Er der galakser, som bevæger sig væk fra os med større hastighed end lyshastigheden?

Hej Spørg om Fysik
Hvordan forklarer man, at galaxerne i universet udvider rummet med en hastighed, der er større end lysets hasighed?

Med venlig hilsen
F J

Tilbage omkring 1930 opdagede blandt andet Edwin Hubble, at galakser der ligger langt væk bevæger sig hurtigt væk fra os. Faktisk nedskrev han Hubbles lov, der siger, at hastighed = H₀ * afstand, hvor H₀ kaldes Hubbles konstant. Det vil altså sige, når en galakse ligger længere væk, så bevæger den sig hurtigere væk fra os.

Hvis man nu forestiller sig en galakse, der ligger rigtig langt væk, så kunne man frygte, at den bevæger sig væk endnu hurtigere end lysets hastighed. Det ville klart være et stort problem, for vi har observeret, at intet kan bevæge sig hurtigere end lyset.

Svaret på dette problem er faktisk ikke helt trivielt.

Hvis man skal lave en simpel analogi, så svarer det til spørgsmålet om, hvor langt der er fra Nairobi i Kenya, til Kampala i Uganda.

Hvis man følger en storcirkel, så finder man nok den korteste vej. Men da Jorden er rund, så kan man vælge flere storcirkler. Man kan vælge den som stort set ligger på ækvator, så er der ikke særligt langt mellem de 2 byer. Men hvis man istedet følger storcirkler ved samme breddegrad op til Norpolen, og så igen med en anden breddegrad ned igen, så er der rigtig langt. Det er fordi Jorden altså ikke er flad. Da universet udvider sig, så har man et tilsvarende problem der.

Tilbage til rummet der udvider sig hurtigt. Svaret hænger sammen med, at i et rum der udvider sig, kan man ikke behandle rum og tid uafhængigt. Hvis rummet var statisk, så kunne man behandle rummet som en triviel ting, og afstande og hastigheder ville være entydige.

Det vil sige, at når man skal finde en hastighed i et rum, der udvider sig, så kan man ikke længere bare sige: hastighed = ændring i rum / ændring i tid. I stedet for at bruge en hastighed i 3 rumlige dimensioner, så skal man nu bruge en såkaldt 4-vektor. Når man gør det korrekt, så viser det sig, at galakser, selvom de ligger rigtig langt væk, faktisk kun bevæger sig med en hastighed, der er mindre end lysets hastighed.

Konklusionen er derfor, at Hubbles simple lov kun gælder for galakser der ligger sådan nogenlunde tæt på os, at når man observerer kosmologiske strukturer, der ligger meget langt væk, så skal man bruge regneregler for generel relativitetsteori, som kombinerer rum og tid.

Med venlig hilsen
Steen H Hansen