Wszyscy wiedzą, że wszechświat się rozszerza. Ale gdzie? Co to za rozszerzenie? Obserwując, jak rośnie grzyb jądrowy, możemy zdecydowanie ograniczyć przestrzeń, w której rośnie. Pytanie może być z jednej strony bardzo głupie, z drugiej bardzo interesujące.
Tak więc Wszechświat rozszerzał się lub kurczył (odpowiednio, wykazując przesunięcia ku czerwieni i przesunięcia w błękicie) od czasu Wielkiego Wybuchu. Ale gdzie skończy się jego ekspansja? W końcu nie może być w nieskończoności. Dlaczego mielibyśmy powiedzieć, że wszechświat rozszerza się tak, jakby był najbardziej normalną i naturalną rzeczą na świecie?
Najpierw kilka prostych prawd
1. Nie rozwijasz teraz
Ziemia też nie jest. Ani Układ Słoneczny, ani Droga Mleczna. Ekspansja Wszechświata zależy od grawitacji, co oznacza tylko, że efekty lokalnej dominacji grawitacji są obserwowane w regionach o dużej gęstości. Okazuje się, że nie wszystkie galaktyki oddalają się od Drogi Mlecznej. Nasza najbliższa sąsiadka, galaktyka Andromeda, pędzi w naszym kierunku z prędkością 80 km / s i zderzy się z nami za kilka miliardów lat.
Film promocyjny:
2. Nie wierz w metafory
Może ci się wydawać, że wszechświat rozszerza się jak balon pompowany powietrzem. „Patrz, dokładnie jak wszechświat!” Powie ci modny brytyjski naukowiec. Ale ty, będąc sprytnym, zauważysz, że na zewnątrz kuli jest przestrzeń i że dwuwymiarowa powierzchnia piłki rozszerza się w trójwymiarową przestrzeń. Jednak nasz wszechświat ma trzy wymiary.
3. Wszechświat nie ma końca ani końca
Nie jesteśmy do końca pewni, czy wszechświat jest nieskończenie duży, czy po prostu bardzo duży, ale nawet jeśli tak jest, wystarczająco długie podróżowanie w jednym kierunku i tak spowoduje powrót do kwadratu. Pomyśl o Pacmanie, ale bez owoców i duchów. Jeśli chodzi o środek wszechświata, tutaj pomaga nam analogia z kulą. Wydaje nam się, że wszystkie galaktyki oddalają się od nas, ale z ich punktu widzenia będą też centrum wszechświata. To tylko złudzenie.
Więc gdzie właściwie wszechświat się rozszerza? Tak donikąd. Nie ma szafy kosmicznej pełnej rzeczy. Ale żeby to zrozumieć, zobaczmy, co ogólna teoria względności ma do powiedzenia na temat czasoprzestrzeni.
W ogólnej teorii względności (jak mówią profesjonaliści) najważniejszą właściwością przestrzeni (i czasu) jest odległość (i przedział czasu) między dwoma punktami. W rzeczywistości odległość w pełni definiuje przestrzeń. Ewolucja skali odległości zależy od ilości materii i energii w przestrzeni, a wraz z upływem czasu skala rośnie, podobnie jak odległość między galaktykami. Jednak - i to jest dziwactwo - dzieje się to bez faktycznego poruszania galaktyk.
Być może w tym momencie twoja intuicja się zawiodła. Ale to nie przeszkodzi nam w wyjaśnianiu dziwactw.
Powiedzieliśmy już, że galaktyki oddalają się od nas. Nie całkiem. Po prostu naukowcom łatwiej jest wyjaśnić, co się naprawdę dzieje. Oszukują cię.
„Ale poczekaj!” - powie najbardziej doświadczony naukowo z was. - „Mierzymy przesunięcie Dopplera odległych galaktyk”. To tak zwane „przesunięcie ku czerwieni”, o którym wiecie, jest utrwalone na Ziemi i jak syrena przejeżdżającej karetki, informuje nas o ruchu. Ale to nie jest coś, co dzieje się w skali kosmologicznej. Tyle, że odkąd odległe galaktyki wyemitowały światło i dotarło do nas, skala kosmosu poważnie się zmieniła, wzrosła. Wraz z rozszerzaniem się przestrzeni długość fali fotonów wzrosła, więc światło wydziela się na czerwono.
Z tego podejścia wynika kolejne pytanie: „Czy Wszechświat rzeczywiście rozszerza się szybciej niż prędkość światła?” Jest absolutnie prawdą, że większość odległych galaktyk zwiększa swoją odległość względem nas szybciej niż prędkość światła, więc co z tego? Nie poruszają się szybciej niż światło (na ogół stoją w miejscu). Co więcej, świadomość tego w żaden sposób nie pomoże: informacje nie są przekazywane. Jeśli wyślesz paczkę z jedzeniem do innej galaktyki, szybszą niż prędkość światła, nie możesz tego zrobić (i nawet tutaj w zasadzie będziesz musiał spróbować). Uniwersalnym ogranicznikiem prędkości pozostaje prędkość światła.
Przedstawiliśmy najbardziej rozpowszechnioną (dobrze lub akceptowaną w sferze relatywistów) opinię o ekspansji kosmologicznej, ale logiczne byłoby zakończenie na tym, czego w ogóle nie rozumiemy. Wszystkie powyższe działają świetnie, jeśli masz miejsce na zrobienie kroku do przodu i rozciągnięcie. Ale co wydarzyło się na samym początku, że przestrzeń dosłownie powstała z niczego? Fizyka nie ma odpowiedzi na to pytanie. I trzeba poczekać, aż pojawi się teoria grawitacji kwantowej i rzuci światło na tę kwestię.
Ilya Khel
