5 Prawo hubble`a i ekspansja Wszechświata

Prawo Hubble’a i ekspansja Wszechswiata.

Stwierdziliśmy zatem, że Wszechświat rozszerza się, bo taki jest kierunek prędkości obiektów mających znaczenie kosmologiczne. Po prostu wszystkie obiekty oddalają się. Już w notce 3, w konsekwencji przyjęcia zasady kosmologicznej, uznaliśmy, że istnieje kres górny prędkości obiektów, równy oczywiście prędkości światła. (Wynikł stąd wniosek, że rozmiary liniowe Wszechświata są ograniczone.) Mimo wszystko zapytajmy, tak z głupia frant, nie po raz ostatni zresztą: Jaka jest prędkość ekspansji Wszechświata? To pytanie „z głupia frant” jest jednym z pytań zasadniczych. Czy jest to prędkość „frontu natarcia”? Tak można sobie wyobrazić miejsce geometryczne – zbiór punktów o maksymalnej, niezmienniczej prędkości c. Jak się okaże, ten „front” ma spore znaczenie i jego sens jest głębszy. Nie mniej ważne jest roztrzygnięcie sprawy prędkości względnych odległych ciał niebieskich. Oczywiście, w kontekście naszych rozważań chodzi o uogólnioną prędkość względną obiektów mających znaczenie kosmologiczne.

Na tym etapie rozważań możemy sobie wyobrazić, że niezmienniczy „horyzont” tworzy sferyczną (w sensie miejsca geometrycznego kierunków patrzenia), nieprzebywalną granicę dla niezliczonych obiektów oddalających się od nas, a jego prędkość jest kresem górnym ich prędkości względem nas, czyli równa jest c. Tę właśnie prędkość nazywać będę dalej prędkością ekspansji (świadom tego, że powszechnie podchodzi się do sprawy inaczej). Do wielu spraw podchodzę w swych książkach po swojemu. Nie ma rady. Cechy modelu narzucają stosowny zestaw pojęć i definicji. Model ten różni się zresztą znacznie od tego, co dziś przyjęte. Nie musi to automatycznie oznaczać, że stanowi poważną alternatywę dla dzisiejszych przekonań, choć kto wie.. Z drugiej strony potrzeba udowodnienia, że ta druga droga jest błędna, być może da asumpt do zastanowień, do refleksji. Czy do wzmożenia badań? Proszę o wyrozumiałość i odrobunę cierpliwości. Wszak nawet nie zdążyłem uzasadnić tego, że istnieje sens zjechania z autostrady na jakąś wyboistą dróżkę wzdłuż przepastnej grani, prowadzącą do...(kąd?)

Sprawą o zasadniczym znaczeniu jest jednak to, czy prędkości względne obiektów są stałe, czy też zmienne, ewentualnie, jak się zmieniają. Czy rzeczywiście o to chodzi gdy mówimy na przykład o ekspansji spowalnianej? W grę wchodzi także sprawa kontaktu, możliwości dostrzeżenia obiektu. Oczywiście wiąże się to bezpośrednio z prędkością światła. Z tym też wiąże się „podejście łącznościowe” (tak to nazwałem), stanowiące właściwie podstawę dzisiejszej kosmologii. W książce, a także w prezentowanych tu artykułach, podejście to poddane jest weryfikacji.

Jak więc wygląda sprawa prędkości względnych? Chodzi oczywiście o ogólną tendencję, a nie li tylko o wybraną parę obiektów. Właściwie należałoby zapytać (w tym momencie) inaczej: Czy prędkość względna obiektów jest stała w czasie? Otóż do niedawna sądzono, że maleje, z powodu grawitacji, podobnie jak ciało podrzucone do góry zwalnia, by w końcu zatrzymać się, a potem spadać z powrotem. Dziś sądzi się, już powszechnie, że wzrasta za sprawą ciemnej energii. Jest to jednak mimo wszystko rzecz świeża, na razie nie potwierdzona ostatecznie. W jednym z następnych artykułów ustosunkuję się do tej kwestii, wskazując na zgoła inną możliwą przyczynę zauważonego efektu obserwacyjnego. Na razie zaznaczyć należy, że bezpośredni pomiar ewentualnych zmian prędkości (kosmologicznych) nie jest możliwy. Jeśli nawet zachodzą, są zbyt powolne. Rzecz ustala się drogą pośrednią. Problem jednak w tym, że ustalenia te nie oznaczają absolutnej prawdy, że są nawet funkcją stanu aktualnych zapatrywań. Tys prowda.

