Это зависит от того, куда вы смотрите. Ответ относительно потрясающий!
«Если кажется, что все под контролем, вы едете недостаточно быстро».
- Марио Андретти
Один из самых известных фундаментальных законов Эйнштейна заключается в том, что ничто во Вселенной не может двигаться быстрее скорости света в вакууме. Если вы безмассовая частица, вы должны двигаться с этой скоростью, а если у вас ненулевая масса, вы не сможете достичь этой скорости, сколько бы энергии вы ни вкладывали в нее. Еще более удивительным и противоречащим здравому смыслу является следующее: если частица, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света, выбрасывает другую частицу, движущуюся со скоростью, близкой к скорости света, она не движется почти вдвое быстрее скорости света. На самом деле, он до сих пор даже не может достичь скорости света! Но эти правила строго применимы только к частицам, находящимся в одном и том же месте в пространстве-времени. В расширяющейся Вселенной - в искривленном пространстве-времени вообще - правила совсем другие. В зависимости от того, как вы на это смотрите, расширение самой Вселенной вообще не связано со скоростью света.
Как это возможно? Начнем со скорости света и ее значения.
Неважно, где вы находитесь и что вы делаете, существует абсолютный предел скорости вашего перемещения в пространстве. Вы можете подумать, что, затрачивая все больше и больше энергии, вы можете заставить себя двигаться быстрее… и хотя это правда, это правда только до определенного момента. Если вы двигаетесь со скоростью всего несколько метров в час, или несколько километров в час, или даже несколько километров в секунду, как это делает Земля, вращаясь вокруг Солнца, вы, вероятно, даже не заметите барьеры, которые существуют для движения с бесконечной скоростью. Но они все равно существуют, хоть и неявно. Видите ли, чем быстрее вы движетесь - чем больше ваше движение в пространстве - тем медленнее становится ваше движение во времени. Представьте, что вы полностью отдыхали на поверхности Земли, и у вас был друг, который начинал с вами тоже в покое, но потом взлетел на реактивном самолете, чтобы мчаться вокруг света. Прежде чем вы и ваш друг уйдете, вы оба синхронизируете часы с точностью до микросекунды.
Если бы у вас были достаточно чувствительные часы, вы бы обнаружили, что - когда ваш друг завершил свое путешествие и вернулся к вам ваши часы немного не синхронизировались друг с другом. Ваши часы будут показывать немного более позднее время, чем часы вашего друга, вероятно, всего на десятки микросекунд, но достаточно разные, чтобы точное измерение могло отличить их друг от друга.
И чем быстрее вы едете, тем заметнее становится разница.
Астронавты на Международной космической станции, облетающие Землю всего за 90 минут, замечают, что их часы идут медленнее на секунды; по возвращении на Землю разница в количестве прошедшего времени заметна даже с обычными часами. Странно то, что не только часы идут по-другому из-за высоких скоростей, с которыми мы имеем дело, но и само время течет с другой скоростью.
Тот факт, что часы идут медленнее на высоких скоростях, является лишь артефактом более широкого явления, связанного со связью времени и пространства, и что более быстрое движение в пространстве означает более медленное движение во времени. Связь между двумя - пространством и временем - задается скоростью света. Чем ближе вы приближаетесь к скорости света, тем больше ваше течение времени асимптотически приближается к нулю.
Вот почему мюон, нестабильная частица со средним временем жизни всего две микросекунды, может рождаться в верхних слоях атмосферы со скоростями, очень близкими к скорости света, и достигать всех спускаясь к поверхности Земли. Это путь около 100 км, тогда как если бы он двигался со скоростью 300 000 км/с (скорость света) в течение 2,2 микросекунды, он бы распался, пройдя всего 0,6% необходимого расстояния. Причина, по которой мюон может добраться до поверхности Земли - и если вы протянете руку, примерно один мюон проходит через него каждую секунду - , заключается в этом эффекте относительности.
И что теперь с расширяющейся Вселенной? Вы знаете, что если вы посмотрите на галактику, в среднем, чем дальше от нас расположена эта галактика, тем быстрее она будет удаляться от нас. Галактики в скоплении Девы, удаленные от нас на 50-60 миллионов световых лет, удаляются от нас со средней скоростью около 1200 км/с; галактики в скоплении Волосы, расположенном на расстоянии около 330 миллионов световых лет, удаляются от нас со скоростью 7000 км/с.
