Почему космос расширяется быстрее скорости света
Свет — самый быстрый гонщик во Вселенной, обогнать его нельзя. Но есть галактики, которые удаляются от нас быстрее света — и при этом ни один закон физики не нарушается. Как такое возможно?
Тебе наверняка вбили в голову железное правило: ничто не может двигаться быстрее света. И это правда. Но астрономы спокойно говорят про галактики, которые удаляются от нас быстрее скорости света. Подвох? Никакого. Просто эти галактики никуда не летят — между нами и ними растёт само пространство.
Сначала разберёмся, что вообще нельзя превышать
Скорость света в пустоте — это примерно 300 000 километров в секунду. Эйнштейн в своей теории относительности показал: ни один объект, у которого есть масса, не может разогнаться до этой скорости, не говоря уже о том, чтобы её превысить. Сколько ни жги топливо в ракете — ты будешь подбираться к скорости света всё медленнее и медленнее, а дотянуться не сможешь никогда.
Но важно понять, о чём именно этот запрет. Он про движение сквозь пространство. Ракета летит сквозь космос, фотон мчится сквозь космос, электрон в ускорителе несётся сквозь космос. Вот для всех этих гонщиков и работает потолок в 300 000 км/с. А теперь приготовься: само пространство под этот запрет не подпадает.
Вселенная не «разлетается» — она раздувается
Когда мы говорим, что Вселенная расширяется, легко представить взрыв: точка в центре, и от неё во все стороны разлетаются осколки-галактики. Это неправильная картинка. На самом деле галактики почти стоят на месте. Растёт расстояние между ними — потому что прибывает само пространство, которое их разделяет.
Вот тут нужна хорошая аналогия. Представь, что ты замешиваешь тесто для пирога с изюмом и ставишь его подниматься. Изюминки — это галактики. Само тесто — это пространство.
Изюминки никуда не ползут внутри теста. Но тесто раздувается во все стороны, и каждая изюминка удаляется от всех остальных. При этом ни одна изюминка не считает себя центром — для каждой из них кажется, что разбегаются все соседи.
Именно так устроена расширяющаяся Вселенная. У неё нет центра, из которого всё разлетается. Раздувается каждый кусочек пространства разом.
А теперь — где прячется «быстрее света»
Главная хитрость в том, что новое пространство добавляется на каждом отрезке между нами и далёкой галактикой. Это открыл астроном Эдвин Хаббл, и его правило звучит просто: чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Удваиваешь расстояние — удваивается и скорость убегания.
Вернёмся к тесту. Возьми две изюминки рядом — за минуту тесто между ними прибавит чуть-чуть, и они разойдутся медленно. А теперь возьми две изюминки на разных концах противня. Между ними гораздо больше теста, и каждый его кусочек раздувается. Сложи все эти прибавки — и дальние изюминки разлетаются куда быстрее.
С галактиками то же самое. Близкие к нам удаляются неспешно. Но если взять галактику достаточно далеко, набирается столько раздувающегося пространства, что суммарная скорость её удаления переваливает за 300 000 км/с. Расстояние, начиная с которого это происходит, называют горизонтом Хаббла.
- Близкие галактики удаляются медленно — десятки или сотни км/с.
- Чем дальше — тем быстрее, ведь между нами больше раздувающегося пространства.
- За горизонтом Хаббла скорость удаления превышает скорость света.
Почему это не ломает физику
Запомни ключевую мысль: сами галактики никуда не несутся быстрее света. В своём кусочке пространства каждая из них спокойно покоится или еле-еле движется. Запрет Эйнштейна — про движение сквозь пространство, а тут никто сквозь него не летит. «Сверхсветовой» здесь не объект, а растущее расстояние.
Пространство — это не объект, у него нет массы, его нельзя «разогнать». Поэтому на скорость, с которой между двумя точками прибывает новое пространство, никакого космического ограничения скорости не наложено. Теория относительности от этого даже не вздрагивает: она запрещает обгонять свет внутри пространства, а не запрещает самому пространству растягиваться как угодно быстро.
Что это значит для нас на практике
Из-за такого расширения у наблюдаемой Вселенной есть край — не стена, а граница видимости. Свет от самых далёких галактик растягивается вместе с пространством, по которому летит: его волны становятся длиннее и краснеют. Это называют красным смещением, и именно по нему астрономы измеряют, как быстро убегает каждая галактика.
А ещё это значит грустную, но красивую вещь. Некоторые галактики уже удаляются от нас так быстро, что их свет, выпущенный прямо сейчас, никогда до нас не долетит — пространство между нами растёт быстрее, чем фотон успевает его пересекать. Эти галактики мы уже видим только такими, какими они были в прошлом, а их сегодняшнее «лицо» для нас потеряно навсегда.
Так что в следующий раз, когда кто-то скажет, что во Вселенной нельзя обогнать свет, ты можешь хитро улыбнуться. Объекты — нельзя. А вот само пространство, по которому они раскиданы, играет совсем по другим правилам.