Czytaj dalej

Pamiętacie bajkę o Złotowłosej i trzech niedźwiadkach? Choć może wydać się to dziwne, imię tej bajkowej postaci trafiło na stałe do kosmologicznego żargonu.

Brzmiało to jakoś tak. Pewnego dnia dziew­czynka, nie słu­cha­jąc zaleceń matki, zboczyła ze ścieżki i zgubiła się w lesie. Błądząc kilka godzin trafiła wreszcie do chatki misiów, które akurat wyszły na spacer. Zło­to­wło­sej burczało w brzuchu, więc zapukała do drzwi, a gdy nikt nie odpo­wie­dział, posta­no­wiła wejść do środka do środka. Wnet ujrzała zakryty stół i przy­go­to­wany obiad dla trzech osób. Usiadła na wielkim krześle i bez skrę­po­wa­nia zjadła łyżkę owsianki z wielkiej miski. Ta owsianka okazała się za słona, a krzesło za twarde, więc zmieniła miejsce – usiadła na średnim krześle i spró­bo­wała owsianki ze średniej miski. Tym razem danie było cał­ko­wi­cie pozba­wione soli, a krzesło za miękkie. Dopiero po usa­do­wie­niu się na ostatnim miejscu Zło­to­włosa krzyk­nęła: Pyszne! A i krze­sełko jest w sam raz dla mnie.

Opo­wiastka ta nabiera szcze­gól­nego zna­cze­nia w odnie­sie­niu do jednego z naj­więk­szych pro­ble­mów doty­czą­cych losu wszech­świata. Jeżeli okaże się, że ogólny kształt naszego uni­wer­sum można określić jako płaski, to mamy szczę­ście żyć w wyjąt­ko­wym świecie Zło­to­wło­sej.

O wszyst­kim decyduje jeden parametr, ukryty przez kosmo­lo­gów pod grecką literą Ω. Omega wskazuje na stosunek całej masy jaka istnieje, do ilości masy potrzeb­nej do osią­gnię­cia stanu rów­no­wagi wszech­świata. Suma materii we wszyst­kich gwiaz­dach, układach pla­ne­tar­nych, pyłach, gazach, czarnych dziurach, ciemnej materii, poje­dyn­czych cząst­kach i całej reszcie  zade­cy­duje o tym co stanie się z kosmosem w dalekiej przy­szło­ści. Jeżeli hipo­te­tycz­nie omega wynio­słaby 0,5, wszech­świat zawie­rałby jedynie połowę masy jaka jest konieczna do spo­wol­nie­nia roz­sze­rza­nia się prze­strzeni. Eks­pan­sja przy­śpie­sza­łaby bez końca. Przy omedze równej, dajmy na to 10, wszech­świat posia­dałby dzie­się­cio­krot­nie więcej masy niż potrzeba do zatrzy­ma­nia eks­pan­sji. Całość po pewnym czasie zaczę­łaby się na powrót kurczyć, aż do wiel­kiego kolapsu. Jaka­kol­wiek omega różna od 1 wskazuje na nie­sta­bil­ność uni­wer­sum. Tylko “jedynka” zapewnia wszech­świat Zło­to­wło­sej, wszech­świat w sam raz: taki, w którym eks­pan­sja przy­ha­muje, ale nigdy nie dojdzie do skurczu.
Zagadka omegi elek­try­zuje całe zastępy naukow­ców od kil­ku­dzie­się­ciu lat. Zazna­czyła się wśród nich para z Prin­ce­ton – Jim Peebles i Robert Dicke – uwa­ża­jąca, że omega nie tylko może, ale wręcz powinna wynosić dokład­nie 1. Naukowcy wyszli z zało­że­nia, że parametr różny od 1 spo­wo­do­wałby zagładę wszech­świata w samym zalążku, tuż po wielkim wybuchu. A skoro omega wynosiła 1 przed trzy­na­stoma miliar­dami lat, powinna wynosić tyle samo obecnie, ponieważ ilość materii wokół nas nie ulega zmianie. Niestety teoria Peeblesa i Dicke’a wymagała nie­zwy­kle trudnych obser­wa­cji, które dowio­dłyby, że wszech­świat w dalekiej przy­szło­ści zwolni i utrzyma równowagę.

