Você pode frequentemente ouvir declarações de astrofísicos e cosmologistas de que regiões extremamente distantes do Universo estão se afastando de nós mais rápido do que a velocidade da luz. Mas o que exatamente isso significa? Eles significam que existem objetos no universo que podem exceder um dos valores mais fundamentais?
A mais fundamental lei da relatividade especial certa vez levou Einstein à realização da ideia mais inovadora da física - que nada pode se mover mais rápido do que a luz. Partículas sem massa no vácuo se movem na velocidade da luz, enquanto tudo o mais - uma partícula com massa em algum lugar ou uma partícula sem massa em um meio - sempre se moverá mais devagar do que a velocidade da luz. Mas quando se trata da expansão do Universo, muitas vezes surgem pensamentos de que isso está acontecendo mais rápido do que a velocidade da luz. Vamos tentar descobrir se é assim.
O universo como o vemos hoje existe há cerca de 13,8 bilhões de anos desde o grande Big Bang. Mas se você perguntar até onde podemos olhar em qualquer direção, a resposta não é 13,8 bilhões de anos-luz, mas muito mais. Se você pensar sobre isso, pode imaginar uma distância duas vezes maior: se um objeto que emite luz estava a 13,8 bilhões de anos-luz de "nós", então provavelmente ele emitiu luz, afastando-se de nós - talvez mesmo a uma velocidade próxima da luz. Se um objeto brilhante existisse por tanto tempo e estivesse constantemente se afastando de nós a uma velocidade de 299.792 quilômetros por segundo, sua luz só nos atingiria agora, embora o próprio objeto já estivesse a 27,6 bilhões de anos de nós. Tudo isso parece razoável, mas pode nos levar à não muito boa suposição de que o próprio espaço é estático.
O espaço em que vivemos não é estático - ele se expande. Além disso, podemos medir a taxa atual de expansão como era no passado distante e como era em todas as eras "intermediárias". Acontece que a luz de um objeto que estava a apenas 168 metros de distância de nós no momento do Big Bang (tudo bem, 10-33 segundos após o Big Bang) só nos alcançaria hoje, 13,8 bilhões de anos depois, após uma viagem incrível e um grau irreal de alongamento, e o próprio objeto estaria agora a 46,1 bilhões de anos de nós.
Evolução do Universo a partir do momento do Big Bang, de acordo com o modelo cosmológico padrão.
“Aha! você exclama. "Portanto, o espaço se expandiu mais rápido do que a velocidade da luz!"
Não é? Apenas para que algo se mova mais rápido que a luz, ele deve ter uma velocidade: algo que pode ser medido, por exemplo, quilômetros por segundo. Mas não é assim que o universo se expande.
Pelo contrário, ele se expande a uma velocidade por unidade de distância. Isso geralmente é medido como quilômetros por segundo por megaparsec, onde um megaparsec tem cerca de 3,26 milhões de anos-luz. Se a taxa de expansão for 70 km / s / Mpc, isso significa que em média um objeto localizado a 10 Mpc de nós se afasta a uma velocidade de 700 km / s do nosso ponto de vista, a 200 Mpc - 14.000 km / s, e No caso de um objeto de 5000 Mpc, nos parecerá que está se afastando a uma velocidade de 350 mil km / s.
Vídeo promocional:
No entanto, daí decorre que alguns objetos se movem mais rápido que a luz? Vamos voltar à Probabilidade Especial de Einstein e pensar no que queremos dizer quando afirmamos que nada pode viajar mais rápido do que a luz. Isso significa que se você tiver dois objetos no mesmo evento de espaço-tempo - ocupando o mesmo espaço ao mesmo tempo - eles não podem se mover um em relação ao outro mais rápido do que a velocidade da luz. Mesmo que um deles se mova para o norte a 99% da velocidade da luz e o outro se mova na mesma velocidade para o sul, sua velocidade não será de 198% da velocidade da luz em relação ao outro, mas será igual a 99,995% da velocidade da luz. Não importa o quão rápido cada um deles se mova, eles nunca excederão a velocidade da luz em relação um ao outro.
O universo observável pode ter 46 bilhões de anos-luz em todas as direções do nosso ponto de vista, mas definitivamente existem regiões fora dele que não podemos observar. 46 bilhões de anos-luz é apenas o limite para nossa observação.
É por isso que é chamado de relatividade: mede o movimento relativo entre dois objetos no mesmo ponto no espaço e no tempo. Mas este tipo de relatividade - Relatividade Especial - define as regras em sua área de espaço não expansível. A relatividade geral adiciona outra camada a isso: o fato de que o próprio espaço está se expandindo. Medindo a quantidade de matéria comum, matéria escura, energia escura, neutrinos, radiação e outras coisas no universo de hoje, bem como a luz que chega até nós de diferentes distâncias no universo é deslocada para o espectro vermelho como resultado da expansão, podemos recriar o quão grande foi o universo em qualquer momento no passado.
Quando o universo tinha cerca de 10 mil anos, sua porção observável já tinha 10 milhões de anos-luz de diâmetro. Quando ela tinha apenas um ano de idade, o universo observável tinha 100.000 anos-luz de diâmetro. Quando ela tinha apenas um segundo, ela já tinha 10 anos-luz de largura. Sim, tudo parece que está se expandindo mais rápido que a luz. Mas em nenhum momento uma partícula se moveu mais rápido do que a luz em relação a outra partícula com a qual interagiu.
Quanto mais longe uma galáxia está, mais rápido ela se afasta de nós e mais sua luz muda para o espectro vermelho, forçando-nos a olhar para ondas cada vez mais longas. Além de uma certa distância, as galáxias se tornam inacessíveis, mesmo na velocidade da luz.
Ao contrário, o espaço entre as partículas se expandiu, no processo do qual a distância entre elas aumentou, e o comprimento de onda da radiação neste espaço foi esticado. Isso continuou por muitos bilhões de anos durante a história cósmica e continua até hoje. Mesmo que nunca possamos alcançar nenhum objeto além de 15,6 bilhões de anos atrás, mesmo se nos movermos na velocidade da luz (que por definição é impossível), não é porque eles estão se afastando mais rápido que a luz, mas porque o espaço entre os diferentes pontos continua a se expandir.
A principal conclusão é que o espaço não se expande a uma velocidade específica, mas a uma certa taxa: a uma velocidade por unidade de distância. Como resultado, quanto mais longe está o objeto que você está olhando, mais a expansão afeta a distância entre vocês. Quanto mais longe um objeto estiver de você, mais vermelho ele aparecerá e mais rápido se afastará do seu ponto de vista. Mas é mais rápido que a luz? Para medir isso, você precisa estar na mesma área. Nada se move mais rápido do que a luz em relação à sua localização, e isso pode ser dito sobre qualquer lugar no universo, a qualquer momento. O espaço se expande, mas não mais rápido do que a luz; além disso, essa expansão não tem velocidade.
Vladimir Guillen
