Zasada kosmologiczna i jej niedoceniane znaczenie

Nieskończoność jest jedna, a skończoności jest bez liku, wprost nieskończenie wiele...

Józef Gelbard

Zasada kosmologiczna i jej niedoceniane znaczenie.

Treść

1. Sformułowanie zasad kosmologicznej. Czy Wszechświat

    oscylujący?

    Zasada kosmologiczna → cykliczność przyrody.

    A co widzimy patrząc ku odległym galaktykom?  Czas globalny, a lokalne  

     niejednorodności  czasowe.

    Wszechświat nie jest nieskończony! A co z czasem?

2. Modele Wszechświata spełniające zasadę kosmologiczną.

3. Model ze stałymi prędkościami (rzeczywistego ruchu) i jego w

     konfrontacja  z  modelami przyjętymi dziś.

4. Rozmiary Wszechświata. Przestrzeń. Prędkość ekspansji, a  

     niezmiennicza prędkość światła.

Dodatek: Stałość, czy niezmienniczość?

1. Sformułowanie Zasady. Czy Wszechświat oscylujący?

   Zasada kosmologiczna jest postulatem orzekającym, że obserwowane, ogólne cechy Wszechświata wszędzie są jednakowe, nie są zależne od tego w jakim rejonie Wszechświata obserwator znajduje się. Zasada ta bazuje na przeświadczeniu, że my nie zajmujemy miejsca wyjątkowego. Pierwszym w czasach poprzedzających współczesność, który dokonał zmiany układu odniesienia w badaniach astronomicznych, czyniąc Słońce obiektem centralnym, detronizując Ziemię do roli satelity, był Mikołaj Kopernik (1473 – 1543). Pracą swą dokonał on przewrotu epokowego w sposobie myślenia, stworzył bazę dla rozwoju nauki uwolnionej z teologicznych imperatywów i twierdzeń nie popartych empirią, sprawił, że przyrodę zaczęto postrzegać jako byt obiektywny. Zasada kosmologiczna jest tego wyrazem dobitnym, dlatego często utożsamia się ją z osobą Kopernika, choć w sposób bardziej jawny i dosadny jej sens wyraził Giordano Bruno, który, jak wiadomo, na mocy wyroku Świętej Inkwizycji, w roku 1600 spalony został na stosie. Cóż, prawdziwe idee są na ogół niebezpieczne dla swych głosicieli. Czy tylko 400 lat temu? A fałszywe? Są niebezpieczne dla wszystkich ludzi. Ale za to wygrywają w głosowniu. Niech żyje demokracja!

     Zasadę tę przyjmujemy a priori, tak, jak aksjomat w matematyce (właściwie jedyny w tej pracy) odpowiadający głębii ludzkiej intuicji poznawczej. Intuicja ta, w przeciwieństwie do niektórych sądów pochopnych, odzwierciedla właściwie istotę bytu obiektywnego, nie zawsze zresztą w zgodzie z racjonalizmem działań o charakterze poznawczym.

   Na bazie zasady kosmologicznej spróbujemy, w kolejnych artykułach, zbudować Wszechświat, to znaczy odgadnąć jego zasadnicze, immanentne cechy. Czy wszystkie potwierdza (i potwierdzi) obserwacja astronomiczna? Czy wszystkie te cechy spójne są z dzisiejszymi zapatrywaniami? Także temu poświęcimy nieco uwagi.   

     Zatem, jakich charakterystycznych cech Wszechświata powinniśmy oczekiwać bazując na zasadzie kosmologicznej? W pierwszej kolejności oczekiwać powinniśmy tego, że w całym Wszechświecie budowa materii jest jednakowa, oczekiwać powinniśmy Wszędzie istnienia tych samych pierwiastków chemicznych, tych samych cech promieniowania, tych samych właściwości fizycznych materii. Tych samych cech podstawowych zjawisk fizycznych, tych samych podstawowych praw przyrody. Tu nie chodzi wyłącznie o obiekty super dalekie. Prawa Przyrody są jednakowe w każdym inercjalnym układzie odniesienia. Á propos, co nam to przypomina? Oczywiście przypomina einsteinowską zasadę względności.

     Mamy więc jedność przestrzenną i czasową – jeśli teraz, to także zawsze. Obserwacja astronomiczna potwierdza słuszność tych oczekiwań, a więc pośrednio spójność faktów obserwacyjnych z zasadą kosmologiczną. Ale to nie wszystko.

    W gruncie rzeczy mało kto zastanawia się nad treścią tej zasady, dla większości jej treść uśpiona jest gdzieś łęboko w podświadomości. Większością nawet pracownicy nauki dalecy są w swych codziennych zmaganiach z teraźniejszością od refleksji i filozoficznej zadumy. Cóż, mamy dziś masową naukę i masową kulturę. To dobrze, bo jest znacznie więcej do zrobienia, a to wymaga większej nadwyżki kadr...

     Dziś mało kto w związku z tym uświadamia sobie, przeżywa refleksję, filozoficzną zadumę. Pracownik nauki po prostu obserwuje, bada, mierzy, liczy (walcząc jak lew o pozycję w swym światku...). Wśród ludzi nauki dominują świetnie wyuczeni warsztatowcy (na to nastawiona jest edukacja akademicka), dla których zasadniczą rzeczą jest metoda, a nie idea. Konkurencja jest duża, gdyż uprawianie nauki nobilituje. Wymienianie celebrytów naukowców jest tu zbędne. Nauka skoszarowana jest w placówkach finansowanych przez państwo lub przez wielkie konsorcja naukowo-przemysłowe.  Dawniej wielcy artyści i wielcy uczeni  nie byli wspomagani, więc byli wolni. Dziś, by być intelektualnie niezależnym, trzeba być emerytem (chyba, że się coś nowego wymyśli, pod warunkiem, że w ramach obowiązującej mega-koncepcji).

   Dla większości pracowników nauki powszechna jednorodność cech materii jest rzeczą pozarefleksyjną, oczywistą samą przez się, jakby zdeterminowaną (już przez sam warsztat, choć równocześnie sam warsztat sugeruje rzeczy nie koniecznie spójne z tym, co przyroda sobą ujawnia lub chciałoby się w przyrodzie widzieć). Dla niektórych z nich tekst pozbawiony matematyki, już przez sam fakt tego braku, jest wprost „nienaukowy”. „Lanie wody przeznaczone jest dla amatorów”. Wielu (z zasady powszechnego rutynowego mniemania, a nie z głębii refleksji) wzdraga się przed spekulatywnością dociekań i wywodów. Podejście to stało się wprost trendem. Komu się chce czytać? Ważna ostatnia linijka.

   A jednak prawdziwa nauka powinna unikać wszelkich trendów i mód. By nie było nieporozumień, ja interesuję się astronomią od dziecka, może dlatego zdążyłem wyrobić w sobie własne spojrzenie na Wszechświat (oczywiście rozwinięte dzięki formalnemu wykształceniu). Dziś, „dzięki” mediom nauka stała się elementem pop-kultury – na dobre i na złe, a uprawiający ją, czy chcą, czy nie, stanowią jej tryby. Świat pieniądza decyduje o wszystkim, nawet o grantach, państwowych dotacjach na niezależne (...) badania. Czy to źle? Przecież dzięki temu mamy teleskopy nowej generacji i teleskopy satelitarne. Mamy też astrofizyczny trend – dla mediów to bardzo fotogeniczne; dzięki temu mamy też granty na badania w wielkich zespołach... na potrzeby uzbrojenia Co ma do tego nauka w o Wszechświecie? A gwiezdne wojny to nie łaska?   

Ad rem...

Zasada kosmologiczna → cykliczność przyrody

     Jedność przestrzenna i czasowa... Wynikać więc stąd może wniosek o istnieniu wspólnoty genetycznej wszystkiego, co stanowi sobą Wszechświat, pomimo tak znacznego oddalenia większości obiektów. Uświadomienie tego prowadzi do konieczności rozważenia dwóch opcji. Zgodnie z pierwszą cechy ciał, substancji, promieniowań są zdeterminowane i wieczne. Jednak, czy zachodzą wówczas jakiekolwiek zjawska? Czy istnieją w ogóle oddziaływania? Czy istnieje promieniowanie? Czy istnieje zróżnicowanie substancjalne i zróżnicowanie cech skupienia materii? W przypadku tym sprawa jest raczej zamknięta dla dalszych dociekań, choćby przez to, że sam czas, manifestujący się nam istnieniem ciekawości, raczej nie ma racji bytu (już nie mówiąc o podmiocie). Zgodnie z drugą istnieje globalny proces ewolucyjny, zmienność, wskazująca właśnie na istnienie czasu. To czyni uzasadnionymi badania empiryczne, obserwację, a ta potwierdza wspólnotę genetyczną cech fizycznych materii Wszechświata.

