Vesmír se může rozpínat rychleji než světlo, aniž by to narušilo fyziku

Rozpínající se vesmír ztěžuje definování vzdálenosti, protože prostor se během šíření světla stále zvětšuje. Objekty sice stále vyzařují světlo, ale jak se toto světlo k nám pohybuje, průměrná vzdálenost mezi galaxiemi se zvětšuje (ano, vím, že se galaxie někdy mohou srážet, ale mluvíme zde o průměru, ve velkém měřítku).

Když světlo ze vzdálené galaxie konečně dosáhne dalekohledu po miliardách let cesty, ukazuje galaxii tak, jak existovala v minulosti. Neříká nám přímo, jak daleko je galaxie nyní. Pro odhad její současné vzdálenosti astronomové používají kosmologický model, který zohledňuje, jak moc se vesmír rozpínal během šíření světla.

Vedoucí model je známý jako LCDM, který zahrnuje jak temnou hmotu, tak temnou energii. O jeho silných stránkách a omezeních lze diskutovat, ale alternativní modely obecně základní obraz příliš nemění.

Expanze roztahuje pozorovatelný vesmír
Maximální vzdálenost, na kterou můžeme vidět, což je stáří vesmíru (13,8 miliardy let), přičemž vesmír se celou tu dobu rozpínal, je vzdálena asi 45 miliard světelných let. Tato vzdálenost je známá jako horizont částic, kosmologický horizont nebo horizont souběžného pohybu, v závislosti na tom, jak stylově se v danou chvíli cítíte. To je rozsah naší pozorovatelné bubliny, maximální rozsah, který můžeme v tuto chvíli, dnes, vidět.

Ale počkat, není 45 větší než 13,8? Neznamená to, že se vesmír rozpíná rychleji než světlo? Ano, ano, rozpíná se.

To není nic hrozného. Je to proto, že rychlostní limit světla platí pouze pro lokální pozorování – nikdy neuvidím raketu, která by kolem mě proletěla rychleji než světlo. Pokud si myslíte, že je to nějaký podvod, tak to není; tak je konstruována speciální relativita. Objekty na vzdáleném okraji vesmíru mohou mít libovolnou rychlost, protože jsou daleko.

Rudý posuv odhaluje rychlejší kosmickou recesi
Ve skutečnosti můžeme vypočítat aktuální rychlost jakéhokoliv objektu, a to pomocí rudého posuvu. Pokud se galaxie od nás vzdaluje, pak se její světlo posune do červenějších částí elektromagnetického spektra. Takto Edwin Hubble poprvé objevil rozpínání vesmíru. A v rozpínajícím se vesmíru se vzdálenější objekty vzdalují stále rychleji, protože mezi nimi a námi je více prostoru pro rozpínání. A bod obratu, kde se objekty od nás vzdalují rychleji než světlo, je přesně v Hubbleově vzdálenosti, 13,8 miliardy světelných let daleko.

Druhý horizont omezuje budoucí světlo
Tyto galaxie můžeme stále pozorovat, protože světlo, které k nám dopadá, začalo svou cestu před miliardami let, když byly mnohem blíže. Ze stejného důvodu se mohou časem stát viditelnými i některé galaxie, které jsou ještě dále. Existuje však hranice známá jako kosmologický horizont událostí (který se jen nepatrně liší od horizontu událostí černé díry). Leží asi 17 miliard světelných let daleko. Světlo vyzařované právě teď z této vzdálenosti k nám nikdy nedoputuje, bez ohledu na to, jak dlouho budeme čekat.

Zrychlující se rozpínání vesmíru, poháněné temnou energií, činí tento limit ještě významnějším. Kosmologický horizont událostí se bude dále rozšiřovat, až se nakonec ustálí na přibližně 60 miliardách světelných let. Ani tehdy nebudeme schopni vidět všechno. Světlo z nejvzdálenějších galaxií bude posunuto rudým posuvem na tak extrémní vlnové délky, že tyto galaxie fakticky zmizí. Zhruba za 100 miliard let zmizí navždy z dohledu všechny hvězdné ostrovy, které leží za Místní skupinou galaxií.

Adaptováno z článku původně publikovaného v The Conversation.

Zdroj: https://scitechdaily.com/the-universe-can-expand-faster-than-light-without-breaking-physics/

autor: František Martinek