Czy wszechświat się rozszerza?

Odkąd teoria ogólnej teorii względności Einsteina została zastosowana do tego, co wiadomo o wszechświecie jako całości, podejrzewano, że wszechświat się rozszerza. Kiedy Edwin Hubble i Milton Humason odkryli w latach dwudziestych, że praktycznie wszystkie galaktyki na niebie oddalają się od nas z dużą prędkością, wzbudziło to podejrzenia, że ​​wszechświat rozwija się w szybkim tempie. Jednak dopiero w 2000 r. Znaleziono ostatecznie decydujące dowody na rzecz ekspansji wszechświata, w postaci obszernych badań przesunięcia ku czerwieni bardzo odległych obiektów.

Rozszerzający się wszechświat jest często cytowany jako najważniejsze odkrycie we współczesnej kosmologii. W czasach Einsteina dominowała teoria stanu stacjonarnego, która głosiła, że ​​wszechświat pozostaje zrównoważony w tym samym rozmiarze. Einstein, którego równania przewidywały uniwersalną ekspansję lub kurczenie, ale nie zastój, sztucznie wprowadził do swoich równań zmienną stabilizującą, zwaną „stałą kosmologiczną”. Po zdaniu sobie sprawy z obserwacji Hubble'a, że ​​wszechświat prawdopodobnie się rozszerza, nazwał to później „największym błędem”.

Zjawiskiem, które jako pierwsze skłoniło kosmologów i astronomów do przewidzenia rozszerzającego się wszechświata, była analiza przesunięcia ku czerwieni Hubble'a. Korzystając z Obserwatorium Mount Wilson, które w tamtym czasie było najlepszym teleskopem na świecie, Hubble obserwował odległe galaktyki i obserwował, jak wyglądają one stopniowo. Odwrócił wzrok w kosmos, a przez to także w przeszłość, ponieważ światło z miliardów lat podróżuje z tych galaktyk na Ziemię. Ponieważ współczynnik zaczerwienienia korelował tak dobrze ze wzrostem odległości, Hubble podejrzewał, że jest to wiarygodne zjawisko o przyczynie fizycznej.

Ustalono, że przyczyna jest następująca: wraz z rozszerzaniem się wszechświata przestrzeń pod powierzchnią zwiększa się, ale światło podróżujące przez nią pozostaje takie samo. Rozszerzająca się przestrzeń rozciąga się na długość fali światła, dzięki czemu jest dłuższa, a tym samym bardziej czerwona. Czasami stosowaną analogią są kropki na powierzchni rozszerzającego się balonu. Narysuj wzór fali na balonie, a gdy wysadzisz go w powietrze, zauważ, jak fala się rozciąga i staje się dłuższa. Jest to ta sama zasada, na której opiera się zjawisko przesunięcia ku czerwieni.

W 1998 roku odkryto nie tylko, że wszechświat się rozszerza, ale prawdopodobnie rozszerza się w przyspieszającym tempie. Fizyczną przyczyną tego zjawiska jest tajemnicza „ciemna energia”, tak nazwana, ponieważ ledwo o tym wiemy.