6. „Łącznościowe” podejście na cenzurowanym.

   Na wstępie, przypominam, że w pracy tej nie bazuję na OTW, a przedstawiam treść rozumowań bazujących jedynie na zasadzie kosmologicznej i oczywiście na danych obserwacyjnych. [Nie bazuję na OTW, nie z powodu jakiejś kontestacji. Po prostu, OTW jest teorią o charakterze lokalnym, a Wszechświat jest nielokalny.] Z tego też powodu nie mogę powoływać się na dostępne źródła. Także nie wiem o istnieniu prac, w których autorzy podchodzą do spraw tak, jak ja. Na dobre i na złe.  

   A jednak dziś (może słusznie) sądzi się, że „prędkości” (w cudzysłowiu, bo chodzi o czasową pochodną czynnika skali*) mogą się zmieniać, w związku z ciągłą zmianą (maleniem) krzywizny przestrzeni. Można więc mówić o spowolnieniu (lub przyśpieszeniu) ekspansji – bez naruszania zasady kosmologicznej (nie ma tu sił), przy czym ta w dzisiejszej świadomości poznawczej nie zajmuje zbyt poczesnego miejsca. W dodatku dostrzegalność obiektów oznacza istnienie kontaktu, oznacza dotarcie stamtąd światła, a czas potrzebny do uzyskania kontaktu, oczywiście zależy od odległości i prędkości światła. Daje to możliwość istnienia bytów znajdujących się poza horyzontem („światło jeszcze od nich nie dotarło”), możliwość tę, że nie cały Wszechświat jest dostrzegalny.Od razu możliwość tę uznano za fakt dowiedziony. Dlaczego? Dlatego. [Tłumaczy się to tym, że światło biegnie w przestrzeni zakrzywionej wzdłuż linii geodezyjnej, a nie po prostej euklidesowej. Potrzebuje zatem więcej czasu, by dotrzeć do obserwatora, może potrzebować nawet więcej czasu, niż wiek Wszechświata. Tak, ale jak się to ma do znanego faktu, że przestrzeń Wszechświata jest płaska, euklidesowa?] Dziś obowiązuje więc „paradygmat łącznościowy” – tak to nazwałem**. Uwarunkowuje on uzyskanie informacji o danym obiekcie, wyłącznie przybyciem stamtąd fotonów. Nie uwzględnia faktu, że jesteśmy w kontakcie wzrokowym ze sobą – wszyscy (hipotetyczni mieszkańcy Wszechświata), od samego początku. [Czym jest ten kontakt wzrokowy (patrząc na fotony)?] Tak ja to widzę (bez udziału fotonów).

    Trochę dziwne, nawet nielogiczne to dzisiejsze pojmowanie. Jeśli dawniej stanowiliśmy wszyscy, tzn. cały Wszechświat, coś bardzo małego, wprost powstaliśmy z (prawie) punktu, widzieliśmy się wtedy wszyscy nawzajem, to jakim prawem (przyrody) mielibyśmy czegoś nie widzieć i czekać aż zobaczymy po raz pierwszy w historii Wszechświata (nawet jeszcze do dziś nie zobaczyliśmy)? A tak się sądzi, nie tylko w środowisku amatorów milośników astronomii. Chyba, że nie było Wielkiego Wybuchu, a Wszechświat jest po prostu nieskończony, a nawet statyczny – przecież zachciało się uczonym ponownie skorzystać ze stałej kosmologicznej. Dlaczego? Bo na bezrybiu...

„Oj, przecież była inflacja i prędkości nadświetlne, a gdy się skończyła, niektóre obiekty były zbyt daleko, by się, nawet do dziś nam pokazać.” Tak, ale gdy ta inflacja się skończyła, to odległości wzajemne mimo wszystko były bardzo małe (milimetry, centymetry). Więc wszyscy się nawazjem mogli widzieć. I tak do dziś... 

   W posumowaniu, łącznościowe podejście („Widać dany obiekt dzięki temu, że fotony wysłane przez niego dotarły już do nas i nie można dostrzec tych, od których światło jeszcze nie dotarło.”) wydaje się mimo wszystko logiczne i uzasadnione. Czy także w odniesieniu do całego Wszechświata? Jednak tutaj nie uwzględnia się faktu (dziś to już od dawna fakt), że miał miejsce Wielki Wybuch, że wszyscy kiedyś, w pewnym momencie, byliśmy razem i jesteśmy bez przerwy do dziś w kontakcie wzrokowym, widzimy się nawzajem przez cały ten czas, wszyscy bez wyjątku. I by zobaczyć, stwierdzić istnienie odległych obiektów, nie musimy czekać na fotony stamtąd. Widzimy obiekty, nawet te najdalsze, czyli będące w stanie tuż po Wielkim Wybuchu. Wiec czego jeszcze nie możemy zobaczyć? Wszechświat jest większy, niż jest? To nonsens. Po prostu wszyscy widzą mnie, a ja widzę wszystkich, z tym, że ci dalsi przedstawiają sobą Wszechświat młodszy, niż my. [Ale je widzimy.] Niepotrzebni więc są jacyś „fotonowi gońcy”, by zobaczyć obiekt o charakterze kosmologicznym. Niewykluczone więc, że obserwowany Wszechświat jest Wszystkością. [Do tego samego wniosku doszliśmy już inną drogą, wychodząc z zasady kosmologicznej.]      Sam horyzont jest rodzajem topologicznej rozmaitości obejmującej cały Wszechświat. I tak, jak sądzę, należy ogólnie traktować pojęcie Horyzontu. [W powszechnie przyjętej nomenklaturze używa się nazwy „horyzont kosmologiczny”, ktory pokrywa się z horyzontem cząstek. Przy określeniu jego bazuje się na OTW. Dziś  uwzględnia się (od niedawna) stałą kosmologiczną.]   W tym kontekście niech więc nie zdziwi twierdzenie, że poza tym (co dane jest obserwacji) nic więcej nie istnieje. Wszechświat w całości dany jest naszej obserwacji. Wystarczy spojrzeć w teleskop o odpowiednio dużej rozdzielczości. [Dla przypomnienia, tu oczywiście zakładamy, że miał miejsce Wielki Wybuch. Dla większości astronomów swiadczy o tym przede wszystkim istnienie promieniowania reliktowego (już pomujając prawo Hubble'a).

