جهان احتمالا سریع‌تر از نور گسترش می‌یابد!

گسترش جهان، تصویر ساده‌ای که از فاصله‌های کیهانی در ذهن داریم را کمی پیچیده‌تر می‌کند؛ چون خود جهان هیچ‌وقت رفتاری کاملاً واضح و روشن ندارد. اجرام همچنان از خود نور منتشر می‌کنند و این نور برای رسیدن به ما به زمان نیاز دارد، اما در همین مدت، اندازه جهان بزرگ‌تر می‌شود و فاصله‌ میان کهکشان‌ها افزایش پیدا می‌کند.

البته در مقیاس کوچک‌تر ممکن است کهکشان‌ها با یکدیگر برخورد کنند، اما آنچه اینجا مطرح است، رفتار جهان در ابعاد بسیار بزرگ است.

بنابراین، وقتی تصویری از یک کهکشان بسیار دور را می‌بینیم، نوری که میلیاردها سال در سفر بوده تا به تلسکوپ‌های ما برسد، در واقع نمی‌دانیم هم‌اکنون آن کهکشان دقیقاً چه فاصله‌ای با ما دارد. برای تعیین فاصله واقعی، باید به یک مدل کیهانی مراجعه کنیم که تاریخچه گسترش جهان را در نظر می‌گیرد و نشان می‌دهد کیهان در طول این مدت چقدر بزرگ‌تر شده است.

بهترین مدلی که در حال حاضر برای توصیف ساختار و تاریخچه‌ی جهان در اختیار داریم، مدل LCDM است؛ مدلی که وجود ماده تاریک و انرژی تاریک را نیز در محاسبات خود لحاظ می‌کند. هرچند بررسی دقیق مزایا و کاستی‌های این مدل موضوعی مفصل و قابل بحث است، اما در حال حاضر کافی است بدانیم حتی اگر فرض کنیم جهان کمی از این مدل استاندارد منحرف شود، نتیجه‌ی کلی درباره نحوه‌ٔ گسترش کیهان تفاوت چندانی نخواهد داشت.

حداکثر فاصله‌ای که می‌توانیم مشاهده کنیم، با در نظر گرفتن سن جهان یعنی حدود ۱۳٫۷۷ میلیارد سال و این واقعیت که کیهان در تمام این مدت در حال گسترش بوده است، به‌مراتب بیشتر از عدد سن آن است. بر همین اساس، دورترین نقطه‌ای که امروز قابل مشاهده است، حدود ۴۵ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. این فاصله افق ذره‌ای (particle horizon) یا افق کیهانی (cosmological horizon) نام دارد؛ مرزی که محدوده جهان قابل مشاهده برای ما را مشخص می‌کند.

اما یک سؤال مهم مطرح می‌شود: چگونه ممکن است فاصله ۴۵ میلیارد سال نوری بزرگ‌تر از سن جهان یعنی ۱۳٫۷۷ میلیارد سال باشد؟ آیا این به معنای آن است که جهان با سرعتی بیشتر از نور در حال گسترش است؟

این موضوع مشکلی ایجاد نمی‌کند، زیرا حد سرعت نور فقط برای پدیده‌هایی که به صورت محلی اندازه‌گیری می‌شوند صدق می‌کند؛ یعنی هیچ جسمی نمی‌تواند کنار ما با سرعتی بیشتر از نور حرکت کند. این محدودیت، بخشی از اصل نسبیت خاص است. با این حال، برای اجرام بسیار دور، این قانون به همین شکل اعمال نمی‌شود، و آن‌ها می‌توانند به دلیل گسترش فضا با سرعتی فراتر از نور از ما دور شوند.

نقطه‌ای که پس از آن کهکشان‌ها با سرعتی بیشتر از نور از ما فاصله می‌گیرند، فاصله هابل (Hubble distance) نامیده می‌شود و این فاصله حدود ۱۳٫۷۷ میلیارد سال نوری است.
بااین‌وجود، هنوز می‌توانیم کهکشان‌هایی را ببینیم که فراتر از این فاصله در حال دور شدن هستند، زیرا نوری که از آن‌ها می‌رسد مربوط به زمانی است که بسیار به ما نزدیک‌تر بوده‌اند. در آینده نیز برای مدتی می‌توانیم کهکشان‌هایی را مشاهده کنیم که پشت سر آن‌ها قرار دارند، زیرا نورشان از گذشته‌های بسیار دور منتشر شده است. اما یک محدودیت نهایی وجود دارد: افق رویداد کیهانی.

افق رویداد کیهانی حدود ۱۷ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. به این معنا که هر نوری که اکنون از نقاطی دورتر از این فاصله منتشر شود، هرگز به ما نخواهد رسید، حتی اگر میلیاردها سال صبر کنیم.

شتاب‌گرفتن انبساط جهان به دلیل انرژی تاریک این محدودیت را تشدید می‌کند. در آینده، افق رویداد کیهانی کمی بزرگ‌تر خواهد شد، اما نهایتاً به حدود ۶۰ میلیارد سال نوری محدود خواهد بود. با این حال، این افزایش به معنای دیدن کهکشان‌های بیشتر نیست، زیرا نور کهکشان‌های بسیار دور به طول‌موج‌های بسیار بلند و نامرئی منتقل می‌شود و عملاً از دید ما محو خواهند شد.

حدود ۱۰۰ میلیارد سال آینده، هر چیزی خارج از گروه محلی کهکشانی برای همیشه از دید ما ناپدید خواهد شد.