Πιο γρήγορα από το φως; Ναι, και όμως… δεν είναι παράβαση!

Πιο γρήγορα από το φως; Ναι, και όμως… δεν είναι παράβαση!

📡 Αρχικά από τον Paul Sutter, αστροφυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο
🖋️ Εισαγωγή και επιμέλεια: ΔΙΚΤΥΟΥΡΓΟΣ – Ιστολόγος από την άνοιξη του 2008

Καλά τα πολιτικά, καλά τα κοινωνικά, αλλά καμιά φορά είναι ωφέλιμο να σηκώνουμε το βλέμμα μας λίγο πιο πάνω, κατά προτίμηση προς το άπειρο και το αχανές. Όχι για να ξεχαστούμε, αλλά για να θυμηθούμε: ότι το σύμπαν είναι πολύ πιο παράξενο απ’ ό,τι νομίζουμε.

Και επειδή πολλές φορές κάτι διαβάζουμε ή ακούμε περί “τίποτα δεν πάει πιο γρήγορα από το φως”, ήρθε η ώρα να δούμε την πιο σοβαρή επιστημονική... παρασπονδία: ναι, υπάρχουν γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς με υπερφωτεινές ταχύτητες και κανένας φυσικός νόμος δεν καταρρέει.

Ακολουθεί ένα απολαυστικό και καλογραμμένο άρθρο του αστροφυσικού Paul Sutter, που βάζει τα πράγματα στη θέση τους.

Πόσες φορές το έχουμε ακούσει: Τίποτα στο σύμπαν δεν ταξιδεύει πιο γρήγορα από το φως. Θεμελιώδης νόμος της φυσικής, ακλόνητος. Ή μήπως όχι και τόσο;

Και όμως, υπάρχει μια εντυπωσιακή και λίγο παράδοξη πραγματικότητα που βάζει σε δοκιμασία τη διαίσθησή μας. Σε έναν κόσμο όπου το ίδιο το σύμπαν διαστέλλεται, κάποιοι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς… με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός.

Πώς γίνεται αυτό; Μήπως κάποιος παραβίασε τους κοσμικούς κανόνες;

Η επέκταση του ίδιου του χώρου

Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Το σύμπαν διαστέλλεται. Το ξέρουμε εδώ και περίπου έναν αιώνα, από τότε που ο Edwin Hubble το παρατήρησε πρώτος. Όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται από εμάς.

Ο ρυθμός αυτής της διαστολής, ο λεγόμενος σταθερά του Hubble, σήμερα υπολογίζεται στους 68 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (ένα megaparsec είναι 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτό σημαίνει πως ένας γαλαξίας που απέχει 2 megaparsec απομακρύνεται με 136 km/s, ενώ ένας στα 10 megaparsec φεύγει με 680 km/s.

Αυτή η «απόσταση επί ταχύτητα» δεν είναι μια συμβατική ταχύτητα, όπως ενός αυτοκινήτου ή ενός πυραύλου. Είναι η διαστολή του ίδιου του χώρου ανάμεσα σε εμάς και σε αυτούς τους γαλαξίες.

Υπερφωτεινές ταχύτητες χωρίς παραβίαση

Σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, αυτή η ταχύτητα απομάκρυνσης ξεπερνά τα 300.000 km/s την ταχύτητα του φωτός. Και όμως, δεν υπάρχει κάποιο πρόβλημα εδώ. Δεν είναι ο γαλαξίας που "τρέχει" μέσα στο χώρο πιο γρήγορα από το φως, αλλά ο ίδιος ο χώρος που τεντώνεται.

Η Ειδική Σχετικότητα του Αϊνστάιν απαγορεύει σε αντικείμενα να κινηθούν πιο γρήγορα από το φως τοπικά, δηλαδή στο δικό μας «κοντινό» σύμπαν. Αλλά δεν απαγορεύει στο ίδιο το σύμπαν να διαστέλλεται με τρόπο που να προκαλεί τέτοια υπερφωτεινή απομάκρυνση σε κοσμικές αποστάσεις.

Εδώ έρχεται η Γενική Σχετικότητα, που περιγράφει τη βαρύτητα και τη γεωμετρία του χώρου-χρόνου. Σε αυτό το πλαίσιο, η έννοια της ταχύτητας παύει να έχει το απόλυτο νόημα που της δίνουμε στην καθημερινή ζωή. Μιλάμε πια για τοπικές και μη τοπικές παρατηρήσεις. Και στην κλίμακα ολόκληρου του σύμπαντος, δεν υπάρχει ένας κοινός «χάρακας» ή ένα κοινό χρονόμετρο για να μετρήσουμε.

 

Η αναλογία με το μπαλόνι και τα μυρμήγκια

Ένα από τα πιο βοηθητικά νοητικά σχήματα είναι η αναλογία με ένα μπαλόνι που φουσκώνει. Φανταστείτε μικρά μυρμήγκια πάνω στην επιφάνειά του. Όσο το μπαλόνι φουσκώνει, τα μυρμήγκια απομακρύνονται μεταξύ τους, όχι επειδή περπατούν, αλλά επειδή το υπόβαθρό τους (η επιφάνεια του μπαλονιού) μεγαλώνει.

Κάποια μυρμήγκια είναι τόσο μακριά το ένα από το άλλο, ώστε όσο γρήγορα κι αν προσπαθούν να πλησιάσουν, η ίδια η διαστολή τα απομακρύνει ακόμα πιο γρήγορα. Υπάρχει δηλαδή ένας ορίζοντας, μια απόσταση πέρα από την οποία η επαφή είναι πια αδύνατη. Το ίδιο συμβαίνει και στο σύμπαν με το φως. Υπάρχουν περιοχές που το φως δεν προλαβαίνει να μας φτάσει ποτέ, όχι επειδή «έχασε την ταχύτητα», αλλά επειδή το σύμπαν ενδιάμεσα τεντώνεται πιο γρήγορα.

Εν κατακλείδι: Η φυσική δεν έσπασε, απλώς γίνεται κοσμικά πιο σύνθετη

Μπορεί να φαίνεται ότι το φως χάνει τη μάχη απέναντι στην ταχύτητα. Αλλά στην πραγματικότητα, απλώς αλλάζει το πλαίσιο στο οποίο γίνεται ο αγώνας. Η διαστολή του σύμπαντος δεν είναι ταχύτητα με την κλασική έννοια. Είναι μια αλλαγή της ίδιας της γεωμετρίας του χωροχρόνου.

Το σύμπαν δεν διαστέλλεται μέσα σε κάτι, δεν υπάρχει «έξω». Το ίδιο το σύμπαν μεγαλώνει, και μαζί του και η απόστασή μας από μακρινούς γαλαξίες.

Αν λοιπόν ακούσεις ξανά ότι τίποτα δεν ταξιδεύει πιο γρήγορα από το φως, θυμήσου: όχι τίποτα, αλλά μάλλον κανένας που μένει κοντά σου. Οι άλλοι εκεί έξω, σε έναν διαστελλόμενο κόσμο, παίζουν με άλλους κανόνες.