     Przy tej okazji warto zauważyć, że wspólnota cech fizycznych materii pomimo znacznego oddalenia obiektów sugeruje, że kiedyś dawno temu wszyscy byliśmy razem, a przy tym czas dla wszystkich płynie jednakowo. Wszak rozwój z zachowaniem identycznych cech rozproszonej materii (pomimo rozproszenia) wymaga jakiegoś pierwotnego uzgodnienia, może nawet samouzgodnienia całości. Cała materia powinna mieć wspólną historię. Stąd wniosek, że tempo rozwoju wszędzie jest jednakowe (co nie znaczy, że nie może się zmieniać (pozostając jednakowym wszędzie). Wszyscy, kiedyś, dawno temu, wszyscy byliśmy razem i tworzyliśmy coś bardzo małego w porównaniu z tym, co dziś widzimy.

           Ktoś by mógł stwierdzić, że nie chodzi o samouzgodnienie, lecz o kreację Wszystkości przez obiekt transcendentalny        i kropka. A jak On powstał? W jakim  celu? Czy przy tym powołał do życia czas? W jakim momencie nieczasu stworzył       się czas?... I wszstko wyłącznie po to, by rozpleniła się jakaś szkarada, której cechy zwierzęce są w nieustającym                   konflikcie (i na ogół wygrywają) z istotą intelektualnej refleksji, z bezinteresowną ciekawością świata postrzeganego w         kategoriach dobra, z empatią i tolerancją? To już manowce. 

     Dawno temu byliśmy więc (jako materialne istnienie) czymś stosunkowo małym. A dziś? Odległości są ogromne. W takim razie ma miejsce ekspansja. Oczywiście to jeszcze nie wniosek. To jedna z opcji. Kurczenie powszechne też wymaga czasu, zmienności, a jeśli przy tym ma miejsce, to wcześniej musiała zachodzić ekspansja (w związku ze wspólnotą cech i koniecznością uzgodnienia). W tej sytuacji wprost narzuca się myśl o cykliczności Przyrody. Tak sądzili już starożytni.  

   Ale to dopiero przymiarka. Swoją drogą, tak niewiele nam było potrzeba, by dojść do powyższych „ustaleń”. Wystarczyło przyjęcie zasady kosmologicznej i najbardziej elementarna obserwacja (m.in. widm). Także stwierdzenie naszego istnienia za fakt...

A co widzimy patrząc ku odległym galaktykom?

Czas globalny, a lokalne niejednorodności czasowe. 

     ...Wbrew pozorom nie jest to takie oczywiste (Że istniejemy?). Patrząc ku odległym obiektom widzimy Wszechświat już nie dzisiejszy. Czy to, co widzimy gdzieś tam daleko jest identyczne z tym, co znamy z naszego otoczenia? Raczej chyba nie. Wydatny przykład tego stanowią kwazary, istniejące tylko i wyłącznie bardzo daleko (bardzo dawno). Świadczy to o istnieniu ewolucji, o zmienności. Nie jest więc słuszna tak zwana mocna zasada kosmologiczna, zgodnie z którą Wszechświat, nie tylko wszędzie, lecz także zawsze był i będzie taki sam. Wszechświat nie jest statyczny. Ta Wszystkość jednak się zmienia. Właściwie dopiero odkrycie kwazarów i hierarchii ewolucyjnej galaktyk, wraz z odpowiednią hierarchią odległości  (kwazary, galaktyki aktywne, galaktyki z naszego otoczenia), stworzyło obserwacyjną bazę dla obalenia „mocnej” („uogólnionej”, „drugiej”) zasady kosmologicznej. Przypieczętowało (to obalenie) odkrycie promieniowania reliktowego.       

     Czy zmienność ta godzi także w zasadę kopernikańską? Wszak odległe obiekty wyglądają inaczej, niż te bliżej. Nie. Przecież to samo stwierdzamy niezależnie od kierunku patrzenia (i położenia obserwatora). Wszechświat cechować powinna izotropia, a nawet jednorodność w odpowiednio dużej skali. Sądzę (oczywiście nie tylko ja), że zmienność, ewolucyjność, nie narusza zasady kopernikańskiej. Wniosek stąd ten, że istnieje globalne samouzgodnienie dotyczące całości. Jakby Wszechświat był organizmem żywym. To, że obiekty dalsze przedstawiają sobą przeszłość, jest sprawą obserwacji z określonego stanowiska. Dziś obserwatorzy z obiektu, który my widzimy jako kwazar, widzą właśnie nas jako kwazar. Wszystkie obiekty w danym momencie globalnego czasu kosmicznego, są jednak tak samo czasowo odległe od Początku. Szkoda, że nie można obserwować Wszechświata od zewnątrz, by się o tym naocznie przekonać.

Czy istnienie czasu oznacza istnienie początku? 

Nie od razu odpowiemy na to pytanie. Wszyscy obserwatorzy, niezależnie od tego, gdzie się znajdują, stwierdzają dokładnie to samo, między innymi widzą sąsiadów opóźnionych w rozwoju. Czym więc jest ten czas globalny?  To czas własny obserwatora – najbardziej wysunięty do przodu. Przyjęcie zasady kosmologicznej prowadzi więc do wniosku o istnieniu kosmologicznego czasu globalnego. Nie mylić z newtonowskim czasem absolutnym.

   W tym kontekście, niepokojącą, może właśnie dlatego marginalną (...), jest nie rozwiązana do dziś kwestia niejednorodności czasowej. O tym się raczej nie myśli, więc o rozwiązywaniu nie ma mowy. Lokalne niejednorodności przestrzennego rozkładu materii nie stanowią problemu w odpowiednio dużej skali. Nawet wielkie zaburzenia jednorodności nie biją w zasadę kosmologiczną, gdyż nie godzą w istotę jednorodności praw i cech materii w każdej skali. Problemem poważnym są (uznane za istniejące) niejednorodności tempa upływu czasu pomimo, że mają one wyłącznie zasięg lokalny. [A może właśnie dlatego?] Rzecz tę bagatelizuje się bezrefleksyjnie. A jednak właśnie z powodu tej niejednorodności globalna ewolucja jest zakłócona. Poszczególne, lokalne fragmenty są opóźnione w stosunku do całości. Jeśli ewolucja Wszechświata ma charakter cykliczny – bardzo wiele na to wskazuje – nie tylko argumentacja powyższa, to w chwili inwersji z ekspansji w kontrakcję (jeśli już przyjmiemy możliwość oscylacji Wszechświata), część już zaczyna zapadać się, a część jeszcze ekspanduje. Dodam, właściwie już tu zdradzę, że cechy materii w fazie kontrakcji  powinny być inne (antymateria). W czasie inwersji (rozciągniętej w czasie wskutek lokalnej niejednorodności czasowej), zasada kosmologiczna zostałaby naruszona. A wymieszanie postępowej antymaterii ze wsteczną materią – lepiej uciekać.   

   Kwestię niejednorodności czasowej dziś wmieciono pod dywan. Czy słusznie? Myślę, że tak. Otóż przyczyną tej niejednorodności jest, zgodnie z obowiązującą dziś doktryną, grawitacyjna dylatacja czasu, tym większa, im silniejsze jest lokalne pole grawitacyjne. Jeśli słuszną jest zasada kosmologiczna, to niesłuszną jest ta doktryna. Osobiście jestem za tym, by ponownie rozważyć jej słuszność. Zegary atomowe nie roztrzygają kwestii, gdyż pole grawitacyjne działa na ich chód, a nie na upływ czasu, tak, jak powoduje wydłużenie fali promieniowania elektromagnetycznego i ew. odchylenie jego strumienia. Na rzecz tę zwróciłem uwagę także w innym miejscu. W końcu, zgodnie z moim przekonaniem, problem (pod dywanem) doczeka się swego nieistnienia. Na razie, z lęku przed tym, siedzi, jak mysz pod miotłą. [Kinematyczna dylatacja czasu, w wymiarze kosmologicznym jest efektem łączącym wszystkie bez wyjątku obiekty, jak się o tym przekonamy później, w ścisłym powiązaniu z odległością. Nie ma więc mowy (w tym przypadku) o naruszeniu zasady kosmologicznej.]

