstanden in het universum wordt verschoven naar het rode spectrum als gevolg van uitdijing, kunnen we recreëren hoe groot was het universum op elk moment in het verleden.
Toen het universum ongeveer 10 duizend jaar oud was, was het waarneembare gedeelte al 10 miljoen lichtjaar in doorsnede. Toen ze nog maar een jaar oud was, was het waarneembare universum 100.000 lichtjaar in doorsnede. Toen ze nog maar een seconde was, was ze al 10 lichtjaar in doorsnede. Ja, het klinkt allemaal alsof het sneller uitzet dan het licht. Maar op geen enkel moment bewoog een deeltje zich sneller dan het licht in verhouding tot een ander deeltje waarmee het in wisselwerking stond.
Hoe verder de melkweg is, hoe sneller hij van ons af beweegt en hoe meer zijn licht naar het rode spectrum verschuift, waardoor we naar steeds langere golven moeten kijken. Voorbij een bepaalde afstand worden sterrenstelsels zelfs bij de lichtsnelheid onbereikbaar.
Integendeel, de ruimte tussen de deeltjes werd groter, waarbij de afstand tussen hen toenam, en de stralingsgolflengte in deze ruimte werd uitgerekt. Dit ging vele miljarden jaren door tijdens de kosmische geschiedenis en gaat door tot vandaag. Ook al kunnen we nooit objecten bereiken die verder gaan dan 15,6 miljard jaar geleden, zelfs als we bewegen met de snelheid van het licht (wat per definitie onmogelijk is), het is niet omdat ze sneller weggaan dan het licht, maar omdat de ruimte tussen verschillende punten steeds groter wordt.
Het belangrijkste is dat de ruimte niet met een bepaalde snelheid uitzet, maar met een bepaalde snelheid: met een snelheid per afstandseenheid. Als gevolg hiervan geldt dat hoe verder weg het object waarnaar u kijkt, hoe meer de uitzetting de afstand tussen u beïnvloedt. Hoe verder een object van u verwijderd is, hoe roder het zal lijken en hoe sneller het zich van uw gezichtspunt zal verwijderen. Maar is het sneller dan licht? Om dit te kunnen meten, moet u zich in hetzelfde gebied bevinden. Niets beweegt sneller dan licht in relatie tot uw locatie, en dit kan op elk moment van elke plaats in het universum worden gezegd. De ruimte breidt zich uit, maar niet sneller dan het licht, bovendien heeft deze uitbreiding geen snelheid.
Vladimir Guillen