    Zupełnie inaczej powinniśmy się odnieść do obserwacji obiektów niemających nic wspólnego ze skalą kosmologiczną, z tym, co się stało z całym Wszechświatem. Dla przykładu, wybuchy gwiazd supernowych. Tu oczywiście na fotony trzeba czekać. Ale i w tym przypadku czas oczekiwania nie odpowiada aktualnej odleglości, gdyż w momencie wybuchu, gwiazda (galaktyka, w której mieszka) znajdowała się bliżej nas, może nawet znacznie bliżej. Rzecz tę należy uwzględnić szczegolnie w związku z tym, że oczekiwana jasność supernowych z odległych galaktyk jest nieco większa, niż stwierdzona obserwacyjnie. Podkreślam, to zjawisko mimo wszystko nie ma charakteru kosmologicznego.  

    Interesujące, że podejście „łącznościowe” obowiązywało jeszcze zanim Hubble dokonał swego odkrycia, jeszcze w czasach, gdy uważano, że Wszechświat jest statyczny i nieskończony (wtedy było to w pełni uzasadnione). I tak pozostało. Wbrew pozorom to dość istotne (szczególnie dla historyków nauki) i chyba w pewnym sensie symptomatyczne. Podejście dzisiejsze, jeszcze niejednokrotnie, w różnych zresztą kontekstach, poddane zostanie weryfikacji. W innym artykule przedstawię ten „klasyczny” opis rzeczy w sposób systematyczny, by skonfrontować z podejściem zastosowanym w tej pracy. 

*) Wygoogluj równanie Friedmanna

**) „Paradygmat łącznościowy”, zbieżny z dzisiejszym pojmowaniem kwestii, przyjmuje istnienie „horyzontu łącznościowego” (To moja nazwa horyzontu cząstek). Jest to odległość, z jakiej mogą przybyć fotony, od najdalszego obiektu, który możemy jeszcze dostrzec, gdyż, aby go zobaczyć, czekać mamy na te fotony, przy czym czas oczekiwania nie może być dłuższy, niż wiek Wszechświata. Podejście „łącznościowe”, charakteryzujące dzisiejszy stan zapatrywań kosmologicznych, bazuje na paradygmacie obserwowalności; w uproszczeniu: „widzimy dzięki temu, ze stamtąd przybyły do nas fotony”. Wynika z niego możliwość istnienia obiektów poza widzialnym Wszechświatem. Doktryna ta (powszechnie przyjęta, wprost jak aksjomat), w odniesieniu do zagadnień kosmologicznych „zapomina”, że kiedyś w przeszłości „wszyscy byliśmy razem”, że miał miejsce Wielki Wybuch, potwierdzony przecież obserwacyjnie. Od tego momentu „wszyscy bez wyjątku jesteśmy ze sobą w kontakcie wzrokowym”. Wszyscy widzą mnie, a ja widzę wszystkich. 

     

5. Prawo Hubble'a i prędkość ekspansji Wszechświata. Co by stąd mogło wynikać?

   Stwierdziliśmy zatem, że Wszechświat rozszerza się, bo taki jest kierunek prędkości obiektów mających znaczenie kosmologiczne. Po prostu wszystkie obiekty oddalają się. Już w artykule poświęconym związkowi prędkości światła z zasadą kosmologiczną, stwierdziliśmy, 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. W poście tym pisałem: „Jeśli tak, to prędkość względna nawet najbardziej oddalonych od siebie galaktyk, nie może być większa, nawet równa prędkości światła. Co to oznacza? Teraz już na pewno to, że rozmiary Wszechświata są ograniczone, przy czym te najbardziej od siebie oddalone (teoretycznie) oddalają się od siebie z prędkością światła. Można więc wprowadzić pojęcie prędkości ekspansji Wszechświata jako kresu górnego względnych prędkości obiektów kosmicznych.”

    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, nie tyle o konkretne obiekty. Ocieramy się więc o problem topologii Wszechświata, z całą pewnością specyficznej – swoją drogą to niepospolity temat badawczy. Topologią Wszechświata, a właściwie zbiorem przesłanek dla jej odkrycia, zajmę się później, w innym artykule. Niech modelowaniem tej topologii zajmą się topolodzy.

   Na tym etapie rozważań możemy sobie wyobrazić, że niezmienniczy „horyzont” tworzy sferyczną dla pojedyńczego obserwatora (w sensie miejsca geometrycznego absolutnie najdalszych punktów ze wszelkich 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 nazwałem i nazywać będę dalej prędkością ekspansji (świadom tego, że powszechnie podchodzi się do sprawy inaczej).

   Mogłoby stąd.. ..wynikać, że wszystkie obiekty istniejące we Wszechświecie są „teoretycznie” dostrzegalne (nie rozważamy tu ich jasności). Zatem, innymi słowy, to, co dane jest obserwacji stanowi Wszechświat w całości. W każdym razie mamy jeszcze jeden powód do takiego właśnie widzenia spraw. Poza granicą c nic nie istnieje. Można by nawet rzec, że poza horyzontem wyznaczonym przez prędkość niezmienniczą, nawet nie istnieje przestrzeń. Można więc pokusić się o twierdzenie, że Wszechświat jest jedynością i wszystkością, że nie istnieją inne wszechświaty. Ich mnożenie, to tak, jak mnożenie bytów bez potrzeby. Teza ta niebawem zostanie wzmocniona w kontekście omawiania kolejnych zagadnień. Czy to mnożenie nam coś daje, gdy jeszcze tak mało wiemy o naszym Wszechświecie? Powiedziałbym: Taka sobie inercja fantazji. Czy tylko niewinna inercja? To chyba raczej pokutujaca w umysłach skamieniałość Wszechświata statycznego i nieskończonego.

4. Wyznaczanie stałej H iprzy okazji garść refleksji.

   By wyznaczyć stałą Hubble'a należy dysponować wielkością przesunięcia ku czerwieni (red-shift) określonego obiektu. Oto wzór umożliwiający to:

cz = Hr

Tu z – wielkość red-shiftu, czyli względna zmiana długości fali świetlnej w efekcie Dopplera (w stosunku do długości wzorcowej źródła nieruchomego); c – prędkość światła, r – odległość obiektu. Z pomiarem wielkości z nie ma większego problemu, za to pomiar odległości nie jest łatwy, gdyż o wynikach pomiaru decydować mogą różne czynniki, których uzględnienie nie jest możliwe. Nie wszystko przecież jest funkcją postępu technologicznego. Same obiekty (cefeidy, supernowe) różnić się mogą minimalnie między sobą. Także nie do pominięcia jest ewentualna obecność między nami, a danym obiektem, materii pochłaniającej w jakimś stopniu światło. Ma to niewątpliwie jakiś wpływ na stwierdzaną obserwacyjnie jasność obiektu. Należy więc wykonać wiele pomiarów, kierując teleskopy w różne strony. Nie można uniknąć badań o charakterze statystycznym.

