Strona głównaPytania → Koniec prawa Hubble’a?

Koniec prawa Hubble’a?

Pytanie

Pyta Piotr

Nasza fizyczka mówiła, że niedawno odkryto nową teorię, która przekreśla teorię Hubble'a chyba (o ile się nie pomyliłem), że Wszechświat rozszerza się równomiernie, natomiast niedawno podobno wyszła teoria, że on cały czas przyśpiesza, czyli na krańcu Wszechświata może być jakaś ogromna masa materii, która coraz silniej oddziałuje na materię we Wszechświecie.

Odpowiedź

Odpowiada Michał Różyczka

1. Edwin Hubble (czytaj „habl”) nie stworzył żadnej teorii, lecz odkrył jeden z „kamieni węgielnych” współczesnej kosmologii. Stwierdził mianowicie, ze galaktyki oddalają się od nas, przy czym prędkość danej galaktyki jest tym większa, im dalej ta galaktyka od nas leży. Efekt ten jest opisany tzw. prawem Hubble’a: $v=H\cdot r$, gdzie $v$ to prędkość oddalania się galaktyki od obserwatora, $r$ to odległość tej galaktyki od obserwatora, zaś $H$ to tzw. stała Hubble’a.

2. W ogólnej teorii względności nie jest on interpretowany jako rozbieganie się galaktyk w nieruchomej przestrzeni, lecz jako unoszenie galaktyk przez rozdymającą się przestrzeń. Poglądowy model: galaktyki to rodzynki, a przestrzeń to ciasto, w którym te rodzynki tkwią. Gdy ciasto rośnie, unosi rodzynki w taki sposób, ze każda oddala się od wszystkich innych, przy czym ich prędkości spełniają prawo Hubble’a.

3. Wszystkie galaktyki przyciągają się nawzajem. To przyciąganie działa jak wszechobecny „kosmiczny hamulec”, który spowalnia tempo rozdymania się (bardziej fachowo: „ekspansji”) przestrzeni. Spodziewano się wiec, ze tempo ekspansji maleje z upływem czasu.

4. 10 Lat temu odkryto jednak, ze od ok. 6-7 mld lat przestrzeń ekspanduje coraz szybciej – tak, jakby we Wszechświecie oprócz przyciągającej siły grawitacji działała jakaś siła odpychająca. Obserwacje te nie są jeszcze w 100% pewne, ale wydaje się, ze margines niepewności jest niewielki. Tajemniczy „odpychający” czynnik nazwano „ciemną energią”. Na razie to tylko nazwa, za którą nie kryje się żaden rodzaj energii czy materii, ani żaden konkretny mechanizm fizyczny – po prostu nikt jeszcze nie jest pewien, z czym właściwie mamy do czynienia.

5. W ostatnich miesiącach pojawiły się nowe fakty. Po pierwsze – okazało się, ze niektórzy obserwatorzy mogą stwierdzić wzrost tempa ekspansji nawet wtedy, gdy żadnej ciemnej energii we Wszechświecie nie ma. Taki wzrost zaobserwuje na przykład ktoś, kto mieszka w pobliżu środka ogromnego obszaru, w którym średnio jest znacznie mniej materii niż poza nim. Oczywiście jest mało prawdopodobne, żebyśmy się znaleźli prawie dokładnie w środku takiej „kosmicznej pustki”, ale można podać inne, bardziej realistyczne przykłady. Nie znaczy to jednak, ze już na pewno można wykluczyć ciemna energie. Po drugie – w prędkościach galaktyk odkryto prawidłowości, które najłatwiej jest zinterpretować zakładając, że gdzieś bardzo daleko od nas znajduje się wielkie skupisko materii (te obserwacje także wymagają potwierdzenia). Chodzi tu jednak nie o prędkości wynikające z prawa Hubble’a, lecz o tzw. prędkości własne. Wróćmy do naszego modelu i wyobraźmy sobie, ze rodzynki nieco się przesuwają względem wyrastającego ciasta. Prędkości ich ruchów względem ciasta to właśnie prędkości własne. Być może nauczycielka miała na myśli którąś z tych dwóch nowinek naukowych. Żadna z nich nie obala jednak prawa Hubble’a. Polecam numer Świata Nauki z maja 2009 r, w którym poruszony jest temat ciemnej energii i „pozornej ciemnej energii”.