Чем дальше мы смотрим, тем быстрее удаляются эти галактики и скопления. Конечно, есть небольшие вариации в несколько сотен или даже тысяч км/с из-за локальных движений и влияния близлежащих гравитационных притяжений, но в самых больших масштабах - и на самых больших расстояниях - мы можем видеть, что чем дальше мы смотрим, тем быстрее эти галактики удаляются от нас. Это наблюдение, впервые сделанное самим Эдвином Хабблом в 1920-х годах, привело к возникновению закона Хаббла, или закона, управляющего расширением Вселенной. С лучшими современными наблюдениями, имеющимися в нашем распоряжении, этот закон действует на миллиарды световых лет во всех направлениях.
«Подождите», я слышу, как вы протестуете. - А как насчет скорости света? Действительно, а как же скорость света? Уверен, что невидимый барьер - тот, который удерживает все формы материи от движения за пределами определенной скорости , сработает и предотвратит удаление галактик за пределы определенной точки, не так ли? Время будет асимптотическим и перестанет течь, когда вы приблизитесь к этой скорости, и ему навсегда запрещено двигаться со скоростью меньше нуля, иначе эти галактики двигались бы назад во времени, верно?
Вы можете так подумать, но мы упустили важную часть головоломки. Скорость света применяется в качестве ограничения только к объектам, движущимся относительно друг друга в одном и том же месте в пространстве.
Когда ваш друг улетел на своем самолете и вернулся со своими часами немного позади ваших, это произошло потому, что вы снова встретились в том же месте. Когда астронавты вернулись на Землю, и их путешествие было короче вашего на несколько секунд, это произошло потому, что вы оказались в том же месте. Даже мюон, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света, двигался относительно вашей системы отсчета здесь, на Земле, и поэтому его эффекты можно было наблюдать.
Но там, в далекой Вселенной, эти галактики на самом деле вообще не движутся. Скорее, пространство между ними расширяется, но сами отдельные галактики несколько стационарны по отношению к самому пространству.
Вы можете быть не уверены в этом как в простом теоретическом предсказании, но есть тест, который вы можете сделать: глядя на эти далекие галактики и измеряя их красное смещение и расстояние до них, вы можете проверить, как они движутся с огромной скоростью. расстояния против предсказаний теории относительности.
Видите ли, теория относительности существует в двух формах: специальная теория относительности, которая существует в плоском, статичном пространстве и только движение объектов в пространстве и времени имеет значение, и общая теория относительности, где само пространство развивается и/или сжимается во времени, а материя и энергия определяют кривизну пространства-времени, а поверх него существует специальная теория относительности. Вот чем отличаются два прогноза.
Довольно драматично, не так ли? Как оказалось, наши наблюдения окончательно подтверждают общую релятивистскую интерпретацию и полностью исключают ту, в которой пространство статично. Итак, что это значит, когда мы сложим все вместе? Что это значит для нашей расширяющейся Вселенной, даже если мы добавим в смесь темную энергию?
Это означает, что с течением времени свет, излучаемый далекими галактиками, довольно сильно смещается в красную часть спектра, что приводит к космологическому красному смещению. Это означает, что есть некоторые части Вселенной, которые настолько удалены, что свет, излучаемый ими, никогда не сможет достичь нас. В настоящее время эта точка находится за пределами 46,1 миллиарда световых лет от нас, учитывая нашу Вселенную, насколько мы можем ее измерить, то есть примерно через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва.
И это означает, что с этого момента любой объект за пределами 4,5 гигапарсеков (или от 14 до 15 миллиардов световых лет) никогда не будет доступен нам или чему-либо, что мы делаем. Все эти объекты - объекты, составляющие 97% наблюдаемой Вселенной по объему - , в настоящее время находятся вне нашей досягаемости. Даже фотон, испущенный прямо сейчас, никогда не достигнет их, если это наша цель.
Так что да, со временем все объекты, вовлеченные в расширение Вселенной, будут разгоняться от нас все быстрее и быстрее. Пройдёт достаточно времени, и все они в конце концов окажутся разбегающимися быстрее скорости света, недосягаемыми для нас в принципе, независимо от того, насколько быстро ракету мы строим, сколько сигналов запускаем и сама скорость света. Единственное, что мы можем с этим поделать?
Начинайте межгалактическое путешествие как можно скорее, пока не стало слишком поздно. Вселенная, которую мы имеем сегодня, исчезает благодаря ускоренному расширению пространства. Хотя ни один объект никогда не движется сквозь ткань самого пространства со скоростью, превышающей скорость света, скорость расширения самой ткани не ограничена; он просто делает то, что диктует Вселенная.