Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Η σύγχρονη κοσμολογία αποκαλύπτει ότι το ίδιο το σύμπαν διαστέλλεται με ρυθμούς που αψηφούν την κοινή λογική, κάνοντας ορισμένους γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς ταχύτερα και από το φως.
- Το φαινόμενο αυτό, αν και μοιάζει να καταρρίπτει τους νόμους της επιστήμης, στην πραγματικότητα βρίσκει την απόλυτη εξήγησή του μέσα στους ίδιους τους κανόνες της Φυσικής, καθώς το όριο ταχύτητας του φωτός ισχύει μόνο για τοπικές παρατηρήσεις.
- Η μέγιστη απόσταση που μπορούμε να δούμε, ο ορίζοντας σωματιδίων, είναι περίπου 45 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, ενώ το φως πέρα από τον κοσμολογικό ορίζοντα γεγονότων (17 δισ. έτη φωτός) δεν θα φτάσει ποτέ σε εμάς.
Η διαστολή του σύμπαντος καθιστά τις κοσμικές αποστάσεις πολύ λιγότερο διαισθητικές από το να μετράμε απλώς πόσο χρόνο έχει ταξιδέψει το φως. Όταν σκεφτόμαστε το ταχύτατο ταξίδι του φωτός, θεωρούμε ότι τίποτα στο σύμπαν δεν μπορεί να ξεπεράσει αυτό το απόλυτο όριο ταχύτητας.
Κι όμως, η σύγχρονη κοσμολογία αποκαλύπτει ότι το ίδιο το σύμπαν διαστέλλεται με ρυθμούς που αψηφούν την κοινή λογική, κάνοντας ορισμένους γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς ταχύτερα και από το φως.
Το φαινόμενο αυτό, αν και μοιάζει να καταρρίπτει τους νόμους της επιστήμης, στην πραγματικότητα βρίσκει την απόλυτη εξήγησή του μέσα στους ίδιους τους κανόνες της Φυσικής. Ένα διαστελλόμενο σύμπαν καθιστά τον ορισμό της απόστασης πιο δύσκολο, επειδή ο χώρος συνεχίζει να μεγαλώνει ενώ το φως βρίσκεται καθ’ οδόν.
Τα αντικείμενα συνεχίζουν να εκπέμπουν φως, αλλά καθώς αυτό το φως ταξιδεύει προς το μέρος μας, η μέση απόσταση μεταξύ των γαλαξιών αυξάνεται (ναι, μερικές φορές οι γαλαξίες μπορούν να συγκρουστούν, αλλά εδώ μιλάμε κατά μέσο όρο, σε μεγάλες κλίμακες).
Όταν το φως από έναν μακρινό γαλαξία φτάνει τελικά σε ένα τηλεσκόπιο μετά από ταξίδι δισεκατομμυρίων ετών, μας δείχνει τον γαλαξία όπως υπήρχε στο παρελθόν.
Δεν μας λέει άμεσα πόσο μακριά βρίσκεται ο γαλαξίας σήμερα. Για να εκτιμήσουν την τρέχουσα απόστασή του, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ένα κοσμολογικό μοντέλο που λαμβάνει υπόψη πόσο διαστάλθηκε το σύμπαν κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του φωτός.
Το κυρίαρχο μοντέλο είναι γνωστό ως Λάμδα-CDM (LCDM), το οποίο περιλαμβάνει τόσο τη σκοτεινή ύλη (άλλο επεισόδιο) όσο και τη σκοτεινή ενέργεια (άλλο επεισόδιο).
Τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί του αποτελούν διαφορετικό αντικείμενο συζήτησης , αλλά τα εναλλακτικά μοντέλα γενικά δεν αλλάζουν πολύ τη βασική εικόνα.
Η διαστολή «τεντώνει» το παρατηρήσιμο σύμπαν
Η μέγιστη απόσταση που μπορούμε να δούμε, η οποία αντιστοιχεί στην ηλικία του σύμπαντος (13,77 δισεκατομμύρια έτη) με τον κόσμο να διαστέλλεται καθ’ όλη τη διάρκεια αυτού του χρόνου, είναι περίπου 45 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Αυτή η απόσταση είναι γνωστή ως ορίζοντας σωματιδίων, κοσμολογικός ορίζοντας ή συνκίνούμενος ορίζοντας (comoving horizon), ανάλογα με το πόσο κομψός θέλετε να ακούγεστε εκείνη τη στιγμή.
Αυτή είναι η έκταση της παρατηρήσιμης φυσαλίδας μας, η μέγιστη έκταση που μπορούμε να δούμε αυτή τη στιγμή, σήμερα. Όμως, δεν είναι το 45 μεγαλύτερο από το 13,77; Αυτό δεν συνεπάγεται ότι το σύμπαν διαστέλλεται ταχύτερα από το φως;
Ναι, ακριβώς αυτό σημαίνει. Και δεν τρέχει και τίποτα. Αυτό συμβαίνει επειδή το όριο ταχύτητας του φωτός ισχύει μόνο για τοπικές παρατηρήσεις – δεν πρόκειται ποτέ να δω ένα πυραυλοκίνητο σκάφος να περνάει από μπροστά μου ξεπερνώντας την ταχύτητα του φωτός.
Αν πιστεύετε ότι είναι κάποιου είδους «ζαβολιά», δεν είναι· έτσι είναι δομημένη η Ειδική Σχετικότητα. Τα αντικείμενα στο μακρινό άκρο του σύμπαντος μπορούν να έχουν όποια ταχύτητα θέλουν, επειδή βρίσκονται μακριά.
Η μετατόπιση προς το ερυθρό αποκαλύπτει ταχύτερη κοσμική απομάκρυνση
Στην πραγματικότητα, μπορούμε να υπολογίσουμε την τρέχουσα ταχύτητα οποιουδήποτε αντικειμένου, και αυτό γίνεται μέσω της μετατόπισης προς το ερυθρό (redshift). Εάν ένας γαλαξίας απομακρύνεται από εμάς, τότε το φως του θα μετατοπιστεί προς τα πιο κόκκινα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Αυτός είναι, άλλωστε, ο τρόπος με τον οποίο ο Έντουιν Χαμπλ ανακάλυψε αρχικά τη διαστολή του σύμπαντος. Σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν, τα πιο μακρινά αντικείμενα απομακρύνονται όλο και πιο γρήγορα, επειδή υπάρχει περισσότερος χώρος ανάμεσα σε αυτά και σε εμάς για να διασταλεί.
Το σημείο καμπής, όπου τα αντικείμενα θα απομακρύνονται από εμάς ταχύτερα από το φως, βρίσκεται ακριβώς στην απόσταση Χαμπλ, 13,77 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Ένας δεύτερος ορίζοντας περιορίζει το μελλοντικό φως
Μπορούμε ακόμα να παρατηρήσουμε αυτούς τους γαλαξίες επειδή το φως που φτάνει σε εμάς ξεκίνησε το ταξίδι του πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, όταν εκείνοι βρίσκονταν πολύ πιο κοντά.
Ορισμένοι γαλαξίες που βρίσκονται ακόμη πιο μακριά ενδέχεται επίσης να γίνουν ορατοί με την πάροδο του χρόνου για τον ίδιο λόγο. Ωστόσο, υπάρχει ένα όριο γνωστό ως κοσμολογικός ορίζοντας γεγονότων (ο οποίος διαφέρει ελάχιστα από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας).
Αυτός βρίσκεται περίπου 17 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Το φως που εκπέμπεται αυτή ακριβώς τη στιγμή πέρα από αυτή την απόσταση δεν θα φτάσει ποτέ σε εμάς, όση ώρα κι αν περιμένουμε.
Η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος, η οποία καθοδηγείται από τη σκοτεινή ενέργεια, καθιστά αυτό το όριο ακόμη πιο σημαντικό. Ο κοσμολογικός ορίζοντας γεγονότων θα συνεχίσει να επεκτείνεται προτού τελικά σταθεροποιηθεί περίπου στα 60 δισεκατομμύρια έτη φωτός.
Ακόμη και τότε, δεν θα είμαστε σε θέση να δούμε τα πάντα. Το φως από τους πιο μακρινούς γαλαξίες θα μετατοπιστεί προς το ερυθρό σε τόσο ακραία μήκη κύματος, που αυτοί οι γαλαξίες θα εξαφανιστούν ουσιαστικά. Σε περίπου 100 δισεκατομμύρια χρόνια, κάθε γαλαξίας πέρα από την Τοπική Ομάδα θα χαθεί από τα μάτια μας για πάντα.