   Wartość współczynnika H oszacowano, już dosyć dawno na:  H = (15-20) km/s/na milion lat świetlnych lub: H = (48,9-65,2)km/s/Mps. [Mps – megaparsek, czyli milion parseków; parsek, to odległość odpowiadająca paralaksie sekundowej i wynosi 3,26 roku świetlnego] Dziś sądzi się, że współczynnik Hubble'a jest większy, bliższy liczbie 21,5 (70) w podanych wyżej jednostkach, ale to nie ostatnie słowo nauki.  Jak już stwierdziłem, nie jest go łatwo wyznaczyć (stąd dość szeroki przedział wartości). Dziś szacuje się jego wartość na ponad 20, ale to jeszcze nie ostatnie słowo. Pomiar wymaga znajomości prędkości i odległości jak największej liczby obiektów. Nachylenie tak otrzymanego wykresu v(r) (prostej) stanowi wynik. Najłatwiej uczynić to w odniesieniu do obiektów najbliższych, ale problem w tym, że ich prędkości kosmologiczne są porównywalne z prędkościami przypadkowych ruchów lokalnych, są nawet mniejsze, a także ich zwrot może być nawet przeciwny. Przykład stanowić może galaktyka M 31 w  Andromedzie, zbliżająca się do nas z prędkością około 300 km/s. A obiekty dalsze? Wyznaczenie ich odległości nie jest pewne. Poza tym, reprezentują one sobą Wszechświat młodszy, z czasów, jak się dalej przekonamy, w których wartość współczynnika H była inna. Jeśli jest on stały (jako współczynnik proporcjonalności), to dlatego, gdyż Dziś w całym Wszechświecie jest jednakowy. Jeśli tak, to rzeczywiście istnieje globalny czas kosmologiczny – dla przypomnienia, jest to nasz czas, czas jaki upłunął na Naszych zegarach od Wielkiego Wybuchu.

     Okazuje się więc, że bardzo odległe galaktyki, wszystkie bez wyjątku, oddalają się od nas, przy czym ich prędkości radialne są proporcjonalne do odległości (co wyraźnie manifestuje się w odpowiednio dużym zbiorze danych pomiarowych). Spójne to jest oczywiście z wnioskami wynikającymi z zasady kosmologicznej. Nie psuje tego fakt, że niektóre galaktyki z tych najbliższych, jak wspomniałem, nawet zbliżają się. Tak nawiasem mówiąc, interesujące, skąd wzięły się ruchy własne galaktyk. Czy ktoś próbował na to pytanie odpowiedzieć? Zadać? I o tym będzie mowa w odpowiednim czasie.

     Reasumując możemy stwierdzić, iż odkrycie Hubble’a: a) stanowiło potwierdzenie obserwacyjne zasady kosmologicznej, nawet potwierdzenie naszego modelu roboczego; b) umożliwiło wyznaczenie wartości liczbowej stałej przewidywanej przez ten nasz prosty model; c) sugeruje nawet, że prędkości względne są stałe, a ściślej, stały jest stosunek v/c. To trzecie stwierdzenie (na razie to tylko sugestia), nie w pełni zbieżne jest z aktualnym widzeniem spraw, choć przyjęte może być jako niewiele wnosząca idealizacja. Dalej okaże się jednak, że właśnie w nim zawarty jest spory ładunek heurezy.

     I na tym właśnie polega zasadniczy postęp, jaki dokonał się dzięki odkryciu. Wyniki do jakich doszedł Hubble w swych badaniach, należy to zaznaczyć, choć bezpośrednio wynikają z zasady kosmologicznej, choć stanowią jej empiryczne potwierdzenie, nie w pełni koherentne były z „zastaną” dynamiką badań. Nie dziw, że samo odkrycie zaskoczyło świat nauki. Wprost nie było kojarzone z zasadą kosmologiczną, nie mniej jednak stanowiło silny bodziec heurystyczny. Tak się złożyło, że rozwój kosmologii poszedł jednak, moim skromnym zdaniem, w kierunku niewłaściwym. Nowa koncepcja przestrzeni i Wszechświata bazująca na OTW zdominowała myślenie kosmologiczne na cały wiek (albo na dłużej, gdyż mój udział w debacie oczywiście nie liczy się). 

   Także w naszych czasach, choć tak dużo już wiemy, bywamy zaskakiwani (pomimo wprowadzania coraz to lepszych modeli, wszystkich bazujących na ogólnej teorii względności). Najklasyczniejszy przykład zaskoczenia niech stanowi pociemnienie supernowych – asumpt do „odkrycia” ciemnej energii, przyjętego z entuzjazmem (i bezkrytycznie), bo wcześniej, szczególnie w latach siedemdziesiątych, kombinowali ze stałą kosmologiczną, wprowadzoną i odrzuconą przez Einsteina jako jego „największa pomyłka” (już choćby w związku z niestatycznością i ewolucyjnością Wszechświata). Na bezrybiu rak też ryba, więc powiedzieli sobie: „To jest to”. W 2011 był już Nobel.

   Jak pamiętamy, także odkrycie Hubble'a stanowiło niespodziankę godząc w „obowiązujące” dotąd modele Wszechświata statycznego i nieskończonego. A mimo to stała kosmologiczna do dziś żyje i rozkwita... Meandry nauki (w tym, do psychosocjologii). To na prawdę ciekawy przyczynek do historii nauki. A dzisiaj? Także teraźniejszość jest już historią...

3. Odkrycie Hubble'a

Odkrycia zaczynają się od pytań. Jeśli nie poprzedzają ich pytania, to odkrycia (obserwacje) zaskakują. Czy świadczy to na korzyść teorii, które tych nowoodkrytych efektów nie przewidują? Z tym mamy dziś do czynienia na każdym kroku. Ale dajmy sobie temu spokój. Nie chcę prowokować młodych gniewnych. Pytanie padło. Oto ono. „Interesujące, czy istnieje jakiś związek między prędkością obiektów, a ich odległością? Czy istnieje jakiś konkretny trend, jakaś konkretna tendencja?” [Chodzi tu o obiekty oddalone na tyle, że ruchy lokalne nie odgrywają już roli.] Pytanie to zadać można nawet jako naturalną kolej rzeczy, wprost z nagromadzenia danych obserwacyjnych, bez uświadomienia, że wiąże się ono bezpośrednio z zasadą kosmologiczną, że odpowiedź na nie może potwierdzić ją (lub obalić) – o tym akurat nie myślano. Wiemy już dlaczego.  

