Pokud ve vesmíru existuje absolutní zákon, je to, že nic nemůže cestovat rychleji než rychlost světla.
Pro nadšence sci-fi je to trochu depresivní. Prostor je velký, A zatímco rychlost světla je pro nás lidi neuvěřitelně rychlá, na mezihvězdných měřítcích je to ledově pomalé. Dokonce i při rychlosti fotonu asi 300 000 kilometrů za sekundu, je to cesta více než čtyři roky, než dosáhne nejbližší hvězdy ke slunci.
Musíme však být opatrní, jak uvádíme tento univerzální zákon. Abych byl konkrétnější, nic se nemůže pohybovat rychleji než rychlost světla přes plocha. To se může zdát jako nitpick, ale ukázalo se, že má doslova kosmický význam.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Abychom zjistili, proč se musíme podívat na chování samotného vesmíru. Jedna z nejdůležitějších věcí, kterou vesmír dělá, je rozšířit. Každý den se to zvětšuje. Základní pozorování pro toto, která byla provedena před více než stoletím, ukázala, že se zdálo, že vzdálené galaxie ustupují – nejen to, ale ty dál se pohybovaly rychleji.
To je to, co exploze dělá: Někdy po třesku bude nejrychleji se pohybující materiál nejvzdálenější. Zde pochází myšlenka modelu Velkého třesku pro původ vesmíru.
Kosmická expanze může být měřena jako rychlost, což znamená, že v dané vzdálenosti od nás se galaxie vzdálí dané rychlosti. V jiné vzdálenosti se bude galaxie pohybovat jinou rychlostí. Měříme to jako míru expanze zvané Hubbleová konstanta. Naše nejlepší měření tohoto poskytují hodnotu asi 70 kilometrů za sekundu za megaparsec. Jinými slovy, Galaxy One Megaparsec od nás (asi 3,26 milionu světelných let) bude ustupovat rychlostí 70 km/s. Galaxie dva megaparsecs se bude pohybovat dvakrát rychleji nebo na 140 km/s a tak dále.
Tím se to však dostane do potíží: není těžké vidět, že v určité vzdálenosti od nás se rychlost recese rovná rychlosti světla. Pokud spustíte čísla, pouze pomocí rychlosti světla rozděleného hubbleovou konstantou, zjistíte, že vzdálenost je asi 14 miliard světelných let. Tato vzdálenost se nazývá Hubbleová koule a cokoli dále, než by to bylo – od našeho pohledu – pohybuje rychleji než světlo.
Tady je místo, kde jsou věci divné. („Ach ano, zde je to, kde se to stane, “očekávám, že přemýšlíte.) Vesmír je ve skutečnosti o něco větší než to. Víme, že se kosmos narodil asi před 13,8 miliardami let. O několik stovek milionů let později se vytvořily galaxie. Když se ve skutečnosti objevilo. Světelné roky, kdy se k nám dostanete.
To znamená, že mimo naši hubbleovou sféru jsou galaxie a pohybují se od nás rychleji než rychlost světla! Jak je to možné?
A teď se vracíme k pečlivému výběru našich slov. Ano, nic se nemůže pohybovat prostorem rychleji než světlo. Ale tyto galaxie se nepohybují vesmírem. Pohybují se s to.
Protože – pro tento bod – samotný prostor se rozšiřuje, a to všechno mění. Konečný limit rychlosti záleží pouze na materiálových objektech, ale prostor není do této definice zahrnut. Může se rozšířit jakoukoli rychlostí, kterou chce, a to znamená, že v určité vzdálenosti od nás se rozšiřuje rychleji než světlo. Galaxie, zabudované do struktury prostoru, jsou s ním zameteny, takže kolem určité prahové hodnoty – v tomto případě hranice hubbleové koule – se od nás odcházejí superluminálními rychlostmi.
Nedokonalá analogie: Představte si loď na oceánu, která se může pohybovat přes vodu při 20 km/hodinu. Pokud je loď zamířena od vás, tak rychle uvidíte, jak se pohybujete. Ale teď si představte, že se loď v proudu pohybuje rychlostí 30 km/hodinu od vás. Nyní byste změřili loď pohybující se rychlostí 50 km/hodinu, i když rychlost lodi vzhledem k vodě je jen 20. Aby to bylo jasné, je to pouze analogie a neměla by se brát příliš daleko. Ale pomáhá si představit, jak to funguje.
Galaxie se tedy mohou od nás vzdálit rychleji než světlo. Ale můžeme je vidět?
Naivně byste si mysleli, že odpověď zní ne, protože prostor se příliš rychle rozšiřuje, aby nás světlo dohnal. Ale ve skutečnosti tomu tak není. Představte si galaxii těsně před naší sférou Hubble. Vidíme, jak se pohybuje jen rychleji než světlo. Ale z jeho pohledu může světlo, které vyzařuje, snadno dosáhnout okraje naší hubbleové koule po nějaké době, protože tato hrana není tak daleko od této galaxie. A jakmile toto světlo projde touto vzdáleností, může se nám to dostat! To znamená, že ve skutečnosti můžeme vidět galaxie mimo tuto vzdálenost, i když tyto galaxie ustupují rychleji než světlo. Mimochodem, to také znamená, že z pohledu galaxií těsně před naší vlastní hubbleovou sférou se Mléčná dráha od nich vzdává superluminální rychlosti. To je pravda: Z určitého kosmického hlediska právě teď porušujete univerzální rychlostní limit, i když sedíte nehybně na židli.
Bolí vaše hlava už? Jo, chápu to. Ale ve skutečnosti jsem o tom docela jemný a ručně vlnu, protože je to všechno tak složité. Skutečně pochopit, Musíte vyvolat Einsteinovu obecnou teorii relativityCož velmi komplikuje záležitosti. Relativistická fyzika to všechno popisuje velmi dobře, ale převedení na slova je obtížná. Je to jako pokusit se popsat symfonii pouze slovy; Můžete mluvit o jeho objemu a hřišti, ale bez sluch Hudba, tato slova to nemohou skutečně popsat.
Překvapuje mě, že tolik lidí nejenže rozumí důsledkům obecné relativity, ale také využívá tuto fyziku ve svém každodenním životě a snaží se porozumět chování vesmíru-studii zvanou kosmologie. A je úžasnější, že někdo přišel s touto myšlenkou na prvním místě. Einstein byl docela chytrý, ukázalo se.
Ale také to trvalo obrovské množství astronomů z celého světa, kteří pracovali v minulém století, abychom nás dostali tam, kde jsme nyní v tomto kosmickém průzkumu. A stále jsme velmi daleko od toho, aby to všechno pochopili. Stále zbývá tolik naučit se a – v rozšiřujícím se vesmíru – možná nikdy nedosáhneme svého limitu.
