Panoráma
A ma elfogadott elképzelésünk szerint a galaxisok távolodásának oka az univerzum tágulása

Minden, amit a táguló térről tudhatunk

Horányi Gábor

2018. október 11. 18:25

A Nap körül keringő Föld a Tejútrendszer nevű galaxisban van. A Földről megfigyelve az univerzum galaxisainak milliárdjait arra a következtetésre jutottunk, hogy azok távolodnak a galaxisunktól, mégpedig minél messzebb vannak, annál nagyobb sebességgel.

Az egész jelenség olyan, mintha majd’ 16 milliárd évvel ezelőtt felrobbant volna valamilyen nagyon sűrű anyag, ott, ahol most a Tejútrendszer található, s a galaxisok, mint e robbanás repeszei, repülnek szerteszét, mindegyik tőlünk távolodva. Innen származik a nem túl szerencsés „ősrobbanás” elnevezés, mely arra az eseményre vonatkozik, amely jelenlegi tapasztalatainkból visszakövetkeztetve közel 16 milliárd évvel ezelőtt történt, már amennyiben megtehetjük, hogy jelen tapasztalataink alapján összeállított filmünket visszaforgatjuk egy olyan időtartományba, amelyben már nem állíthatjuk biztosan, hogy fizikai lemarásunk érvényes marad. A másik nehézség a nagy robbanás képével, hogy nem indokolja a galaxisok távolságukkal egyenesen arányos sebességű távolodását. Hiszen ha felrobban valami, s a darabok szétrepülnek, ezek sebessége nem növekszik a szétrepülés során. Az „ősrobbanás” megfigyelt tényeinek magyarázatára tehát éppen a robbanás képe nem alkalmas. A ma elfogadott elképzelésünk szerint a galaxisok távolodásának oka az univerzum tágulása. A szemléletünk számára a nehézséget ebben a modellben az okozza, hogy azokat a dolgokat, melyeket tágulni, azaz méreteiben növekedni látunk, mind a térben látjuk.

Ezzel szemben az univerzum tágulása magának a térnek tágulását jelenti, s ezt nagyon nehéz elképzelni. Ha a teret úgy tesszük szemlélhetővé, hogy három egymásra merőleges tengellyel meghatározott, minden irányban végtelen koordinátarendszer rácspontjait képzeljük magunk elé, akkor a tér tágulása ezen rácspontok távolodását jelentené. A tágulás azzal jár, hogy méterrúdjaink az idő múlásával, a tértágulás következményeként egyre nagyobb számban férnek el két kellően távoli rácspont közé. A tágulás tehát a rácspontok, vagy ha úgy tetszik a galaxisok távolságának növekedésében nyilvánul meg. Nyilvánvaló, hogy a nagyobb távolságra levő rácspontok között az időegységre jutó térnövekedés arányosan nagyobb lesz, vagyis két galaxis közöttitávolság az idő múlásával egyre gyorsabban növekszik, ami megfelel annak a képnek, hogy a galaxisok Tejúttól való távolodásának sebessége egyenesen arányos a Tejúttól vett távolságukkal. Ugyanakkor a Tejútrendszer ebben a modellben nem rendelkezik semmilyen kitüntetett szereppel. A végtelen, táguló euklideszi tér minden egyes galaxisán ugyanazt tapasztalnánk, a galaxisok annál nagyobb sebességgel távolodnak, minél távolabb vannak a megfigyelőtől. Azaz a tér tágulásának hipotézise cáfolja azt a feltevést, hogy az emberi faj helye kitüntetett a Világegyetemben, vagy akár létezne valamiféle közepe az univerzumnak. Izgalmas lehetőséget fogalmazott meg kollégáival Fred Hoyle, aki a fantasztikus irodalomban is maradandót alkotott. Hoyle szerint a tapasztalatainkat úgy is értelmezhetjük, hogy azt feltételezzük, nem a tér tágul, hanem méterrúdjaink zsugorodnak az idő előrehaladtával. A Hoyle-féle állandó, de tágulni látszó világegyetem elképzelése akkor kerülhet összhangban fizikai törvényeinkkel, ha feltételezzük, hogy az univerzum anyaga nem állandó, annak mennyisége folyamatosan növekszik az idő múlásával, azaz anyag keletkezik a semmiből. Miután nyilvánvalóvá vált a kozmológusok számára, hogy az univerzum tágulásának mértéke, s időbeli változása eltér az eredetileg feltételezett egyenletes ütemtől, s mivel ezt az eltérést a tér tágulási ütemében bekövetkezett változásként lehetett legkönnyebben értelmezni, Hoyle „állandó állapot” elmélete háttérbe szorult. Ha elfogadjuk a tér tágulásának elméletét, akkor nincs értelme arról beszélnünk, hogy hol történik a tágulás, hiszen a tágulás nem a térben történik, hanem maga a tér tágul.

