Anda sering dapat mendengar pernyataan astrofisikawan dan kosmolog bahwa wilayah alam semesta yang sangat jauh menjauh dari kita lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Tapi apa sebenarnya artinya ini? Apakah maksudnya ada benda di alam semesta yang dapat melebihi salah satu nilai paling mendasar.
Hukum paling mendasar dari relativitas khusus pada suatu waktu membawa Einstein pada realisasi ide paling terobosan dalam fisika - bahwa tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat daripada cahaya. Partikel tak bermassa dalam ruang hampa bergerak dengan kecepatan cahaya, sementara yang lainnya - partikel bermassa di suatu tempat atau partikel tak bermassa dalam suatu medium - akan selalu bergerak lebih lambat dari kecepatan cahaya. Tetapi ketika berbicara tentang perluasan Alam Semesta, sering muncul pemikiran bahwa ini terjadi lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Mari kita coba mencari tahu apakah memang demikian.
Alam semesta seperti yang kita lihat saat ini telah ada selama sekitar 13,8 miliar tahun sejak Big Bang yang panas. Tetapi jika Anda bertanya seberapa jauh kita dapat melihat ke segala arah, jawabannya bukanlah 13,8 miliar tahun cahaya, tetapi lebih dari itu. Jika Anda memikirkannya, Anda dapat membayangkan jarak dua kali lebih besar: jika sebuah benda yang memancarkan cahaya adalah 13,8 miliar tahun cahaya 13,8 miliar tahun yang lalu dari "kita", maka kemungkinan besar benda itu memancarkan cahaya, menjauh dari kita - mungkin bahkan dengan kecepatan yang mendekati cahaya. Jika sebuah benda terang ada begitu lama dan terus-menerus menjauh dari kita dengan kecepatan 299.792 kilometer per detik, cahayanya hanya akan mencapai kita sekarang, meskipun benda itu sendiri sudah 27,6 miliar tahun dari kita. Ini semua terdengar masuk akal, tetapi mungkin membawa kita pada asumsi yang tidak terlalu bagus bahwa ruang itu sendiri statis.
Ruang tempat kita tinggal tidak statis - ia mengembang. Selain itu, kami dapat mengukur laju ekspansi saat ini seperti yang terjadi di masa lalu dan di semua era "perantara". Ternyata cahaya sebuah benda yang hanya berjarak 168 meter dari kita pada saat Big Bang (oke, 10-33 detik setelah Big Bang) hanya akan mencapai kita hari ini, 13,8 miliar tahun kemudian, setelah perjalanan yang luar biasa dan tingkat peregangan yang tidak nyata, dan objek itu sendiri sekarang berada 46,1 miliar tahun dari kita.
Evolusi Alam Semesta sejak Big Bang, menurut model kosmologis standar.
“Aha! Anda berseru. "Jadi ruang angkasa telah berkembang lebih cepat dari kecepatan cahaya!"
Bukankah begitu? Hanya agar sesuatu bergerak lebih cepat daripada cahaya, ia harus memiliki kecepatan: sesuatu yang dapat diukur, misalnya, kilometer per detik. Tapi bukan itu cara alam semesta mengembang.
Sebaliknya, ia mengembang dengan kecepatan per satuan jarak. Ini biasanya diukur sebagai kilometer per detik per megaparsec, di mana satu megaparsec adalah sekitar 3,26 juta tahun cahaya. Jika kecepatan ekspansi adalah 70 km / s / Mpc, ini berarti bahwa rata-rata, sebuah objek yang terletak 10 Mpc dari kita bergerak menjauh dengan kecepatan 700 km / s dari sudut pandang kita, pada 200 Mpc - 14.000 km / s, dan pada Dalam kasus benda dengan ukuran 5000 Mpc, kita akan terlihat bergerak menjauh dengan kecepatan 350 ribu km / s.
