A tudomány magyarázata: Hogyan haladhatja meg az Univerzum átmérője a korát?

A világegyetem mérete

A fény sebessége világegyetemünk egyik legfontosabb és legalapvetőbb tulajdonsága. Használják távolságok mérésére, bolygóközi kommunikációra és különböző matematikai számításokban. És ez még csak a kezdet.

A sebesség, amellyel a fény a vákuumban halad – 299 792 kilométer (186 282 mérföld) másodpercenként – statikus és változatlan. Ha ezt az állandót eltávolítjuk, a modern fizika alapjaiban omlik össze számos okból kifolyólag, és az általános szabály így foglalható össze: A világegyetemben semmi sem haladhat gyorsabban a fénysebességnél.

Amint azt elképzelhetjük, némi zavart okoz, ha figyelembe vesszük, hogy a világegyetem nem 13,8 milliárd fényév átmérőjű – ez a szám megfelel a világegyetem korának. A jelenlegi becslések szerint valójában jóval nagyobb, becsült átmérője mintegy 93 milliárd fényév. És ez csak az, amit mi látunk. Amit nem látunk, az talán örökké tart.”

Hogyan lehet tehát a világegyetem 93 milliárd fényév széles, ha csak 13,8 milliárd éves, és semmi sem tud gyorsabban haladni a fénynél?

A vöröseltolódás megértése

Mielőtt megértenénk, hogy az univerzum mérete miért sokkal nagyobb, mint a kora, fontos megérteni, hogyan is működik a fény.

Sir Isaac Newton kétségtelenül a valaha élt egyik legnagyobb elme volt. Amellett, hogy “feltalálta” a számítást, ő volt az első tudós, aki valóban megértette a fény lényegét, és azt, hogy mi történik, ha alkotóelemeire bontjuk.

Kezdésnek az ő kutatásaiból derült ki, hogy a fekete a színek hiánya, míg a fehér fény – mint amilyen a Napból és más csillagokból származik – minden szín kombinációja. Ha egy objektum fényét egy prizmán keresztül nézzük, láthatjuk a megfelelő elemeket, amelyeket a fény képvisel, ami aztán segíthet meghatározni az objektum összetételét, hőmérsékletét, és még azt is, hogy hol áll az evolúciós folyamatban.

Newton munkássága több szempontból is forradalmasította a fizikát, és kikövezte az utat az összes nagynak, köztük Niels Bohrnak, Max Plancknak és természetesen Albert Einsteinnek. E vita szempontjából azonban a legjelentősebb tudós, aki Newton munkásságára épített, Christian Doppler nevéhez fűződik.

Doppler több száz évvel Newton halála után vált ismertté, és ha nem ismered a munkásságát, ő fedezett fel valamit, amit ma Doppler-effektusnak nevezünk. Ez a folyamat megmagyarázza, hogy a kozmikus forrásokból származó fény egy része miért hajlamos az elektromágneses spektrum vörös végének közelében landolni, míg más fény a kék végéhez áll közelebb.

Egyszerűbben fogalmazva, a Doppler-effektus azt jegyzi meg, hogy a fény hullámhossza eltolódik a forrás mozgásának iránya alapján, például, hogy valami felénk közeledik vagy távolodik tőlünk. Konkrétan, a fényhullámok megnyúlnak, ha a forrás távolodik a megfigyelőtől, így vörösnek (a hosszabb hullámhosszúnak) tűnnek. Ezzel szemben a fényhullámok összenyomódnak, ha a tárgy a megfigyelő felé tart, és így kéknek (rövidebb hullámhosszúnak) tűnik.

Az út során egy játékváltás mutatkozott meg. Végül úgy tűnt, hogy szinte minden galaxis hosszabb hullámhossz felé mozdul el, ami azt jelentette, hogy vörösnek tűntek, mintha távolodnának tőlünk. Még megdöbbentőbb volt, hogy nemcsak, hogy a legtöbb galaxis távolodott tőlünk, hanem ez a vöröseltolódás egyre nőtt, ami azt jelenti, hogy az objektumok egyre gyorsabban távolodtak tőlünk.

Ez vezetett annak felfedezéséhez, hogy a világegyetem nem áll, ahogy azt egyesek hitték – valójában tágul!

A világegyetem tágulása

Itt kezdődik a dolog. A vöröseltolódásra vonatkozó megfigyeléseinkből kiderült, hogy a háromszor távolabbi objektumok háromszor gyorsabban mozognak a közeli galaxisokhoz képest. Minél messzebbre nézünk az űrbe, annál gyorsabban mozognak a galaxisok – sőt, ezeken a hatalmas távolságokon olyan gyorsan mozognak, hogy könnyen meghaladják a fénysebességet. Azonban, mint korábban említettük, a fénysebesség az univerzális sebességhatár. Hogyan lehetséges ez?