Wtedy było to wprost rutynowe badanie dotyczace wyrywkowego tematu. Jeśli żaden związek nie istnieje, to powierzchnia zawarta między osiami prędkości i odległości (OXY) pokryta powinna być równomiernie punktami określonymi przez te dwa parametry, jeśli uwzględnić odpowiednio dużą liczbę obiektów, bo wszelkie pary liczb są możliwe. [W podobny sposób otrzymano też diagram H-R (Hertzsprung-Russell).] Wynik taki oznaczałby, że bardziej do przyjęcia jest model zakładający statyczność nieskończonego Wszechświata.

   Badanie to przeprowadził Edwin Hubble, przy czym wcale nie było jego zamiarem potwierdzenie (lub obalenie) zasady kosmologicznej. To był po prostu ciekawy, konkretny, szczegółowy temat badawczy, którego się podjął. Przede wszystkim odkrył, że wszystkie nielokalne (nie należące do lokalnej drupy, to znaczy, nie znajdujące się w sąsiedztwie naszej Galaktyki) obiekty oddalają się. W roku 1924 odkrył, że „mgławice spiralne” (tak nazywano wówczas te obiekty) są galaktykami tego samego rzędu wielkości, co nasza Galaktyka Drogi Mlecznej, widać je jako stosunkowo małe po prostu dlatego, gdyż są bardzo daleko. Już to było zaskoczeniem.

.

   W roku 1929 ogłosił wyniki swych badań. Pomimo, że dysponował dość ubogim zbiorem danych (kilkanaście wiarygodnych par liczb), okazało się, że już w tym bardzo ograniczonym zbiorze danych istnieje dość wyraźna liniowa zależność pomiędzy prędkością galaktyki, a jej odległością. Tu nie zamieszczam wykresu, by uniknąć trudności natury technicznej. Wykres ten z łatwością można wygooglować.

   Choć uczony ten nie dysponował wystarczająco bogatym zbiorem danych, zdecydował się na opublikowanie pracy, przekonany, i słusznie, że dokonał odkrycia. Czym było odkrycie? Stwierdzeniem proporcjonalności między prędkością radialną i odległością. Przypomnijmy sobie post siódmy z poprzeniego cyklu:

v/r = const

   Dalsze obserwacje potwierdziły odkrycie. Ciekawe, że odkrycie zaskoczyło świat nauki i nikt (ważny) nie pomyślał, że to „tylko” potwierdzenie znanej od dwien dawna Zasady. Zauważmy, że odkryta przez Hubble'a proporcjonalność odpowiada konkretnemu modelowi, naszemu przewidywaniu – temu najprostszemu i najbardziej wyeksponowanemu. Samo spostrzeżenie nazwane zostało prawem Hubble`a. Zapisuje się to w następującej postaci:

                                                                     v = Hr                          (1)

Tutaj: H – to oczywiście współczynnik proporcjonalności widniejący w antycypacji bezpośrednio wynikającej z zasady kosmologicznej, jako „const” Nosi on nazwę stałej Hubble’a.

    Co wynika z tego prawa? Im dalej dany obiekt znajduje się, tym szybciej oddala się. Jeśli oddala się, to wcześniej był bliżej. Oznacza to ekspansję Wszechświata. Całego Wszechświata, gdyż zgodnie z zasadą kosmologiczną, wszystkie obiekty są sobie równoważne. A jeśli ekspansja, to (znów zgodnie z zasadą kosmologiczną) kiedyś dawno temu wszyscy byliśmy razem i stanowiliśmy coś bardzo małego, coś, co w pewnym momencie zaczęło się rozszerzać.

Hubble. 2. Baza dla pomiarów

   Prędkość i odległość obiektów, to parametry ilościowe, nadające się świetnie do testowania – w tym przypadku, zasady kosmologicznej. Już w początkach dwudziestego wieku istniała możliwość dokonania odpowiednich pomiarów. W tych czasach jednak nie istniała baza intelektualna zachęcająca do nich. Przede wszystkim sądzono, że Wszechświat jest nieskończony, a w dodatku statyczny. Z tego właśnie powodu Einstein wprowadził do swych równań pola stałą kosmologiczną (której się potem wyparł). Z tego też powodu zasady kosmologicznej nie wiązano z możliwością istnienia jakiegokolwiek związku prędkości obiektu (w ruchu radialnym) z jego odległością od nas.

Ale możliwość pomiarów prędkości i odległości już zaistniała. Nic dziwnego, że prędzej, czy później,  pomiar taki należało przeprowadzić. W tych czasach wiedza o ciałach niebieskich była w powijakach. Nawet nie wiedziano o galaktykach. Była tylko mowa o mgławicach na przykład spiralnych, traktowanych jako obiekty lokalne (bez sprecyzowania rozmiarów tej lokalności).

   Pomiar prędkości nie wydawał się rzeczą tak trudną. Wykorzystywano, już wtedy, analizę widmową przy założeniu, że wykryte przesunięcia linii widmowych spowodowane są efektem Dopplera. Większy problem mógł stanowić pomiar odległości. W związku z tą potrzebą zwrócono uwagę na szczególne rodzaje gwiazd: białe olbrzymy, cefeidy – gwiazdy pulsujące regularnie (także olbrzymy), a także, już później, supernowe. Szczególną uwagę zwrócili astronomowie na cefeidy. Pierwszą z nich odkrył astronom John Goodricke w roku 1784. Była to gwiazda δ Cefeusza – stąd nazwa tej klasy gwiazd. Okazało się, że istnieje interesująca zależność pomiędzy stałym okresem pulsacji i jasnością absolutną gwiazdy. [Znana była od roku 1912.] Znając częstotliwość pulsacji (łatwą do zmierzenia) i stąd jasność absolutną, można wyznaczyć jej odległość. By wyznaczyć odległość, wystarczy oprzeć się na znanej zależności natężenia oświetlenia od odległości (odwrotna proporcjonalność do kwadratu odległości).

   Rozpisywanie się o szczegółach nie ma tu sensu, w związku z koniecznością przedstawienia rzeczy w jak najkrótszym tekście. To, co napisałem, tutaj wystarczy.

Prawo Hubble'a. 1. Nawiązanie

  Jak pamiętamy, zasada kosmologiczna przyjęta została apriori jako rodzaj aksjomatu. Pięćset lat temu już sama myśl stanowiłaby ogromny przełom. Nawet Kopernikowi nie śniło się coś takiego (choć swoje zrobił). Dziś raczej przyjmuje się to jako rzecz czywistą do tego stopnia, że nawet jej łamanie przez rozliczne hipotezy i teorie nie stanowi problemu. [Najważniejsze, że to „łamanie” przedstawić można w formie matematycznej, co sprawia, że jest jak najbardziej naukowe, niezależnie od tego, czy jest prawdą, czy fałszem. Istnienie matematycznego zapisu stało się jedynym kryterium naukowości. Czy słusznie?] Zasada kosmologiczna wprost przestała stanowić kryterium oceny tych wszystkich rozlicznych hipotez. A szkoda. Stała się zdroworozsądkowym marginesem i nie zaprząta umysłów zajętych sprawami „poważniejszymi”. Jeszcze trochę, a zajmować się nią będą tylko historycy nauki. Czy słusznie (w związku z tym „tylko”)? A przecież bazując na niej (biorąc ją jako punkt wyjścia), doszliśmy do wniosków nietuzinkowych, do daleko idących przypuszczeń, a nawet przekonań. Dziś bowiem nie mówi się o ruchu galaktyk jako takim. Jak wiadomo, dziś mówi się tylko i wyłącznie o rozszerzaniu się przestrzeni. W tym kontekście zasada kosmologiczna jest jakby nierelewantna. Czy słusznie? Ponawiam pytanie pomimo, że stało się retorycznym w świetle ustaleń artykułu traktującego o prędkości ekspansji. Przecież już sam fakt istnienia prędkości niezmienniczej c wprost z niej wynika. Zgodność z zasadą kosmologiczną powinna więc stanowić nawet kryterium przy ocenie inicjatyw poznawczych, przy podejmowaniu badań w dziedzinie kosmologii, może nawet nie tylko kosmologii.

   Główną konsekwencją przyjęcia zasady kosmologicznej, w odniesieniu do dynamiki obiektów o znaczeniu kosmologicznym, była, jak pamięamy, hipoteza o proporcjonalności ich prędkości względnych do wzajemnych odległości. Symbolicznie przedstawia to wyrażenie: v/r = const. To rodzaj antycypacji. Czy badania naukowe ją potwierdzą? Czy możliwe jest wyznaczenie wielkości tej stałej? Należy tylko (...) zmierzyć prędkość i odległość.

9. Co się dziś sądzi w związku ze zmianami rozmiarów Wszechświata?

     Dziś sądzi się powszechnie, że rozwiązaniem kwestii jest przyjęcie, że ewentualne rozszerzanie się (lub kurczenie się) Wszechświata 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 (dajmy na to) 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... Poza tym, jeśli ich szybko rosnąca prędkość (w związku z bardzo wielkim przyśpieszeniem) dąży do nieprzekraczalnej prędkości światła, to jak to może być? A przecież tam (wtedy, gdy Wszechświat był mały) grawitacja była najsilniejsza, najsilniej spowalniała ekspancję. „Chyba raczej przyśpieszenie kwazarów 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. A może przyśpieszenie jest stałe w czasie? Oznaczałoby to istnienie jakiejś stale malejącej siły odpychania (związku ze słabnięciem powszechnej grawitacji rozrzedzającego się Wszechświata). W pełnym synchronie. Tak, ale jakie przyśpieszenie i dlaczego właśnie takie? Mamy pole do popisu wyłącznie dla fantastów, bo nie ma tu żadnego punktu zaczepienia w znanych faktach.

   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). 

*) Chodzi o równanie Friedmanna i trzy modele, jakie przwiduje.

Na tym kończy się cykl wpisów poświęconych różnym aspektom zasady kosmologicznej. Jak widać posiada ona spory potencjał heurystyczny. Ale to oczywiście nie koniec naszych dociekań. W następnych notkach zajmiemy się pokrótce konkretnymi danymi obserwacyjnymi, mającymi zasadniczy wpływ na to, jak można (lub należy) modelować Wszechswiat. Czy zasada kosmologiczna ostanie im się?

8. Skąd się bierze niezmienniczość prędkości swiatła?

 Pisałem już o tym dawniej. Nie zawadzi wątek ten przywołać w kontekście zasady kosmologicznej i tym zwieńczyć tę serię. 
Tu rzecz przedstawiłem w dwóch wersjach, zbieżnych ze sobą w ostatecznej konkluzji.

 A

Skrót: Abstract

Wiadomo, że prędkość światła nie zależy od układu odniesienia (jest inwariantna). Ta inwariantność stanowi bazę dla szczególnej teorii względności. Światło jest falą elektromagnetyczną, a teoria ta wywodzi się z elektromagnetyzmu. Mimo wszystko istnieje jakiś związek niezmienniczości prędkości światła z Wszechświatem – w ogólności i z zasadą kosmologiczną w szczególności. O tym właśnie rzecz.

   Do wniosku, że prędkość światła stanowi kres górny prędkości ciał, dojść można w dość prosty sposób. Wystarczy rozważyć (nawet na poziomie licealnym) ruch cząstki posiadającej ładunek elektryczny. Wówczas okazuje się, że prędkość ciała masywnego nie może być równa (a tym bardziej większa) od prędkości światła, czyli nie istnieje prędkość np. nieskończenie wielka. Opisałem to w swej książce: Elementarne wprowadzenie do szczególnej teorii względności, nieco... inaczej (Wyd. Poligraf 2018) – do nabycia w Empiku i w księgarniach internetowych (to nie reklama, nakład na wyczerpaniu).

  Jednak elektromagnetyzm, to nie wszystko, gdyż prędkość światła uznana została, i słusznie, za graniczną prędkość każdej cząstki, nawet jeśli ta nie oddziałuje elektromagnetycznie. Należy rzecz traktować szerzej.

Niezależnie od tego narzuca się pytanie: "Dlaczego prędkość światła jest niezmiennicza?" [Szczególna teoria względności tylko stwierdza istnienie niezmienniczości. Ale "Dlaczego?"] Jak wiadomo, ruch jest względny – nie jest możliwe jednoznaczne, absolutne określenie prędkości – w związku z istnieniem różnych układów odniesienia. A mimo to prędkość światła ma charakter absolutny. Zauważmy tu istnienie dwóch powiązanych ze sobą aspektów prędkości światła: 1) że stanowi kres górny wszelkich prędkości ciał; 2) że jest niezmiennicza.

    "Niezmienniczość prędkości światła", to postulat wypowiedziany przez Alberta Einsteina. To nie jakiś wniosek z danych doświadczalnych, czy obserwacyjnych. To heureza. Na bazie tego postulatu zbudowana została szczególna teoria wzgledności, potwierdzona wielokrotnie. Mimo wszystko, czy można wyjaśnić tę niezmienniczość, by stanowiła wniosek, a nie postulat? Zaraz się przekonamy, że tak.

