Ano, je pravda, že se některé oblasti vesmíru od sebe vzdalují rychlostí větší, než je rychlost světla – a ne, neodporuje to teorii relativity. Klíčem k pochopení je, že se nejedná o pohyb hmoty prostorem, ale o rozpínání samotného prostoru.

Balónková teorie

V kosmologii, nauce o historii a vývoji vesmíru jako celku, není rychlost vzdalování dána klasickým pohybem, ale změnou geometrie vesmíru v čase – říkáme tomu „expanze metriky“. Představme si vesmír jako nafukující se balónek, kde galaxie jsou tečky na jeho povrchu. Tečky se od sebe vzdalují, i když vzhledem k povrchu balónku jsou neustále na stejném místě. 

Může se to jevit jako slovíčkaření, ale je v tom jeden zásadní rozdíl: omezení na rychlost světla se týká přenosu informace. To, že se jednotlivé části vesmíru od sebe mohou vzdalovat libovolnou rychlostí, není v rozporu s relativitou, protože takto nelze posílat informace.  

Rozpínání našeho vesmíru se řídí tzv. Hubbleovým zákonem, který říká, že čím jsou galaxie od sebe dále, tím rychleji se od sebe vzdalují – přesně v souladu s balónkovou analogií. 

Takže dostatečně vzdálené galaxie se vzdalují rychlostí větší než rychlost světla. Ale to neznamená, že se porušují fyzikální zákony – speciální relativita zakazuje pohyb těles skrz prostor rychleji než světlo, ale nerozhoduje o tom, jak rychle se může rozpínat samotný prostor.

To má následující důsledky: Oblasti, které se od nás vzdalují nadsvětelně, nemůžeme pozorovat ani s nimi komunikovat. Světelné a ani gravitační vlny z těchto oblastí se k nám nikdy nedostanou. Tento „horizont“, za který už nemůžeme vidět, se nazývá kosmologický horizont. Je to hranice, za kterou pro nás vesmír zůstává navždy skrytý – ne proto, že je příliš daleko, ale protože se prostor mezi námi rozpíná příliš rychle.

S gravitací je to složitější

Platí to i pro gravitační působení. Zde je však situace trošičku složitější. Gravitaci si nepředstavujeme jako sílu působící na dálku, jak to činil Isaac Newton, ale raději po vzoru Alberta Einsteina jako zakřivení prostoročasu. 

Je sice pravda, že oblasti nacházející se za svými kosmologickými horizonty spolu nemohou gravitačně (ani jinak) komunikovat, ale stále si nesou informaci o celkové geometrii vesmíru – jako by si prostoročas sám pamatoval, že byl zakřivený. Vliv těchto oblastí na zakřivení prostoru se sice stále „počítá“ do globální geometrie vesmíru (např. do Friedmanových rovnic), ale žádná nová informace z nich k nám už nedorazí. Tedy například změny rozložení hmoty za horizontem už naši oblast nijak neovlivní.

Opět to dobře dokládá analogie kde celkovou geometrii vesmíru představuje plocha nafukujícího se balónku. Na počátku je balónek malý a tak spolu mohou komunikovat všechny jeho části. Ale jak se balónek rozpíná, vznikají jednotlivé odříznuté oblasti. To ovšem pochopitelně neznamená, že by prostor (guma balónku) ztratil své zakřivení a celkovou geometrii, jakou měl předtím. 

Z toho hlediska si můžeme představovat, že gravitační působení těchto oblastí pokračuje. Je to podobné, jako když pečeme kynoucí těsto – jednotlivá rozinka už neovlivní ostatní, ale přesto se podílela na tom, jak těsto celkově vypadá.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Martin

Další čtení prověřené autorem:

Brian Greene – Elegantní vesmír: zabývá se strukturou vesmíru, i když více ze strany strunové teorie, najdete tam i část o expanzi.

Lawrence Krauss – Vesmír z ničeho (A Universe from Nothing): kniha pro čtenáře se zájmem o počátky a vývoj vesmíru, vysvětluje i rozpínání a horizonty.

Max Tegmark – Náš matematický vesmír: zkoumá různé modely vesmíru, včetně rychlosti expanze a co to znamená pro náš výhled do budoucnosti.