Den enklaste förklaringen till varför det maximala avståndet man kan se är inte bara produkten av ljusets hastighet med universums ålder beror på att universum är icke-statiskt.

Olika saker (dvs. materia kontra mörk energi) har olika effekter på universums koordinater, och deras inflytande kan förändras med tiden.

En bra utgångspunkt i allt detta är att analysera Hubble-parametern, som ger oss Hubble-konstanten när som helst i det förflutna eller i framtiden med tanke på att vi kan mäta vad universum är för närvarande gjord av:

$$ H (a) = H_ {0} \ sqrt {\ frac {\ Omega_ {m, 0}} {a ^ {3}} + \ frac {\ Omega _ {\ gamma, 0}} {a ^ {4}} + \ frac {\ Omega_ {k, 0}} {a ^ {2}} + \ Omega _ {\ Lambda, 0}} $$ där prenumerationer $ m $, $ \ gamma $, $ k $ och $ \ Lambda $ på $ \ Omega $ hänvisar till densitetsparametrar för materia (mörk och baryonisk), strålning (fotoner och andra relativistiska partiklar), krökning (detta kommer bara till spel om universum globalt avviker från att vara rumsligt platt; bevis tyder på att det överensstämmer med att vara platt) och slutligen mörk energi (som som du kommer att märka förblir en konstant oavsett hur universums dynamik spelar ut). Jag bör också påpeka att abonnemangsnotationen $ 0 $ betyder som uppmätt idag .

$ a $ i Hubble-parametern ovan kallas skalningsfaktorn, som är lika med 1 idag och noll i början av universum. Varför skalar de olika komponenterna annorlunda med $ a $? Tja, allt beror på vad som händer när du ökar storleken på en låda som innehåller grejerna inuti. Om du har ett kilo materia inuti en kub 1 meter på en sida och du ökar varje sida till 2 meter, vad händer med tätheten av materia inuti den här nya kuben? Den minskar med faktorn 8 (eller $ 2 ^ {3} $). För strålning får du en liknande minskning av $ a ^ {3} $ i antal densiteter av partiklar i den, och också en ytterligare faktor på $ a $ på grund av sträckningen av dess våglängd med storleken på lådan, vilket ger oss $ a ^ {4} $. Densiteten av mörk energi förblir konstant i samma typ av tankeexperiment.

Eftersom olika komponenter fungerar olika när universums koordinater förändras, finns det motsvarande epoker i universums historia där varje komponent dominerar den övergripande dynamiken. Det är också ganska enkelt att räkna ut. I liten skala (mycket tidigt) var strålningen den viktigaste komponenten. Hubble-parametern kunde tidigt approximeras mycket av följande uttryck:

$$ H (a) = H_ {0} \ frac {\ sqrt {\ Omega _ {\ gamma, 0}}} { a ^ {2}} $$

Runt:

$$ \ frac {\ Omega_ {m, 0}} {a ^ {3}} = \ frac {\ Omega _ {\ gamma, 0}} {a ^ {4}} $$$$ a = \ frac {\ Omega _ {\ gamma, 0}} {\ Omega_ {m, 0}} $$ vi har jämställdhet mellan materiens strålning och från denna punkt och framåt har vi nu materia som dominerar universums dynamik. Detta kan göras en gång till för materia-mörk energi, där man skulle upptäcka att vi nu lever i den mörka energidominerade fasen i universum. En förutsägelse om att leva i en fas som denna är en acceleration av universums koordinater - något som har bekräftats (se: 2011 Nobelpriset i fysik).

Så du förstår, det skulle vara lite mer komplicerat att hitta avståndet till den kosmologiska horisonten än att bara multiplicera ljusets hastighet med universums ålder. Faktum är att om du vill hitta detta avstånd (formellt känt som det kommande avståndet till den kosmiska horisonten) måste du utföra följande integral:

$$ D_ {h} = \ frac {c} {H_ {0}} \ int_ {0} ^ {z_ {e}} \ frac {\ mathrm {d} z} {\ sqrt {\ Omega_ {m, 0} (1 + z) ^ {3 } + \ Omega _ {\ Lambda}}} $$

där utsläppets rödförskjutning $ z_ {e} $ brukar tas till $ \ sim 1100 $, ytan för den senaste spridningen. Det visar sig att detta är den verkliga horisonten vi har som observatörer. Krökning är vanligtvis satt till noll eftersom vår mest framgångsrika modell indikerar ett platt (eller mycket nästan platt) universum och strålning är oviktigt här eftersom den dominerar vid en högre rödförskjutning. Jag vill också påpeka att detta förhållande härrör från mätvärdet Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker, ett mått som inkluderar krökning och expansion. Detta saknar Minkowski-mätvärdet.