Wszechświat nie jest nieskończony! A co z czasem?

     To, że jednak jesteśmy w stanie widzieć, co się zdarzyło nawet przed miliardami lat (gdy obserwujemy obiekty bardzo odległe), nie bije zupełnie w to, co dziś stwierdzamy jako cechy ogólne Wszechświata. Przekonamy się o tym dalej. W dodatku, wspólnota cech pomimo tak dużego oddalenia, mogłaby wskazywać na to, że Wszechświat (już ten dany obserwacji) stanowi zintegrowaną CAŁOŚĆ, a to znak, że rozmiarami Wszechświat jest ograniczony. Nie jest nieskończony. Stwierdziliśmy przecież, że kiedyś, dawno temu wszyscy byliśmy razem i stanowiliśmy coś bardzo małego (w związku z pełnym samouzgodnieniem cech). W dodatku nieskończoność przestrzenna właściwie wykluczałaby jakąkolwiek ewolucję (jeśli w skali globalnej, to także w odniesieniu do skal lokalnych). Nie istniałoby czasowe powiązanie (obserwowalnych) obiektów, a przecież istnieje nawet w odniesieniu do tych najbardziej oddalonych – we wszystkich kierunkach widzimy tę samą hierarchię zmian ewolucyjnych. W dodatku zdajemy się nawet widzieć Wszechświat sprzed epoki kwazarów (jednolita, słaba poświata, najprawdopodobniej utworzona przez gwiazdy pierwotne, które tworzyć się zaczęły już po dwustu milionach lat od początku. Można by powiedzieć, że moglibyśmy zobaczyć Wszechświat od samego początku, a nie widzimy tylko z powodów technicznych. Dziś sądzi się inaczej. Ale nie uprzedzajmy faktów.

   A co z czasem? Że istnieje, nie mamy wątpliwości. A kiedy zaistniał? Wbrew pozorom nie ma zgodności w tej kwestii. A jeśli już ewolucja ma miejsce, to czy możliwe, że nigdy się nie skończy, że miała też miejsce zawsze, w nieograniczonej przeszłości? A może się kiedyś zaczęła? Kiedy rozpoczęło się więc istnienie czasu (wraz z zaistnieniem ewolucji)? Jaki był więc jej stan pierwotny? Zgodnie z poglądem dość powszechnym, w pewnym momencie czas zaistniał (razem z przestrzenią). Czy to logiczne? Co było przed tym początkiem?... Czy to całkiem naiwne pytanie? Także to: Czy po tym triumfalnym początku czas już sobie będzie płynął w nieskończoność? Pewne, że pytania te wywołują zmieszanie. Pewni wszystkiego są tylko ci, którzy nie myślą. By się od tych pytań (i wielu innych) uwolnić, warto rozważyć opcję cykliczności Przyrody, cykliczności ewolucji Wszechświata. Wróciliśmy do pomysłu, który się już pojawił. Czy rzeczywiście Wszechświat pulsuje, oscyluje? To by jakoś pogodziło ewolucję z nieskończonością. Jak widać, sporo pytań przed nami. Wielu kosmologów szuka uzasadnienia dla tego bądź co bądź intuicyjnego priorytetu cykliczności. Ale trzeba za coś złapać. Tu rzecz mamy na tacy. Wątek ten będzie niejednokrotnie powracał. Ciekawe, że filozofie Starożytnego Wschodu przyjmują cykliczność za podstawową cechę Przyrody. [Dziś priorytet jakby stracił na znaczeniu. Dzięki ciemnej energii i stałej kosmologicznej, będącej reliktem początków dwudziestego wieku (wówczas widziano Wszechświat jako nieskończony i statyczny), dzisiejszy Wszechświat, w opinii większości astronomów, ekspanduje od zera w nieskończoność.] A jednak priorytet cykliczności powraca, a przy tym nie obędzie się bez katastrofy (horyzontalnej).     

   Jak widać, sporo wniosków wyciągnęliśmy (już) z jednej tylko przesłanki. A jeśli mimo wszystko zasada kosmologiczna nie jest słuszna? To wnioski bazujące na niej doprowadzą nas do sprzeczności z wynikami obserwacji. Uznajmy więc, przynajmniej roboczo, zasadę kosmologiczną (kopernikańską) za bazę dla dalszych przemyśleń (zresztą, inną bazą nie dysponujemy), tym bardziej, że jak na razie, takich sprzeczności nie odkryliśmy. Dodam, że w naszych rozważaniach zaczynamy właściwie od zera (by nie sugerować się czymkolwiek innym, niż fakty obserwacyjne). Nie teorie i nie poglądy prywatne koryfeuszy. Czy sprostam temu? 

2. Modele Wszechświata spełniające zasadę kosmologiczną.

Pomijam tu modele dzisiejsze, bazujące na koncepcjach przeze mnie odrzucanych z kretesem, w szczególności model LCDM (Lambda Cold Dark Matter), dziś chyba najbardziej przyjęty, choć korci nawet nie jedną brzytwę. Nie chodzi też o modele określane jako zbiór równań matematycznych. Pomijam też wszelkie modele bazujące na OTW. Wolę w naiwnosci ducha zaczynać od zera; jak już wspomniałem, bazować na zasadzie kosmologicznej, a nie na dzisiejszych „ustaleniach” nauki, co do których mam  w tej kwestii (nie tylko ja) dość uzasadnione wątpliwości.

     Przede wszystkim, jak już powyżej zauważyłem, powinniśmy się liczyć z możliwością, a nawet koniecznością istnienia kosmologicznego czasu uniwersalnego, wcześniej nazwanego czasem globalnym, którego pomiar możliwy jest jedynie z naszego stanowiska, jako nasz czas. Dla nas bowiem wszystkie obiekty oddalone, są młodsze, zegary tam wskazują NAM godzinę wcześniejszą. Zasada kosmologiczna mówi, że każdy obserwator stwierdza to samo, co my. Stwierdza on, zgodnie z tym, co zaznaczyłem powyżej, także to, że odległe (dla niego) obiekty zasadniczo różnią się od tych z jego otoczenia. Zatem mieszkańcy kwazarów wcale nie sądzą, że ich galaktyka jest kwazarem, czyli protogalaktyką. Sądzą o nas to, co my o nich. Zasada kosmologiczna kategorycznie wyklucza możliwość naruszenia tej symetrii.

Tak nawiasem mówiąc oznaczać to może (jeśli nie powinno), że wszystkie obiekty całego Wszechświata łączy wspólne pochodzenie, wspólna historia, a jeśli kiedyś powstały, to ich tworzenie się zapoczątkowane zostało w tym samym momencie (i oczywiście we wspólnym miejscu), a tempo rozwoju jest identyczne. Podobną myśl wyraziłem już powyżej (też tłustą czcionką), gdy stwierdziłem istnienie wspólnoty genetycznej Wszystkiego).

   Interesujące, że do tak daleko posuniętego wniosku dojść można już w wyniku przyjęcia (a priori) zasady kosmologicznej. Wystarczy być trochę konsekwentnym. W gruncie rzeczy jej przyjęcie pociąga za sobą konieczność przyjęcia tezy, że historia Wszechświata jest wspólna dla wszystkiego, co stanowi jego zawartość, że istnieje powiązanie wszystkich jego elementów. Czy to nie zastanawia?

     Spróbujmy teraz, bazując na zasadzie kosmologicznej wyciągnąć wnioski dotyczące dynamiki obiektów mających znaczenie kosmologiczne. Jaki jest ich ruch? W rozważaniach poniższych, drogą eliminacji, wybierzemy opcje (lub alternatywy), najbardziej wewnętrznie spójne, najbardziej zgodne z tym, co już wiemy (nawet od dawna). Istotne, że wszystkie z opcji prezentowanych tu, spełniać mają zasadę kosmologiczną.  Oczywiście roztrzygające znaczenie dla ewentualnych przypuszczeń będą miały wyniki obserwacji. Oto kolejne etapy przemyśleń, wraz z roboczymi propozycjami określonych modeli. Ich rozważenie, drogą eliminacji, doprowadzi do konkluzji, która stanowić będzie bazę dla dalszych dociekań dotyczących budowy Wszechswiata.  

