Вселенная может расширяться быстрее скорости света, не нарушая законов Эйнштейна

Расширяющаяся Вселенная медленно уносит почти каждую далекую галактику за пределы досягаемости света и, в конечном итоге, навсегда скрывает их от наших глаз. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

Расширяющаяся Вселенная усложняет измерение расстояний, поскольку пространство не остается неизменным, пока свет путешествует через него. Галактики продолжают излучать свет, но этому свету могут потребоваться миллиарды лет, чтобы пересечь космос и достичь нас. За время этого путешествия Вселенная продолжает расширяться, увеличивая среднее расстояние между галактиками.

Это означает, что когда телескоп улавливает свет от далекой галактики, изображение показывает не то, где эта галактика находится сегодня. Оно показывает галактику такой, какой она была, когда свет начал свой путь. Чтобы оценить ее нынешнее расстояние, астрономы должны использовать космологическую модель, учитывающую, как Вселенная расширялась с течением времени.

Ведущая модель, используемая сегодня, называется LCDM. Она включает темную материю и темную энергию. Сильные и слабые стороны LCDM заслуживают отдельного обсуждения, но альтернативные модели не сильно меняют общую картину, описанную здесь.

Граница наблюдаемой Вселенной

Возраст Вселенной составляет около 13,77 миллиарда лет, но самые отдаленные регионы, которые мы можем наблюдать, находятся сейчас примерно в 45 миллиардах световых лет от нас. Пространство расширялось все то время, пока их свет путешествовал к нам.

Эта граница известна как горизонт частиц, космологический горизонт или сопутствующий горизонт. Она определяет внешний край нашего наблюдаемого пузыря и отмечает наибольшее расстояние, которое мы можем видеть сегодня.

Поначалу цифры кажутся противоречивыми. Как может наблюдаемая Вселенная простираться на 45 миллиардов световых лет, если ее возраст составляет всего 13,77 миллиарда лет? Ответ заключается в том, что Вселенная может расширяться быстрее скорости света.

Почему расширение быстрее скорости света допустимо

Это не нарушает законы физики. Скорость света ограничивает то, как быстро объекты могут двигаться через пространство в локальной области. Наблюдатель никогда не увидит, чтобы находящаяся рядом ракета пролетела быстрее света.

Космическое расширение — это другое. Далекие галактики не обязательно несутся через пространство в обычном смысле. Вместо этого пространство между нами и этими галактиками растет. Специальная теория относительности не накладывает такого же ограничения на то, как быстро могут увеличиваться большие расстояния во Вселенной.

Астрономы могут оценить, как быстро удаляется галактика, измеряя ее красное смещение. По мере удаления галактики ее свет смещается в сторону более красных длин волн в электромагнитном спектре. Эдвин Хаббл использовал этот эффект, чтобы найти доказательства расширения Вселенной.

В расширяющейся Вселенной более далекие галактики обычно удаляются быстрее, потому что между ними и нами находится больше пространства. Больше пространства означает большее расстояние, которое может расширяться.

Точка, в которой галактики начинают удаляться быстрее скорости света, называется расстоянием Хаббла. Она находится примерно в 13,77 миллиарда световых лет от нас.

Почему мы все еще можем видеть быстро движущиеся галактики

Мы можем наблюдать галактики за пределами расстояния Хаббла, потому что свет, достигающий нас сегодня, был испущен давным-давно, когда эти галактики были гораздо ближе. Мы также можем в конечном итоге получить свет от некоторых галактик, расположенных еще дальше, при условии, что свет начал свой путь к нам, когда галактики были ближе.

Однако существует предельная граница, называемая космологическим горизонтом событий. В настоящее время он находится примерно в 17 миллиардах световых лет от нас.

Любой свет, испущенный ПРЯМО СЕЙЧАС за пределами этой границы, НИКОГДА не достигнет нас, сколько бы мы ни ждали. Расширение пространства помешает ему преодолеть растущее расстояние.

Темная энергия и исчезающая Вселенная

Ускоряющееся расширение, вызванное темной энергией, делает это разделение еще более экстремальным. Космологический горизонт событий будет продолжать расширяться в будущем, но в конечном итоге достигнет максимального расстояния около 60 миллиардов световых лет.

Но даже тогда наблюдатели не смогут увидеть все, что находится в пределах этого расстояния. Свет от самых отдаленных галактик будет растянут до таких огромных длин волн, что он фактически исчезнет из поля зрения.

Примерно через 100 миллиардов лет каждая галактика за пределами Местной группы галактик навсегда исчезнет из виду. Будущие наблюдатели будут жить во Вселенной, которая будет казаться гораздо меньше и пустее той, что мы видим сегодня.

Источники:

Материалы предоставлены Universe Today. Оригинал написан Полом Саттером.