[Перевод] Галактики, двигающиеся со скоростью света

Время нужно только для того, чтобы всё не происходило одновременно.
— Альберт Эйнштейн

Нам известно количество галактик в нашей расширяющейся Вселенной (не менее 100 миллиардов), но не менее интересный вопрос – с какими скоростями они могут двигаться. Ведь поскольку Вселенная расширяется, то чем дальше от нас галактика, тем больше её скорость убегания.

Более того, поскольку расширение тоже ускоряется, галактики с течением времени улетают от нас всё быстрее. Значит, неудивительно, что свет убегающих галактик сдвигается в красную часть спектра.

И в этом нет ничего странного. Если объект двигается в вашу сторону и испускает свет, его волна сжимается и свет кажется более синим. Если объект двигается от вас, длина волны увеличивается и свет кажется более красным. И чем быстрее двигается источник света, тем сильнее сдвиг длины волн.

Но задумайтесь – если объект двигается от вас всё быстрее и быстрее, не увидим ли мы в какой-то момент объектов, приближающихся к скорости света?

Как известно, при приближении к скорости света происходит много всего: и вот два самых контринтуитивных явления, относящихся к специальной теории относительности.

Если вы покоитесь, а объект движется относительно вас со скоростью, существенной по сравнению со световой, вы заметите два очень странных эффекта: его длина будет сокращаться в направлении его движения, а время – замедляться. И, конечно же, вас сразу заинтересует вопрос – наблюдаются ли эти эффекты у удалённых галактик!

Сокращение длины измерить невозможно, поскольку мы можем мерить длины только в направлении, перпендикулярном линии взгляда, а расширение происходит параллельно ей. А что насчёт замедления времени? Есть оно или нет? Давайте подумаем, чего мы можем ожидать на основании предсказаний теории.

Изучаемая галактика не двигается с релятивистскими скоростями относительно объектов, находящихся в её локальном пространстве-времени. Происходит расширение пространства между нами и удалённой галактикой. Именно это расширение увеличивает длины волн фотонов, что и заставляет свет выглядеть краснее.

Но когда свет был испущен, время от пика до пика каждой волны было гораздо меньше, чем время, которое вы сможете наблюдать, когда эти пики дойдут до вас. Так что хотя наблюдаемая галактика физически не движется с релятивистской скоростью, замедление времени вы должны увидеть. Так можете ли вы это сделать? Что вы будете искать?

К примеру, известно, что спиральные галактики вращаются. Вы можете спросить, возможно ли увидеть замедление их вращения. К сожалению, в прошлом связь между яркостью галактики и её скоростью вращения в прошлом была не такой, как сейчас, поскольку спиральные галактики эволюционируют со временем.

Вы можете решить заняться наблюдением за квазарами, поскольку это очень яркие объекты, которые хорошо видно на больших расстояниях. Однако окружение, в котором они находятся, и источники переменных характеристик (например, гравитационное микролинзирование), отличаются у удалённых и у более близких к нам квазаров.

Ещё один кандидат – гамма-всплески, их можно увидеть на больших расстояниях. Но нам бы подошёл очень хорошо изученный класс объектов с неменяющимися во времени свойствами, которые можно наблюдать при сильном красном смещении. Если мы сможем измерить замедление времени у них, это будет финальная проверка теории!

Сверхновая типа Ia! У этих объектов очень хорошо изучена временная шкала, согласно которой они становятся ярче, затухают и исчезают.

Так что, если мы обнаружим удалённую сверхновую с сильным красным смещением, её световая кривая должна быть вытянутой по шкале времени. Что же происходит в реальности? Есть ли такие сверхновые?

Хотите – верьте, хотите – нет, но таких нашлось полно! Первая – сверхновая, удаляющаяся от нас со скоростью почти в 50% от скорости света – появилась в 1996 году! Затем ещё одна, и ещё, и сегодня у нас их целая толпа, и мы однозначно видим замедление времени у этих далёких галактик!

Красная линия – предсказание без замедления, синяя – с замедлением. Так что это на самом деле происходит!

Что удивительно, так это при наличии в такой галактике наблюдателя с очень мощным телескопом, способным увидеть нас, уже мы для него покажемся замедленными, в то время как они будут двигаться с нормальной для них скоростью!

Так что, наблюдая за очень удалёнными объектами, вы не только видите их в прошлом, отдалённом на миллиарды лет, вы видите их в замедленном движении! И пока вы размышляете об этом, знайте, что некто в миллиардах световых лет от нас может видеть, как вы размышляете об этом гораздо дольше!