بله، کیهان می‌تواند سریع‌تر از نور گسترش یابد
نویسنده: پل ساتر، Universe Today
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بازبینی توسط اندرو زینین
یادداشت‌های سردبیر
این مقاله بر مبنای فرایند و سیاست‌های ویراستاری Science X مرور شده است. ویراستاران ویژگی‌های زیر را برجسته کرده‌اند تا به‌منظور حفظ اعتبار محتوا:
مورد بررسی صحت
منبع معتبر
تصحیح نگارشی
یک جهان در حال گسترش، این تصویر را کمی پیچیده‌تر می‌کند، زیرا کیهان هرگز ساده‌لوحانه رفتار نمی‌کند. اجرام هنوز نور می‌تابانند و این نور برای رسیدن به ما زمان می‌برد؛ اما در این فاصله زمانی، کیهان بزرگتر می‌شود و متوسط فاصله میان کهکشان‌ها افزایش می‌یابد (بله، می‌دانم که گاهی کهکشان‌ها ممکن است به هم برخورد کنند، اما منظور ما به‌طور متوسط و در مقیاس‌های بزرگ است).
بنابراین وقتی تصویری از یک کهکشان دوردست می‌بینیم و نوری که طی میلیاردها سال به تلسکوپ‌های ما رسیده است، نمی‌دانیم آن کهکشان در این لحظه چقدر دور است. برای پاسخ، باید به یک مدل کیهانی متکی شویم که تاریخچه گسترش کیهان را در بر می‌گیرد تا بتوانیم مقدار رشد کیهان در بازه زمانی معینی را محاسبه کنیم.
مدل برتر فعلی ما برای کیهان با نام LCDM شناخته می‌شود و شامل ماده تاریک و انرژی تاریک است. می‌توان درباره مزایا و معایب نسبی این مدل بحث کرد، اما در اینجا آن را به‌عنوان پیش‌فرض می‌پذیریم؛ چرا که انحرافات از LCDM تأثیر قابل‌توجهی بر تصویر کلی ندارند.
حداکثر فاصله‌ای که می‌توانیم ببینیم، که معادل زمان عمر کیهان (۱۳٫۷۷ میلیارد سال) است و در تمام این مدت کیهان در حال گسترش بوده، حدود ۴۵ میلیارد سال نوری است. این مسافت به‌نام افق ذره‌ای، افق کیهانی یا افق همزمان شناخته می‌شود؛ بسته به سلیقهٔ شما. این همان حدنمایی مشاهدات قابل رؤیایی ماست، بیش‌ترین محدوده‌ای که هم‌اکنون می‌توانیم بشماریم.
اما صبر کنید، آیا ۴۵ بزرگتر از ۱۳٫۷۷ نیست؟ آیا این به معنای این نیست که کیهان سریع‌تر از نور گسترش می‌یابد؟ بله، بله همین‌طور است.
این مسئله‌ای بزرگ نیست؛ چون محدودیت سرعت نور تنها برای مشاهدات محلی صادق است — من هرگز یک موشک را که از من با سرعتی بیش از نور می‌گذرد، نخواهم دید. اگر فکر می‌کنید این یک حقه است، نیست؛ این همان‌طور است که نسبیت خاص ساخته شده است. اشیایی که در لبهٔ دوردست کیهان قرار دارند می‌توانند هر سرعتی که می‌خواهند داشته باشند، چون از ما فاصلهٔ زیادی دارند.
در واقع می‌توانیم سرعت کنونی هر شیء را محاسبه کنیم و این کار از طریق تغییر رنگ به‌دلیل کشیدگی (Redshift) انجام می‌شود. اگر یک کهکشان از ما دور می‌شود، نور آن به بخش‌های سرخ‌تر طیف الکترومغناطیسی منتقل می‌شود. این همان روشی بود که ادوین هابل ابتدا گسترش کیهان را کشف کرد. و در یک کیهان در حال گسترش، اشیای دوردست با سرعت بیشتری از ما دور می‌شوند، چون فضای بیشتری بین آن‌ها و ما برای گسترش وجود دارد.
نقطهٔ برش، جایی که اشیاء سریع‌تر از نور از ما دور می‌شوند، دقیقاً در فاصلهٔ هابل، یعنی ۱۳٫۷۷ میلیارد سال نوری، واقع شده است.
ما هنوز می‌توانیم این کهکشان‌ها را ببینیم چون نورشان مدت‌ها پیش، زمانی که به‌ما نزدیک‌تر بودند، منتشر شده است. اگر به اندازه کافی صبر کنیم، می‌توانیم برخی کهکشان‌های پشت آن‌ها را نیز ببینیم، زیرا این کهکشان‌ها نیز زمانی به‌ما نزدیک‌تر بودند. اما یک حد وجود دارد. این حد افق رویداد کیهانی نام دارد (که کمی متفاوت از افق رویداد سیاه‌چاله است). حدود ۱۷ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. هر نوری که هم‌اکنون از این فاصله ساطع شود، هرگز به ما نمی‌رسد، مهم نیست چقدر صبر کنیم.
و یک کیهان شتاب‌دار که تحت تسلط انرژی تاریک است این وضعیت را بدتر می‌کند. افق رویداد کیهانی در آینده همچنان رشد می‌کند، اما در نهایت به حدود ۶۰ میلیارد سال نوری می‌رسد. اما این به این معنا نیست که بتوانیم همه چیز را ببینیم.
نور از دورترین کهکشان‌ها به‌طوری شیفت می‌شود که به طول‌موج‌های بسیار بزرگی می‌رسد که عملاً نامرئی می‌شوند. در حدود ۱۰۰ میلیارد سال آینده، همهٔ چیزهایی که خارج از گروه محلی کهکشان‌ها (Local Group) هستند، از دید ما ناپدید خواهند شد، برای همیشه.
ارائه‌شده توسط Universe Today