    Jak już wiemy, z modeli Wszechświata zgodnych z zasadą kosmologiczną, wybraliśmy (i słusznie) model najprostszy, w którym prędkość względna obiektu (w zbiorze obiektów) jest proporcjonalna do odległości. Obiekty bardziej odległe poruszają się szybciej. Prędkość tych najbardziej odległych jest już bliska (od dołu) niedoścignionej prędkości światła.

   Wniosek stąd przede wszystkim ten, że rozmiary Wszechświata są ograniczone. Ta granica (horyzont) oddala się od nas z prędkością światła, bo tak (prawie) poruszają się obiekty najszybsze i najdalsze. Na tej bazie zdefiniować można prędkość ekspansji Wszechświata. To oczywiście prędkość światła. Na tej bazie określić możemy promień Wszechświata jako odleglość od obiektów poruszających się z prędkością światła (nie ważne czym są). [Tu należałoby wspomnieć, że kosmologia współczesna posługuje się innym parametrem: tempem ekspansji, które wyraża wspólczynnik Hubble'a H. O tym w innym miejscu.]

   Prędkość graniczna (światła) jest więc prędkością ekspansji. A teraz uwaga! Jej wartość nie zależy od kierunku patrzenia, zgodnie zresztą z zasadą kosmologiczną – nie zależy od układu odniesienia. Zatem, prędkość światła nie zależy od układu odniesienia – jest niezmiennicza, ponieważ jest prędkością ekspansji Wszechświata. W tym tkwi tajemnica niezmienniczości. Właściwie istnienie jej stanowi potwierdzenie słuszności zasady kosmologicznej. Prędkość światła nie jest prędkością względną, nie ma charakteru lokalności, tak, jak Wszechświat, który jest Wszystkim. [Byt lokalny to taki, którego położenie można określić, ponieważ istnieją inne byty zewnętrzne.]

   Wielkość Wszechświata (jego "promień") określona jest przez odległość najdalszych obiektów ponieważ ich prędkość dąży do c. One przedstawiają jednak sobą materię, która istniała na bardzo wczesnym etapie ekspansji, powiedzmy, że przed piętnastu miliardami lat. Sądzić można, że wtedy Wszechświat był bardzo mały rozmiarami, a dzięki temu także samouzgodniony. Oznaczałoby to, że jego ekspansja przebiegała identycznie we wszystkich kierunkach – z tą samą prędkością c. A stąd wynika, że Wszechświat także dziś jest samouzgodniony. [Mamy więc zasadę kosmologiczną. Kółko zamyka się.] To oczywiste, że nasze teleskopy nie sięgają (i nie dosięgną) tych miejsc (i tych czasów). Wszak w tych pierwszych chwilach jeszcze nie było promieniowania elektromagnetycznego (światła). A mimo to obraz tego wszystkiego jest wewnętrznie spójny.

   Twierdzenie, że istnieją obiekty poruszające się szybciej, niż światło – "nie można ich dostrzec gdyż znajdują się dalej, niż horyzont", nie jest wnioskiem z żadnej obserwacji (z oczywistych powodów). Nie istnieje żaden fakt empiryczny, który nawet pośrednio potwierdzałby tę tezę. Przypuszczenie takie wysnuć można z teorii, a właściwie z interpretacji (jednej z wielu) ogólnej teorii względności. Zgodnie z tą teorią, światło rozchodzi się nie po liniach prostych, a po liniach geodezyjnych. Pomysł, że część Wszechświata znajduje się za horyzontem, zgodny jest z hipotezą inflacji. Ale to nie dowód, to tylko hipotetyczna opcja.

  Dla pełności spraw, warto dodać, że istnieje opcja ruchu nadświetlnego. Czego? Określonych cząstek (z całą pewnocią nie galaktyk).  

B

   Dla przypomnienia, prędkość światła jest wyjątkową prędkością. Jest stałą uniwersalną, czyli jej wielkość nie zależy od układu odniesienia. Nie zależy od prędkości obserwatora względem innych ciał. Względem wszystkich wynosi tyle samo. „Dlaczego ma zależeć? Co światło obchodzi to, co się dzieje z jakimiś ciałami? To nie jego sprawa.” –  tak można do tego podejść. Ale nawet dziś nie jest to rzeczą oczywistą.  To własność zadziwiająca i zaskakująca, szczególnie gdy rozważamy prędkości względne ciał. Einstein tę niezmienniczość przyjął postulatywnie. Postulat niezmienniczości prędkości światła stanowi podstawę dla szczególnej teorii względności. Tak, postulat, a nie wniosek, nie wynik doświadczeń.* A po stu latach?...

    Skąd się bierze ta niezmienniczość? Ponawiam pytanie. Czy chodzi wyłącznie o elektromagnetyzm? Do wniosku o niezmienniczości prędkości światła, czyli niezależności jej wartości od układu odniesienia, mimo wszystko dojść można wychodząc z prostych rozważań elektrodynamicznych. Temat ten poruszony został w książce: Elementarne wprowadzenie do szczególnej teorii względności, nieco... inaczej , do nabycia np. w księgarniach MpiKu. Ale tu, w naszych rozważaniach, nie zadawalamy się postulatem Einsteina (po stu latach można inaczej).

    Oczywiście fakt istnienia niezmienniczości nie oznacza jej wyjaśnienia. Skąd się bierze? Twierdzi się, i słusznie, że znaczenie tej prędkości daleko wykracza poza elektrodynamikę. Więc skąd się bierze?

    W poprzedniej notce przyjęliśmy opcję proporcjonalności prędkości względnej w układzie dwóch obiektów oddalonych od siebie, do ich wzajemnej odległości. Prędkość światła jest największą z możliwych, jest kresem górnym prędkości – to już wniosek ze szczególnej teorii względności, wniosek potwierdzony wielokrotnie empirycznie. Jeśli tak, to prędkość względna nawet najbardziej oddalonych od siebie galaktyk, nie może być większa, nawet równa prędkości światła. Co to oznacza? Teraz już na pewno to, że rozmiary Wszechświata są ograniczone, przy czym te najbardziej od siebie oddalone (teoretycznie) oddalają się od siebie z prędkością światła. Można więc wprowadzić pojęcie prędkości ekspansji    Wszechświata jako kresu górnego względnych prędkości obiektów kosmicznych. [Dziś kosmologia posługuje się pojęciem tempa ekspamsji. O  tym w jednej z kolejnych notek.] Prędkość ta jest jednakowa, niezależnie od tego, w którą stronę patrzymy, czyli zgodnie z zasadą kosmologiczną. Zatem jest niezmiennicza! Właśnie tu tkwi tajemnica bulwersującej niezmienniczości prędkości światła. Istnienie jej właściwie potwierdza słuszność zasady kosmologicznej, jest z nią spójne. Właśnie stąd bierze sie ta tajemnicza niezmienniczość prędkości światła.

