Kita tahu bahwa usia Semesta adalah 13,8 miliar tahun, tetapi ukuran Semesta yang diamati adalah 46 miliar tahun cahaya. Bagaimana ini mungkin?

Alam menuntut agar kita tidak melebihi kecepatan cahaya. Yang lainnya adalah opsional.
- Robert Brolt

Salah satu penemuan paling menakjubkan dari abad ke-20 adalah karena studi tentang nebula spiral besar yang tersebar di langit malam.

Dengan cepat menjadi jelas bahwa benda-benda ini adalah galaksi yang mirip dengan Bima Sakti kita, yang terletak ribuan tahun cahaya dari kita. Selain itu, sebagian besar dari mereka bergerak ke arah dari kami. Yang lebih menarik adalah semakin jauh galaksi dari kita, (rata-rata) ia bergerak lebih cepat. Hanya beberapa tahun kemudian, mekanisme dan hukum yang mengatur fenomena ini ditemukan.

Tidak ada kesulitan dengan hukum: Anda mengukur kecepatan galaksi berdasarkan pergeseran spektral dan memperkirakan jaraknya menggunakan berbagai metode, termasuk lilin standar. Akibatnya - meskipun Anda masih memiliki kesalahan - Anda akan menerima data tentang penghapusan galaksi dan kecepatan pelarian mereka. Hubungan antara dua parameter ini dikenal sebagai hukum Hubble dan menentukan seberapa jauh galaksi bergerak relatif terhadap kita.

Mekanisme fenomena yang terjadi ternyata lebih menarik.

Ada godaan yang kuat untuk berasumsi bahwa penyebab fenomena yang diamati - objek yang lebih jauh bergerak lebih cepat - ada dalam beberapa jenis ledakan yang terjadi di masa lalu. Jika demikian, maka galaksi yang menerima kurang dari "energi ledakan awal" akan lebih dekat satu sama lain dan akan terbang terpisah lebih lambat, dan galaksi yang jauh dari kita akan menerima lebih banyak energi untuk terbang begitu cepat.

Jika demikian, maka kita akan sangat dekat dengan pusat ledakan, dan kepadatan galaksi di sebelah kita akan jauh lebih tinggi daripada jauh dari kita. Dalam hal ini, ruang akan menjadi statis - seperti kisi tiga dimensi yang tetap. Tapi ini bukan satu-satunya peluang.

Mungkin juga bahwa alih-alih Semesta statis yang berasal dari ledakan, ia dapat mematuhi keputusan GR yang lebih kuat: ia dapat berkembang! Alih-alih memulai karena ledakan bencana di Alam Semesta yang statis, jalinan kosmos dapat meluas seiring waktu sebanding dengan jumlah energi yang terkandung di dalamnya.

Dalam hal ini, jumlah galaksi harus rata-rata sama dalam volume ruang yang sama, kecepatan ekspansi harus meningkat dalam ketergantungan yang dapat diprediksi pada jarak, Semesta seharusnya lebih panas di masa lalu, dan gugusan galaksi seharusnya membentuk struktur seperti laba-laba di mana semua wilayah ruang terlihat kurang lebih sama. dalam skala besar.

Dalam kasus opsi pertama, dengan ledakan dan ruang statis, dan dalam kasus zaman terbatas Alam Semesta, kita dapat melihat jarak pada jarak yang ditentukan oleh usia ini. Dalam usia Universe statis 5 tahun, kita bisa melihat cahaya yang datang dari objek yang terletak tidak lebih dari 5 tahun cahaya dari kita. Di alam semesta statis yang berusia 13,8 miliar tahun, kita dapat melihat cahaya datang dari benda-benda yang terletak tidak lebih dari 13,8 miliar tahun cahaya dari kita.

Tetapi semua pengamatan kita menyangkal kemungkinan ini dan mengarahkan kita pada gagasan tentang ruang yang meluas di mana kandungan energi di Semesta menentukan kecepatan ekspansi dan, oleh karena itu, seberapa jauh objek dari kita.

Apa yang kurang intuitif adalah bahwa dalam Semesta yang berkembang, kita dapat melihat lebih jauh dari ini yang menentukan umurnya yang sederhana! Ini hanyalah suatu keharusan. Perhatikan diagram di atas, di mana beberapa kluster galaksi bergerak menjauh satu sama lain karena perluasan alam semesta. Bayangkan kita berada di cluster pusat dan amati sebuah cluster di sudut kiri bawah.