1. Wszystkie obiekty poruszają się z tą samą prędkością (Z jaką? Dobre pytanie.), niezależnie od odległości dzielącej obiekty. Nie chodzi tu oczywiście o „wewnętrzne” prędkości obiektów w układach lokalnych, tylko o prędkości w skali kosmologicznej, powiedzmy 100 milionów lat świetlnych co najmniej. Dzięki temu nasze miejsce nie jest wyjątkowe. Zgodnie z tym modelem Wszechświat jest statyczny i nieskończony.  Czy jednak istnienie innych, tych lokalnych, prędkości – o ich istnieniu świadczy obserwacja, nie kłóci się trochę z tą jedyną i wspólną? Co ze względnością ruchu? W dodatku pytanie: „Ile wynosi ta wspólna prędkość?”, nie jest pozbawione sensu, a odpowiedź na nie, nie wydaje się możliwa.

2. Prędkości są zróżnicowane, z tym, że nie charakteryzuje ich określony rozkład przestrzenny, co oznacza, że w każdym kierunku patrzenia prędkość średnia w zbiorze obiektów jest jednakowa. Od razu jednak pytamy: Ile wynosi ta średnia prędkość? Odpowiedzią może być albo zero, albo prędkość światła, gdyż każda inna prędkość („Jaka? Dlaczego ta, a nie inna z nieskończonego zbioru prędkości?”) niewątpliwie jest bardzo wątpliwa. Zauważmy, że druga możliwość spośród obydwu tu wymienionych odpada, gdyż prędkość światła zarezerwowana jest tylko dla fotonów, tym bardziej nie może więc być prędkością średnią prędkości mniejszych od c.

   Może więc prędkość średnia równa jest zeru? Czy to realne? Co wynika z obserwacji? Obserwacje astronomiczne potwierdzają istnienie ruchów względnych galaktyk (w każdym razie ruchów galaktyk względem nas). Odległości między galaktykami zmieniają się, jednak na podstawie ruchów w grupie lokalnej galaktyk nie można jednoznacznie zawyrokować istnienia określonej tendencji o znaczeniu kosmologicznym. Na przykład słynna galaktyka w Andromedzie (M 31) zbliża się do nas z prędkością około 300 km/s. Okazuje się jednak, że, sądząc z obserwacji, większość galaktyk oddala się. Trudno więc oczekiwać zerowania się prędkości średniej w odniesieniu do dużej liczby galaktyk. A gdybyśmy, nie licząc się z tym, opowiadzieli się za modelem średniej zerowej prędkości, sprawa byłaby zakończona. Dalsze poszukiwania nie miałyby sensu. A jednak ,,zasadnicza statyczność” tego modelu Wszechświata trochę kłóci się z naszym, bardzo zresztą zmiennym istnieniem, z istnieniem ewolucji w przyrodzie, starzeniem się i (bardziej naukowo) sukcesywnym wzrostem entropii. Kłóci się też z ustaleniem (powyżej), że Wszechświat zmienia się. Z jednej strony przyroda wykazuje, wszędzie i we wszystkich skalach, te same cechy ogólne, z drugiej zaś, cechy te charakteryzują się zmiennością. Przyroda rozwija się, ewoluuje. Zmienność jest jej cechą swoistą. Wynika to z obserwacji, także nas samych. Także tę opcję należałoby odrzucić.

     Sprecyzujmy rzecz bardziej. Jeśli nie będziemy zajmowali się ruchami własnymi galaktyk (w dowolnych kierunkach), z prędkościami stosunkowo małymi (dotyczy to układów lokalnych) i skoncentrujemy się na ruchach o znaczeniu kosmologicznym, to nasza uwaga ograniczy się jedynie do badania ruchów radialnych. Po prostu, w przypadku ogromnych odległości ruchy własne (tangencjalne) są nie do wykrycia i trudno oczekiwać wykrycia jakiejś prawidłowości wraz z odległością. Zresztą, jej istnienie raczej naruszałoby zasadę kosmologiczną (na przykład, wiekszość galaktyk poruszałaby się na prawo. W kontekście tym, możliwe, że w przypadkach odosobnionych takie ruchy (własne) są do wkrycia, ale nie mogą mieć one znaczenia kosmologicznego, nie dają podstaw dla wnioskowań dotyczących cech ogólnych Wszechświata. Poza tym, w odniesieniu do prędkości radialnych dysponujemy narzędziem obiektywnego pomiaru: badanie widm w powiązaniu z efektem Dopplera.

3A. Można sądzić, że zasady kosmologicznej nie narusza określony rozkład (uwarunkowany przez odległość) różnych prędkości radialnych obserwowanych obiektów, względem określonego obserwatora (znajdującego się w dowolnym miejscu), pod warunkiem, że prędkości te zależne są od odległości w sposób matematycznie zdefiniowany. Jeśli w oczach każdego obserwatora rozkład taki zdefiniowany jest jednakowo, to jest to zgodne z zasadą kosmologiczną. Może na przykład być tak, że w określonym kierunku patrzenia połowa galaktyk się zbliża, a połowa oddala (koresponduje to z modelem drugim). Jeśli tak, to średnia prędkość radialna równa jest zeru, gdyż każdej galaktyce zbliżającej się odpowiada galaktyka oddalająca się z tą samą prędkością. A jaka byłaby prawidłowość, zależność prędkości (oddalania się – zbliżania się) od odległości? Pomyślimy dalej. Czy taki model jest do przyjęcia? Raczej tak. Co nam zostało, to sprawdzić prędkości radialne galaktyk. Zanim jednak zaczniemy sprawdzać, kontynuujmy nasze „teoretyzowanie”. To fajnie, gdy któreś z przewidywań, choćby bazujących na spekulacjach (i na znajomości podstawowych praw przyrody), potwierdzą badania empiryczne. A jednak już coś zdążyłem wypaplać. Powyżej stwierdziłem przecież, że, jak się okazuje, zdecydowana większość galaktyk oddala się. Jeśli tak, to model opisany tuż powyżej (fragment podkreślony) jest raczej nierealny.

3B. Wróćmy do pierwszego zdania z poprzedniego akapitu – fragment zapisany tłustym drukiem: „..prędkości te zależne są od odległości  w sposób matematycznie zdefiniowany.” W najprostszym przypadku [Te najprostsze przypadki przy opisie przyrody należy preferować. Przykład stanowić może zasada Fermata.] prędkości są stałe dla danej pary obiektów i proporcjonalne do ich wzajemnej odległości. [Dalej uznamy, że stały w czasie jest stosunek v/c prędkości obiektu do prędkości światła.] Im dalej od nas znajduje się określona galaktyka, tym prędkość jej względem nas jest większa. Tendencja odwrotna nie jest realna, gdyż stworzyłoby to sytuację, w której najbliżsi sąsiedzi powinni byli poruszać się z prędkością podświetlną (jeśli nie z prędkością światła), co jest absurdem. Możliwe są jednak dwa zwroty prędkości: do nas lub od nas. Roztrzygnięcie dać może obserwacja astronomiczna. Już ta możliwość (odwołania się do obserwacji) stanowi o przewadze tego wariantu. Zatem prędkości względne (radialne) są w odniesieniu do określonej pary, stałe i proporcjonalne do wzajemnej odległości. Dla obserwatora z Ziemi galaktyka dwukrotnie bardziej oddalona porusza się z prędkością dwa razy większą. Niżej przedstawiam dowód na to, że model ten jest zgodny z zasadą kosmologiczną. Zgodnie z tym modelem, Wszechświat bądź się rozszerza, bądź też kurczy. Model taki nie jest już modelem statycznym. Wszechświat rozwija się bowiem w określonym kierunku, ewoluuje, nie tylko zmianami lokalnymi, lecz jako całość. 