Jak widać, do konkluzji tej doszliśmy rozważając (faktyczny) ruch względny obiektów mających znaczenie kosmologiczne, np. odpowiednio oddalonych galaktyk. Właśnie to stanowi o zmianach rozmiarów Wszechswiata.

[Twierdzenie, że istnieją obiekty szybsze od światła (i dlatego nie można ich dostrzec, gdyż znajdują się poza horyzontem ), nie jest konstatacją empiryczną. Nie uzasadniają takiego twierdzenia żadne fakty obserwcyjne. Nawet pośrednio. To wynik modelowania. A modele są różne. Przesłanki w postaci hipotezy inflacji, albo to, że światło rozchodzi się po krzywych geodezyjnych, nie stanowią żadnego dowodu na to, że istnieją obiekty (typu galaktyk) poruszające się szybciej niż światło (i dlatego są niewidoczne). Nie jest nawet pewne, czy istnieje sens traktować rzecz poważnie. Może się mylę. To, jeśli chodzi o kosmologię w związku z rozmiarami Wszechświata i jego dostrzegalność. Jednak nie jest wykluczone, że istnieje ruch ponadświetlny. Czego? Pewnych określonych cząstek. Ale o tym nie tutaj.]

*) Mówienie tu o doświadczeniu Michelsona-Morleya  nie dotyczy sprawy, gdyż miało ono wykryć ruch ciał (Ziemi) względem eteru. I nie wykryło. Einsteinowi eter nie był potrzebny. Zresztą, wcale nie jest pewne, że Einstein wiedział o tym doświadczeniu. W tych czasach nie było smartfonów i internetu.

7. 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 (Ockhama). 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 wśród ludzi parających się tym) dość uzasadnione wątpliwości. O tych wątpliwościach i ich gruntownych uzasadnieniach będzie dalej.

    Ale to nie wszystko. W związku z zasadą kosmologiczną była już mowa o podstawowych ogólnych cechach  Wszechświata (jednorodność i izotropia), o składzie chemicznym (te same pierwiastki i ta sama atomistyczna budowa materii) i oczywiście o obowiązujących wszędzie tych samych prawach przyrody, o ich uniwersalności i o jednym, wspólnym dla całości upływie czasu. Dodajmy do tego, że istotnym parametrem przy opisie Wszechświata jest ruch jego elementów (zewsząd wyglądający tak samo).

    Jaki jest względny ruch galaktyk? O nim sporo dowiadujemy się z obserwacji.

    Chodzi oczywiście o ruch radialny (zbliżanie się – oddalanie). Chodzi też o ruch ogólny (kosmologiczny), a nie lokalny. [Zderzenia galaktyk tu nas nie interesują.] Ruch może być chaotyczny, niedefiniowalny; może być przyśpieszony lub opóźniony, a także jednostajny w odniesieniu do wybranej pary obiektów. Jeśli jest chaotyczny, to nie powinna istnieć jakakolwiek zależność między prędkością określonego obiektu, a jego odległością – patrząc we wszystkich kierunkach. Choć możliwość tę należy wstępnie wziąć pod uwagę, to nie należy też pomijać możliwości istnienia wykrywalnego ruchu, którego prędkość jednak zależy od odległości danego obiektu. Jeśli istnieje ruch konkretny (nie chaotyczny), to sposób opisu jego powinien być identyczny w odniesieniu do wszelkich obiektów i niezależnie od kierunku patrzenia, a przy tym powinna istnieć jakaś zależność prędkości od odległości. Dogłębną analizę różnych opcji przeprowadziłem w swej książce („Wszechświat grawitacji dualnej” – do nabycia m. in. w EMPiKu). Tu ograniczam się do przypadku szczególnego, jako najbardziej odpowiadającego duchowi zasady kosmologicznej.

     Że ruch względny istnieje, wiemy z obserwacji. Wystarczy popatrzeć na widma i powiązać ich wygląd z odległością. O tym już wiemy właściwie od stu lat. Proponuję więc odrzucenie opcji ruchu chaotycznego (jak cząsteczki w gazie). W konkluzji stwierdzamy więc, że powinna istnieć jakaś zależność prędkości względnej od odległości. Od razu paść może więc pytanie: Jaki ruch względny obiektów (o znaczeniu kosmologicznym) preferuje zasada kosmologiczna? Najprostszym rozwiązaniem jest proporcjonalność prędkości względnej do odległości, czyli stałość prędkości względnej dwóch wybranych losowo obiektów (lub stałość stosunku v/c - dla precyzji). Łatwo to wykazać za pomocą prostego rysunku (znaleźć to można w wielu źródłach). Rozwiązanie proporcjonalne należy preferować, gdyż brak liniowości oznacza złożoność przyczyn (równoczesne działanie więcej, niż jednego czynnika). A tu chodzi o bazę, o podstawy, o najbardziej elementarną przyczynowość. Zapisać to można następująco:

v/r = const

Podkreślam, ta zależność wynika wprost z zasady kosmologicznej. Pozostaje tę stałą zmierzyć poprzez obserwację. Jakoś nie pomyślano o tym wszystkim, i nie myślano od czasów Kopernika. W dodatku, jeśli ta proporcjonalność zostanie obserwacyjnie wykryta, to uzyskamy dowód na to, że prędkość względna każdej, dowolnie wybranej pary obiektów, jest stała w czasie (stały stosunek v/c). Dla zorientowanych – interesujące, że odkrycie Hubble’a (o tym będzie dalej) stanowiło ogromną niespodziankę. Czy to nie zastanawia?

