Vesmír může překonat rychlost světla, aniž by porušil Einsteinova pravidla

Foto: NASA’s Goddard Space Flight Center

Úvod do kosmické expanze

Expanze vesmíru umožňuje vzdáleným galaxiím pohybovat se rychleji než světlo, přičemž nám stále umožňuje vidět starodávné světlo, které vyzařovaly, když byly mnohem blíže. Nakonec zrychlující se expanze vytlačí téměř každou galaxii mimo naši Lokální skupinu z dohledu, což způsobí, že se vesmír bude jevit téměř prázdný.

Autor původního článku: Paul Sutter

Jak expanze ovlivňuje pozorování vesmíru

Expanze vesmíru pomalu přenáší téměř každou vzdálenou galaxii mimo dosah světla a nakonec mimo náš pohled navždy. Měření vzdálenosti v expandujícím vesmíru je složitější, protože prostor nezůstává fixní, zatímco světlo jím cestuje. Galaxie nadále vyzařují světlo, ale to může strávit miliardy let překonáváním kosmu, než k nám dorazí. Během této cesty se vesmír neustále rozšiřuje, čímž se zvyšuje průměrná vzdálenost mezi galaxiemi.

Když teleskop zachytí světlo z vzdálené galaxie, obraz neodhaluje, kde se tato galaxie nachází dnes. Ukazuje galaxii tak, jak vypadala, když světlo začalo svou cestu. Aby astronomové odhadli její současnou vzdálenost, musí použít kosmologický model, který zohledňuje, jak se vesmír v průběhu času rozšířil. Hlavní model používaný dnes se nazývá LCDM. Zahrnuje temnou hmotu a temnou energii, což jsou samostatná témata k diskusi.

Hranice pozorovatelného vesmíru

Vesmír je starý přibližně 13,77 miliardy let, ale nejvzdálenější oblasti, které můžeme pozorovat, jsou nyní zhruba 45 miliard světelných let daleko. Prostor se rozšířil během celé doby, kdy jejich světlo cestovalo k nám. Tato hranice je známá jako částicový horizont, kosmologický horizont nebo komovský horizont, v závislosti na tom, jak stylově se cítíte v daném okamžiku. Definuje vnější okraj naší pozorovatelné bubliny a označuje největší vzdálenost, kterou dnes můžeme vidět.

Na první pohled se čísla zdají být protichůdná. Jak může pozorovatelný vesmír sahat 45 miliard světelných let, když je vesmír starý pouze 13,77 miliardy let? Odpověď je, že vesmír se může rozšiřovat rychleji než světlo.

Proč je rychlejší expanze než světlo možná

Toto neporušuje fyzikální zákony. Rychlost světla omezuje, jak rychle se objekty mohou pohybovat prostorem v lokální oblasti. Pozorovatel nikdy neuvidí, jak raketová loď projíždí kolem rychleji než světlo. Kosmická expanze je jiná. Vzdálené galaxie se nutně nepohybují prostorem v obvyklém smyslu. Místo toho se prostor mezi námi a těmito galaxiemi zvětšuje. Speciální teorie relativity neklade stejná omezení na to, jak rychle se mohou zvětšovat velké vzdálenosti napříč vesmírem.

Astronomové mohou odhadnout, jak rychle se galaxie vzdaluje, měřením jejího červeného posuvu. Jak se galaxie vzdaluje, její světlo se natahuje směrem k červenějším vlnovým délkám v elektromagnetickém spektru. Edwin Hubble použil tento efekt k odhalení důkazů, že vesmír se rozšiřuje. V expandujícím vesmíru se vzdálenější galaxie obecně vzdalují rychleji, protože mezi nimi a námi leží větší množství prostoru. Více prostoru znamená více vzdálenosti, která se může rozšiřovat.

Hubbleova vzdálenost a pozorování vzdálených galaxií

Bod, ve kterém galaxie začínají ustupovat rychleji než světlo, se nazývá Hubbleova vzdálenost. Leží asi 13,77 miliardy světelných let daleko. Můžeme pozorovat galaxie za Hubbleovou vzdáleností, protože světlo, které k nám dnes přichází, bylo vyzařováno dávno, když byly tyto galaxie mnohem blíže. Můžeme také nakonec přijmout světlo z některých galaxií, které se nacházejí ještě dále, pokud světlo začalo cestovat k nám, když byly galaxie blíže.

Existuje však konečný limit nazývaný kosmologický horizont událostí (který je jen mírně odlišný od horizontu událostí černé díry). V současné době je asi 17 miliard světelných let daleko. Jakékoli světlo vyzařované PRÁVĚ TEĎ zpoza této hranice k nám NIKDY nedorazí, bez ohledu na to, jak dlouho budeme čekat. Expanzí prostoru se zabrání jeho překročení rostoucí vzdálenosti.

Temná energie a mizející vesmír

Zrychlující se expanze poháněná temnou energií činí tuto separaci ještě extrémnější. Kosmologický horizont událostí bude v budoucnu nadále expandovat, ale nakonec se přiblíží k maximální vzdálenosti asi 60 miliard světelných let. I tehdy pozorovatelé nebudou schopni vidět vše v rámci této vzdálenosti. Světlo z nejvzdálenějších galaxií se natáhne do tak obrovských vlnových délek, že prakticky zmizí z dohledu.

Za zhruba 100 miliard let každá galaxie mimo Lokální skupinu galaxií zmizí z dohledu navždy. Budoucí pozorovatelé budou žít ve vesmíru, který se bude jevit mnohem menší a prázdnější než ten, který můžeme vidět dnes.

Mohlo by vás zajímat

Původní článek: The Universe can outrun light without breaking Einstein’s rules

Nejčastější dotazy

Jak může vesmír překonat rychlost světla?

Vesmír může překonat rychlost světla díky expanze prostoru samotného, což neporušuje Einsteinova pravidla. Vzdálené galaxie se od nás vzdalují rychlostí, která může být vyšší než rychlost světla, protože se prostor mezi nimi a námi neustále rozšiřuje.

Co znamená expanze vesmíru pro pozorování galaxií?

Expanze vesmíru znamená, že vzdálené galaxie se postupně dostávají mimo dosah našeho pozorování. Jak se vesmír rozšiřuje, světlo z těchto galaxií může trvat miliardy let, než k nám dorazí, což komplikuje měření vzdálenosti a pozorování.

Jaké důsledky má zrychlující se expanze vesmíru?

Zrychlující se expanze vesmíru způsobí, že většina galaxií bude nakonec mimo náš dohled. To může vést k tomu, že se vesmír bude jevit téměř prázdný, protože téměř všechny vzdálené galaxie se od nás vzdálí a přestanou být viditelné.