środa, 29 sierpnia 2018

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.

7 komentarzy:

  1. Marcin Raff. Cytuje: "pokutujaca w umysłach skamieniałość Wszechświata statycznego i nieskończonego." Z tego co mi wiadomo jest właśnie odwrotnie. Teoria o rozszerzającym się wszechświecie począwszy od big bangu w środku ma już ze sto lat. Wymyślono ją jeszcze w czasach gdy sadzono że nasza galaktyka to cały wszechświat, że zaczął się w środku i gdzieś tam się kończy. Więc raczej to jest przestarzała teoria, a teorie o nieskończonym wszechświecie (np oparte na teorii plazmy) to nowość. Czyli odwrotnie niż w cytowanym tekście.

    OdpowiedzUsuń
  2. Józef Gelbard
    Panie Marcinie, w pełni zgadzam się. Od dawna wiadomo, że Wszechświat nie jest statyczny, że nawet ekspanduje, a uczeni co do tego nie mają wątpliwości.
    Zaczęło się od tego, że Einstein w swych równaniach pola (OTW) wprowadził tzw. Stałą kosmologiczną (lambda), posiadającą cechę odpychania, by tym skompensować wymowę równań (niestatyczność, w tym możliwość ekspansji) – tak w telegraficznym skrócie. W tych dawnych czasach uważano, że Wszechświat jest statyczny (i nieskończony). Odkrycie Hubble'a, wskazujące na jego ekspansję, przeczyło temu. Einstein wycofał tę stałą, nazywając jej wprowadzenie, swą największą pomyłką w życiu. Prywatnie sądzę, że miał rację (i tym razem). Nie jest to (że tak sądzę) czymś wielkim po stu latach nieprzerwanego rozwoju nauki.
    cdn.

    OdpowiedzUsuń
  3. Józef Gelbard

    Przyszły lata siedemdziesiąte (ub. w.). W astrofizyce posucha konceptualna. Trzeba było szukać pomysłu, dzięki któremu utworzy się nowa nisza, bo młodzi, to naturalne, łakną kariery. Sięgnięto więc po zarzuconą stałą kosmologiczną. Przywrócono ją do równań pola. Stworzono (na papierze) nową kosmologię. Czekano z zapartym tchem na jakieś odkrycie, na obserwację, która potwierdzi to modelowanie. Pal licho, że Einstein wprowadził ją wychodząc z założenia, że Wszechświat jest statyczny.
    Pod koniec lat dziewięćdziesiątych odkryto, że supernowe Ia w odległych galaktykach (4-7 miliardów lat świetlnych), świecą słabiej, niż powinny. Wyciągnięto natychmiast wniosek, że ekspansja przyśpiesza (zamiast spowalniać, zgodnie z równaniem Friedmanna). To było to! [Czy nie pochopnie – bo oczekiwano czegoś takiego?] "Oczywiście za sprawą stałej kosmologicznej". W roku 1999 (Bug 2000) Michael Turner nazwał to coś, co przyśpiesza, ciemną energią. Do dziś nie wiadomo, jaka jest fizyczna istota tego czegoś, ale kosmologia bazująca na tym wprost rozkwita. Materiał dla bardzo wielu karier naukowych. To, że Wszechświat nie jest statyczny, już nie ważne. "Chyba Einstein mylił się sądząc, że się pomylił".
    cdn.

    OdpowiedzUsuń
  4. Ten komentarz został usunięty przez autora.

    OdpowiedzUsuń
  5. Józef Gelbard
    Zakończenie.
    A jednak, można zbudować model (matematyczny) wyjaśniający "pociemnienie" galaktyk, wyjaśniający to czymś zupełnie innym. Model ten antycypuje liczbowe wartości pociemnienia zgodnie z obserwacją. To "pociemnienie" nie ma charakteru kosmologicznego. Przecież chodzi o odosobnione zjawiska wybuchu gwiazd.
    Jeśli będę kontynuował swe wpisy, to dojdziemy do cyklu wpisów pod wielce mówiącym tytułem: "Katastrofa Horyzontalna". Tam zamierzam przedstawić ten model.

    OdpowiedzUsuń
  6. Andrzej Lach
    Nic nie porusza się w przestrzeni szybciej od światła, ale w ekspansji wszechświata chodzi o zwiększanie się przestrzeni. Ekspansja przyśpiesza, więc może dojść do sytuacji gdy wielkoskalowe struktury wszechświata będą oddalać się od siebie powyżej prędkości światła.

    OdpowiedzUsuń
  7. Zgadzam się. Tak można interpretować kosmologię na bazie OTW (możliwość ekspansji szybszej niż światło – rozchodzące się po liniach geodezyjnych, a nie euklidesowo prostych). Ale to nie jest jedyna możliwość. Właśnie przedstawiam inną. By nie było nieporozumień - nie mam zamiaru obalać OTW. To chyba najwybitniejsze osiągnięcie myśli ludzkiej i bardzo daleko mi do tego. Jestem pełen pokory dla ponad stuletnich osiągnieć najwybitniejszych z ludzi (mam na myśli też mechanikę kwantową).
    Problemu nie stanowi sama teoria. Problematyczne jest zastosowanie jej do opisu Wszechświata, który wcale nie musi być elementem układu większego. OTW jest teorią lokalną, a bardzo wiele wskazuje na to, że Wszechświat nie jest lokalny. Wydaje mi się, mam sporo powodów, by sądzić, że jest obserwowalną Wszystkością. Nie ja pierwszy to twierdzę. W swej arogancji, podjąłem więc próbę opisu Wszechświata właśnie nie bazując na OTW – bez stosowania geometrii nieeuklidesowej. Jak wiadomo (z obserwacji), geometria Wszechświata jest płaska (euklidesowa). Zobaczymy, co z tego wyjdzie – być może sprzeczność z faktami obserwacyjnymi. Jeśli tak, to swym błądzeniem wzmocnię dzisiejsze modelowanie Wszechświata.
    Józef Gelbard

    OdpowiedzUsuń