    Samo istnienie powszechnego ruchu, a w tym istnienie zależności prędkości względnej obiektów, od ich wzajemnej odległości, sugerowałby  bądź: 1. istnienie absolutnego początku (kiedyś w przeszłości) lub 2. dążenie, od nieskończonego dawna ku ostatecznemu końcowi, sprowadzającemu się do punktu lub też...3. cykliczność zmian. Tę cykliczność sugerowały już wcześniejsze przemyślenia (w pierwszym rozdziale), bazujące na innych przesłankach. Także ograniczoność ilościowa, na którą zwróciłem uwagę wcześniej, sugerowałaby właśnie to. Co lepsze spośród trzech powyższych opcji? Proszę wybierać, w każdym razie cykliczność, to trop godny uwagi. Dodać do tego można, że pomimo postulowanej tu proporcjonalności prędkości do odległości, prędkość ta nawet nie osiąga prędkości światła, która jest nieosiągalnym kresem górnym prędkości względnych obiektów masywnych. Oto jeszcze jeden znak, że Wszechświat jest ograniczony rozmiarami, a to daje szansę istnieniu cykliczności, może nawet oscylacji (trudno mówić o oscylacjach tworu nieskończenie wielkiego). Tak, ale jak pogodzić tę cykliczność, z proporcjonalnością prędkości do odległości? Do wątku tego wrócimy wzbogaceni o nowe ustalenia, już w innych artykułach.

   Zatem, przypuszczać można, że wszystkie modele zbudowane na bazie proporcjonalności spełniają zasadę kosmologiczną. Czy jednak wszystkie są realne fizycznie? Weźmy najprostszy model ze zmienną prędkością, model, w którym proporcjonalne do odległości jest przyśpieszenie. Czy jest fizycznie realny? Pytanie to zbija z tropu wzbudzając wątpliwość, gdyż źródłem przyśpieszenia jest siła, która jest wielkością wektorową. Kłóci się to z założoną izotropowością Wszechświata. Poza tym, zgodnie z zasadą kosmologiczną, zgodnie z założeniem o jednorodności, siły pochodzące od obiektów znajdujących się po przeciwnych stronach (gdziekolwiek), powinny kompensować się. Siła wypadkowa działająca na każdy obiekt powinna być więc równa zeru. Wynikałby stąd wniosek, że natężenie kosmologicznego pola grawitacyjnego równe jest wszędzie zeru. To dość ważki argument za tym, że kosmologiczna prędkość względna (dwóch określonych obiektów) jest stała. Uczeń, nawet w szkole podstawowej stwierdziłby, że jest to zgodne z pierwszą zasadą dynamiki.

    Mielibyśmy wówczas do czynienia z ruchem bezwładnym. Do tego stopnia?? Czy mielibyśmy wtedy do czynienia także z „kosmologią naiwną”? By odnaiwnić rzecz, powiedzmy, że chodziłoby właściwie o stałość stosunku prędkości obiektu do prędkości światła w związku z tym, że prędkość radialną wyznacza się obserwacyjnie, bazując na efekcie Dopplera (tam mowa o prędkości radialnej obiektu promieniującego w stosunku do prędkości światła). Mimo wszystko to coś nowego. To też nie bardzo zgadza się z dzisiejszym widzeniem spraw, na podstawie innych z gruntu założeń.. W dodatku, sama prędkość niezmiennicza (c) wcale nie musi być stała... Jeszcze wrócimy do tego tematu.

    Można jednak do sprawy podejść inaczej. Zasada kosmologiczna jest niezmiennicza względem czasu. Oznacza to, że przyśpieszenie (lub opóźnienie) może mieć miejsce, gdyż w danym momencie Wszechświat widziany zewsząd jest identyczny. Tym kierować się można przyjmując możliwość globalnego przyśpieszenia (lub opóźnienia) za realną. A co z siłami? Otóż, jeśli przyjmiemy, że rozszerza się (lub kurczy) przestrzeń, nie ma mowy o ruchu w sensie newtonowskim. Zatem „wszystko w porządku”. A jeśli wbrew wszystkiemu chodzi o rzeczywisty ruch rozbiegających się (lub zbiegających się) galaktyk, a nie o puchnący balon zakrzywionej przestrzeni? To raczej trudno mówić o przyśpieszeniu (lub opóźnieniu), choćby w związku z rozumowaniem przedstawionym powyżej. W tej sytuacji naukę o Wszechświecie należałoby budować od początku. I chyba właśnie tak będzie... 

[Abstrachuję tu od dzisiejszych usiłowań – z jednej strony OTW z równaniem Friedmanna (przyciąganie), a z drugiej jakaś ciemna energia napędzana przez stałą kosmologiczną, mająca działać w przeciwną stronę. I by nie było sił, sprawę załatwia ekspandująca czasoprzestrzeń. Czterowymiarowy balonik, a my na jego riemanowsko zakrzywionej powierzchni. Może tak jest lepiej.] 

3. Model ze stałymi prędkościami (rzeczywistego ruchu) i jego  

    konfrontacja  z modelami przyjętymi dziś.

     Pozostańmy więc przy modelu ze stałymi prędkościami względnymi (w stosunku do c). Model ten zilustrujemy poniżej. To właściwie model najprostszy. Oczekujemy, że takie właśnie modele preferuje Przyroda. A jednak nie był on (o dziwo) jak dotąd poważnie brany pod uwagę. Wprawdzie rozważana była stała prędkość jako taka, ale traktowana była jako model uproszczony, przeznaczony bardziej dla amatorów, niż dla profesjonalistów, gdzieniegdzie dla zilustrowania zasady kosmologicznej, która sama w sobie już nie stanowiła rzeczy zasadniczej, a tym bardziej bazy wyjściowej (jak to jest w moich poczynaniach). Przyczyna takiego podejścia ma charakter raczej historyczny, a nie merytoryczny. Jeszcze zanim Hubble odkrył swoje prawo (1929), ogłoszona została ogólna teoria względności (1915). Od razu, właściwie wszyscy zainteresowani sprawą, nie zważając na nic, rzucili się na tę nową teorię, jak na kurę znoszącą złote jaja, co było w pełni uzasadnione zważywszy na jej niebywały potencjał heurystyczny. W ciągu kilkunastu lat namnożyło się bez liku modeli Wszechświata bazujących na nowej teorii, nad którą pracował przecież nie byle kto. Droga dla innych (potencjalnie) koncepcji była tym samym zamknięta.  

   Wracając do rzeczy, zatem, za kosmologię wzięła się ogólna teoria względności, czyniąca przestrzeń bytem autonomicznym. Tu podkreślam, stało się to jeszcze zanim odkryta została prawidłowość nazwana prawem Hubble'a (która bardzo zaskoczyła świat nauki), jeszcze zanim zrezygnowano (za sprawą odkrycia Hubble'a) z tak wówczas oczywistego modelu Wszechświata nieskończonego i statycznego. Czy do końca zrezygnowano? Wszak stała kosmologiczna wróciła do łask jako ważny element przy modelowaniu Wszechświata, wbrew decyzji Einsteina. Skromnie przypuszczam, że Einstein miał rację, już choćby dlatego, gdyż Wszechświat nie jest statyczny i nieskończony. W dodatku, ciemną energię niedługo, w drugiej części książki, wyślę do niebytu. Przepraszam szanowną Komisję Noblowską. Warto zajrzeć do wspomnianego już eseju, w którym wprowadziłem pojęcie  Katastrofy horyzontalnej. To znamienne, że nawet dziś ogólna teoria względności jest źródłem nietuzinkowych pomysłów. Świadczy to na jej korzyść. A jednak.... Dziś kosmologia bazująca na ogólnej teorii względności, wbrew pozorom i rozwiniętej już dogmatyce, napotyka na spore kłopoty. Nie wszyscy to sobie uświadamiają. Nie pomoże pewność siebie epigonów i licznych zadziornych forumowiczów w sieci internetowej, nie pomoże wybujała matematyka. W dodatku próby połączenia OTW z mechaniką kwantową, jak na razie pozostają w sferze pobożnych życzeń (ze strunami też coś nie klapuje – nieskończone kłopoty z nastrojeniem...). Nie pomoże też ciemna energia, nie pomoże „teoria” inflacji. Cóż, inflacja teorii. A brzytwy? Wprost zaczynają się już stępiać. Nawet Ockham się martwi.

