Wszyscy wiemy, że kosmos nieustannie się powiększa. Każda sekunda, każde uderzenie Twojego serca, każda minuta spędzona w pracy czy szkolnej ławce jest kolejnym tchnieniem w wielki balon naszego Wszechświata. To rozważanie prowadzi do banalnych pytań, na które naukowcy od kilku lat nie mogą znaleźć odpowiedzi: Jeśli pompujemy balon naszego świata to czym jest ta przestrzeń, którą wypełniamy? Kolejnym wszechświatem, kosmiczną mgłą czy może po prostu niczym? I gdzie właściwie jest krawędź tej mydlanej bańki jaką stanowi nasz kosmos?

Otóż wbrew pozorom nasz Wszechświat ma krawędzie. Ma je jeśli za Wszechświat przyjmiemy “Wszechświat przez nas obserwowany”. Prędkość światła jest tylko prędkością, a wielkość Wszechświata to tylko droga. A zatem jesteśmy w stanie poznać tylko tę część Wszechświata, z której światło zdążyło do nas dotrzeć. I właśnie ta część nieustannie się powiększa. A co dalej? Więcej gwiazd galaktyk, czarnych dziur i być może nieodkrytych cywilizacji. To wszytko ląduje poza naszym zasięgiem, ale zakładamy, że istnieje i że cały czas tam jest.

Z naszej perspektywy wygląda to tak, że to my jesteśmy w centrum wszechświata i inne galaktyki oddalają się od nas, więc naturalnie zastanawiamy się gdzie jest koniec? Gdzie są krawędzie i granica tego wszystkiego? Ale spróbujmy przenieść się do galaktyki Andromedy – najbliższej nam galaktyki. I co? Oczywiście ciągle wydaje nam się, że jesteśmy w centrum wszechświata i wszystkie inne galaktyki ciągle od nas odchodzą. Ale spróbujmy jeszcze raz. Załóżmy, że ludzkość wymyśliła teleporter, który przenosi nas na najbardziej oddaloną od ziemi zaobserwowana galaktykę. Zgadnij, co się dzieje. Wciąż wydaje nam się że jesteśmy w centrum Wszechświata, a wszystkie inne galaktyki w tym Droga Mleczna nieustannie uciekają od nas w przestrzeń kosmiczną.

To właśnie jest zjawisko nazwane “ekspansją Wszechświata”. Każda galaktyka oddala się nieustannie od wszystkich innych (za wyjątkiem lokalnych wyjątków, ale te wydarzenia nie wpływają na ogólną teorię). Ale czy Wszechświat nie musi mieć jakiegoś limitu? Przecież nie może być nieskończony? Cóż, tego nie wiemy. Jenak mimo tego, iż obecnie Wszechświat jest już ogromny i nieustannie ulega procesowi ekspansji, to jednak wciąż nie jest nieskończony. Jednak czy to znaczy, że potrzebuje krawędzi?

Wróćmy jeszcze raz do teleportacji międzygalaktycznej. Będą w Galaktyce Drogi Mlecznej traktujesz ją jako środek Wszechświata, z niezbadanymi krawędziami znajdującymi się daleko poza możliwościami współczesnych badaczy. Ale przenosząc się do innej galaktyki Twoja percepcja otaczającej przestrzeni zmienia się. Zmienia się Twoje centrum i zmieniają się krawędzie. Być może dla obserwatora oddalonego od nas o miliony lat świetlnych to Droga Mleczna stanowi tę “krawędź”.

I to właściwie cała teoria ekspansji Wszechświata. Matematyka jest bardzo prosta. Mówi nam, że wszechświat rozszerza się w czasie, że każda galaktyka oddal się od innej i tyle. Bez środka bez krawędzi po prostu tak jest.

Przytoczmy znane wszystkim doświadczenie próbujące wyjaśnić to zjawisko. Otóż namalujmy kropki na balonie, a następnie nadmuchajmy go. Odległości pomiędzy nimi się zwiększają, nieprawdaż? Ta prosta zabawa pozwala zrozumieć ważne zjawisko, że to nie galaktyki biegną po przestrzeni kosmicznej oddając się od siebie lecz coś pomiędzy nimi, to przestrzeń pomiędzy nimi rośnie zwiększając odległości. Zupełnie jak ilość powietrza w środku naszego balona. Podobne doświadczenie można wykonać używając bułki pełnej rodzynków, która stopniowo rośnie w piecu.

Jednak te z pozoru doskonałe analogie mają swoje słabe punkty. Zarówno balon jaki i bułka rosną do czegoś – do pustego powietrza. Ponadto balon posiada ściankę a bułka chrupiąca skórkę, a zatem nasz mózg płata nam figla znowu próbując wsadzić wszechświat w znane nam ziemskie zasady.

Używając kolejnej analogi wyobraźmy sobie piłkę plażową po której chodzą mrówki. Ich ruch symbolizuje ruch pomiędzy galaktykami, który nie jest wynikiem ekspansji natomiast poprzez pompowanie piłki uzyskujemy model rozszerzania się Wszechświata. Gdzie teraz jest środek kosmosu? Zapewne odpowiesz że w środku piłki. Otóż nie w tym modelu sprowadzamy znany nam kosmos do płaskiej, dwuwymiarowej powierzchni piłki, nie posiadającej środka gdyż to co znajduje się w jej wnętrzu już do niej nie należy. A zatem stworzony przez nas świat jest pełen mrówek. Mrówek, które odbierają go jako dwuwymiarową przestrzeń. Jednak my jako ludzie jesteśmy w stanie widzieć że ta płaska powierzchnia rozszerza się do czegoś, do trzeciego wymiaru. Widzimy coś, czego mrówki nie są w stanie zrozumieć dla nich odległości pomiędzy nimi po prostu rosną.

Teoria strun tutaj właśnie znajduje granice naszego Wszechświata. Otóż być może poza naszym trójwymiarowym światem istnieje jakiś czwarty wymiar dający nam miejsce i przestrzeń do ekspansji. Być może jest “coś” do czego się rozrastamy?

Matematyka może wyjaśnić ekspansję Wszechświata używając czterowymiarowego modelu. Może ale wcale nie musi tego robić. Na podstawie dotychczasowych założeń zakładających trójwymiarową, znana nam przestrzeń jesteśmy w stanie wyjaśnić to że kosmos się rozszerza. Używając matematyki możemy dojść do dowodów które dla naszego umysłu są już nie pojęte. Ale czy jesteśmy w stanie znaleźć tę poszukiwaną granice? To zależy od tego czy naprawdę jej potrzebujemy.

Autor

Karolina Bargieł

Jestem młodą miłośniczką astronomii od kilku lat związaną z Klubem Astronomicznym Almukantarat. Swoją przygodę z portalem AstroNET rozpoczęłam w 2015 roku. Artykuły, które piszę są głównie tłumaczeniami anglojęzycznych stron dotyczących najnowszych nowinek w zarówno technicznym, jak i teoretycznym astro-świecie.