👶🏼 🧝 🙇🏽 Tanyakan Ethan # 80: Bisakah ruang mengembang lebih cepat dari kecepatan cahaya? 👨🏼 📖 🔵

Dan jika demikian, bagaimana teori relativitas Einstein mengatasi ini, khusus dan umum?

Jika Anda merasa semuanya terkendali - Anda mengemudi terlalu lambat.
- Mario Andretti

Akhir minggu berarti bahwa saya kembali memilih pertanyaan dari yang Anda kirim, dan minggu ini kami beruntung mendapatkan pertanyaan yang menegangkan pikiran dan melengkungkan ruang dan waktu. Pembaca ingin belajar lebih banyak tentang misteri terbesar dari Semesta yang berkembang, relativitas dan energi gelap:

Diketahui bahwa alam semesta mengembang dengan percepatan. Mungkinkah kecepatan ekspansi melebihi kecepatan cahaya? Dan jika demikian, apakah ini tidak bertentangan dengan teori Einstein?

Untuk mulai dengan, berapa kecepatan cahaya.

Di mana pun Anda berada atau siapa pun Anda berada, ada pembatasan parah pada gerakan Anda di ruang angkasa. Dapat diputuskan bahwa semakin banyak energi yang Anda habiskan, semakin cepat Anda dapat bergerak ... Dan meskipun demikian, ia hanya dapat mencapai batas tertentu. Jika Anda bergerak dengan kecepatan beberapa meter per detik, atau beberapa kilometer per jam, atau bahkan beberapa kilometer per detik, saat Bumi bergerak dalam orbit Matahari, Anda bahkan tidak akan melihat pembatasan pergerakan dengan kecepatan tak terbatas.

Tetapi mereka masih ada. Semakin cepat Anda bergerak - semakin besar kecepatan gerakan Anda melintasi ruang - semakin lambat Anda bergerak dalam waktu. Bayangkan Anda sedang beristirahat di permukaan Bumi, dan teman Anda berangkat dari lokasi Anda dan naik pesawat jet keliling dunia. Sebelum Anda putus, Anda menyinkronkan jam dengan akurasi mikrodetik.

Jika arloji Anda cukup sensitif, maka ketika teman Anda kembali kepada Anda, Anda akan menemukan bahwa arloji sedikit tidak sinkron. Arloji Anda akan menunjukkan waktu sedikit lebih lambat daripada arloji teman - perbedaannya akan sekitar sepersepuluh mikrodetik, tetapi masih akan ada.

Dan semakin cepat Anda bergerak, semakin besar perbedaan waktu.

Jam astronot di ISS, terbang mengelilingi Bumi dalam 90 menit, tertinggal beberapa detik setelah kembali. Perbedaan ini menjadi nyata bahkan dengan jam tangan konvensional.

Yang aneh adalah bahwa jam tangan tidak hanya bergerak berbeda pada kecepatan yang berbeda, tetapi juga waktu bergerak pada kecepatan yang berbeda.

Fakta bahwa jam melambat pada kecepatan tinggi akan menjadi konsekuensi dari fakta bahwa waktu dan ruang terhubung, dan bahwa pergerakan cepat melalui ruang berarti perlambatan waktu. Hubungan antara ruang dan waktu ditentukan oleh kecepatan cahaya. Semakin dekat Anda dengan kecepatan cahaya, semakin besar perjalanan waktu secara asimptotik mendekati nol.

Oleh karena itu, muon, sebuah partikel yang tidak stabil dengan masa hidup rata-rata beberapa mikrodetik, dapat dibuat di bagian atas atmosfer dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, dan mencapai permukaan Bumi. Ini adalah jalur 100 km, dan jika ia melakukan perjalanan dengan kecepatan 300.000 km / s untuk 2,2 mikrodetik, itu akan membusuk, setelah menempuh hanya 0,6% dari seluruh jalur. Fakta bahwa muon berhasil mencapai permukaan - dan jika Anda mengulurkan tangan, sekitar satu muon akan terbang melewatinya setiap detik - adalah karena efek relativitas ini.

Dan bagaimana dengan perluasan alam semesta? Anda tahu bahwa jika Anda memilih galaksi, rata-rata ternyata semakin jauh dari Anda, semakin cepat ia akan menjauh. Galaksi di kluster Virgo, yang terletak pada jarak 50-60 juta tahun cahaya, bergerak dari kita dengan kecepatan 1.200 km / s. Galaksi di cluster Rambut Veronica, yang terletak pada jarak 330 juta tahun cahaya, bergerak dari kita dengan kecepatan 7000 km / s.

Semakin jauh kita melihat, semakin cepat galaksi dan kluster ini menjauh. Tentu saja, ada penyimpangan beberapa ratus atau ribuan km / s karena pergerakan lokal dan efek dari tarikan gravitasi, tetapi pada skala besar - dan pada jarak yang jauh - Anda dapat melihat bahwa semakin jauh mereka dari Anda, semakin cepat mereka akan menjauh. Pengamatan ini pertama kali dilakukan oleh Edwin Hubble pada tahun 1920-an, dan itu mengarah pada hukum Hubble, atau hukum yang mengatur perluasan alam semesta. Dengan sarana observasi modern terbaik, kami dapat mengonfirmasi validitas undang-undang ini selama miliaran tahun cahaya ke segala arah.

"Kedua," Aku hampir bisa mendengar keberatanmu. "Bagaimana dengan kecepatan cahaya?"

Memang, bagaimana dengan kecepatan cahaya? Tentu saja, penghalang tak kasat mata ini - mencegah semua jenis materi bergerak lebih cepat dari batasan tertentu - akan masuk ke dalam hukum dan mencegah galaksi dari beberapa titik, kan? Waktu asimtotik cenderung ke nol dan berhenti bergerak jika Anda bergerak dengan kecepatan seperti itu, sementara itu tidak dapat bergerak kembali, karena galaksi akan bergerak mundur dalam waktu, bukan?

Tapi kami menyembunyikan salah satu potongan puzzle. Kecepatan cahaya sebagai batasan hanya berlaku untuk benda yang bergerak relatif satu sama lain di tempat yang sama di ruang angkasa.

Ketika teman Anda terbang dari pesawat dan kembali dengan tertinggal di belakang jam tangan Anda, ini karena Anda bertemu di tempat yang sama. Ketika para astronot kembali ke Bumi, dan perjalanan mereka berlangsung kurang dari Anda, selama beberapa detik, ini karena Anda berada di satu tempat. Bahkan muon, bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya, bergerak relatif terhadap kerangka referensi Anda di Bumi, dan karenanya Anda mengamati efek ini.

Tetapi di bagian yang jauh dari alam semesta, galaksi-galaksi ini tidak bergerak sama sekali. Ruang di antara mereka berkembang, dan masing-masing galaksi bersandar relatif terhadap ruang.

Anda mungkin keberatan, "bagaimana Anda tahu ini?"

Anda dapat melakukan tes: lihat galaksi jauh, ukur pergeseran merah dan jaraknya. Jadi, Anda dapat memverifikasi bahwa mereka bergerak dengan kecepatan luar biasa melawan semua prediksi teori relativitas.

MOT dapat terdiri dari dua jenis: MOT khusus yang beroperasi di ruang statis yang datar, di mana hanya pergerakan objek melalui ruang dan waktu yang penting. Dan MOT umum, di mana ruang itu sendiri berubah dan / atau kontrak, dan di mana materi dan energi menentukan kelengkungan ruang-waktu, dan SRT ada di atas sistem ini.

Dan inilah perbedaan kedua prediksi:

Sangat kuat, bukan? Ternyata pengamatan kami mendukung relativitas umum, dan mengecualikan pilihan ruang statis.

Dan apa artinya ini pada akhirnya? Apa artinya ini bagi alam semesta kita yang mengembang, bahkan jika kita menambahkan energi gelap di sini?

Ini berarti bahwa seiring waktu, cahaya yang dipancarkan oleh galaksi jauh telah bergeser sangat kuat ke spektrum merah, yang menyebabkan munculnya pergeseran merah kosmologis.

Ini berarti bahwa ada bagian-bagian Semesta yang begitu jauh sehingga cahaya yang dipancarkan dari sana tidak akan pernah mencapai kita. Saat ini, ini semua adalah bagian yang berjarak 46,1 miliar tahun cahaya dari kita.

Dan ini berarti bahwa objek apa pun pada jarak lebih dari 4,5 gigaparsec (14-15 miliar tahun cahaya) akan tetap tidak terjangkau bagi kita dan untuk semua yang kita lakukan, sekarang dan selamanya. Semua objek ini, yang membentuk 97% dari volume Alam Semesta yang dapat diamati, berada di luar jangkauan kita. Bahkan foton yang dipancarkan sekarang tidak akan pernah mencapai mereka.

Jadi, ya, semua objek yang terperangkap dalam ekspansi Semesta terbang dengan percepatan dari kami, lebih cepat dan lebih cepat. Waktu yang cukup akan berlalu, dan mereka semua akan menjauh dari kita lebih cepat daripada kecepatan cahaya, dan pada prinsipnya tidak akan tercapai bagi kita, tidak peduli seberapa cepat roket yang kita buat atau berapa banyak sinyal yang kita kirim dengan kecepatan cahaya.

Dan apa yang bisa kita lakukan?

Tenangkan diri Anda dan mulailah perjalanan intergalaksi secepat mungkin, sebelum terlambat. Universe hari ini menghilang karena perluasan ruang. Dan meskipun tidak ada objek bergerak melalui jalinan ruang-waktu lebih cepat dari kecepatan cahaya, tidak ada batasan pada perluasan jalinan ruang. Ruang melakukan apa yang diinginkannya.

Jadi terima kasih atas pertanyaan yang luar biasa ini, dan jika jawabannya tampak misterius bagi Anda, terilhami oleh hal-hal berikut: Alam Semesta akan lenyap dari sudut pandang kemanusiaan, kecuali jika kita dapat melakukan sesuatu tentang itu, termasuk penerbangan ke galaksi yang jauh, atau - jika ada cara - mendekati jarak jauh galaksi untuk kita. Kirimkan saya pertanyaan dan saran Anda untuk artikel berikut.

Tanyakan Ethan # 80: Bisakah ruang mengembang lebih cepat dari kecepatan cahaya?

More articles: