우주는 광속보다 빠르게 팽창하고 있다? 물리학의 기초원리에 모순될까?

먼 것은 광속보다 빠르게 멀어지고 있습니다. 상대성이론은 광속보다 빠른 것은 존재하지 않는다고 규정하므로 이상하다고 생각될지 모르지만, 이것은 상대성이론과 모순되지 않습니다. 상대성이론에서 규정하는 것은 어떤 사건의 정보가 광속 이상으로 다른 장소에 전해져 어떤 결과를 미친다는 것으로, 이런 일이 있을 수 없다는 것을 '상대론적 인과율'이라고 부릅니다. 이 원칙이 깨지는 경우에는 상대성이론에서는 시간을 역행할 수 있는 것으로 나타나므로 결과가 원인보다 앞선다는 이상한 일이 발생합니다. 현대의 물리학의 기초원리인 상대론적 인과율은 파괴되어서는 안 될 원칙입니다.

팽창하는 우주는 먼 천체는 거기까지의 거리에 비례한 속도로 멀어지고 있습니다. 그러자 충분히 먼 우주의 속도는 언젠가 광속 이상이어야 합니다. 그렇지 않으면 우주 전체가 균일하게 팽창할 수 없습니다. 그리고 공간이 전혀 움직이지 않는 상태에서 은하의 상대속도만 광속을 넘는다면 상대론적 인과율에 모순하는 것이 되는데, 팽창우주는 그런 것이 아닌 공간 자체가 팽창하고 있는 것입니다. 단순히 은하가 상대적으로 멀어지고 있는 것과 공간 자체가 팽창하는 것에는 큰 차이가 있고, 공간팽창의 경우에는 거리의 팽창속도가 광속을 넘어버리는 먼 곳에서는 어떤 방법으로도 신호가 도달하지 않아 전혀 관측이 불가능한 영역입니다. 따라서 물리학의 기본원리인 상대론적 인과율에는 아무런 문제가 없습니다.

Expanding Universe. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Expanding_Universe.jpg

광속을 넘는 것은 존재하지 않는다는 원칙은 물체에 적용되는 것이지 공간의 팽창에는 적용되지 않습니다. 정확하게 말하면, 광속을 넘어서 정보가 전해져서는 안 된다는 말이 더 정확한 것입니다. 고정된 공간에서 물체가 광속을 넘어서면 필연적으로 정보가 광속을 넘어버리기 때문에 광속이라는 속도제한을 받습니다. 그러나 공간 자체가 광속을 넘어 팽창하는 곳에서 광속을 넘어 정보가 전해지는 것은 아닙니다. 따라서 공간의 팽창은 광속이라는 속도제한을 받지 않는 것입니다.

올바른 이해를 하고 있다면, 먼 은하까지의 거리가 광속을 넘어 증가하고 있다고 들어도 놀랄 일은 없을 것입니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 宇宙は光速よりも速く膨張しているのですか？
https://tmcosmos.org/cosfaq/faq/faq003.html