Spesso puoi sentire affermazioni di astrofisici e cosmologi che regioni estremamente distanti dell'Universo si stanno allontanando da noi più velocemente della velocità della luce. Ma che cosa significa esattamente? Significano che ci sono oggetti nell'universo che possono superare uno dei valori più fondamentali.
La legge più fondamentale della relatività speciale un tempo portò Einstein alla realizzazione dell'idea più rivoluzionaria in fisica: che niente può muoversi più velocemente della luce. Le particelle senza massa nel vuoto si muovono alla velocità della luce, mentre tutto il resto - una particella con una massa da qualche parte o una particella priva di massa in un mezzo - si muoverà sempre più lentamente della velocità della luce. Ma quando si tratta dell'espansione dell'Universo, spesso sorgono pensieri che ciò sta accadendo più velocemente della velocità della luce. Proviamo a capire se è così.
L'universo come lo vediamo oggi esiste da circa 13,8 miliardi di anni dal caldo Big Bang. Ma se chiedi fino a che punto possiamo guardare in qualsiasi direzione, la risposta non è 13,8 miliardi di anni luce, ma molto di più. Se ci pensi, puoi immaginare una distanza doppia: se un oggetto che emette luce era 13,8 miliardi di anni luce 13,8 miliardi di anni fa da "noi", allora molto probabilmente ha emesso luce, allontanandosi da noi - forse anche a una velocità prossima alla luce. Se un oggetto luminoso esistesse per così tanto tempo e si allontanasse costantemente da noi a una velocità di 299.792 chilometri al secondo, la sua luce ci raggiungerebbe solo ora, sebbene l'oggetto stesso sarebbe già a 27,6 miliardi di anni da noi. Tutto ciò sembra ragionevole, ma potrebbe portarci a ritenere che lo spazio stesso sia statico.
Lo spazio in cui viviamo non è statico, si espande. Inoltre, possiamo misurare l'attuale tasso di espansione com'era nel lontano passato e come era in tutte le epoche "intermedie". Si scopre che la luce di un oggetto che era a soli 168 metri da noi al momento del Big Bang (ok, 10-33 secondi dopo il Big Bang) ci avrebbe raggiunto solo oggi, 13,8 miliardi di anni dopo, dopo un viaggio incredibile e un grado di allungamento irreale, e l'oggetto stesso sarebbe ora a 46,1 miliardi di anni da noi.
Evoluzione dell'Universo dal momento del Big Bang, secondo il modello cosmologico standard.
"Aha! esclami. "Quindi lo spazio si è espanso più velocemente della velocità della luce!"
Non è vero? Solo affinché qualcosa si muova più velocemente della luce, deve avere una velocità: qualcosa che può essere misurato, ad esempio, chilometri al secondo. Ma non è così che l'universo si espande.
Al contrario, si espande a una velocità per unità di distanza. Questo di solito è misurato come chilometri al secondo per megaparsec, dove un megaparsec è di circa 3,26 milioni di anni luce. Se la velocità di espansione è di 70 km / s / Mpc, significa che, in media, un oggetto situato a 10 Mpc da noi si allontana ad una velocità di 700 km / s dal nostro punto di vista, a 200 Mpc - 14.000 km / s, ea Nel caso di un oggetto di 5000 Mpc, ci sembrerà che si stia allontanando alla velocità di 350mila km / s.
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Tuttavia, ne consegue che alcuni oggetti si muovono più velocemente della luce? Torniamo alla probabilità speciale di Einstein e pensiamo a cosa intendiamo quando diciamo che nulla può viaggiare più veloce della luce. Ciò significa che se hai due oggetti nello stesso evento spazio-temporale, che occupano lo stesso spazio contemporaneamente, non possono spostarsi l'uno rispetto all'altro più velocemente della velocità della luce. Anche se uno di loro si sposta a nord al 99% della velocità della luce e l'altro si muove alla stessa velocità verso sud, la loro velocità non sarà il 198% della velocità della luce l'una rispetto all'altra, ma sarà pari al 99,995% della velocità della luce. Non importa quanto velocemente si muova ciascuno di loro, non supereranno mai la velocità della luce l'uno rispetto all'altro.
L'universo osservabile può essere di 46 miliardi di anni luce in tutte le direzioni dal nostro punto di vista, ma ci sono sicuramente regioni al di fuori di esso che non possiamo osservare. 46 miliardi di anni luce è solo il limite per la nostra osservazione.
Ecco perché si chiama relatività: misura il movimento relativo tra due oggetti nello stesso punto nello spazio e nel tempo. Ma questo tipo di relatività - la relatività speciale - stabilisce le regole nella tua area di spazio non in espansione. La relatività generale aggiunge un altro livello a questo: il fatto che lo spazio stesso si sta espandendo. Misurando la quantità di materia ordinaria, materia oscura, energia oscura, neutrini, radiazioni e altre cose nell'universo di oggi, nonché come la luce che ci raggiunge da diverse distanze nell'universo viene spostata nello spettro rosso a seguito dell'espansione, possiamo ricreare quanto grande era l'universo in qualsiasi momento nel passato.
Quando l'universo aveva circa 10 mila anni, la sua parte osservabile aveva già un diametro di 10 milioni di anni luce. Quando aveva solo un anno, l'universo osservabile era largo 100.000 anni luce. Quando aveva solo un secondo, aveva già un diametro di 10 anni luce. Sì, sembra che si stia espandendo più velocemente della luce. Ma in nessun momento nessuna particella si è mossa più velocemente della luce rispetto a un'altra particella con cui ha interagito.
Più la galassia è lontana, più velocemente si allontana da noi e più la sua luce si sposta nello spettro rosso, costringendoci a guardare onde sempre più lunghe. Oltre una certa distanza, le galassie diventano irraggiungibili anche alla velocità della luce.
Al contrario, lo spazio tra le particelle si è espanso, nel corso del quale la distanza tra loro è aumentata e la lunghezza d'onda della radiazione in questo spazio è stata allungata. Questo è andato avanti per molti miliardi di anni durante la storia cosmica e continua ancora oggi. Anche se non possiamo mai raggiungere alcun oggetto oltre 15,6 miliardi di anni fa, anche se ci muoviamo alla velocità della luce (che è per definizione impossibile), non è perché si stanno allontanando più velocemente della luce, ma perché lo spazio tra i diversi punti continua ad espandersi.
Il punto principale è che lo spazio non si espande a una velocità particolare, ma piuttosto a una certa velocità: a una velocità per unità di distanza. Di conseguenza, più è lontano l'oggetto che stai guardando, più l'espansione influisce sulla distanza tra di voi. Più un oggetto è lontano da te, più apparirà rosso e più velocemente si allontanerà dal tuo punto di vista. Ma è più veloce della luce? Per misurarlo, devi trovarti nella stessa area. Niente si muove più velocemente della luce in relazione alla tua posizione, e questo si può dire di qualsiasi luogo nell'universo in qualsiasi momento. Lo spazio si espande, ma non più velocemente della luce, inoltre, questa espansione non ha velocità.
Vladimir Guillen
