Univers in expansiuneDacă Universul se extinde, în ce se extinde el? OK, pe mine m-a preocupat întotdeauna această întrebare şi ştiu că ea este foarte, foarte ciudată. Deci, Universul este în expansiune datorită fenomenului de deplasare spre roşu (sau deplasare spre albastru, uit mereu care din ele) a luminii, dar, oricum ar fi, el se extinde sau se contractă din momentul Big Bangului.

 

 

 

Acestea fiind spuse, în ce se extinde el sau de la ce se extinde? Dacă el nu este infinit, atunci unde se află marginea sa? Cum poate arăta marginea Universului? Mintea mea tocmai a explodat.

Primesc de multe ori această întrebare şi dintr-un motiv foarte bun. Aţi urmărit un canal special, dedicat ştiinţei, în care un cosmolog energic (probabil britanic) ne vorbeşte, cu bună ştiinţă, despre modul în care Universul se extinde, ca şi cum acesta ar fi cel mai natural lucru din lume. Dar pentru cineva care nu este instruit în teoria relativităţii generalizate poate fi greu pentru a înţelege ce înseamnă, cu adevărat, un univers în expansiune.

Deci, mai întâi, să înţelegem câteva lucruri despre ce nu reprezintă expansiunea Universului.

1. În prezent, tu nu te afli în expansiune. Nici chiar Pământul. Nici măcar sistemul solar sau galaxia Calea Lactee. Expansiunea Universului se datorează gravitaţiei, ceea ce înseamnă că, în regiunile cu o densitate mare a materiei, efectele gravitaţionale ce predomină sunt în întregime locale. Ca o observaţie la acest punct, nu toate galaxiile se îndepărtează de Calea Lactee. Vecinul nostru cel mai apropiat, galaxia Andromeda, se apropie de noi cu o viteză de aproximativ 80 de km pe secundă şi se va ciocni de galaxia noastră peste câteva miliarde de ani.

2. Nu crede în metafore. De multe ori veţi vedea câteva imagini cu un balon ce este umflat. „Acest lucru este la fel ca Universul!", va spune energicul cosmolog britanic. Dar tu, fiind inteligent, vei observa că există, într-adevăr, ceva ce se află în afara universului balon şi că suprafaţa bidimensională a balonului este umflată într-o cameră tridimensională. Dar Universul nostru are doar 3 dimensiuni.*

3. Universul nu are un centru sau o margine. Noi nu suntem de fapt siguri dacă Universul este infinit de mare sau este doar foarte, foarte mare, dar dacă această ultimă ipoteză este corectă, ea înseamnă că dacă aţi călători foarte departe, într-o singură direcţie, în cele din urmă v-aţi întoarce din locul din care aţi pornit. Cred că acesta ar fi universul lui Pac-Man, dar fără fantome sau fructe. Practic vorbind, iată cum înţelegem noi viteza de expansiune (şi mărimea Universului). Pentru centru, analogia balonului este, în acest caz, destul de utilă. Sigur, s-ar părea că toate galaxiile se află într-o mişcare de îndepărtare faţă de noi, dar, din perspectiva lor, fiecare altă galaxie pare a se afla în centrul Universului. Vă asigur că aceasta este doar o iluzie.

Deci, în ce se extinde Universul? În nimic. Nu există niciun dulap de depozitare cosmic care aşteaptă să fie umplut cu lucruri. Dar pentru a înţelege de ce, să vedem ce ne spune relativitatea generală despre spaţiu-timp.


În GR (relativitate generală), cum o indică specialiştii, proprietatea cea mai importantă a spaţiului (şi timpului) este distanţa (şi intervalul de timp) dintre două puncte. De fapt, valoarea distanţei defineşte în întregime spaţiul. Evoluţia în timp a distanţelor este influenţată de cantitatea de materie şi de energie din Univers, iar prin trecerea timpului scara distanţelor creşte şi se măresc şi distanţele dintre galaxii. Dar, şi aici e partea ciudată, ea face acest lucru fără ca galaxiile să se deplaseze, de fapt.

Ştiu că intuiţia voastră, în acest moment, este la pământ. A mea, de asemenea, dar asta nu ne împiedică să explorăm unele dintre implicaţiile ciudate ale acestor afirmaţii.

În primul rând, tu, probabil, crezi că galaxiile se îndepărtează în zbor de noi. Nu este adevărat. Aceasta este una dintre acele realităţi care sunt, de obicei, măturate şi ascunse sub covor, deoarece producătorii de canale de ştiinţă nu au aceeaşi încredere în tine ca mine.

„Dar stai!", unii dintre cei mai cunoscători în ale ştiinţei dintre voi, vor putea spune, „Noi măsurăm deplasarea Doppler a galaxiilor îndepărtate". Aceasta este aşa-numita „deplasarea spre roşu", pe care PVIII a menţionat-o în întrebarea sa şi aici, pe Pământ, o deplasare Doppler se aseamănă cu sirena unei ambulanţe. Ea este un indicator de încredere a mişcării. Dar aceasta nu are loc la o scară cosmologică. Ceea ce se întâmplă, cu adevărat, este că scara distanţelor din spaţiu se măreşte, din momentul în care lumina a fost emisă de la o galaxie îndepărtată până în momentul în care ea ajunge la ochii voştri. Pe măsură ce spaţiul se extinde, lungimile de undă de fotonilor se măresc şi lumina ne apare mai roşie.

Această imagine a Universului vă poate ajuta să înţelegeţi o altă întrebare des întâlnită: „Se extinde Universul mai repede decât lumina?" Este absolut adevărat că pentru cele mai îndepărtate galaxii creşterea distanţei acestora faţă de noi are loc mai repede decât viteza luminii, dar ce contează? Galaxiile nu se deplasează mai repede decât lumina (acestea sunt încă în repaus), şi, mai important, expansiunea rapidă a Universului nu te ajută, de fapt, cu nimic. De exemplu, tu nu ai putea folosi expansiunea Universului pentru a trimite un pachet de îngrijire, sau orice altă informaţie, către o galaxie îndepărtată mai repede decât un semnal luminos, ceea ce înseamnă că viteza luminii este o limită de viteză universală.

Am descris modul în care are loc expansiunea cosmologică pe baza principiilor general acceptate (sau cel puţin ale relativităţii generale), dar voi termina cu ceva ce nu înţelegem în prezent. Tot ce-am arătat mai sus funcţionează perfect, dacă există spaţiul care urmează să se întindă. Dar ce s-a întâmplat, la început, pentru a se crea acest spaţiu din, literalmente, nimic? Fizica nu are încă un răspuns la această întrebare şi mă tem că, probabil, vom mai avea de aşteptat, cel puţin până când va exista o teorie a gravitaţiei cuantice.

* Ştiu că cel puţin o persoană are de gând să scrie în secţiunea de comentarii despre teoria corzilor şi cum Universul ar putea avea, într-adevăr, 10 dimensiuni. Tocmai ai câştigat o stea de aur. Cu toate acestea: a) noi nu avem nevoie de o teorie a corzilor pentru a înţelege Universul în expansiune. Relativitatea generală obişnuită explică acest proces şi încă foarte bine şi b) există mult mai multe dovezi că relativitatea generală este chiar mai corectă decât teoria corzilor.



Traducere de Cristian-George Podariu după if-the-universe-is-expanding-whats-it-expanding-into.