Początek Wszechświata – a jednak się rozszerza

Einstein był sceptyczny względem modelu rozszerzającego się Wszechświata. W 1917 r. opublikował przełomową ogólną teorię względności (OTW), z rozwiązań której wynikało, że Wszechświat jest bardzo niestabilny. Wystarczy mała zmiana, by nim wzburzyć. Dlatego błędnie dodał do niego stałą kosmologiczną lambda, która sprawiła, że model kosmologiczny stał się statyczny; uznał później to za swój największy błąd.

Ks. Michał Heller – polski kosmolog, laureat nagrody Templetona, autor kilkudziesięciu książek o kosmologii, twierdzi, że Einstein miał motywacje fizyczne i filozoficzne.

Fizyczne – by rozwiązać rozmaite paradoksy, w które uwikłała się fizyka przed Einsteinem. Nas interesują teraz motywacje filozoficzne. Einstein był zafascynowany wtedy filozofią Spinozy (filozofia panteistyczna – utożsamiał wszechświat z Bogiem – wszechświat jest logicznie zamknięty). Gdy równania mu podpowiedziały, że model może być geometrycznie zamknięty, to się ucieszył, estetycznie mu się to spodobało.

Wynikiem, jaki Einstein chciał uzyskać, był statyczny model kosmologiczny z zamykającą się przestrzenią; równania pola nie dawały takiego rozwiązania, trzeba je zatem zmienić!

Okazało się zresztą, że zmiana jest niewielka i całkowicie zgodna z wszystkimi postulatami ogólnej teorii względności. Do równań pola należy dodać tylko jedno wyrażenie (zwane dziś członem kosmologicznym), zawierające pewną stałą, którą Einstein nazwał potem stałą kosmologiczną. Wartość tej stałej jest tymczasem nieznana; wiadomo tylko, że musi być dostatecznie mała, w przeciwnym razie dałaby o sobie znać już w porównywaniu przewidywań teorii z obserwacjami wykonywanymi wewnątrz naszego układu planetarnego.

Równania pola grawitacyjnego, rozszerzone o człon kosmologiczny, dały oczekiwany wynik: statyczny model Wszechświata z zamkniętą przestrzenią.

/ks. M.Heller, Ewolucja kosmosu i kosmologii, PWN, Warszawa 1985, s. 20-21./

Einstein był autorem wcześniejszej Szczególnej Teorii Względności (artykuł z 30.06.1905 – „Zur Elektrodynamik bewegter Körper”), a już 27.09.1905 opublikował wzór e=mc2, łączący masę i energię. Łączna ilość artykułów Einsteina dotyczących STW i OTW to 146, z czego ostatni został opublikowany w 1955, tj. w roku śmierci.

Publikacja Ogólnej Teorii Względności w 1917 wraz z równaniami Einsteina, na podstawie których dało się zdefiniować model Wszechświata, dała początek współczesnej kosmologii relatywistycznej. Einstein zaproponował równania pola grawitacyjnego z członem kosmologicznym i w oparciu o nie przedstawił pierwszy model wszechświata („Kosmologische betrachtungen zur allgemeinen relativitätstheorie”, 8.02.1917 r.).

Nad równaniami pochyliło się dwóch badaczy i uzyskali prawidłowe wyniki, które dawały rozszerzający się model Wszechświata. Mowa tutaj o Aleksandrze Friedmannie i ks. Georgesie Lemaître’rze, którzy do tego wyniku doszli niezależnie.

Friedmann był rosyjskim matematykiem, jego praca ukazała się w 1922, działał na terenie nieprzychylnym nowym odkryciom, bo Sowieci byli uczuleni na koncepcję rozszerzającego się Wszechświata. Ogólną teorię względności nazywali klechowszczyzną (rus. papowszczyna) i burżuazyjną ideologią, m.in. dlatego, że uznawali Wszechświat za wieczny i niezmienny, a nowa koncepcja udowadniała, że Wszechświat miał swój początek, a skoro tak, potwierdzała raczej chrześcijańską wizję o tym, że świat został stworzony.

O tym, że koncepcja rozszerzającego się Wszechświata dostarcza szóstego dowodu na istnienie Boga mówił Edmind Witeker, a także dostrzegał to Pius XII.

Rozwiązanie równań Einsteina dające model rozszerzającego się Wszechświata przyjęło nazwę modeli Friedmanna-Lemaître’a. Były to 3 możliwe modele, z których każdy miał początkową osobliwość, dwa z nich rozszerzały się w nieskończoność, a trzeci w pewnym momencie ma zacząć się zapadać (model: płaski, otwarty, zamknięty).

Trzeba tutaj zauważyć, że coś, co dziś – w 2024 r. wydaje się nam naturalne, wtedy było przełomowe. Wcześniej Wszechświat uznawany był za statyczny. Teraz kosmologia potwierdziła, że miał swój początek.

Ks. Georges Lemaître (na zdjęciu) – w 1923 przyjął święcenia kapłańskie, w 1927 doktoryzował się i został profesorem uniwersytetu w Louvain. Jest współautorem teorii Wielkiego Wybuchu (1948), która wyjaśniała recesję galaktyk w ramach ogólnej teorii względności. Teoria Lemaître’a zmodyfikowana przez George’a Gamowa stała się dziś wiodącą. Swoje rozwiązanie równań pola Einsteina podał w 1927 r. (wcześniej, w 1925 wykazał, że w modelu de Sittera przestrzeń ulega ekspansji).

Kolejnych badań potwierdzających rozszerzanie się Wszechświata dostarczył w 1929 Hubble, który zauważył przesuniecie widma ku czerwieni, co znaczy, że obserwowany obiekt kosmiczny (galaktyka) się oddala. Co więcej – oddala się szybciej, im dalej od nas jest położony.

Począwszy od rozwiązań równań Einsteina w 1922 i 1927 badania trwały. Rosjanin Frederic wraz z Friedmannem opublikowali w 1924 pierwszy tom monografii, traktujący o rachunku tensorowym. Planowali wydanie kolejnych, jednak to już się nie udało z racji, że tematem OTW zainteresowały się władze sowieckie.

W ZSRR ukazały się jeszcze inne, szczególnie dwie istotne prace – w 1931 Bronstein opublikował artykuł o rozszerzającym się Wszechświecie, a w 1936 jedną z pierwszych prac o kwantowej teorii pola grawitacyjnego.

W 1937 Frederics i Bronstein zginęli.

Wielu innym udało się uniknąć śmierci, choć często okupione to było emigracją ze Związku Radzieckiego. Tak Sowieci zwalczali klechowszczyznę nauki.

Udostępnij ten post
Oceń tekst:
10

Zostaw komentarz