Strona głównaPytania → Jakim czasem mierzymy wiek Wszechświata?

Jakim czasem mierzymy wiek Wszechświata?

Pytanie

Pyta Andrzej

Gdy mówimy, że wiek Wszechświata wynosi ok. 13,8 mld lat, to jakim pojęciem czasu posługujemy się? Czy pojęciem czasu kosmicznego, związanym z OTW, czy w sensie STW, w którym układem odniesienia jest Słońce, czy w jeszcze jakimś innym?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Okołów

Wiek Wszechświata jest pojęciem, które definiujemy zazwyczaj w oparciu o tzw. jednorodne i izotropowe modele wszechświata. Modele te zakładają, że czterowymiarową czasoprzestrzeń utworzoną ze wszystkich zdarzeń składających się na cały Wszechświat można przedstawić jako zbiór trójwymiarowych jednorodnych i izotropowych przestrzeni — jednorodność oznacza tu, że warunki fizyczne w dowolnych dwóch punktach należących do takiej przestrzeni są jednakowe, a izotropowość oznacza, że w każdym punkcie takiej przestrzeni warunki fizyczne nie wyróżniają żadnego kierunku. W szczegółności oznacza to, że rozkład materii wypełniającej taką przestrzeń nie wyróżnia ani punktów ani kierunków.

Modele jednorodnego i izotropowego wszechświata mają jedna wspólną cechę: otóż w tych modelach Wszechświat ma swój początek zwany Wielkim Wybuchem. A skoro tak, to pojawia się pytanie, jak określić czas, który upłynął od Wielkiego Wybuchu do ustalonego zdarzenia $Z$, czyli jaki jest wiek Wszechświata w momencie zachodzenia tego zdarzenia.

Naturalna odpowiedź na to pytanie polega na wprowadzeniu hipotetycznego obserwatora, którego linia świata rozpoczyna się w Wielkim Wybuchu i przechodzi przez zdarzenie $Z$ i który niezmiennie pozostaje w spoczynku względem tej części materii wypełniającej Wszechświat, która znajduje się w jego najbliższym otoczeniu. Upływ czasu pomiędzy Wielkim Wybuchem a zdarzeniem $Z$ zmierzony przez zegar tego obserwatora jest z definicji wiekiem Wszechświata w momencie zachodzenia zdarzenia $Z$.

Zakładając, że rzeczywisty Wszechświat jest z dobrym przybliżeniem jednorodny i izotropowy można próbować wyznaczyć jego wiek w sensie określonym powyżej. Oczywiście tak rozumiany wiek Wszechświata nie jest wielkością bezpośrednio mierzalną, ale w jednorodnych i izotropowych modelach istnieje zależność pomiędzy wiekiem Wszechświata a wielkościami, które można oszacować na podstawie obserwacji astronomicznych, co pozwala na określenie tego wieku.

Jako uzupełnienie tej odpowiedzi warto przeczytać odpowiedzi na pytania „Jak obliczyć wiek wszechswiata?” oraz „Wiek wszechświata a teoria względności”.