Video promosi:
Namun, apakah mengikuti dari sini bahwa beberapa objek bergerak lebih cepat daripada cahaya? Mari kita kembali ke Probabilitas Khusus Einstein dan pikirkan tentang apa yang kita maksud ketika kita mengatakan bahwa tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat daripada cahaya. Ini berarti bahwa jika Anda memiliki dua objek dalam peristiwa ruang-waktu yang sama - menempati ruang yang sama pada waktu yang sama - maka mereka tidak dapat bergerak relatif satu sama lain lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Meskipun salah satu dari mereka bergerak ke utara pada 99% kecepatan cahaya, dan yang lainnya bergerak dengan kecepatan yang sama ke selatan, kecepatan mereka tidak akan menjadi 198% dari kecepatan cahaya relatif terhadap satu sama lain, tetapi akan sama dengan 99,995% kecepatan cahaya. Tidak peduli seberapa cepat mereka bergerak, mereka tidak akan pernah melebihi kecepatan cahaya relatif satu sama lain.
Alam semesta yang dapat diamati mungkin 46 miliar tahun cahaya ke segala arah dari sudut pandang kita, tetapi pasti ada daerah di luarnya yang tidak dapat kita amati. 46 miliar tahun cahaya hanyalah batas pengamatan kami.
Itulah mengapa disebut relativitas: ini mengukur gerakan relatif antara dua objek pada titik yang sama dalam ruang dan waktu. Tetapi jenis relativitas ini - Relativitas Khusus - menetapkan aturan di wilayah ruang non-perluasan Anda. Relativitas umum menambahkan lapisan lain pada hal ini: fakta bahwa ruang angkasa itu sendiri berkembang. Dengan mengukur jumlah materi biasa, materi gelap, energi gelap, neutrino, radiasi, dan hal-hal lain di alam semesta saat ini, serta bagaimana cahaya yang mencapai kita dari jarak yang berbeda di alam semesta dialihkan ke spektrum merah sebagai akibat dari ekspansi, kita dapat menciptakan kembali seberapa besar adalah alam semesta setiap saat di masa lalu.
Ketika alam semesta berusia sekitar 10 ribu tahun, porsi pengamatannya sudah mencapai 10 juta tahun cahaya. Ketika dia baru berusia satu tahun, alam semesta yang dapat diamati berukuran 100.000 tahun cahaya. Ketika dia hanya satu detik, dia sudah 10 tahun cahaya. Ya, semuanya terdengar seperti mengembang lebih cepat dari cahaya. Tetapi tidak pernah ada partikel yang bergerak lebih cepat daripada cahaya dalam hubungannya dengan partikel lain yang berinteraksi dengannya.
Semakin jauh galaksi, semakin cepat ia menjauh dari kita dan semakin banyak cahayanya bergeser ke spektrum merah, memaksa kita untuk melihat gelombang yang lebih panjang. Di luar jarak tertentu, galaksi menjadi tidak terjangkau bahkan dengan kecepatan cahaya.
Sebaliknya, ruang di antara partikel-partikel itu mengembang, dalam prosesnya jarak di antara mereka bertambah, dan panjang gelombang radiasi di ruang ini menjadi terentang. Ini berlangsung selama miliaran tahun selama sejarah kosmik dan berlanjut hingga hari ini. Meskipun kita tidak pernah dapat mencapai objek apa pun lebih dari 15,6 miliar tahun yang lalu, bahkan jika kita bergerak dengan kecepatan cahaya (yang menurut definisi tidak mungkin), itu bukan karena mereka bergerak menjauh lebih cepat daripada cahaya, tetapi karena jarak antar titik yang berbeda terus meluas.
Kesimpulan utamanya adalah bahwa ruang tidak mengembang pada kecepatan tertentu, melainkan pada tingkat tertentu: dengan kecepatan per satuan jarak. Akibatnya, semakin jauh objek yang Anda lihat, semakin besar pemuaian memengaruhi jarak di antara Anda. Semakin jauh suatu objek dari Anda, semakin merah tampilannya dan semakin cepat objek tersebut menjauh dari sudut pandang Anda. Tapi apakah itu lebih cepat dari cahaya? Untuk mengukurnya, Anda harus berada di area yang sama. Tidak ada yang bergerak lebih cepat daripada cahaya dalam kaitannya dengan lokasi Anda, dan ini dapat dikatakan tentang tempat mana pun di alam semesta kapan saja. Ruang mengembang, tetapi tidak lebih cepat dari cahaya, terlebih lagi, perluasan ini tidak memiliki kecepatan.
Vladimir Guillen
