Strona głównaPytania → Dylatacja czasu a rozszerzanie się...

Dylatacja czasu a rozszerzanie się Wszechświata

Pytanie

Pyta Konrad

Skoro odległe galaktyki oddalają się od nas i to z tym większą prędkością im bardziej są odległe, to czy oznacza to, że im dalej od nas we Wszechświecie znajduje się dany układ, tym wolniej płynie tam czas w stosunku do naszego czasu? Jak się ma zjawisko dylatacji czasu do rozszerzania się Wszechświata?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Wyobraźmy sobie, że w każdej galaktyce umieszczamy zegar spoczywający względem
jej centrum. Czasy mierzone przez te zegary można zsynchronizować otrzymując
współrzędną w czasoprzestrzeni nazywaną ‚czasem kosmicznym’. Identyczność
czasu kosmicznego z czasem własnym każdego z rozważanych zegarów oznacza, że
jesteśmy w stanie opisać upływ czasu we wszystkich galaktykach równocześnie
bez uwzględniania jakichkolwiek efektów dylatacji.

Natomiast gdyby z odległej galaktyki wystartowała w naszą stronę rakieta, i
poruszała się tak szybko, aby pozostawać w niezmiennej od nas odległości
(kompensując efekt rozszerzania się Wszechświata), to czas mierzony przez
zegar w tej rakiecie płynąłby wolniej od czasu kosmicznego.

Do powyższej odpowiedzi warto dodać kilka zastrzeżeń:

Po pierwsze, zaniedbaliśmy niewielkie (w porównaniu z prędkością światła)
prędkości względne sąsiadujących galaktyk, np. zbliżanie się galaktyki
Andromedy do naszej Galaktyki z prędkością około 100 km/s.

Po drugie, potraktowaliśmy galaktyki jako równomiernie rozłożony we
Wszechświecie pył, co w pierwszym przybliżeniu jest zgodne z
obserwacjami. Przy takim właśnie założeniu A.Friedmann otrzymał rozwiązanie
równań Einsteina dla jednorodnego Wszechświata. W tym rozwiązaniu czas własny
każdej z cząstek pyłu równy jest czasowi kosmicznemu, pod warunkiem ustalenia
chwili początkowej (t=0) w momencie Wielkiego Wybuchu.

Po trzecie, nieco pobieżnie potraktowaliśmy fakt, że w Ogólnej Teorii
Względności sposób porównania tempa upływu czasu w odległych obiektach ma
zawsze charakter umowny. Każdy poruszający się w czasoprzestrzeni obiekt ma
swój czas własny, i tylko taki czas można faktycznie zmierzyć. Aby
jednoznacznie porównać tempo płynięcia czasów własnych dwóch obiektów, muszą
one dwukrotnie przelecieć blisko siebie (w chwili początkowej i
końcowej). Muszą w tych momentach znaleźć się na tyle blisko siebie, aby można
było zaniedbać czas potrzebny na przelot między nimi sygnału świetlnego z
informacją o aktualnych wskazaniach zegarów. W przeciwnym przypadku trzeba by
w obliczeniach uwzględnić, że emisja i odbiór sygnału nastąpiły w różnych
punktach zakrzywionej czasoprzestrzeni. Jeśli punkty te są odległe, to
porównanie tempa upływu czasów własnych w mniejszym lub większym stopniu
wymaga poczynienia dodatkowych umownych założeń co do tego, które zdarzenia
traktujemy jako równoczesne. Taka umowa tkwi w definicji czasu kosmicznego, w
której odwołujemy się do postaci rozwiązania równań Einsteina w pewnym
konkretnym układzie współrzędnych czasoprzestrzennych.