Először is, vegyük észre, hogy bár van egy határ, amit láthatunk, a tényleges világegyetem sokkal messzebbre terjed, mint amit fel tudunk fogni. Mindent, ami ezen a határon belül van, “megfigyelhető világegyetemnek” nevezünk, és ez magában foglalja:

• 10 millió szuperhalmazt
• 25 milliárd galaxiscsoportot
• 350 milliárd nagy galaxist
• 7 billió törpegalaxist
• 30 milliárd (3×10²²) csillagot

Ha mindezt 13.7 milliárd fényévnyi téridőbe, a világegyetem elég zsúfoltnak tűnne.

Az első probléma azzal a feltételezéssel, hogy a világegyetem méretének meg kellene egyeznie a fény által megtett távolság alapján években kifejezett korával, akkor merül fel, amikor az ősrobbanást követő első néhány pillanatot vizsgáljuk.

Amikor a világegyetem először “kipukkant” körülbelül 13,75 milliárd évvel ezelőtt, maga a téridő a fénysebességnél nagyobb sebességgel kezdett tágulni. Ez az inflációnak nevezett időszak az univerzum méreténél sokkal több dolog magyarázatában is szerves szerepet játszik. Olyan dolgokra is kiterjed, mint a tér nagy léptékű homogén jellege és az első korszakban uralkodó körülmények.

Lényegében az univerzum egy végtelenül sűrű és forró állapotból pillanatok alatt egy hatalmas, protonoktól és neutronoktól – olyan részecskéktől, amelyek végül összeálltak, és minden anyag építőköveit összekovácsolták – hemzsegő térré változott. A kezdeti infláció lecsengése után a tágulás lelassult. Most az objektumokat egy titokzatos erő, az úgynevezett sötét energia húzza szét egymástól.

Gyorsabban, mint a fény

Még meg nem állapított eszközökkel úgy tűnik, hogy ez a tágulás valóban gyorsabban történik, mint a fénysebesség, de ez nem azt jelenti, amire valószínűleg gondolsz.

Félő, hogy a zavar magának a relativitáselméletnek egy alapvető félreértelmezéséből ered. Az elmélet ugyanis azt állítja, hogy a tárgyak nem haladhatnak a fénysebességnél gyorsabban a téridőben. Magának a téridőnek azonban nem szab korlátokat.

Szóval, összefoglalva, a tér mérete nem áll ellentétben az alapvető fizikával.

Lényegében maguk a galaxisok (és minden más objektum a térben) nem szegnek meg semmilyen törvényt, mert nem haladnak a fénynél gyorsabban a térben (legalábbis a hagyományos értelemben nem). Inkább a tér minden része tágul és nyúlik. Még csak nem is arról van szó, hogy a szélei kifelé repülnek, hanem arról, hogy maga a téridő – a galaxisok, csillagok, bolygók, te és én közötti terület – megnyúlik.

Röviden, a téridő tágul és szétnyomja az anyagot. Az anyag nem igazán utazik a téridőn keresztül.

Egy érdekes mellékszál, hogy a tágulásnak sajnos van néhány sötét következménye a világegyetem jövőjére nézve. Feltételezve, hogy a tágulás a végtelenségig folytatódik (és nem lassul), a látható világegyetem horizontja fokozatosan összezsugorodik, amíg az objektumok egyszerűen túl messze lesznek egymástól ahhoz, hogy az egyik galaxis fénye valaha is elérje a másikat.

Az, amit most látunk, eredetileg jóval közelebb volt. A tágulásnak köszönhetően ezek az objektumok elszálltak, és egyes galaxisok és más objektumok vörössel eltolódtak a létezésből (vagy legalábbis a látóterünkből). A legtávolabbi galaxisok a világegyetem legrégebbi dolgai közé tartoznak, hiszen akkor keletkeztek, amikor a világegyetem még csak több millió éves volt, és valószínű, hogy többségük ma már nem létezik, vagy a kozmosz egy teljesen más részén található.

Kiegészítő tudósítás: Jaime Trosper.

A Futurism olvasójaként meghívjuk Önt, hogy csatlakozzon a Singularity Global Communityhöz, anyavállalatunk fórumához, ahol a futurisztikus tudományos & technológiáról beszélgethet a világ minden tájáról származó hasonlóan gondolkodó emberekkel. A csatlakozás ingyenes, regisztráljon most!