Козмолози су путници интелектуалног времена. Гледајући уназад више милијарди година, ови научници успевају да задивљујуће детаље прате еволуцију нашег Универзума. Током наредних еона, наш космос је нарастао до тако огромне величине да више не можемо видети његову другу страну.
Али како то може бити? Ако брзина светлости означава космичку ограничење брзине, како могу постојати подручја свемирског времена чији фотони су заувек изван нашег досега? Па чак и ако постоје, како знати да они уопште постоје?
Раширени универзум
Као и све остало у физици, и наш Универзум се труди да постоји у најнижем могућем енергетском стању. Али око 10-36 секунди након Великог праска, инфлаторни космолози верују да се космос уместо тога одмарао у „лажној енергији вакуума“ - ниској тачки која заправо није била ниска тачка. Тражећи истински надир енергије вакуума, током минутног дела тренутка, сматра се да је Универзум балониран фактором 1050.
Од тог времена наш Универзум се наставља ширити, али много споријим темпом. Доказе тог ширења видимо у светлости удаљених објеката. Како се фотони које емитују звезда или галаксија шире по Универзуму, истезање простора узрокује да изгубе енергију. Једном када фотони дођу до нас, њихове таласне дужине су поново премештене у складу са удаљеношћу коју су препутовали.
То је разлог зашто космолози говоре о црвеној промени као функцији растојања и у простору и у времену. Светлост из тих удаљених објеката путује толико дуго да, када коначно угледамо, видимо и објекте као пре милијарде година.
Волумен Хубблеа
Црвено измењена светлост омогућава нам да видимо предмете попут галаксија какви су постојали у далекој прошлости; али не можемо да видимо све догађаји који су се догодили у нашем Универзуму током његове историје. Пошто се наш космос шири, светлост из неких објеката је једноставно предалеко да бисмо га икада видели.
Физика те границе се дијелом ослања на комад околног времена названог Хуббле волуме. Овде на Земљи дефинишемо Хуббле волумен мерећи нешто што се назива Хубблеов параметар (Х0), вредност која повезује привидну брзину рецесије удаљених објеката са њиховим црвеним помаком. Први пут је израчунат 1929. године, када је Едвин Хуббле открио да се далеке галаксије одмичу од нас брзином брзином која је пропорционална црвеној промени њихове светлости.
Дељење брзине светлости са Х0, добили смо Хуббле свеску. Овај сферни мехур затвара област у којој се сви предмети одмичу од централног посматрача брзином мањом од светлосне брзине. У складу с тим, сви предмети изван волумена Хубблеа одмичу се од центрабрже него брзина светлости.
Да, "брже од брзине светлости." Како је то могуће?
Магија релативности
Одговор се односи на разлику између посебне релативности и опште релативности. Посебна релативност захтева оно што се назива „инерцијални референтни оквир“ - једноставније, позадину. Према овој теорији, брзина светлости је иста у поређењу са свим инерцијалним референтним оквирима. Без обзира да ли посматрач још увек седе на клупи парка на планети Земљи или зумира поред Нептуна у футуристичком ракетном броду велике брзине, брзина светлости је увек иста. Фотон увек путује од посматрача брзином од 300.000.000 метара у секунди и никад неће надокнадити.
Општа релативност, међутим, описује саму тканину свемирског времена. У овој теорији не постоји инерцијални референтни оквир. Просторно време се не шири у односу на било шта ван себе, тако да брзина светлости као граница његове брзине не важи. Да, галаксије изван наше Хуббле сфере повлаче се од нас брже од брзине светлости. Али саме галаксије не пробијају никаква ограничења космичке брзине. За посматрача у једној од тих галаксија, ништа уопште не нарушава посебну релативност. Простор између нас и оних галаксија брзо се шири и протеже експоненцијално.
Посматрачки универзум
Сад за следећу бомбу: Обим Хуббле-а није иста ствар као и свемир који се може посматрати.
Да бисте то разумели, имајте на уму да, како свемир расте, удаљенија светлост има више времена да дође до наших детектора овде на Земљи. Можемо видети предмете који су убрзали више од нашег тренутног волумена Хубблеа јер је светлост коју данас видимо испуштала када су били унутар ње.
Строго посматрано, наш видљиви Универзум поклапа се са нечим што се зове хоризонт честица. Хоризонт честица означава раздаљину до најудаљеније светлости коју евентуално можемо да видимо у овом тренутку - фотона који су имали довољно времена да или остану унутар, или да захвате нашу, нежно ширућу Хуббле сферу.
И шта је та удаљеност? Нешто више од 46 милијарди светлосних година у сваком правцу - дајући нашем посматраном Универзуму пречник од приближно 93 милијарде светлосних година, или више од 500 милијарди билиона миља.
(Брза напомена: хоризонт честица није иста ствар као космолошки хоризонт догађаја. Хоризонт честица обухвата све догађаје из прошлости које тренутно можемо видети. Са друге стране, космолошки хоризонт догађаја дефинише растојање у коме ће будући посматрач моћи да види тада древно светло које данас емитује наш мали кутак свемирског времена.
Другим речима, хоризонт честица се бави удаљеношћу до прошлих објеката чије древно светло које данас можемо видети; космолошки хоризонт догађаја бави се растојањем које наше данашње светло које ће моћи да путује као далека подручја Универзума убрзава даље од нас.)
Тамна енергија
Захваљујући ширењу Универзума, постоје области космоса које никада нећемо видети, чак и ако бисмо могли да сачекамо бесконачно много времена да њихова светлост допре до нас. Али шта је са оним областима изван досега данашњег волумена Хубблеа? Ако се та сфера такође шири, да ли ћемо икада моћи да видимо те граничне објекте?
То зависи од тога који се регион шири брже - запремина Хуббле-а или делови Универзума непосредно изван њега. А одговор на то питање зависи од две ствари: 1) да ли је Х0 повећава или опада и 2) да ли се Универзум убрзава или успорава. Ове две стопе су блиско повезане, али нису исте.
У ствари, космолози верују да ми заправо живимо у времену када Х0 опада; али због тамне енергије, брзина ширења Универзума расте.
То можда звучи контратужно, али све док је Х0 опада спорије рате него што је брзина ширења Универзума у порасту, целокупно се кретање галаксија од нас и даље одвија убрзаним темпом. И у овом тренутку, космолози верују да ће ширење Универзума надмашити скромнији раст волумена Хубблеа.
Иако се наш Хуббле волумен шири, чини се да утицај тамне енергије пружа чврсто ограничење све већем опажавом Универзуму.
Наша земаљска ограничења
Чини се да космолози имају добру руку са дубоким питањима, попут изгледа једног нашег посматрачког Универзума и како ће се ширење космоса променити. Али на крају, научници могу само теоретизирати одговоре на питања о будућности на основу свог данашњег разумевања Универзума. Космолошки временски оквири су толико незамисливо дуги да је немогуће рећи много ишта конкретно о томе како ће се Универзум понашати у будућности. Данашњи модели се изврсно уклапају у тренутне податке, али истина је да нико од нас неће живети довољно дуго да види да ли предвиђања заиста одговарају свим резултатима.
Разочарање? Наравно. Али потпуно вредан труда да помогнемо нашим истанчаним мозговима да размотре такву науку о блоговању ума - стварност која је, као и обично, просто непознаница од фикције.
