dokowski
27.03.05, 15:08
... wprowadza w błąd.
Jak wiadomo niektórzy popularyzatorzy fizyki upodobali sobie objaśnianie
rozszerzania się Wszechświata przy pomocy analogii do modelu nadmuchiwanego
balonu. Pomijają przy tym opis źródła energii, która ten balon nadmuchuje,
więc i ja pominę tego Boga, który dmucha.
Skupmy się więc na samej powierzchni i dwóch galaktykach, które tkwią w (na)
tej powierzchni. Dla uproszczenia zakładam, że odległość między galaktykami
jest na tyle duża, że efekty ich grawitacyjnego przyciągania są nieistotne w
tak krótkim okresie czasu, jaki będę rozważać.
Dalej zakładamy, że nie będziemy wnikać w to, jak to się dzieje fizycznie, że
wzrasta ilość przestrzeni czyli ilość tej powierzchni balonu. Zakładamy po
prostu, że powierzchnia jakoś się "rozszerza" czyli, że gdyby udało nam się
jakoś postawić na tej powierzchni bezmasowe kolorowe kropki, to te kropki by
się od siebie oddalały. Pomińmy fizyczny opis tych kropek i załóżmy po
prostu, że przestrzeń może się rozszerzać.
Mamy więc dwie galaktyki i rozszerzającą się przestrzeń między nimi i wokół
nich. Widzimy więc dwie galaktyki leżące obok siebie na powierzchni dużego
balonu, który jest nadmuchiwany. Kluczowe pytanie jakie się nasuwa, to:
CZY istnieje TARCIE pomiędzy galaktyką a powierzchnią balonu?
Gdyby tarcie istniało, to nasi fizycy obserwowaliby je w postaci sił
oddziaływania pomiędzy przestrzenią a materią. Jak wiadomo żadne takie
oddziaływanie nie istnieje. Musimy więc przyjąć, że nie ma tarcia między
materią a przestrzenią - galaktyki swobodnie ślizgają się po powierzchni
balonu.
Czy już widzicie do czego zmierzam? Galaktyki nie będą się od siebie oddalać
pod wpływem nadmuchiwania balonu. Kolorowe kropki namalowane na powierzchni
będą sobie przelatywały obok galaktyk, a galaktyki będą sobie leżały na tej
superśliskiej powierzchni w niezmienionej odległości. Superśliska
powierzchnia balonu nie jest w stanie poruszyć ciężkich galaktyk.
Rozumiecie więc już, że Wszechświat nie rozszerza się dlatego, że rozszerza
się przestrzeń. Wszechświat rozszerza się z tej przyczyny, że materia
Wszechświata się rozprasza. Jest to zresztą prosta konsekwencja OTW, z której
wynika, że geometria Wszechświata jest skutkiem rozkładu materii.
Analogia rozszerzającego się balonu jest dobra o tyle, że pokazuje możliwy
rozkład materii we Wszechświecie, powierzchnia balonu jest jedynie
geometrycznym opisem rozkładu "przestrzennego" rozpraszającej się materii
Wszechświata.
A teraz akapit dla fizyków zaawansowanych i prawdziwych miłośników fizyki.
Nieco trudniej jest opisać globalnie taki superśliski balon i zachowanie się
wszystkich galaktyk na powierzchni takiego balonu. Do opisu zachowania
takiego modelu służy pojęcie tzw. spontanicznego łamania symetrii. Otóż
okazuje się, że przy założeniu idealnej sferyczności balonu i przy założeniu
całkowitego braku tarcia między galaktykami a przestrzenią, kwantowe prawa
fizyki nieuchronnie prowadzą do tego, że taki balon musi spontanicznie wybrać
dowolny punkt, wokół którego gęstość materii będzie malała o wiele szybciej
niż w jakimkolwiek innym miejscu tego balonu. Nawet jeżeli galaktyki
zaczęłyby się od siebie oddalać pod wpływem jakichś sił prostopadłych do
powierzchni balonu, to i tak bezwładność tych galaktyk spowoduje, że
stosunkowo szybko superśliska powierzchnia balonu wypłynie spod tych galaktyk
tak, że prawie wszystkie galaktyki Wszechświata zbiorą się na powierzchni
jednej półkuli.
Dopiero ten model superśliskiego balonu ze spontanicznym łamaniem symetrii
jest opisem zgodnym z obserwowaną płaską geometrią Wszechświata. Wystarczy
zauważyć, że dalsze nadmuchiwanie balonu prowadzi do tego, że Wszechświat,
nawet rozszerzający się, zajmuje coraz mniejszy stosunkowo kawałek balonu.
Powierzchnia rozszerzającego się balonu cały czas "wypływa" spod materii, tak
więc geometria tego fragmentu balonu zajętego przez galaktyki staje się coraz
bardziej płaska.
W innym poście wyjaśnię równie precyzyjnie i poglądowo, dlaczego nie może być
Boga dmuchającego w balon oraz, w innym jednym poście - dlaczego nie może
istnieć nic takiego, jak rozszerzająca się przestrzeń, na której można by
stawiać choćby hipotetyczne kolorowe kropki. Rozszerzająca się ciągła
(niekwantowa) przestrzeń jest hipotezą, której nigdy nie będzie można obalić
ani potwierdzić.
A na końcu wątku stanie się jasne, dlaczego galaktyki nie mogą się oddalać od
siebie z prędkością większą niż światło.