Úvahy o kosmologii III

Pokud jste z minulého dílu pochopili, jak souvisí obecná teorie relativity s kosmologií, tak bych se moc divil. Dnes se podíváme na samotnou kosmologii a na mušku si vezmeme oblíbený modýlek nafukovacího balónku.

Vesmír je produktem zápolení temných sil. Souboj titánu.NASA

Nafukovací bublina

Těžko byste ve fyzice hledali nějaký pitomější příměr reality, než je vesmír v podobě nafukovacího balónku s tečkama. To i atom coby kulička, kterou obíhají menší kuličky, odpovídá realitě řádově asi na desátou lépe než balónek vesmíru. To málo, co z OTR zatím vím, mě vede k tomuto závěru.

Co je na balónku blbě? Zkuste si na trochu nafouklý balónek nakreslit fixou malé tečky a pak ho nafukujte víc. Co dělají tečky? Lezou od sebe, a taky se zvětšují. Jenže to, že lezou od sebe, se zdá jenom nám, pozorovatelům z jiné dimenze. Co si o tom myslí samy tečky? Nic. Vzhledem k jejich velikosti je vzdálenost mezi nimi pořád stejná. Zkuste si navíc mezi nějakými tečkami nakreslit měřítko. Třeba čtyři čárky po centimetru. Dvě tečky dělí 5 cm. Přifoukněte, a co udělá měřítko? Taky se zvětší. Přibyla mezi tečkami nějaká čárka? Nepřibyla. Tečky jsou od sebe pořád 5 cm, v měřítkách balónku. To jenom nám se zdá, že se vzdálenost nějak změnila. Pro tečky se nemění nic.

Jak se vlastně dospělo k bublině?

Podívejme se, co vlastně za tou bublinou je. Když Einstein vymyslel OTR, zjistil, že vesmír nemůže být nehybný. Pokud by galaxie "stály" na nějakých místech, dá je gravitace nakonec stejně do pohybu, protože gravitace je univerzální síla a působí na nekonečně velkou vzdálenost. Proto musí galaxie letět buďto k nám nebo od nás.

Když pak Hubble objevil, že rudý posuv je v proporci ke vzdálenosti, začalo být jasné, že se galaxie vzdalují. A když se vzdalují, musel někdy existovat okamžik, kdy byly všechny galaxie na jednom místě. Zrodila se teorie Velkého třesku plesku. No jo, jenže jak se to dál rozvíjelo, začaly se vyskytovat menší problémy. Například stáří vesmíru vycházelo tak na 13 až 15 miliard let, když by se něco někde trochu přihnulo, tak maximálně 17 miliard let, ale ne víc. Jak je potom možné, že pozorujeme objekty, které jsou od nás dál než třeba 20 miliard světelných let?

Když tedy nešla přihnout data, musel se přihnout model. Zrodil se model nafukovacího balónku, kde galaxie nikam neletí, ale unáší je pryč jakási rozpínající se časoprostorová blána. Galaxie se tzv. "pohybují spolu" a jejich lokální čas běží stejně. Rychlost světla se v tomto modelu sčítá s rychlostí blány a když se do modelu ještě vhodně naroubuje inflační fáze, můžeme rázem vidět objekty, které jsou mnohem dál, než by za dobu existence vesmíru vůbec stihly doletět.

Co je na této představě zvláštního?

Máte ještě ten balónek s tečkami? Tak ho vyfoukněte. Úplně ho vyždímejte, co se dá. Dostanou se ty tečky k sobě? Nedostanou. Budou pořád stejně daleko od sebe, v metrice toho balónku. Balónkový model prostě nevede do singularity. A kde není singularita, nemůže být ani velký třesk. A co o tom říká OTR?

Vraťme se zpět k Einsteinovi. Ten věděl, že se galaxie musí pohybovat. Opravdu POHYBOVAT. Jenom tím, že se pohnou, mohou na pravé straně rovnice změnit tenzor hmoty a energie a tím se změní nějaké parametry prostoročasu. Ale ten pohyb tam fyzicky být musí. Galaxie se pohybují, a jejich lokální časy se musí rozcházet zcela v souladu se speciální teorií relativity (STR).

Představa nafukovacího balónku se stojícími galaxiemi, v nichž běží stejný čas, je navíc naprosto antirelativistická. Mlčky totiž předpokládá existenci absolutní vztažné soustavy - to jsou ty tečky. Zkuste si za domácí úkol dokázat, že v takovémto vesmíru už není možné zadefinovat jinou inerciální (z hlediska SRT) vztažnou soustavu.

A to už se vůbec nebavím o tom, že pozorujeme objekty, jejichž vzdálenost je tak veliká, že by světlo od začátku vesmíru nemělo dostatek času, aby k nám dolétlo. A už vůbec ne o tom, že se rychlost světla sčítá s rychlostí rozpínajícího se prostoročasu. A že ta blána je v podstatě návrat k teorii etheru, které se fyzici díky Einsteinovi tak rádi zbavili.

Co o tom zase říká OTR? Dle Grygara prohlásil kdysi Einstein něco jako "Lidé dříve věřili tomu, že když z vesmíru odstraní veškerou hmotu, zbude jenom prostor a čas. Já přišel na to, že odstraníme-li z vesmíru veškerou hmotu, nezůstane ani prostor, ani čas". Toto je pravda a je to klíčová myšlenka. Prostoročas bez hmoty nic není. Nemá žádné vlastnosti. Nemůže se rozpínat ani smršťovat, a nemůže nic nikam unášet. Pokud se nějaké charakteristiky prostoročasu mění, je to tím, že se v něm mění rozložení hmoty a ne naopak.

V příštím, závěrečném, dílu tohoto seriálu si povíme o poloměru našeho vesmíru a taky předpovíme konec světa - s definitivní platností.