Strona głównaPytania → Era Plancka, stożek świetlny i...

Era Plancka, stożek świetlny i obserwowany ułamek Wszechświata

Pytanie

Pyta Grażyna

Od razu: jestem kompletnym laikiem — to apel o możliwie łopatologiczne odpowiedzi, co wiem, że dla fachowca trudne :). Jeśli era Plancka byłaby bezczasowa, a to przecież poważne przypuszczenie, to jak może ona trwać określony czas? Nawet tak minimalny. Nie rozumiem (było w jednym z wykładów jako coś oczywistego) dlaczego jesteśmy w stanie poznać tylko ułamek Wszechświata. Tam było, że widzimy tylko stożek, bo tak biegnie światło, podobnie jak widzimy oczami. Ale jak się lekko odwrócę, to już widzę następny kawałek. No i gdyby tak umieścić teleskopy wokół Ziemi w odpowiednich odstępach, to nie widzielibyśmy całości?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Za tzw. erę Plancka uznaje się pierwszy niezwykle krótki okres istnienia Wszechświata, który (wg naszej obecnej wiedzy) trwał ok. $10^{-43}$ sekundy (tzn. 10 do potęgi -43, czyli liczbę postaci 0,00…..001, gdzie jedynka po przecinku pojawia się na 43. miejscu). Co się działo od tego mniej więcej momentu jesteśmy w stanie jakoś wydedukować z różnych obserwacji astronomicznych i jest to zgodne z różnymi teoriami które znamy (teorią cząstek elementarnych, ogólną teorią względności, etc.). Natomiast nie wiemy co mogło się dziać przez ten pierwszy ułamek sekundy i żadna obecnie znana i potwierdzona doświadczalnie teoria tego nie jest w stanie opisać. Natomiast przytoczone określenie, że era Plancka miałaby być „bezczasowa”, pojawiło się zapewne podczas wykładu prof. Hellera, w podobnym kontekście jak np. na dole strony w takim artykule (który oczywiście warto przeczytać w całości) także jego autorstwa.

Ułamek Wszechświata jesteśmy w stanie poznać dlatego, że nic — w tym światło — nie może poruszać się szybciej niż ok. 300000 km/s (czyli właśnie prędkość światła). Wiemy skądinąd, że Wszechświat istnieje ok. 14 miliardów lat — zatem z naszego punktu widzenia możemy analizować tylko to światło, które w czasie tych co najwyżej 14 miliardów lat zdążyłoby do nas dolecieć. Odległość którą światło pokonuje w ciągu jednego roku nazywana jest rokiem świetlnym — zatem odległość, którą światło może pokonać w ciągu 14 miliardów lat, to 14 miliardów lat świetlnych. Jeśli jakiś obiekt znajdowałby się dalej niż ta odległość, to w dotychczasowym czasie istnienia Wszechświata po prostu światło od niego nie zdążyłoby jeszcze do nas dotrzeć, więc nie bylibyśmy się w stanie w żaden sposób go dojrzeć. W tym sensie możemy obserwować tylko kawałek Wszechświata i z tego też powodu nie wiemy (i można mniemać, że nigdy się nie dowiemy), co może się znajdować dalej niż 14 miliardów lat świetlnych od nas.

Wspomniany w pytaniu stożek odnosi się do tzw. stożka świetlnego, który graficznie reprezentuje fakt rozchodzenia się światła ze skończoną prędkością. Nie jest to zatem stożek tylko „przestrzenny” (w takim sensie, w jakim w przestrzeni np. trójwymiarowej wyobrażamy sobie bryły geometryczne), lecz istnieje on w czasoprzestrzeni, tzn. przestrzeni uwzględniającej przestrzeń oraz czas. Więcej szczegółów na ten temat (w tym ilustrację stożka świetlnego) znaleźć można tutaj. Jeśli  wierzchołek takiego stożka oznacza punkt (w przestrzeni i czasie) w którym emitowane jest światło (punkt A na rysunku stożka świetlnego w tym odnośniku), to nie jest możliwa obserwacja tego zjawiska (czyli emisji światła) w punktach znajdujących się na zewnątrz tego stożka (np. w punkcie C). W tym sensie stożka świetlnego można użyć do ilustracji, które zjawiska mogą być z sobą połączone w sposób przyczynowo-skutkowy, a które nie.