Zasada kosmologiczna - trzy modele Wszechświata

Zasada kosmologiczna.

Trzy modele Wszechświata.

Przede wszystkim powinniśmy się liczyć z możliwością, a nawet koniecznością istnienia kosmologicznego czasu uniwersalnego, 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 wszystkie razem w tym samym momencie. Interesujące, że do tak daleko posuniętego wniosku dojść można już w wyniku przyjęcia (a priori) zasady kosmologicznej. 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? Od razu zauważamy możliwość istnienia trzech modeli spełniających naszą zasadę. Oto one:

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. Czy jednak istnienie innych, tych lokalnych, prędkości 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. Może więc prędkość średnia równa jest zeru? Obserwacje astronomiczne potwierdzają istnienie ruchów względnych galaktyk (w każdym razie ruchów galaktyk względem nas). Na przykład słynna galaktyka w Andromedzie (M 31) zbliża się do nas z prędkością około 300 km/s. Zasada względności ruchu byłaby więc także tu nieubłagana gdyby nie to, że mowa tu o prędkości średniej, a nie faktycznie zerowej prędkości wszystkich obiektów. Zatem możliwość ta jest mimo wszystko do przyjęcia. Czy zatem model ten odpowiada rzeczywistości? Roztrzygnięcie dać może tylko obserwacja, choć jeśli opowiemy się za tym właśnie modelem, sprawa jest zakończona. Dalsze poszukiwania nie mają sensu. Co będziemy potem robić? Pocieszać może tylko to, że założona tu ,,zasadnicza statyczność” 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. Jak się to ma do modelu drugiego, zaprezentownego powyżej, zakładającego przezcież ogólną, powszechną statyczność? W każdym razie zgodność jest dość problematyczna. Na szczęście mamy w zanadrzu jeszcze jedną możliwość:

3. Prędkości radialne są różne i zależą od odległości, w sposób matematycznie zdefiniowany. W najprostszym przypadku (te najprostsze przypadki przy opisie przyrody należy preferować, nie bacząc na człowieka, który zgodnie ze swa naturą wszystko komplikuje) 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 trzeciego wariantu. Zatem Wszechświat zgodnie z tym modelem bądź się rozszerza, bądź też kurczy. Model taki nie jest już modelem statycznym. Wszechświat rozwija się bowiem w określonym kierunku, ewoluuje. Sama zmienność sugerowałaby przy tym bądź istnienie absolutnego początku (kiedyś w przeszłości) lub dążenie, od nieskończonego dawna ku ostatecznemu końcowi, sprowadzającemu się do punktu lub też...cykliczność zmian. Co lepsze? To trop godny uwagi. Na możliwość cykliczności zwróciłem uwagę już w pierwszej notce. Dodać do tego można, że pomimo postulowanej tu proporcjonalności prędkości do odległości, prędkość ta nawet nie osiąga prędkości światła. Jakżesz to? Zobaczymy dalej.

Zatem, przypuszczać można, że wszystkie modele zbudowane na bazie proporcjonalności spełniają zasadę kosmologiczną. Czy również model, w którym proporcjonalne do odległości jest przyśpieszenie? 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, a to jednak prowadzi do wniosku o stałości prędkości (określonego obiektu), do zgodności, tak by stwierdził uczeń, powszechnego ruchu kosmologicznego 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). Tym wracamy do roboczego założenia, od którego zaczęliśmy opis modelu trzeciego...pod warunkiem, że prędkość światła jest absolutnie niezmienna. A może jednak się zmienia?

Można jednak do sprawy podejść inaczej. Zasada kosmologiczna jest niemiennicza 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 przyśpieszenia (lub opóźnienia) za realną. A co z siłami? Otóż, jeśli przyjmiemy, że rozszerza się przestrzeń, nie ma mowy o ruchu w sensie newtonowskim. Zatem "wszystko w porządku". A jeśli wbrew wszystkiemu chodzi o rzeczywisty ruch rozbiegających się galaktyk? To raczej trudno mówić o przyśpieszeniu (lub opóźnieniu), a naukę o Wszechświecie należałoby budować od początku...