Kort sagt: saker kan inte röra sig snabbare det ljuset själva, men de kan röra sig snabbare än ljus på grund av universell expansion. Ju längre bort, desto snabbare går de bort.

Jag tänkte bara på det och här är min lekmannens förklaring. Föreställ dig att du spårar två prickar på ett skrynkligt papper, prickarna rör sig, men när de rör sig blir papperet också "skrynkligt", det faktiska avståndet mellan prickarna kommer att vara mer än summan av avstånden de har reste.

Den helt ovetenskapliga förklaringen ...

Föreställ dig att universum är en ballong. Två kroppar börjar nära varandra men på motsatta ytor. Expansionen av ballongen tar dem ifrån varandra i samma hastighet och en sådan hastighet att ljuset från en vid sin startpunkt tar nästan hela universums historia för att nå den andra. Avståndet mellan de två NU är inte dubbelt så mycket som universums ålder - för att du inte kan resa "genom" ballongen - utan istället måste gå runt ytan på ballongen ... 13,8 * PI miljarder ljusår = 43 miljarder ljusår.

Inte strikt korrekt men undviker åtminstone för mycket att oroa sig för astrofysik och kosmologi!

Jag älskar Ned Wrights kosmologitutorial och jag rekommenderar det starkt, men det uttalandet av honom är åtminstone mycket missvisande. Superluminal lågkonjunkturhastigheter kan helt enkelt inte relateras till rymdtidskurvatur eftersom de inte försvinner i gränsen för noll krökning (noll energitäthet eller noll $ G $ ). / p>

Den verkliga anledningen till att avstånd kan vara större än $ c $ gånger den aktuella kosmologiska tiden är att klockorna som vi använder för att mäta kosmologisk tid inte är i relativ vila, som klockorna i tröghets koordinatsystem, men rör sig radiellt bort från varandra, vilket gör kosmologiska koordinater mer som polära koordinater. Om vi ​​har en familj av enhetligt fördelade klockor och vi definierar $ t $ som läsning på närmaste klocka och $ x $ att vara (antalet klockor mellan den ena och ursprunget) × (separationen mellan angränsande klockor när de båda läser samtidigt), sedan $ Δx / Δt \ le c $ är ett riktigt uttalande om dessa klockor är i vilopaus, men inte om de rör sig utåt från en gemensam utgångspunkt. I det senare fallet visar sig det inte finnas någon övre gräns för $ Δx / Δt $ , inte ens i speciell relativitet.

I det specialrelativistiska fallet kan du tänka dig att detta beror på tidsutvidgning. Om du tittar på två klockor med avseende på tröghetshastighetskoordinater, rör sig de i motsatta riktningar med någon hastighet $ v $ . Efter en tröghets koordinattid $ t $ är de ett tröghets koordinatavstånd $ 2vt $ från varandra, men den förflutna tiden de har registrerat är mindre än $ t $ med faktorn $ γ = 1 / \ sqrt {1 -v ^ 2 / c ^ 2} $ . Eftersom $ γ {\ to} \ infty $ som $ v {\ to} c $ , är förhållandet av koordinatavståndet till förflutna tider på klockorna går också till oändlighet som $ v {\ to} c $ .

I speciell relativitet, det finns en tendens att tänka på tröghetskoordineringstider som "riktiga" tider och avläsningar på klockor som på något sätt förvrängs av tidsutvidgning, men det är egentligen bara en mänsklig fördom. Universum bryr sig inte om koordinatsystem, och det "bryr sig" bara om referensramar om de faktiskt instansieras av fysiska objekt. Det finns inga naturligt förekommande tröghetsreferensramar i stora skalor i den verkliga världen, men det finns en naturligt förekommande radiell referensram, ges av den genomsnittliga rörelsen av materia i stora skalor, eller av korsningspunkterna för vågfronter från den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Det mest naturliga koordinatsystemet för universum - och det som faktiskt används av kosmologer - är baserat på den naturligt förekommande ramen, och, som Ned Wright sa, när du definierar avstånd och tider på det sättet, avståndet / tidsförhållandet $ c $ har ingen speciell betydelse.

(Egentligen är alla tre av Ned Wrights meningar korrekta. Problemet är att när du tar dem tillsammans verkar de antyda att superluminal expansion är relaterad till krökning i rymden, och det är inte korrekt.)