   Uzasadnioną rzeczą jest więc zrobić to, czego nie zrobiono wtedy sto lat temu, za sprawą entuzjazmu dla nowej idei. Zrobić to, co  dziś stanowić już może nawet alternatywę dla dzisiejszego modelowania. Chodzi między innymi o „naiwny” model, który usiłuję przedstawić w swych pracach, model ze stałymi prędkościami (rzeczywistego ruchu). Od niego właściwie wszystko się zaczyna. Najpierw jednak należy udowodnić, że taki model jest w ogóle zgodny z zasadą kosmologiczną. Poniżej przedstawię rozumowanie, które wcale nie jest moim wynalazkiem. Można je znaleźć w niejednym podręczniku astronomii.

     Wyobraźmy sobie cztery galaktyki: A, B, C, D, równooddalone od siebie, tworzące jedną linię

prostą. My zamieszkujemy galaktykę B. Jeśli ruch tych galaktyk ma charakter kosmologiczny (realizują określoną wspólną dla wszystkich ogólną tendencję), to albo wszystkie oddalają się, albo też wszystkie zbliżają się. Przyjmijmy, że się oddalają, w dodatku, wszystkie ze stałą prędkością. Galaktyka C oddala się od nas z prędkością v. [Nie rozważamy tu stosunku v/c dlatego, gdyż c traktujemy jako stałą. Ewentualne zmiany tej wielkości miałyby charakter globalny i byłyby zależne od czasu. My jednak badamy rzecz w określonym momencie.]  Z tą samą prędkością oddala się galaktyka D od galaktyki C (w związku z założoną proporcjonalnością prędkości do odległości). Wynika stąd, że galaktyka D oddala się od nas z prędkością 2v. Galaktyka A oddala się od nas w kierunku przeciwnym, także z prędkością v. To stwierdzamy my. A co stwierdza mieszkaniec galaktyki C? Otóż my oddalamy się od niej z prędkością v, tak samo jak galaktyka D w przeciwną stronę, a galaktyka A z prędkością 2v. Według mieszkańców galaktyki A galaktyka D oddala się z prędkością 3v. To samo stwierdzają mieszkańcy galaktyki D w odniesieniu do galaktyki A. Zatem, niezależnie od tego, na której galaktyce znajduje się obserwator, rozkład prędkości galaktyk sąsiednich jest identyczny. Mamy więc zgodność z zasadą kosmologiczną.

   W modelu tym podstawę stanowi stałość prędkości, ale istnieje też możliwość konstrukcji innych modeli, także spełniajacych zasadę kosmologiczną. Tutaj jednak preferujemy ten najprostszy. Przyroda też preferuje modele najprostsze. Poza tym, zgodność innych możliwych modeli z zasadą kosmologiczną, raczej jeszcze nie zapewnia ich fizycznej realności. Już się o tym powyżej przekonaliśmy rozważając ruch przyśpieszony (przy założeniu, że chodzi o ruch rzeczywisty, a nie rozdymającą się przestrzeń). Możemy więc stwierdzić w konkluzji, że prędkości względne (odległych) galaktyk są stałe w czasie (v/c = const) – w odniesieniu do określonej pary obiektów i proporcjonalne do wzajemnej odległości. Na tym stwierdzeniu bazować będziemy w (aroganckiej) próbie opisu Wszechświata. Traktujmy stwierdzenie to jako antycypację czekającą na obserwacyjne potwierdzenie.

     Dziś sądzi się powszechnie, że rozwiązaniem kwestii jest przyjęcie, że ewentualne rozszerzanie się (lub kurczenie się) nie jest związane z faktycznym ruchem, lecz jest wynikiem zmian metryki przestrzeni. Czy słusznie? Będzie o tym mowa niejeden raz dalej. Ale dajmy na to, że w związku z tym właśnie możliwe jest przyśpieszenie (daje tę możliwość doktryna o rozszerzającej się przestrzeni, czyli odejście od modelu newtonowskiego). Samo przyśpieszenie byłoby, zgodnie z zasadą kosmologiczną, proporcjonalne do odległości. W sytuacji tej narzucają się od razu pytania: Jaka jest przyczyna przyśpieszenia? Czy chodzi o przyśpieszenie „na zewnątrz”? Pomimo, że grawitacja działa w przeciwną stronę, pomimo, że ogólna teoria względności opisuje wyłącznie przyciągające działanie grawitacji (jeśli nie liczyć tzw. stałej kosmologicznej, wprowadzonej przez Einsteina i przez niego odrzuconej jako „największa pomyłka w jego życiu”)?

   Czy samo przyśpieszenie w danym momencie obserwacji rośnie wraz z odległością?  Jeśli na zewnątrz, to przyśpieszenie kwazarów powinno być bardzo duże pomimo, że ich prędkość względem nas jest bardzo wielka, bliska nieosiągalnej prędkości światła... A przecież tam (wtedy, gdy Wszechświat był mały) grawitacja była najsilniejsza, najsilniej spowalniała ekspancję. „Chyba raczej przyśpieszenie maleje”... A jeśli odwrotnie – maleje wraz z odległością, to najbliższe nam galaktyki oddalają się (lub zbliżają) z największym przyśpieszeniem. Jakim? Tego się przecież nie obserwuje. Malenie przyśpieszenia wraz z odległością jest więc także raczej nie do przyjęcia, tak, jak i wzrost. Patrząc na to oczami Friedmanna sądzić możemy, że chodzi nie tyle o przyśpieszenie, co o opóźnienie, opóźnienie malejące z czasem (wskutek grawitacji coraz słabszej w miarę ekspansji). To stanowiłoby o dynamice Wszechświata. Problemy horyzontu i płaskości, pojawiające się przy tej okazji, rozwiązuje nam inflacja”*. Jak znalazł.

   W tej mniej więcej sytuacji dokonano obserwacyjnego odkrycia: słabszego, niż oczekiwano świecenia odległych supernowych. Znów fakty zaskoczyły świat nauki (to bardzo wymowne wobec przekonania, że oto to, a będziemy mogli wszystko...). A gdy jest zaskoczenie, to każdy pomysł, szczególnie „jednego z naszych”, osłabia motywację do poszukiwań na bazie tego, co już wiadome. I tak pojawiła się ciemna energia, od razu zresztą skojarzona ze stałą kosmologiczną. Cały świat już wie (...) o istnieniu ciemnej energii, tym bardziej, że uhonorowano już jej głównych rzeczników i badaczy nagrodą Nobla (Adam Riess, Brian Schmidt, Saul Perlmutter – 2011). W kosmologii ostatnimi czasy, dzięki temu, nastąpiło spore ożywienie. Najbardziej wziętym dziś jest wspomniany już model kosmologiczny (LCDM – Lambda Cold Dark Matter). Lambda Λ, to stała kosmologiczna, której Einstein się wyrzekł, a dziś to gwiazda pierwszej wielkości. Wszystko bazuje na jednej sztancy (OTW + Λ) , jakby tam gdzieś chował się Święty Graal (albo Święty Mikołaj). Model ten od razu też zyskał na znaczeniu. W kontekście naszych aktualnych rozważań przyjęcie istnienia ciemnej energii jest jednak gołosłowne. Przecież budujemy wszystko od zera. A sama „ciemna energia”? Nikt jej przecież nie widział. A sama obserwacja?  Istnieje, jak się przekonacie, lepsze jej wytłumaczenie. To co zrobić ze stałą kosmologiczną? To nie mój problem. Zapytajcie Einsteina.

     Ta ciemna energia, ponoć dawniej, wskutek silniejszej powszechnej grawitacji (Wszechświat był mniejszy), przyśpieszała ekspansję słabiej, a nawet, przed upływem ok. siedmiu miliardów lat po Wielkim Wybuchu miało miejsce na razie jeszcze, grawitacyjne spowolnienie ekspansji. Patrząc na galaktyki bardzo odległe, a tym bardzo młode, powinniśmy więc oczekiwać nawet opóźnienia TAM ekspansji, czyli pojaśnienia supernowych. A u nas? Powinniśmy stwierdzić, że przyśpieszenie spowodowane przez ciemną energię powinno być największe, gdyż dziś, wskutek ekspansji przestrzeni, grawitacja jest słabsza, niż dawniej (w mniejszym stopniu kompensuje więc ciemną energię). Zatem supernowe najbliższych galaktyk powinny świecić dużo słabiej (ta właśnie obserwacja stanowiła powód dla wymyślenia ciemnej energii), niż właśnie swiecą stanowiąc wzorzec jasności... To przecież absurd. Warto się zastanowić. W eseju pt. „Katastrofa Horyzontalna” sprowadzę ciemną energię do niebytu, wskazując na możliwość zgoła innego wyjaśnienia efektów obserwacyjnych, rzekomo świadczących o przyśpieszeniu ekspansji. Z całą pewnością pójdziemy inną (niż ta nagłośniona) drogą. Wróćmy jednak do naszych aktualnych dociekań.

     Dla pełności obrazu: Chyba, że Wszechświat się zapada... Teoretycznie możliwa jest także ta opcja. Uprzedzając tok wynurzeń, jakie by się pojawiły w związku z tą możliwością stwierdzam rzecz wiadomą dziś szerokiej publiczności. Z obserwacji wynika, że Wszechświat (aktualnie) rozszerza się. Wariant zapadania się w tym kontekście odpada. [Jak się przekonamy później, to wcale nie takie oczywiste (i potrzebne jest jeszcze jedno kryterium), gdyż także podczas kontrakcji będzie przesunięcie widm ku czerwieni (?). Cierpliwość niektórych wystawiam na próbe, ale nie ma rady. Niech wiedzą, że czeka ich jeszcze sporo przeżyć nie mniej bolesnych (psychosomatycznie). Ci bardziej przewidujący zakończą lekturę na tym artykule.]

     Zatem jak się Wszechświat rozszerza? Czy zgodnie z modelem przedstawionym powyżej (galaktyki A, B, C, D),  to znaczy z prędkościami proporcjonalnymi do odległości? Może jednak przy tym przyśpiesza? Na razie jednak możliwość tę, a także możliwość przyśpieszonej kontrakcji, odłóżmy na później, tym bardziej, że jest mniej atrakcyjna z powodu argumentacji przedstawionej powyżej. Być może już ten prostszy model, w którym prędkość względna dwóch określonych obiektów jest stała, zbieżny będzie z danymi obserwacyjnymi. Jeśli nie, będzie jeszcze o czym rozprawiać, będziemy też dysponować bazą ku temu, między innymi świadomi istnienia koncepcji wyeliminowanej – jeśli już. 

4. Rozmiary Wszechświata

    A teraz szanowni czytelnicy, zwróćcie uwagę. W przypadku prędkości bardzo dużych, relatywistycznych, w odniesieniu do obiektów najbardziej oddalonych, odległość ich od nas wzrasta (od obiektu do obiektu) inaczej, wolniej, w sposób zsynchronizowany ze wzrostem prędkości, przy zachowaniu proporcji, którą postuluje zasada kosmologiczna. Chodzi o to, że w związku z ograniczeniem możliwej prędkości do prędkości światła c, także odległość ma swój kres górny. Oznacza to, że rozmiary Wszechświata są też ograniczone. Wcześniej doszliśmy do tego bazując raczej na przesłankach filozoficznych. To wzmacnia naszą tezę. Wszechświat nie może być nieskończony w swych rozmiarach! Zauważmy istnienie zbieżności rozwoju, ewolucji, ukierunkowanego jednoznacznie ruchu, ze skończonością, z ograniczonością przestrzenną Wszechświata. Z całą pewnością to nie przypadek. 

     Czy bazując na powyższym ustaleniu można wyznaczyć rozmiary Wszechświata? Otóż można, w związku z założoną proporcjonalnością prędkości radialnej (względem nas) galaktyk do ich odległości, oraz w związku z istnieniem kresu górnego prędkości (c). Oczywiście możliwe to jest pod warunkiem, że tę proporcjonalność wykryjemy obserwacyjnie. Proporcjonalność tę zapisać można w następujący sposób:  v/r = const. Rozmiary Wszechświata (R) odpowiadałyby prędkości światła (c). By je wyliczyć, należałoby jedynie... wyznaczyć wielkość współczynnika proporcjonalności (tej stałej – const). Należałoby więc odwołać się do obserwacji. To bardzo ważne ustalenie. Można by rzec, że koncepcja ta jest falsyfikowalna.

    Ale to jeszcze nie koniec. Warto zwrócić też uwagę na zdawałoby się oczywistą konsekwencję tego ustalenia. W związku z wzajemnym oddalaniem się obiektów o znaczeniu kosmologicznym wnioskujemy, że Wszechświat jako całość rozszerza się (jeśli już); przy tym prędkość graniczna wzajemnego oddalania się obiektów dąży do c (bo większą być nie może). Można więc (na razie roboczo) przyjąć, że c jest prędkością ekspansji Wszechświata. [Dziś tempo ekspansji określa się zupełnie inaczej, ale to nie istotne. Wszak zaczynamy od zera w związku z inną zupełnie koncepcją.] Te obiekty, które miały największą prędkość (stałą, w zasadzie od samego początku), teraz są najdalej, a ich prędkość (teoretycznie) dąży do c. Zatem przestrzeń Wszechświata jest płaska (euklidesowa), gdyż określona jest przez faktyczny ruch względny bezwładny obiektów. Przy tym jej wielkość ograniczona jest przez promień Wszechświata, oczywiście rosnący z prędkością c; promień określony jako największa z możliwych odległość wzajemna (w danym momencie) obiektów fizycznych.

     Co więc określa przestrzeń Wszechświata? Czy stan jej zakrzywienia, czy poprostu względny, bezwładny ruch obiektów? Skłaniam się do takiego właśnie widzenia spraw. A co jest dalej, poza materialną wszystkością? Chyba jakaś niedefiniowalność, albo po prostu (powinniśmy być konsekwentni) przestrzeń poza Wszechświatem nie istnieje. Przestrzeń powiększa się wzrostem odległości. Pozwolę sobie nawet na stwierdzenie, że dany obserwacji Wszechświat jest Wszystkim, jest pełnym i jedynym Istnieniem. Czy przesadziłem (sądząc po aktualnych wyobrażeniach)? Nie wydaje mi się.

     A gdzie jest centrum Wszechświata, to znaczy miejsce Wybuchu? Nie ma z tym problemu, jeśli Wszechświat obserwowalny jest i był zawsze wszystkością tak materialną, jak i przestrzenną. Wszystkie punkty, wszelkie dzisiejsze położenia ciał stanowią razem ten punkt Wybuchu, bo przecież „wszyscy kiedyś byliśmy razem”.

     Tu ocieramy się o zagadnienie topologii Wszechświata. I o tym będzie mowa. W nagrodę za cierpliwość.  

   Przy tej okazji zauważmy, na razie tak mimochodem, że prędkość c, to nie tylko prędkość swiatła. To także, a właściwie przede wszystkim, prędkość, z jaką wzrasta (jeśli wzrasta, a nie maleje) promień Wszechświata, czyli maksymalna, graniczna (na dany moment) odległość między obiektami fizycznymi. Nie ważne w którą stronę (w jakim kierunku) patrzymy – wszędzie jest jednakowa. Także w tym przejawia się zasada kosmologiczna. Zwróćcie uwagę, że jeśli dla każdego obserwatora, niezależnie od jego położenia i ruchu względem innych obiektów lokalnych i nielokalnych (właśnie tak jest), teoretycznie najdalsze obiekty, niezależnie od kierunku patrzenia, zgodnie z zasadą kosmologiczną, poruszają się z tą samą prędkością, to prędkość ta nie zależy od układu odniesienia, innymi słowy, jest niezmiennicza.  Właśnie tu tkwi tajemnica niezmienniczości prędkości światła!!! Prędkość c jest niezmiennicza właśnie dlatego, gdyż jest prędkością, z jaką ekspanduje Wszechświat, jednakową dla wszystkich obserwatorów.