No tak, ale w 2011 Saul Per­l­mut­term i spółka dostali Nobla za udo­wod­nie­nie czegoś odwrot­nego:  wszech­świat cały czas przy­śpie­sza! Na szczę­ście udało się znaleźć panaceum na tę bolączkę i to całkiem ele­ganc­kie. Coraz szybsza eks­pan­sja rze­czy­wi­ście sugeruje zbyt małą ilość masy, a więc omegę znacznie niższą od 1. Ale co się stanie gdy do całej ist­nie­ją­cej materii dodamy energię? Dzięki Ein­ste­inowi wiemy, że to dwa objawy tego samego, masa może być trak­to­wana jako energia i odwrot­nie. Para­dok­sal­nie energia roz­pę­dza­jąca wszech­świat, , ozna­czana w kosmo­lo­gii jako parametr lambda, stanowi bra­ku­jącą masę wszech­świata. Obecnie szacuje się, że na masę rze­czy­wi­sto­ści składa się w około 30% materia, a w 70% roz­py­cha­jąca ją energia. Co ważne, obli­cze­nia i obser­wa­cje odle­głych super­no­wych wskazują, że naj­praw­do­po­dob­niej omega to rze­czy­wi­ście 1! O tym jak istotna to była idea, może świad­czyć tytuł artykułu jednego z pre­kur­so­rów poszu­ki­wań ciemnej energii Michaela Turnera: “Czy kosmo­lo­gia została wyja­śniona? Być może”.

Magiczna “jedynka” oznacza płaskość. Ciężką do wyobra­że­nia w sensie geo­me­trycz­nym, ale jednak płaskość. Wszystko co nas otacza zawiera pewną masę. Nawet pusta z pozoru prze­strzeń, zgodnie z zasadami mecha­niki kwan­to­wej, nasą­czona jest cząst­kami wir­tu­al­nymi, których nie można igno­ro­wać. Odwołam się kolejny raz do Alberta Ein­ste­ina: masa zagina cza­so­prze­strzeń. Choć trudno to sobie uzmy­sło­wić, cały trój­wy­mia­rowy wszech­świat zależnie od wartości omegi może się odkształ­cać. Istnieją trzy opcje: zamknięta gdy omega > 1, otwarta przy omedze < 1 i płaska przy równej 1. Oczy­wi­ście sama krzy­wi­zna kosmosu nie ma dla nas więk­szego zna­cze­nia, bo widzimy jedynie jego skrawek. Podobnie jak w przy­padku planety – lokalnie Ziemia jest płaska, choć spo­glą­da­jąc z dystansu wiemy, że mamy do czy­nie­nia z ciałem okrągłym. Jednakże, jak wspo­mnia­łem, kształt wszech­świata ma kluczowe zna­cze­nie dla jego przy­szłych losów. Oprócz tego, ewen­tu­alna płaskość daje silne podstawy pod teorię wiel­kiego wybuchu. Wydaje się, że dla wszech­świata Zło­to­wło­sej łączny bilans energii wynosi 0, a taki wszech­świat mógł powstać z niczego (kon­se­kwen­cje? Odsyłam do tego tekstu). Jako zwykłe kwantowe zabu­rze­nie czasoprzestrzeni.

Zakończę tym samym zdaniem, którego użył w swoim artykule Michael Turner: Zbliżają się ciekawe czasy dla kosmo­lo­gii. Trudno się z nim nie zgodzić.
Literatura uzupełniająca:
L. Krauss, A Universe From Nothing, wykład dla RDF;
M. S. Turner, Cosmology Solver? Maybe, Ned.ipac.caltech.edu;
R. Panek, Ciemna Strona Wszechświata. W poszukiwaniu brakujących składników rzeczywistości, Warszawa 2011.
podpis-czarny
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.