Расширение Вселенной со скоростью, превышающей скорость света, является сложным явлением, но оно не противоречит законам физики. Разгадка кроется в различии между движением объектов в пространстве и расширением самого пространства.
В общей теории относительности, которая необходима для космологии, само пространство может расширяться с любой скоростью, даже превышающей скорость света. Это расширение не включает в себя движение объектов через пространство со скоростью света; скорее, это само пространство между объектами расширяется. Галактики, которые мы наблюдаем, не двигаются в пространстве от нас со скоростью, превышающей скорость света; вместо этого пространство между нами и галактиками расширяется, заставляя их удаляться от нас. Это явление отличается от движения объектов внутри пространства, которое по-прежнему ограничено скоростным пределом, установленным скоростью света.
Чтобы понять это, представьте себе Вселенную как поверхность надувающегося воздушного шара, на котором галактики представлены точками. Когда шар надувается, точки удаляются друг от друга, но не потому, что они движутся по поверхности шара, а потому, что сама поверхность расширяется. Аналогично, в нашей Вселенной расширение пространства между галактиками ведет к тому, что они удаляются друг от друга.
Закон Хаббла расширения Вселенной
Кроме того, эта скорость расширения не является постоянной во всей Вселенной. Закон Хаббла, который гласит, что скорость галактики прямо пропорциональна ее расстоянию от нас, показывает, что галактики, расположенные дальше, кажутся удаляющимися быстрее. Эта скорость, называемая скоростью рецессии, может превышать скорость света для очень далеких галактик. Однако важно отметить, что это не фактическая скорость галактик, движущихся в пространстве.
Расширение пространства во Вселенной, превышающее скорость света, является одной из особенностей общей теории относительности и космологии. Это явление не означает, что галактики движутся через пространство быстрее света, а указывает на то, что само пространство между объектами расширяется.
Представьте Вселенную как поверхность надувающегося шара с точками, обозначающими галактики. Когда шар расширяется, расстояние между точками увеличивается, но сами точки не двигаются по поверхности шара. Аналогично, в нашей Вселенной увеличение расстояния между галактиками является результатом расширения пространства, а не их движения внутри этого пространства.
Закон Хаббла описывает это явление, утверждая, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна ее расстоянию от нас. Это означает, что чем дальше галактика, тем быстрее она кажется удаляющейся от нас. Для очень удаленных галактик эта кажущаяся скорость может превышать скорость света, но это не нарушает теорию относительности Эйнштейна, поскольку это не фактическая скорость движения галактик, а результат расширения пространства.
Расширение Вселенной можно описать с помощью Закона Хаббла, который формулируется следующим образом:
v = H_0 \cdot dГде:
- v — рецессионная скорость галактики (скорость, с которой галактика удаляется от нас),
- H_0 — постоянная Хаббла (Hubble constant), которая представляет собой скорость расширения Вселенной,
- d — расстояние до галактики.
Постоянная Хаббла H_0 имеет размерность скорости, деленной на расстояние, и обычно выражается в километрах в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк). На сегодняшний день значение H_0 оценивается примерно в 70 км/с/Мпк, что означает, что за каждый мегапарсек расстояния от нас, галактика удаляется со скоростью 70 км/с.
Закон Хаббла (или закон Хаббла — Леметра) — космологический закон, описывающий расширение Вселенной.
Таким образом, чем дальше галактика, тем быстрее она кажется удаляющейся от нас, что ведет к заключению, что Вселенная расширяется. Для очень удаленных объектов этот эффект может привести к тому, что их рецессионная скорость превышает скорость света, хотя это не означает, что сами объекты двигаются быстрее света — это результат расширения самого пространства.
Это расширение пространства является ключевым аспектом общей теории относительности и отличается от движения объектов в пространстве, которое ограничено скоростью света. Такое расширение не нарушает принципов относительности Эйнштейна, поскольку это расширение касается самого пространства, а не движения материальных объектов в нем.
Таким образом, когда мы говорим о расширении Вселенной со скоростью, превышающей скорость света, мы имеем в виду не движение объектов быстрее света, а увеличение пространства между объектами. Это расширение пространства приводит к увеличению расстояния между галактиками, что кажется их удалением друг от друга с очень большой скоростью.