     Sto lat temu, bez tej kosmologicznej przesłanki, a wyłącznie na bazie elektromagnetyzmu, postu-lat o niezmienniczości prędkości światła stanowił rewolucyjną heurezę tworząc istotę szczególnej teorii względności. [Einstein być może nawet nie wiedział o doświadczeniu Michelsona-Morley'a.] Dziś, po stu-latach niezmienniczość c jest wnioskiem z zasady kosmologicznej (pod warunkiem zastosowania koncepcji proponowanej w tej pracy). Samo istnienie kresu górnego prędkości (względnej) wynika już z istoty elektromagnetyzmu. Zwróciłem na to uwagę w swej książeczce poświęconej dydaktyce STW**  A co ma ta kosmologia wspólnego z oddziaływaniem elektromagnetycznym (wszak chodzi o prędkość światła)? Widocznie oddziaływanie to pojawiło się (wyodrębniło) dokładnie w momencie, gdy ustaliła się prędkość ekspansji Wszechświata. Jest to zatem rzecz wtórna. „Prędkość światła” jest reliktem tej wyjątkowej chwili w historii Wszechświata. W kontekście tym uzasadnione może być przypuszczenie, że prędkość fali elektromagnetycznej może być lokalnie zróżnicowana (nawet w próżni), w związku z niejednorodnym rozkładem materii w wielkiej skali. Czy to przypuszczenie rozsądne? Okaże się w przyszłości.  

Na tematy te będzie jeszcze sporo w innych artykułach.  

   I jeszcze jedno. Zgodnie z twierdzeniem Noether, niezmienniczość podstawowych praw ruchu powiązana jest ze spełnieniem określonych zasad zachowania.   W szczególności, niezmienniczość wyboru kierunku w przestrzeni związana jest z zasadą zachowania momentu pędu. Zasada zachowania momentu pędu jest uniwersalna, co wykazało doświadczenie. Zatem istnieje pełna symetria w odniesieniu do kierunku. Co nam to przypomina? Oczywiście zasadę kosmologiczną. Jak widać, zasada kosmologiczna, to nie tylko wymóg naszej intuicji poznawczej. To wprost wniosek z niewątpliwie słusznych i uniwersalnych ustaleń dotyczących przebiegu zjawisk fizycznych, ustaleń bazujących na eksperymencie i potwierdzonych we wszystkich bez wyjątku zjawiskach. To coś mówi. 

     Do wielu ustaleń zbieżnych z prezentowaną tu koncepcją można było dojść już w wiekach szesnastym, siedemnastym. To nie przesada. Inna sprawa, że model taki z całą pewnością nie byłby preferowany. Nawet w początkach XX wieku nauka dotrzegała właściwie tylko możliwość wskazaną tu jako drugą (przyjętą bez głębszej refleksji, szczególnie w odniesieniu do ogólnej dynamiki obiektów) za jedynie istniejącą. Wszechświat nieskończony, statyczny był wówczas oczywistością. Na poglądzie tym bazował Eintein wprowadzając w swych równaniach pola (OTW) stałą kosmologiczną (Λ), dającą możliwość odpychania, dla zneutralizowania powszechnego przyciagania stanowiącego immanentną cechę grawitacji. [Po niedługim czasie wycofał się z tego nazywając rzecz, swą największą pomyłką.] Mimo wszystko był to przebłysk genialnej intuicji zważywszy na to, że myślał tak ze stuletnim (dokładnie) wyprzedzeniem.  Wszak tyle lat minęło już od jego prac nad ogólną teorią względności. Dziś, gdy piszę te słowa (kolejne czytanie) mamy rok 2015. Jednak wbrew pozorom jego genialna intuicja nie ma nic wspólnego z rzekomym istnieniem ciemnej energii (to wynalazek epigonów – z całym szacunkiem), lecz w związku z dualnością grawitacji (przypuszczam, że gdzieś tam w podświadomości coś kołatało, ale wtedy było za wcześnie). Chyba Einstein przeczuwał tę właśnie możliwość, choć nie miał podstaw dla jej werbalizacji. Wiedza o Wszechświecie była bowiem wówczas zbyt uboga. Nawet nie wiedziano, że poza naszą Galaktyką istnieją miliardy innych. W dodatku także wiedza o mikroświecie była na razie w powijakach. Choć już w czasach Galileusza można było pójśc we wskazanym tu kierunku (zasada kosmologiczna), a Giordano Bruno w duchu tej zasady fantazjował (i źle skończył), nawet w czasach Einsteina było stanowczo za wcześnie. Okazuje się, że także dziś... Niezalenie od tego, zmiana nawyków myślowych jest procesem bardzo powolnym. Może właśnie dlatego dokonał się „triumfalny” powrót do zarzuconej koncepcji stałej kosmologicznej. Jak się nie ma co się lubi, to się lubi co się ma.

Tak na marginesie dodam od siebie, że powrót ostatnimi czasy do stałej kosmologicznej, jeszcze zanim „odkryto” ciemną energię, świadczy, wbrew pozorom, o obiektywnym istnieniu głębokiego kryzysu kosmologii bazującej w sposób bezkrytycznie totalny na ogólnej teorii względności, którą należałoby już dziś nieco uzupełnić, a może nawet zmodyfikować. „Czy to przypadkiem nie szarganie świętości?” Prawdziwa nauka lubi szargać. Jestem przekonany, że Einstein nie poszedłby w kierunku, który odrzucił (i słusznie). A teraz, cóż, tonący brzytwy się chwyta (tutaj brzytwy Ockhama).  

   Ale wróćmy do Wszechświata. W ostatecznej konkluzji tego (bądź co bądź pierwszego) artykułu, na bazie zasady kosmologicznej, popełnić możemy nawet stwierdzenie, że Wszechświat jest nadobiektem samouzgodnionym, a tempo jego rozwoju wyznacza czas globalny. Rozwój Wszechświata w każdym jego elemencie, nawet w najmniejszej skali przebiega tak samo. Przypuszczenie to uzasadniane będzie, na bazie różnych przesłanek w dalszych artykułach.

     Doszliśmy do wniosków daleko idących, zbudowaliśmy w zasadzie zręby spójnego modelu Wszechświata. A tak niewiele nam było do tego potrzeba. Wszystko teraz zależy od wyników obserwacji astronomicznych. Jeśli nie potwierdzają słuszności modelu, który idziemy zbudować (na bazie proporcjonalności prędkości i odległości, jako wniosku z zasady kosmologicznej), to albo należy poszukać innego rozwiązania sprawy, zgodnego z zasadą kosmologiczną, albo zasada ta nie jest słuszna. Ten wniosek pozostawiłbym jednak na sam koniec. 

*) O problemach tych mowa będzie w innym miejscu. Ich „rozwiązanie” stanowi hipoteza inflacji.

**) „Elementarne wprowadzenie do szczególnej teorii względności, nieco... inaczej” (Toruń 2010 – 2016).

Dodatek: Stałość, czy niezmienniczość?

We wspomnianej tuż powyżej książeczce napisałem:

...Często, aż nazbyt często, podkreśla się „stałość” prędkości światła, a nie jej „niezmienniczość”. Nawet zastępuje się niezmienniczość stałością – nie tylko na lekcjach w liceum. Przykład: Wikipedia – „Niezmienność prędkości światła”. Nie wiem, czy wg. Einsteina stałość oznaczała też niezmienniczość. Skłonny jestem przypuszczać, że niefortunne użycie słowa „stały” na samym początku (1905), spowodowało to, że teraz wszyscy, także naukowcy, niesłusznie utożsamiają te dwa pojęcia. Z tego powodu jeśli ktoś uzna za możliwą zmienność w czasie prędkości światła, to „narusza (lub nawet obala) szczególną teorię względności”. Wcale nie obala, jeśli w dalszym ciągu uznaje niezmienniczość tej prędkości. Nie chodzi więc tu o niedbałość. Zatem, stałość i niezmienniczość, to nie to samo. Patrząc na to kosmologicznie można nawet uznać za istniejącą, możliwość zmienności c w czasie, z tym, że raczej nie w przestrzeni, bo postulat zgodności z zasadą kosmologiczną jest nie mniej ważny od niezmienniczości prędkości światła – to już do STW nie należy. Dziś stałość wydaje się rzeczą oczywistą. Wydaje się. (...)

      Zgodnie z dzisiejszym widzeniem spraw, przestrzeń jaką tworzy Wszechświat, jest „balonem” riemanowskiej przestrzeni o dodatniej krzywiźnie. Wszechświat materii jakby znajduje się na powierzchni tego balonu. Dzięki takiemu stawianiu sprawy nie ma punktu wyróżnionego, nie ma centrum. Ale to nie jedyny możliwy sposób pozbycia się tego wyjątkowego punktu (by uczynić zadość zasadzie kosmologicznej). Można też rozumować inaczej. Patrz powyżej.