  

6. Wszechświat jest materialnie ograniczony. Widzimy go w całości

 Istnienie odległościowej gradacji cech, zaawansowania ewolucyjnego, o której była już mowa, w połączeniu z izotropią oznacza, że wszystkie ciała mają wspólne pochodzenie, czyli pomimo dużych dziś odległości, kiedyś dawno temu razem stanowiły jedność, tworzyły jakiś obiekt, obiekt ograniczony także zawartością materii. Nie nieskończenie wielki. W dodatku, wspólnota cech (patrząc we wszystkich kierunkach) pomimo tak dużego dziś oddalenia, mogłaby wskazywać na to, że Wszechświat  (już ten dany obserwacji) stanowi zintegrowaną całość. Nie dość na tym. Można pokusić się o stwierdzenie, że to, co dane nam jest do wglądu, jest Wszystkością – nic się nie chowa za jakimś „łącznościowym” horyzontem*. Istnieje więc horyzont absolutny stanowiący granicę między bytem i niebytem. W jego obrębie zobaczyć można wszelką istniejącą materię (nie ma nic poza nią). Nie istnieje nic poza tym horyzontem absolutnym.  W obliczu dzisiejszych sądów, to bardzo ryzykowne twierdzenie. [Ale trzeba brać pod uwagę wszystkie ewentualności, także te mniej popularne.] Wymaga ono, to twierdzenie, w związku z obowiązującą nas zasadą kosmologiczną, bardzo specyficznego modelowania topologii Wszechświata. Sprawie tej poświęcimy sporo miejsca w innych rozważaniach, uzbrojeni w wiele innych danych. Niebawem, w innej notce, podam bardzo ważny argument dla uzasadnienia tej (dziś) tak ryzykownej tezy. Spodziewam się ostrej krytyki, ale nie spodziewam się logicznego jej uzasadnienia. Poza tym, tak dla przypomnienia, wszystkie twierdzenia wyprowadzam wychodząc z zasady kosmologicznej i celowo nie bazując na jakiejkolwiek teorii, w szczególności na OTW. 

[OTW jest jednym z najwybitniejszych osiągnięć ludzkiego umysłu. Równania Einsteina pomimo swej dość lapidarnej formy, zawierają w sobie mnogość możliwości. Na ich bazie budować można (i zbudowano) różne modele Wszechświata. Który przedstawia prawdę? To, że punktem wyjścia są równania Einsteina, nie gwarantuje, że model uznany w pewnym czasie za prawidłowy, musi takim być. Stworzono już wiele modeli – wszystkie na bazie OTW. Czy to znaczy, że wszystkie bez wyjątku stanowią prawidłowy opis Wszechświata? To przecież niemożliwe, gdyż modele różnią się między sobą. Skąd więc pewność, że wybór jednego z nich jest trafny? Przecież jeszcze nie znamy wszystkich opcji i wszystkich pomysłów. I tu tkwi problem.]

   Roztrzygnięcie stanowią nie teorie i nie dzisiejsze wyobrażenia, lecz wyłącznie potwierdzone (w większej liczbie faktów) obserwacje astronomiczne. Dziś, jak wiemy, znaczna liczba obserwacji zaskakuje. Niespodzianka goni niespodziankę.To znamienne. Antycypacja dzisiejszych teorii kuleje – by nie użyć określenia bardziej adekwatnego.  

  Sądząc po tym wszystkim, stwierdzić możemy, że Wszechświat rozmiarami swymi 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 gradację zmian ewolucyjnych, a nawet hierarchię obiektów.  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. Zatem, ewolucja ma miejsce, a „nieskończoność”, to wyłącznie matematyka rozmijająca się z realnością przyrodniczą – w tym wyjątkowym „miejscu” (nieskończoność i syngularność). Wbrew automatycznym (dziś już) sądom, matematyka, to nie Przyroda.  Dziś widzi się sprawy nieco inaczej. Ale nie uprzedzajmy faktów.

   A co z czasem? Że istnieje, nie mamy wątpliwości. Ale jak to wygląda w spojrzeniu kosmologicznym? Oto (pierwszy z brzegu) tok rozumowania: Kiedy czas zaistniał? Wbrew pozorom nie ma zgodności w tej kwestii. Jeśli już ewolucja ma miejsce, to czy możliwe, że kontinuum czasowe jest nieograniczone, że sama ewolucja miała też miejsce zawsze, w nieograniczonej przeszłości? Trudno się z tym zgodzić. 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 (oczywiście nie po raz pierwszy) opcję cykliczności Przyrody, cykliczności ewolucji Wszechświata.

   Wróciliśmy więc do pomysłu, który się już wcześniej pojawił. Czy rzeczywiście Wszechświat pulsuje, oscyluje?  To by jakoś  pogodziło ewolucję (fizyczną) z nieskończonością. Jak widać, sporo pytań przed nami. Wielu kosmologów szuka uzasadnienia dla tego bądź co bądź intuicyjnego priorytetu cykliczności. Aktualnie nie jest im łatwo. Szczególne utrudnienie powściągające ich odwagę stanowią dzisiejsze sądy, przyjmujące już za fakt istnienie stałej kosmologicznej i ciemnej energii. [Najbardziej dziś przyjęty model, to LCDM (lambda-cold-dark-matter). Odrzucam go z kretesem.] Moim skromnym zdaniem, nie jest to ostatnie słowo nauki. Wielu święcie wierzy w to, że na samym początku była osobliwość, a od tego momentu Wszechświat rozszerza się w nieskończoność, nawet w tym przyśpiesza. Czuję w tym brak logicznej spójności. Ale kimże ja jestem?

   Wątki powyżej zasygnalizowane, powracać będą w naszych pogadankach niejednokrotnie. Ciekawe, że filozofie Starożytnego Wschodu  przyjmują cykliczność za podstawową cechę Przyrody. Dziś priorytet cykliczności wprost uległ zapomnieniu. Może dlatego, gdyż czas dziś traktowany jest linearnie, a nie jako byt określony przez cykliczną zmienność Przyrody. 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. Dla wielu wyobraźnię zastępuje myślenie blokowe i algorytmiczne. Jednak priorytet cykliczności wciąż 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? 

*) Dziś przyjmuje się, że widać tylko te obiekty, których odległość w latach świetlnych jest mniejsza od wieku Wszechświata (w latach). To właśnie horyzont łącznościowy. Chodzi o to, ze kontakt przyczynowo-skutkowy zachodzić może wyłącznie z prędkością niewiększą od prędkości światła. Z obiektami dalszymi kontakt nie jest możliwy – „trzeba czekać, aż się pojawią w miarę upływu czasu”. Hipoteza inflacji spójna jest z tym sądem (to, co widać, to tylko, nawet niewielka część tego, co istnieje). W sukurs hipotezie inflacji przyszło modelowanie Wszechświata w postaci powierzchni „balonu” zakrzywionej przestrzeni. Chodzi o to, że światło, zgodnie z OTW rozchodzi się nie tyle po prostych, co wzdłuż krzywych geodezyjnych, a rozmiary widomego Wszechświata wyznacza prędkość światła. Mamy więc z jednejj stronny „balon”, a z drugiej, materię, która wskutek inflacji uleciała poza horyzont (ten „łącznościowy”). Opisany tu pogląd nie jest zbieżny z wizją przedstawioną w tym tekście.

**) „Katastrofa Horyzontalna” – przyjdzie i na nią czas (w naszych pogadankach).