Jerzy Salak Wszechświat i My

Dotychczasowe obserwacje i pomiary astronomiczne sugerują wyraźnie, że geometria przestrzeni naszego Wszechświata jest generalnie w dużej skali płaska, ale lokalnie zakrzywiana poprzez obecność materii i energii. Oznacza to między innymi, że promień świetlny wypuszczony z dowolnego źródła porusza się w sposób naturalny wzdłuż linii prostej. W podobny sposób zachowują się cząstki materialne (elektrony, neutrina, itp.) – bez obecności sił samoistnie poruszają się po liniach prostych ze stałą prędkością. Dopiero obecność innych składników budowy naszego Wszechświata zmienia ich tor ruchu. Wydaje się, że przestrzeń wokół nich ulega zmianie …

Aby wyobrazić sobie czym może być przestrzeń, jaka jest jej struktura wewnętrzna, warto odpowiedzieć sobie najpierw na pytanie co oznacza zakrzywienie przestrzeni.

Według teorii Einsteina przestrzeń ugina się pod wpływem materii lub energii w niej zgromadzonej. Zakrzywienie przestrzeni oznacza, że zmieniają się odległości pomiędzy dwoma wyznaczonymi wcześniej punktami. Dokładniej zmienia się długość drogi z punktu A do punktu B. W przypadku dodatniego zakrzywienia przestrzeni długość drogi zwiększa się, a w przypadku ujemnego zmniejsza. Poniższy rysunek uwidacznia różnicę długości drogi pomiędzy punktami A i B w przestrzeni płaskiej (linia zielona) oraz zakrzywionej (linia czerwona).

Zmienia się również tor ruchu materii, a nawet przepływu energii (np. światła). W przypadku przestrzeni płaskiej torem ruchu jest zawsze linia prosta, jeżeli oczywiście nie działają siły wymuszające zmianę kierunku. W przestrzeni o dodatnim lub ujemnym zakrzywieniu torem ruchu jest zawsze linia krzywa, której kształt zależy od sposobu zakrzywienia przestrzeni. Światło w pobliżu olbrzymich skupisk materii np. gwiazd lub czarnych dziur zakrzywia swój tor ruchu, co zostało już wielokrotnie doświadczalnie potwierdzone.

Można również w inny sposób ocenić, czy przestrzeń ma strukturę płaską czy zakrzywioną – wystarczy sprawdzić przyspieszenie ruchu jakiegoś obiektu materialnego lub niematerialnego (dokładniej formy energii). W przestrzeni, której struktura nie jest zniekształcona (jest płaska) wszystkie obiekty poruszają się ze stałą, niezmienną prędkością, czyli z zerowym przyspieszeniem. W przeciwnym wypadku jakiekolwiek zniekształcenie jej struktury wymusza na obiektach ruch przyspieszony, nawet jeżeli wcześniej poruszały się ze stałą prędkością i wokół niej nie było żadnych obiektów materialnych. Jest to obserwacja równoważna działaniu jakichkolwiek sił fizycznych.

Obojętnie jaki sposób badania struktury przestrzeni wybierzemy, to pozostaje istotne pytanie – co ulega zniekształceniu w tej przestrzeni? Jedną z narzucających się sugestii jest myśl, że w takim razie sama przestrzeń musi mieć jednak jakąś wewnętrzną strukturę (prawdopodobnie energetyczną), która „narzuca” materii czy energii sposób przemieszczania się w jej obrębie, ale równocześnie ich obecność zmienia właściwości samej przestrzeni. Jednym z najbardziej znanym obserwacyjnym faktem jest ugięcie światła w okolicach gwiazd czy czarnych dziur tzw. soczewkowanie grawitacyjne.

Za tym torem myślenia przemawia również fakt, że nasz Wszechświat powstał w Wielkim Wybuchu. Oznacza to, że również przestrzeń zmieniła swoje rozmiary od praktycznie zerowych do obecnych rozmiarów (promień około 13,6 mld lat światła) i dalej się rozszerza. Mamy na to liczne dowody. Bezwzględne odległości pomiędzy galaktykami wzrastają, co oznacza że albo „tworzy się” nowa przestrzeń (czyli jednak coś), albo zmienia ona swoją wewnętrzną strukturę - czyli odległości pomiędzy dowolnymi punktami wzrastają, co zmienia metrykę przestrzeni.

Za każdym razem, kiedy próbujemy wyobrazić sobie, że sama przestrzeń ulega jakiejkolwiek zmianie czy zniekształceniu pytamy swój rozum – co się w niej zmieniło? Jeżeli „coś” się zmieniło, to powinno być z „czegoś” zbudowane. Pytanie tylko z czego? Tego na razie nie wiemy. Podejrzewamy, że sama przestrzeń ma jednak jakąś strukturę energetyczną, ale z pewnością nie może to być forma energii obecnie przez nas poznana. Ewidentnym dowodem na tak postawioną tezę jest fakt, że sama przestrzeń może „rozszerzać” się z prędkością większą od prędkości światła będącej limes superior dla zwykłej, znanej nam energii i materii. Być może jest to jednak jakiegoś rodzaju pole siłowe, w którym mogą przemieszczać się obiekty materialne (cząstki elementarne) i znane nam formy energii np. fotony światła.

Gdybyśmy potrafili dostrzec i zrozumieć strukturę przestrzeni, byłoby nam łatwiej odpowiedzieć na pytania co dzieje się w obrębie czarnej dziury, w punkcie jej osobliwości, gdzie wartości wszystkich parametrów fizycznych zmierzają do nieskończoności. I najważniejsze pytanie o początek naszego Wszechświata – czy na początku nie było rzeczywiście nic, a wszystko (przestrzeń, czas, energia i materia) powstały faktycznie z niczego ?

Brzeg grudzień 2021

ZAKRZYWIONA PRZESTRZEŃ