Читая о космологии и размышляя о процессе расширения Вселенной, рано или поздно можно прийти к выводу, который вызывает законные сомнения. Могут ли галактики удаляться друг от друга со скоростью, превышающей скорость света? И если так, не нарушает ли это основные законы физики?
Кратко.
Чем дальше находятся галактики, тем быстрее они удаляются, поэтому на самом деле при достаточно большом расстоянии взаимное удаление может превысить 300 000 км/с. Однако это не нарушает законы, содержащиеся в специальной теории относительности, потому что расширение возникает не столько из-за движения объектов, сколько из-за увеличения пространства между ними.
Подробнее.
Нужно сделать шаг назад и вспомнить об источнике этого сомнения. С этой целью необходимо вернуться к основам и прорывным наблюдениям Эдвина Хаббла и не менее важным его выводам. Будущий адвокат, анализируя свет, достигающий Земли испущенный многими галактиками, увидел необычную вещь. В то время как относительно близкая к нам галактика Андромеды показала смещение к фиолетовому цвету спектра, все другие объекты изящно вспыхнули красным цветовым смещением спектра. Для астронома это была важная информация, свидетельствующая о том, что подавляющее большинство галактик, кажется, убегает от наблюдателя. Более того, Хаббл заметил четкую корреляцию между расстоянием до источника света и его красным смещением. Другими словами, очень удаленный объект должен был иметь более высокую скорость убегания нежели близкий к наблюдателю. Этот вывод, ныне известный как закон Хаббла, был озвучен американцами в 1929 году, полностью перевернувший физику и астрономию.
Закон Хаббла оспорил зависимость скорости галактик от расстояния, разделяющего их, что быстро привело ученых к идее большого взрыва и расширения всей вселенной. Вместо скучной стационарной модели появилось представление пространства, набухающего подобно поверхности надувного воздушного шара (с небольшим отличием, что пространство трехмерное). Согласно современным расчетам, вселенная растет со скоростью около 70 км/с на мегапарсек, то есть на каждые 3,26 миллиона световых лет. Это означает, что точки, разделенные расстоянием в миллион световых лет, должны удаляться друг от друга со скоростью около 20 км/с, и на расстоянии 100 миллионов световых лет точки убегают со скоростью более 2000 км/с.
Взаимное убегание галактик.
И вот, добрались до основного вопроса. А как насчет галактик, которые разделяют расстояние около 4300 Мпк или 13,8 миллиардов световых лет? В этом случае взаимное убегание объектов достигает предела 300 000 км/с и в итоге даже превышает его.
В рамках специальной теории относительности Альберт Эйнштейн включил постулат о том, что ни одно наделенное массой тело не может двигаться со скоростью света в вакууме. Даже, если будет использована вся энергия вселенной, ни одна частица (объект) никогда не достигнет скорости света. Однако в случае данной космологической загадки этот принцип не играет никакой роли. Это сыграло бы только в том случае, если бы рассматривались наблюдаемые явления как результат взрыва - буквальный взрыв - и галактики как ее снаряды, наделенные энергией взрыва. Такое видение не имеет ничего общего с физической реальностью. Космологические модели говорят о расширении самого пространства, которое расширяется как резиновая поверхность воздушного шара. Это очень примитивная аналогия, но она доступно объясняет суть этого механизма. Если мы будем рисовать на поверхности шарика точки, символизирующие галактики, они будут полностью статичными. Но процесс надувания шарика заставит неподвижные точки отодвинуться друг от друга - только из-за расширения резиновой поверхности шара.
Итак, существуют ли на самом деле галактики, удаляющиеся от Млечного пути со сверхсветовой скоростью? Очень большое количество! Просто стоит заглянуть в список далеких квазаров, выявленных астрономами в последние годы. Свет от таких объектов, как MACS0647-JD или GN-z11, был излучен примерно 13 миллиардов лет назад. Во время испускания этого света рост пространства между Млечным путем и GN-z11 вызвал взаимное убегание со скоростью, близкой к скорости света.
Теперь необходимо сосредоточиться на вышеприведенном абзаце. Эти квазары находятся на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли, но это расстояние отделяло нас, когда человечество зафиксировало испускаемый свет, который достиг Земли сейчас. Однако Вселенная непрерывно растет, поэтому в течение этих миллиардов лет GN-z11 удалялся от нас все дальше и дальше, с нарастающей скоростью, как предсказал Хаббл. Это означает две вещи. Прежде всего астрономы наблюдают прошлые и крайне устаревшие изображения далеких галактик. Во-вторых, эти галактики должны находиться намного дальше, чем на 13-14 миллиардов световых лет. Вот почему предполагается, что наблюдаемая часть Вселенной составляет целых 46 миллиардов световых лет, хотя возраст Вселенной "всего лишь" 13,8 миллиардов лет.
В каком-то смысле мы видим только свет излеченный GN-z11 13 миллиардов лет назад, в то время как сама галактика находится на расстоянии около 46 миллиардов световых лет и ускользает от Земли со скоростями почти в три раза превышающий скорость света в вакууме. Это связано не с движением самих объектов, а с ростом пространства между ними.
