Галактики у скорости света!

Снова у нас статья замечательного Этана Зигеля. Думаю, поднятый здесь вопрос не раз возникал у всех, кто размышлял об устройстве мира в большом масштабе. А что там, за границей скорости света? 

Этан Зигель 

14 октября 2011 года 

 "Единственная причина существования времени 

- то, что ничто не случается одновременно." 

- Альберт Эйнштейн 

Зная, сколько галактик там, в расширяющейся Вселенной, вам наверняка придет на ум мысль об их скоростях.

Все-таки, поскольку Вселенная расширяется, это значит, что чем дальше галактика, тем с большей скоростью она удаляется от нас. 

(Graph credit: Michael Rowan-Robinson.) 

И более того, расширение само по себе ускоряется, и галактики со временем еще больше увеличивают свою скорость. Неудивительно, что свет галактик, улетающих от нас с огромными скоростями, смещен в красную часть спектра. 

(Image credit: 2MASS Galaxy Redshift Catalog (XSCz).) 

Впрочем, неважно. Мы знаем только, почему это происходит - когда источник движется к вам, длина волны его света сжимается и он кажется синее, а когда от нас - растягивается, и он кажется краснее. Чем быстрее движется источник, тем больше смещение в длине волны. 

(Image credit: Ответы Бытия? (прим. перев. - это такой сайт религиозной направленности под девизом - наука подтверждает библию. Ага.) Правда? Спасибо за изображение!) 

Но задумайтесь на минутку. Если объект движется со все большей скоростью, чем он дальше от нас, не наступит ли момент, когда мы начнем видеть объекты, летящие со скоростью света?

 (Image credit: Michael Rowan-Robinson, с моими добавлениями.) 

 И мы знаем, что по мере приближения к скорости света происходит две вещи, противоречащих здравому смыслу и составляющих основу специальной теории относительности. 

(Images credit: M. Rulison.) 

 Если вы неподвижны, а объект движется по отношению к вам - со скоростью, составляющей значительную долю скорости света, его длина сокращается по направлению движения, а время замедляется! И конечно, интересно узнать, происходит ли такое с далекими галактиками! 

(Image credit: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team.) 

 Ну сокращение длины измерить невозможно потому, что мы видим только те размеры, которые перпендикулярны лучу нашего зрения, а сокращение происходит вдоль этого луча. Отпадает. Но как насчет замедления времени? Есть ли оно или нет? Для начала давайте решим, что мы ожидаем увидеть, что предсказывает теория. 

 (Image credit: Take 27 LTD. / Science Photo Library.) 

 Галактики вообще говоря не движутся относительно своего локального окружения с релятивистскими скоростями, расширяется само пространство между нами и ними. И это расширение растягивает длины волн фотонов света, который кажется краснее, чем на самом деле.

 (Скриншот из видео Video, credit: Rob Knop.) 

Но когда свет только излучался, "время" между пиками его волн было значительно меньше, чем когда он дошел до вас. И потому даже если рассматриваемая галактика в действительности не движется с релятивистской скоростью, вы должны увидеть замедление времени. Но сможете ли? И что следует искать?

 (Image credit: AURA/STScI/NASA and the Hubble Heritage Team.) 

 Например, мы знаем, что спиральные галактики вращаются, интересно, можно ли увидеть замедление их вращения. К сожалению, отношение между яркостью галактики и скоростью ее вращения было другим в прошлом - просто потому, что галактики эволюционируют со временем. 

(Image credit: John Bahcall, Mike Disney, NASA and ESA.) 

 Можно взять квазары, которые сами по себе очень яркие источники, видные на огромных расстояниях. Но вот один из главных ученых, работающих над этим вопросом, отмечает, что окружение, в котором расположены квазары, а также источники переменности их излучения - такие, как гравитационные линзы, не меняются по какому-то постоянному закону между близкими и далекими квазарами. 

 Гамма-вспышки могли бы стать еще одним кандидатом - их тоже можно видеть издалека, но что мы бы хотели действительно получить - некий хорошо изученный класс объектов, который можно было бы наблюдать на таких экстремальных красных смещениях. И если бы мы смогли измерить, как замедляется время для нескольких из них, это бы дало нам отличное средство определения времени для всех других объектов! 

 (Image credit: High-z Supernova Search Team.) 

 Сверхновые типа Ia! Мы очень хорошо знаем, как они набирают яркость, как тускнеют и как постепенно тухнут. И это действительно замечательно, смотрите сами. 

 (Image credit: S. Blondin and Max Stritzinger.) 

 Если мы увидим далекую сверхновую с красным смещением, ее кривая блеска должна быть вытянута в большем промежутке времени! И что мы видим в действительности? 

 (Image credit: S. Blondin et al.) 

 Верите или нет - у нас целая толпа таких сверхновых! И первая из них - которая удаляется со скоростью вполовину меньшей скорости света - была открыта в 1996 году! Затем появилась еще одна, и на текущий момент у нас их целая куча, по которым мы можем судить, что время действительно замедляется в таких далеких галактиках!

 (Image credit: Ned Wright, retrieved from here.) 

 Красная линия соответствует случаю, когда нет замедления времени, а синяя - когда есть. Так оно действительно происходит! Удивительно то, что если в этих галактиках есть наблюдатели с мегамощными телескопами, им покажется, что мы движемся очень медленно в то время как для себя они движутся с нормальной скоростью! 

 Поэтому, когда вы смотрите на очень, очень далекий объект, вы не только видите его таким, каким он был миллиарды лет назад, вы так же видите его в замедленном действии! И пока вы размышляете над этим, некто издалека может видеть, как вы "пережевываете" это долго, мучительно долго!