Wróćmy do współczynnika H. Aktualnie obowiązuje podejście, zgodnie z którym współczynnik H jest parametrem określającym tempo ekspansji. Podstawę dla dociekań kosmologicznych stanowi dziś równanie Friedmanna, bazujące na ogólnej teorii względności. Mowa więc o ekspansji przestrzeni, a nie o ruchu jako takim konkretnych obiektów. Sam „parametr” H określa się następująco: H = å/a . Tutaj a to tzw. czynnik skali. Którego odpowiednikiem jest odległość związana z rzeczywistym ruchem materii, natomiast å (w liczniku) oznacza pochodną względem czasu, odpowiadającą prędkości (w tradycyjnym pojmowaniu ruchu). Podejście to nie jest jednak konsystentne z koncepcją przedstawioną w tej pracy. Podkreślam: podejście, a nie ostateczne (na wieki wieków) ustalenie.

Zatem, jak to jest z prędkościami względnymi? Ponawiam pytanie. „Prędkościami? Przecież tu chodzi o przestrzeń, która się nadyma coraz wolniej lub coraz szybciej.” Mi jednak chodzi o prędkości. Kosmologia naiwna... Dziś sądzi się bez cienia wątpliwości, że zmiana dotyczy jedynie metryki przestrzeni, jej zakrzywienia. Do niedawna sądzono, że „prędkości” maleją, dziś, że rosną. O stałość prędkości względnych w dodatku opisujących prawdziwy, faktyczny ruch względny obiektów (a nie prędkości wzrostu czynnika skali), nikt Wszechświata nie podejrzewa. Ideałami niech się zajmują filozofowie.

– A zasada kosmologiczna?

– Oczywiście tendencja, taka, czy inna, dotyczyć ma wszystkich obiektów o znaczeniu kosmologicznym (odpowiednio oddalonych). „Jeśli tempo maleje (wzrasta) dla każdego obserwatora w tym samym stopniu, to zasada ta jest spełniona. Wraz z tym Wszechświat się rozszerza. Jego krzywizna maleje, co oznacza, że „moc” grawitacji jest coraz mniejsza. Zatem grawitacyjne hamowanie ekspansji jest coraz słabsze, co mogłoby oznaczać w subiektywnym odczuciu, jej przyśpieszenie (nawet bez uwzględnienia ciemnej energii).” Tak w uproszczeniu mógłby skwitować sprawę miłośnik astronomii, pytając równocześnie: „Jak się ma ta krzywizna (jakakolwiek by nie była) do stwierdzonej obserwacyjnie płaskości geometrii Wszechświata?” Jak widać, sprawa wcale nie jest zakończona (nie tylko dla amatorów).

Na razie pozwolić sobie można na stwierdzenie, że standardowy Wszechświat (raczej w innym standardzie), zgodnie z koncepcją preferowaną tutaj, jako całość, rozszerza się z prędkością światła. To rozszerzanie się byłoby faktyczną Ekspansją Hubblowską. Jeśli jakiś punkt oddala się od nas z prędkością niezmienniczą c, to jest oddalony od nas w maksymalnym stopniu. Odległość, w jakiej znajduje się nazwijmy Promieniem Hubblowskim Wszechświata. Niedługo, w innym artykule powiążemy go z promieniem grawitacyjnym. Konkretne obiekty oczywiście znajdują się bliżej. Czy wszystko, co się znajduje bliżej można zobaczyć? Czy hubblowski horyzont Wszechświata pokrywa się z horyzontem łącznościowym*? Czy istnieje (mimo wszystko) coś poza tym horyzontem? Oto przykłady pytań, z którymi prędzej czy później trzeba będzie się zmierzyć. Nie wszystko na raz. Spróbujmy jednak odpowiedzieć już teraz na następujące pytanie? Co przedstawia sobą sam horyzont? Czy tylko jakiś tam „front”, będący miejscem geometrycznym punktów, których prędkość równa jest c? Otóż front ten jest też miejscem Wybuchu. Tam-Wtedy to się stało. Chodzi o to, że tuż po tym horyzont był bardzo blisko nas, tylko sięgnąć ręką. Od tego momentu oddala się z prędkością światła a teraz jest już sferą stanowiącą kres Wszechświata i właśnie tam strzeżona jest tajemnica genesis. Im dalej wzrok nasz sięga, tym dawniejsze czasy możemy dostrzec. Jak daleko znajduje się dziś horyzont? Ile czasu minęło od momentu Wybuchu? Próba odpowiedzi na te pytania w kontynuacji naszych rozważań.