A galaxisok egymástól vett távolodása nem jelenti azt, hogy a galaxisok mozognak. Távolságuk azért nő, mert a köztük lévő tér tágul, de ők maguk mozdulatlanok, nyugalomban vannak a tér általuk elfoglalt pontjához képest, mintha horgony rögzítené őket. Így aztán semmi értelme a galaxisok mozgását a szétrepülő repeszekhez hasonlítani, hiszen a repeszek mozgása valódi, a térben történik. A tér tágulásának modelljét egy felfúvódó léggömb példázatával is be lehet mutatni. Innen ered az ősrobbanás-elmélet egy másik, pontosabb leírása, mely az univerzum felfúvódásával példálódzik. Képzeljünk el egy léggömböt, melynek felületére egyenletesen elszórva pontokat festünk. Ha a léggömböt felfújjuk, akkor a pontok egymástól vett távolsága növekszik, mégpedig annál nagyobb mértékben, minél messzebb voltak egymástól kezdetben a pontok. Ha a léggömb megjelölt pontjaira legyeket ültetnénk, azok a léggömb tágulásának következtében aktuális távolságukkal arányos sebességgel távolodnak egymástól, de ehhez egyik légynek sem kellene szárnyra kelnie.

A példa előnye szemléletessége, hátránya, hogy a kétdimenziós gömbfelülettel reprezentált görbült tér a mi háromdimenziós görbület nélkülinek tűnő terünkben van. Így nehézséget okoz elképzelni, hogy a léggömb felfúvódása a tér egészének tágulását jelenti. Ehhez ugyanis be kellene hatolnunk a gömbvilág „terébe”, azaz olyan, a léggömb felületén létező kétdimenziós lénynek kellene magunkat képzelni, aki mit sem sejt a harmadik dimenzióról. Terünk három dimenziós, az anyag ebben a háromdimenziós térben létezik. Abban az esetben, ha ez a tér a gömb felületéhez hasonlóan görbültnek bizonyulna, ez nem jelentené egyben egy negyedik térdimenzió fizikai létét. Még akkor sem, ha háromdimenziós terünk görbülése csak a negyedik dimenzióból lenne közvetlenül megfigyelhető. Vannak ugyanis közvetett módszerek a tér görbületének azonosítására. Jelenlegi méréseink szerint terünk valószínűleg nem görbült. Ugyanakkor, ahogy erről korábban szó esett, nem térben, hanem téridőben élünk, mely eleve négydimenziós. S ez a téridő biztosan görbült, hiszen hiperbolikus geometriájú. Hogy mit lehet mondani a téridő görbületéről, s az azt görbítő hatásokról, arról a legközelebbi cikkünkben ejtünk szót.

Hozzászólások

Kérjük a kommentelőket, hogy tartózkodjanak az olyan kommentek megírásától, melyek mások személyiségi jogait sérthetik. Egyben felhívjuk figyelmüket, hogy a kommentekhez tartozó IP címeket a rendszer elraktározza.

Önnek ajánljuk