Ako je možné, že sa vesmír rozpína rýchlejšie než svetlo? Einsteinovu teóriu tým neporušuje
Vesmír má 13,77 miliardy rokov, no jeho pozorovateľná časť siaha približne 45 miliárd svetelných rokov ďaleko.
Rýchlosť svetla patrí medzi najznámejšie fyzikálne limity. Podľa Einsteinovej teórie relativity sa nič nemôže pohybovať priestorom rýchlejšie ako svetlo. Existuje však jeden kozmický jav, ktorý môže na prvý pohľad vyzerať ako porušenie tohto pravidla. Samotný vesmír sa totiž môže rozpínať takou rýchlosťou, že niektoré galaxie sa od nás vzďaľujú rýchlejšie ako svetlo.
Neznamená to však, že fyzika prestala fungovať, píše Universe Today. Tajomstvo sa ukrýva v tom, že svetlo má obmedzenie pri pohybe v priestore, zatiaľ čo samotný priestor sa môže meniť.
Svetlo zo vzdialených galaxií cestuje miliardy rokov
Keď sa pozeráš na vzdialené galaxie, nevidíš ich tak, ako vyzerajú dnes, ale vidíš ich minulosť. Svetlo totiž potrebuje určitý čas, aby k nám dorazilo. Ak sa napríklad svetlo vydalo z galaxie pred niekoľkými miliardami rokov, počas jeho cesty sa vesmír ďalej rozpínal. Priestor medzi galaxiou a Zemou sa zväčšoval, takže dnešná vzdialenosť k tej istej galaxii môže byť oveľa väčšia než vzdialenosť, ktorú svetlo pôvodne prekonalo.
Práve preto astronómovia nemôžu jednoducho zmerať vzdialenosť ku každej galaxii iba podľa času letu svetla. Musia použiť kozmologické modely, ktoré zohľadňujú, ako sa vesmír počas miliárd rokov menil. Najpoužívanejší model súčasnej kozmológie sa nazýva Lambda-CDM. Zahŕňa temnú hmotu aj temnú energiu, ktoré patria medzi najväčšie záhady modernej fyziky.
Vek vesmíru vedci odhadujú približne na 13,77 miliardy rokov. Na prvý pohľad by sa mohlo zdať, že najvzdialenejší objekt, ktorý môžeme vidieť, musí byť vzdialený maximálne 13,77 miliardy svetelných rokov. Vďaka rozpínaniu vesmíru však siaha hranica pozorovateľného vesmíru približne do vzdialenosti 45 miliárd svetelných rokov. Táto hranica sa označuje ako kozmologický horizont alebo horizont častíc.
Neprehliadni
Práve tento rozdiel často vyvoláva otázku ako môže byť niečo vzdialené 45 miliárd svetelných rokov, keď vesmír existuje iba 13,77 miliardy rokov?
Odpoveď spočíva v rozpínaní priestoru. Galaxia nevyslala svetlo pred 13 miliardami rokov zo vzdialenosti 45 miliárd svetelných rokov, v čase vyžiarenia svetla, ktoré sa ku nám dostalo len teraz, bola oveľa bližšie. Počas cesty svetla sa však priestor medzi nami a ňou zväčšil.
„Rýchlostný limit svetla platí iba pre miestne pozorovania. Vzdialené objekty môžu mať akúkoľvek rýchlosť, pretože medzi nami a nimi sa rozpína samotný priestor,“ hovoria astrofyzici.
Galaxie sa môžu vzďaľovať rýchlejšie než svetlo
Ako vedci zisťujú, ako rýchlo sa galaxie vzďaľujú? Pomáha im jav nazývaný červený posun. Keď sa galaxia pohybuje od nás, jej svetlo sa posunie smerom k červenej časti elektromagnetického spektra. Práve tento jav pomohol astronómovi Edwinovi Hubbleovi objaviť, že vesmír sa rozpína.
Čím ďalej sa galaxia nachádza, tým viac priestoru medzi nami a ňou sa môže rozpínať. Pri dostatočne veľkej vzdialenosti preto môže vzniknúť situácia, keď sa galaxia od nás vzďaľuje efektívne rýchlejšie ako svetlo. Pri rozpínaní vesmíru totiž treba pochopiť, že sa priestor nerozpína z jedného spoločného stredu, no rozpína sa prakticky rovnako do každého smeru z akéhokoľvek bodu, na ktorý by si sa pozrel.
Rovnako platí, že relativita hovorí, že nič sa nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo, no rozpínanie časopriestoru ako pohyb definovať nemôžeme, čiže vo veľkej jednoduchosti povedané, naňho tento limit „neplatí“. Ide o podobný princíp, na akom, aspoň matematicky, funguje slávny Alcubierrov pohon, ktorý sa inšpiroval pohonom warp zo Star Treku. Tento pohon pracuje s deformáciou časopriestoru okolo vesmírnej lode, čo by jej umožnilo cestovať nadsvetelnou rýchlosťou.
Hranica, kde sa tento jav začne prejavovať, sa nachádza približne vo vzdialenosti takzvaného Hubbleovho polomeru, ktorý dnes predstavuje približne 13,77 miliardy svetelných rokov.
Nie všetko, čo vidíme, uvidíme navždy
Existuje však ešte ďalšia hranica, ktorá vedcom komplikuje predstavu o budúcnosti vesmíru. Nazýva sa kozmologický horizont udalostí. Ide o vzdialenosť, za ktorou svetlo vyslané práve teraz už nikdy nedorazí k Zemi. Aktuálne sa táto hranica nachádza približne 17 miliárd svetelných rokov od nás.
Dôvodom je zrýchľujúce sa rozpínanie vesmíru, ktoré podľa vedcov spôsobuje temná energia. Priestor medzi galaxiami sa nezväčšuje rovnakým tempom navždy, ale rozpínanie sa podľa súčasných poznatkov zrýchľuje.
To však neznamená, že všetky galaxie okamžite zmiznú. Ich svetlo k nám môže ešte dlho prichádzať, pretože ho vyslali v minulosti, keď boli bližšie. Postupne však bude viac a viac galaxií miznúť za hranicou pozorovateľného vesmíru. Ak bude zrýchľovanie rozpínania pokračovať, budúce civilizácie môžu vidieť oveľa menšiu časť vesmíru než dnes. Odhady naznačujú, že približne o 100 miliárd rokov môžu z nášho pohľadu zmiznúť všetky galaxie mimo miestnej skupiny galaxií.
