Widzimy tylko 5 procent kosmosu

Jaśniej widać ciemność
Albert Einstein wprowadził do równań ogólnej teorii względności coś, czego się później wstydził. Dziś wygląda na to, że wstydził się niesłusznie.
Radioteleskop SPT w stacji Amundsen-Scott na biegunie południowym słuzy do badania ciemnej energii, która według najnowszych szacunków stanowi 72 proc. zawartości wszechświata
Wikimedia/Polityka

Radioteleskop SPT w stacji Amundsen-Scott na biegunie południowym słuzy do badania ciemnej energii, która według najnowszych szacunków stanowi 72 proc. zawartości wszechświata

Wszechświat ekspanduje. Wiemy to od ponad 80 lat – od ukazania się wiekopomnej publikacji, w której Edwin Hubble opisał odkryte przez siebie zjawisko ucieczki mgławic pozagalaktycznych. Obiekty te są dziś nazywane po prostu galaktykami. Te olbrzymie układy gwiazdowe złożone z setek miliardów słońc oddalają się od siebie niczym rodzynki w wyrastającym cieście: odległość między dowolną parą rośnie tym szybciej, im jest większa.

Obrazowej analogii z ciastem nie należy jednak ciągnąć zbyt daleko – w przeciwieństwie do niego Wszechświat nie ma środka ani brzegów (przynajmniej nic o tym nie wiemy). Pytania „w czym on się właściwie rozszerza” i „gdzie jest centrum tej kosmicznej ekspansji” po prostu nie mają sensu. Dokładniej – nie mają go we współczesnej kosmologii opartej na ogólnej teorii względności. Są równie bezsensowne jak pytania: „co jest na zewnątrz ludzkiej kultury” i „gdzie jest środek powierzchni Ziemi”.

Czy taki nieintuicyjny, wręcz sprzeczny ze zdrowym rozsądkiem, obraz (naukowcy wolą mówić: model) Wszechświata może być poprawny? Niewątpliwie tak. Historia dowodzi bowiem, że zdroworozsądkowość i poprawność nie zawsze chodzą w parze: wystarczy przypomnieć cząstki elementarne, które jednocześnie są falami. Tym, co w nauce się liczy, nie jest przystawalność jakiejś koncepcji do wcześniej ugruntowanych poglądów i wyobrażeń, lecz jej spójność i zgodność opartych na niej przewidywań z obserwacjami. W obu tych konkurencjach obowiązujący dziś tzw. standardowy model kosmologiczny nie ma godnych siebie rywali, co jednak nie oznacza, że wszystko jest w nim jasne.

Nagłe przyspieszenie

Problem pojawił się 12 lat temu za sprawą wybuchających gwiazd zwanych supernowymi Ia. W pewnym przybliżeniu każdy taki obiekt jest gigantycznym ładunkiem termojądrowym o mocy ok. 10 miliardów miliardów miliardów (1028) megaton, który nieuchronnie eksploduje, gdy tylko jego masa z jakichś powodów (a tych jest w kosmosie wiele) przekroczy wartość graniczną równą mniej więcej 150 proc. masy naszego Słońca. Ponieważ moc wybuchu jest znana, można obliczyć, jak daleko znajdowała się rozerwana gwiazda. Zupełnie tak samo można wyznaczyć odległość, w jakiej zapaliła się zwykła żarówka, jeśli tylko wiadomo, że miała na przykład 100 W: wystarczy zmierzyć natężenie docierającego od niej światła i wykonać proste obliczenia na poziomie gimnazjalnym.

Ustaliwszy, gdzie nastąpiła eksplozja, dowiadujemy się jednocześnie, jak dawno temu do niej doszło (jeśli w odległości miliarda lat świetlnych – to według naszej rachuby czasu miliard lat temu). Błysk supernowej pozwala też zmierzyć prędkość, z jaką oddala się od nas jej macierzysta galaktyka. Nie ma w tym nic nadzwyczajnego – astronom mierzy prędkość dalekiego źródła światła prawie tak samo jak policjant prędkość samochodu. Jedyna różnica polega na tym, że w kosmosie posługujemy się sygnałami wysłanymi przez badane obiekty, a nie od nich odbitymi.

Pomiary prędkości supernowych wybuchających w różnych odległościach od nas pozwoliły odtworzyć historię kosmicznej ekspansji. Ku zdumieniu astronomów okazało się, że od mniej więcej 5 mld lat Wszechświat przyspiesza, zupełnie jakby ktoś łagodnie wciskał międzygalaktyczny pedał gazu. Efekt był całkowicie nieoczekiwany – wszyscy spodziewali się, że z upływem czasu galaktyki będą rozbiegać się coraz wolniej, ponieważ są hamowane przez wzajemne przyciąganie grawitacyjne. Tajemniczy czynnik, który tak skutecznie przeciwdziała grawitacji, został nazwany ciemną energią. Prawie na pewno nie należy go posądzać o pokrewieństwo z wykrytą dużo wcześniej ciemną materią (choć wśród zdesperowanych kosmologów trafiały się i takie pomysły). Ta ostatnia najprawdopodobniej składa się z jeszcze nieodkrytych cząstek, które na poziomie mikroskopowym nadzwyczaj niechętnie oddziałują z jakimikolwiek innymi cząstkami. W skali makroskopowej wytwarza jednak ona takie samo pole grawitacyjne jak zwykła materia, z której składają się gwiazdy, planety i nasze ciała. Dzięki temu mogliśmy stwierdzić, gdzie ciemna materia występuje i w jakiej ilości. Okazało się, że podobnie jak ta zwykła jest rozmieszczona bardzo nierównomiernie.

O naturze ciemnej energii nie wiemy właściwie nic. Wydaje się, że w przeciwieństwie do ciemnej i zwykłej materii nie tworzy ona żadnych zagęszczeń ani struktur: metr sześcienny gwiazdy czy planety zawiera jej tyle samo co metr sześcienny kosmicznej próżni. Na darmo jednak staralibyśmy się ją wykryć w ziemskim laboratorium. W pomieszczeniu o powierzchni 50 m kw. i wysokości 3 m jest jej zaledwie tyle, że równoważnej masy starczyłoby na trzy atomy uranu.

Czytaj także

Co nowego w nauce?

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną