Jedan od osnovnih zakona fizike, koje je Ajnštajn postavio pre više od 100 godina, jeste da postoji krajnja brzine, preko koje ništa ne može da se kreće. Brzina svetlosti. Ta maksimalna brzina, 299.792.458 m/s, je brzina kojom sve čestice bez mase putuju kroz vakuum svemira. Ako imaju masu, mogu se samo približiti (ali nikada dostići) tu brzinu. Maksimala brzina kretanje kroz sredinu koja nije vakum, manja je od brzine svetlosti u vakumu.
Kako onda možemo da vidimo objekte u našem univerzumu, koji su nastali nešto posle Velikog praskom pre nekih 13,8 milijardi godina, a koji su udaljeni do 46 milijardi svetlosnih godina od nas? Kako su uspeli da se za 13 milijardi godina udalje 46 miljardi svetlosnih godina, kao da su putovali brzinom koja skoro 4 puta veća od brzina svetlosti?
Moramo se vratiti malo u prošlost. Pre Ajnštajna, gravitacija je bila njutnovski pojam. Prema Njutnu, prostor i vreme su bili apsolutni, a ne relativni entiteti. Gravitaciona sila privlačenja između bilo koje dve mase morala je da se širi beskrajno brzo, umesto da je ograničena brzinom svetlosti.
Slika 1. Rezultati Eddingtonove ekspedicije 1919. godine pokazali su, konačno, da je Opšta teorija relativnosti objasnila savijanje svetlosti zvezde oko masivnih objekata, skidajući sa trona njuntonovsku sliku statičnog i pravilnog prostora. Ovo je bila prva posmatračka potvrda Ajnštajnove opšte relativnosti. Posmatrači su zvezdu videli ne na njenom mestu na nebu, nego pomerenu. Ilustracija iz dnevne štampe 1919. god.
Kao što su dokazi jasno pokazali, Ajnštajnova opšta teorija relativnost govori nam da je prostor zakrivljen masom i energijom a taj zakrivljeni prostor određuje kretanje mase i energije. Ova nova konceptualizacija gravitacije i samog tkanja prostora i vremena donela je sa sobom još jedno otkriće: činjenica da tkanje Univerzuma, iako je svuda popunjeno približno jednakim količinama materije i energije, ne može biti statično i nepromenljivo. Detaljnije uz odgovarajuće ilustracije smo o tome pisali u dva članka Novi način vizualizacije opšte teorije ralitivnosti: ovde i ovde.
Umesto toga, kako su posmatranja još 1920-ih počela definitivno da pokazuju, postojala je sistematska veza između udaljenosti objekta od nas i pomeranju svetla tih objekata ka crvenom delu spektra. Time je otkriveno širenje vasione[1]. Naravno, nezavisno od širenja, galaksije se kreću jedna u odnosu na drugu, ali brzinama reda stotinu ili hiljada km/s. Npr. Mlečni put se kreće brzinom od oko 600 km/s, zajedno sa klasterom u kome se nalazi ka Velikom atraktoru (o tome ćemo pisati u nekom od narednih članaka). Ipak, kada gledamo crvene pomake udaljenih galaksija, oni odgovaraju mnogo mnogo većim brzinama udaljavanja.
Slika 2. Odnos daljine/crvenog pomaka (brzine udaljavanja), najudaljenijih objekta, njihovih supernova tipa Ia, koje služe kao reperi. Podaci snažno favorizuju svemir koji se ubrzano širi. Obratite pažnju da y-osa sadrži brzine koje su veće od brzine svetlosti. Ovaj dijagrarm ne govori celu priču o tome šta se zapravo dešava sa svemirom koji se širi.
Astronomi su brzo shvatili da se udaljenje galaksije ne kreću tim velikim brzinama udaljavanja, nego da se samo tkanje svemira širi, noseći sa sobom galaksije. Kao recimo suvo grožđe u testu koje raste. Dok testo raste grožđe se pomera, ali ne u odnosu na testo. Tako da se ni galaksije ne pomeraju u odnosu na prostor, osim kretanja pod dejstvom lokalnih gravitacionih uticaja.
Udaljene galaksije emituju svetlost svojih zvezda, koju mi vidimo tek kada svetlost stigne do naših očiju posle dugog putovanja kroz univerzum. Ali ne Njutnov univerzum, nego kroz Ajnštajnov univerzum koji se širi.
https://www.youtube.com/watch?v=3OiSoptcEDs
Jutjub video sa animacijom koja nam prikazuje kako dolazi do pomaka talasne dužine svetlosti ka crvenom delu spektra. Obratite pažnju da svetlost udaljene galaksije ne prelazi rastojanje između dve galaksije u trenutku polaska svetlosti, ni rastojanje koje je na kraju putovanja, nego veće.
Prve zvezde i galaksije nastale su nekoliko stotina miliona godina posle Velikog praska (u međuvremenu inflacija je bila završena), tako da njihova svetlost koju sada mi vidimo u dubokoj infracrvenoj svetlosti, krenula je ka nama kao ultraljubičasta svetlost. Šta toliki pomeraj boje (frekvencije) svetlosti znači? Šta kaže računica? Kaže da se te galaksije udaljavaju od nas znatno većom od brzine svetlosti. Ali da se nalazimo u toj udaljenoj galaksiji, videli bismo da se galaksija ne kreće nadsvetlosnom brzinom nego nekom uobičajenom brzinom od 1% brzine svetlosti ili manje.
Sam prostor se širi, i to čini ogromnu većinu crvenog pomaka koji vidimo. A prostor se ne širi nekom konkretnom brzinom; širi se brzinom po jedinici udaljenosti: vrlo različitom vrstom brzine. Kada vidite brojeve poput 67 km/s/Mpc ili 73 km/s/Mpc (dve najčešće vrednosti koje su astronomi izmerili), to su brzine (u km/s) po jedinici udaljenosti Mpc (Mega parsek je oko 3,3 miliona svetlosnih godina).
Ograničenje „ništa se ne može kretati brže od svetlosti“ odnosi se samo na kretanje mase kroz svemir. Brzina kojom se sam prostor širi - brzina po jedinici udaljenosti - nema ogrančenje maksimalne vrednosti!
Iako je od Velikog praska prošlo 13,8 milijardi godina, zbog nadsvetlosne brzine širenja univerzuma možemo da posmatramo svetlost objekata koji su od nas udaljeni 46,1 milijardu svetlosnih godina. Što znači da je prečnik vidljive vasione oko 92 miljiarde svetlosnih godina. Detaljnjije o veličini vasione možete pročitati ovde. Iz nadsvetlosnog širenja prostora teoretski fizičari su došli na ideju nadsvetlosnog pogona. Lokalno širenje i skupljanje prostora koje bi pomeralo mehur prostora u kome bi bio vlastiti inercioni sistem unutar koga se nalazi brod koji stoji i nije izložen silama ubrazanja niti ograničenjima maksimalne brzine materije. Više o tome ovde.
[1] Zašto se vasiona širi? Sve beži od Čak Norisa.
Izvori:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/sne_cosmology.html
https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/06/12/ask-ethan-how-does-the-fabric-of-spacetime-expand-faster-than-the-speed-of-light/?sh=5fd561703b5f
VRT FIZIKE: Gde se svemir širi?
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
