Širenje svemira - šta se širi?

obnovljen članak 10.4.24.

Da, da, svemir se širi i to već odavno nije vest. Sama ideja se pojavila kasnih dvadesetih godina prošlog veka u radovima Žorža Lemetra, Aleksandra Fridmana itd. - niko im nije verovao. Ali koju godinu kasnije Edvin Habl, slavni američki astronom i najveći astronomski osmatrač dvadesetog veka, to širenje je i praktično dokazao uočivši da crveni pomaci rastu sa daljinom galaksije (što ćemo objasniti u prvom delu priče o širenju). Prošlo je još neko vreme dok se teorija i praksa nisu uskladile a od tada se u školama uči da se naš svemir širi. Ali šta se zapravo širi i kako, to ponekad nije baš jasno.

Svakog sata jato galaksija Virgo se udalji od nas za pet miliona kilometara. Pet miliona kilometara je 13 rastojanja Zemlja - Mesec, ali to je zapravo skromno povećanje razdaljine u poređenju sa 20 miliona kilometara koliko se za isto vreme od nas udalji super-jato galaksija Perseus-Pisces. Jato Virgo je daleko 54 miliona svetlosnih godina, a super-jato Perseus-Pisces 250 miliona svetlosnih godina*. Što je rastojanje između galaksija veće to se one brže udaljavaju od nas, ali i jedna od druge. 

(*Vasiona u ponoć, K. Krosvel, str. 14)

Međutim, postoje izuzeci od ovog kosmičkog pravila. Velika galaksija u Andromedi, poznata i pod oznakom M31, ne samo da se ne udaljava od nas, nego nam juri u susret brzinom od 400 hiljada kilometara na sat. I ona nije jedina koja nam se približava. Otkud sad takvo ponašanje nekih galaksija?

Odgovor je jednostavan. Širenju prostora, koji kao talasi mora nose sve što se na njima nalazi, opire se gravitacija. Gravitacija je privlačna sila između materijalnih objekata i što je masa objekta veća, gravitacija je jača. Gravitacija je moćna sila jer deluje do beskraja daleko, ali njena snaga sa daljinom opada i zato ona na velikim rastojanjima gubi bitku sa prostorom i on se sve više širi. Ali u okviru nečeg što je tako sitno kao što su galaksije, pa čak i jata galaksija gravitacija pobeđuje. Bar za sad. Zato se galaksije okupljene u jatima drže zajedno. M31 i Mlečni put pripadaju galaktičkom jatu sa pedesetak članova koje zovemo Lokalno jato. Iz našeg ugla gledano, sve ostale galaksije, izvan jata, ubrzano se udaljavaju od nas. Za 150 milijardi godina sve one izvan jata će se raspršiti i neki budući astronomi na nebu će videti samo nešto malo preostalih galaksija. Sve ostale preći će horizont vidljivog svemira i nebo će biti siromašno.

Možda sve ovo zbunjujuće deluje, jer se opire nekim činjenicama koje smo još u školi uvrteli u glavu, pa se pitate kako je sve to moguće. I uostalom, šta znači to horizont vidljivog svemira? Ako odgovor niste znali spremite se da čujete neverovatnu stvar.

Prostor se širi i u svojim udaljenim predelima (posmatrano iz naše pozicije) toliko brzo nosi sa sobom galaksije da svetlo sa njih ne uspeva da dopre do nas, jer se udaljavaju brzinom koja nadmašuje brzinu svetlosti! Brzina raste sa udaljenošću, i to važi za sve tačke u svemiru. Gde god da se nađete videćete da se od vas galaksije udaljavaju utoliko brže što su od vas dalje. 

Vidite kako je ovo interesantno. Svemir se širi 68 kilometara u sekundi po jednom megaparseku (1 megaparsek= 3,26 miliona svetlosnih godina). To znači sledeće: ako posmatrate galaksiju koja je udaljena jedan megaparsek videćete da se ona udaljava od vas brzinom od 68 kilometara u sekundi. Ako gledate galaksiju koja je udaljena dva megaparseka onda ćete izmeriti da se ona udaljava brzinom od 136 kilometara u sekundi. Pa onda tako dalje, galaksija na tri megaparseka ide brzinom od 204 km/s itd. sve dok ne dođete do galaksije koja se nalazi toliko daleko da od vas juri brzinom većom od brzine svetlosti. Naravno da tu galaksiju ne možete videti jer toliko brzo odlazi da njena svetlost ne može da dospe do vas.

Ali, kako je to moguće? Kako je moguće da se daleke galaksije od nas i od svega ostalog, udaljavaju brzinom većom od brzine svetlosti? Pa, u pitanju je sjajan trik prirode: galaksije se udaljavaju neverovatnom brzinom, šta više, nemogućem brzinom iako zapravo stoje u mestu i ne kreću se. Stvar je u ovome: ništa materijalno, ništa što ima masu ne može da se kreće brzinom svetlosti i to je zakon, i to zakon koji je nemoguće prekršiti. Ali taj zakon se odnosi samo na materiju, a ne na prostor. Taj zakon ne sprečava prostor da se širi proizvoljnom brzinom. Dakle, galaksije stoje u mestu, (ne kreću se kroz prostor), ali prostor između njih se širi. 

Kako se prostor širi rastojanja između galaksija (i njihovih jata) se povećava. 

Običaj je da se u priči o širenju svemira na ovom mestu pomene balon, pa da ne bismo izneverili tradiciju: Balon! Nalepite na balon flekice na primer od papira. Dovoljno je nekoliko njih da bi se lepo shvatila poenta priče. Zatim naduvajte balon. Kako se balon širi flekice se udaljavaju jedna od druge jer se povećava prostor između njih. Primetite i da se one same ne šire (uostalom, one su u našem primeru od papira). I što je prostora između flekica više to se one brže udaljavaju jedna od druge.

Ako stvar posmatrate iz naše flekice koju zovemo Mlečni put, vidite da se sve ostale galaksije-flekice udaljavaju od nas. Ali i jedna od druge. U kojoj god da ste galaksiji vidite da sve ostale beže od vas. I što su dalje, to brže beže.

I na kraju zapamtite: nema većih magija od onih koje nam priroda pruža.

(Prema knjizi Vasiona u ponoć, Ken Krosvel; i 

How Can the Universe Expand Faster Than the Speed of Light?)