Ketika cahaya meninggalkan cluster di sudut kiri bawah (kiri), cluster ini adalah 87 tahun cahaya dari kami. Cahaya memulai perjalanannya menuju kita, tetapi Semesta berkembang. Artinya, ruang antara cluster ini dan kita bertambah, seperti sepotong adonan, roti masa depan. Cahaya terus datang kepada kita, tetapi dengan semakin meningkatnya jarak, itu harus pergi lebih dari 87 tahun cahaya untuk mencapai kita. Tetapi ketika cahaya mencapai tujuannya (di sebelah kanan), gugusan ini sudah 173 tahun cahaya dari kita.

Pertanyaan kuncinya adalah: seberapa jauh cahaya benar-benar pergi? Jawabannya lebih dari 87 tahun cahaya, tetapi kurang dari 173 tahun cahaya!

Terapkan prinsip ini ke seluruh alam semesta.

13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta panas dan padat secara tidak realistis dan dipenuhi dengan berbagai sumber energi: radiasi (foton), materi (proton, neutron, elektron) dan energi inheren ruang (energi gelap). Jika Alam semesta yang mengembang dipenuhi hanya dengan satu dari tiga jenis energi ini, dan Anda akan bertanya seberapa jauh objeknya, cahaya yang baru saja mencapai kita, Anda akan menerima tiga jawaban berbeda. Mengapa

Karena kepadatan energi setiap saat dalam sejarah menentukan sejarah ekspansi Semesta, dan radiasi, materi, dan energi inheren ruang berevolusi secara berbeda! Dan inilah hasil akhir untuk Semesta yang berusia 13,8 miliar tahun:

Jika Semesta dipenuhi hanya dengan radiasi, sebuah benda yang cahayanya hanya akan mencapai kita setelah perjalanan 13,8 miliar tahun akan berada pada jarak 27,6 miliar tahun cahaya dari kita.
Jika Semesta dipenuhi hanya dengan materi, objek yang cahayanya hanya akan mencapai kita setelah perjalanan 13,8 miliar tahun akan menjadi 41,4 miliar tahun cahaya dari kita.
Jika Semesta dipenuhi hanya dengan energi gelap, tidak ada cahaya akan mencapai kita sama sekali, karena ekspansi akan eksponensial dan setelah waktu seperti itu kita tidak akan melihat apa-apa.

Tetapi tidak satu pun dari contoh-contoh ini yang bersesuaian dengan Alam Semesta yang sesungguhnya, di mana energi-energi ini dicampur dan campuran ini berubah seiring waktu.

Pada tahap awal alam semesta dalam beberapa ribu tahun pertama, radiasi mendominasi, terutama dalam bentuk foton dan neutrino. Kemudian transisi fase terjadi dan materi (normal dan gelap) menjadi komponen utama selama miliaran tahun. Dan baru-baru ini, setelah pembentukan tata surya dan Bumi, energi gelap telah menjadi dominan. Karena energi gelap bukanlah (dan tidak akan) satu-satunya sumber energi bagi Semesta, kita tidak akan pernah menemukan diri kita dalam situasi di mana cahaya tidak mencapai kita. Tetapi itu sudah cukup untuk mendorong batas-batas Alam Semesta lebih jauh dari pada versi dengan materi saja: hingga 46,1 miliar tahun cahaya.

Ini berlawanan dengan intuisi, tetapi Anda harus ingat: 13,8 miliar tahun yang lalu, seluruh alam semesta yang diamati lebih kecil dari tata surya kita saat ini!

Ekspansi alam semesta dimulai dengan sangat cepat dan melambat seiring berjalannya waktu. Itu terus melambat, tetapi asimtotik cenderung tidak ke nol, tetapi ke nilai yang terbatas, meskipun besar. Ini berarti bahwa cahaya dari objek yang sangat jauh, terbawa oleh ekspansi Semesta lebih dari 40 miliar tahun cahaya dari kita, dapat mencapai kita hari ini, membuat perjalanan melalui Semesta sebanding dengan seluruh sejarah keberadaannya.

Dan ketika itu mencapai kita, kita akan melihat cahaya dipancarkan pada saat Semesta masih sangat muda.

Satu-satunya perbedaan adalah pergeseran merah spektral, yang memungkinkan kita untuk menentukan usia dan keterpencilan objek ini.

Itulah sebabnya di alam semesta yang berusia 13,8 miliar tahun, objek yang paling jauh terlihat dari jarak 46 miliar tahun cahaya dari kita!

Bagaimana mungkin ukuran alam semesta lebih besar dari umurnya?

Kita tahu bahwa usia Semesta adalah 13,8 miliar tahun, tetapi ukuran Semesta yang diamati adalah 46 miliar tahun cahaya. Bagaimana ini mungkin?

More articles: