Tipične zablude o Velikom prasku

Širenje svemira jedan je od najosnovnijih koncepata moderne znanosti, ali i jedan od najčešće krivo shvaćenih. Hubbleovim otkrićem da je brzina udaljavanja galaktika razmjerna njihovoj udaljenosti postalo je jasno da se svemir širi.
To je otkriće potaknulo nastanak teorije Velikog praska po kojoj je svemir nastao iz početnog stanja ogromne temperature i gustoće.Teorija Velikog praska danas je najšire prihvaćena teorija nastanka i razvitka svemira. No izraz "veliki prasak" ne treba shvatiti doslovno. Veliki prasak nije bio poput bombe koja eksplodira u prethodno prazni prostor. Bila je to eksplozija samog prostora. Strogo uzevši, teorija Velikog praska govori vrlo malo o samom prasku. Ona opisuje što se zbilo nakon njega. Ta je priča vrlo zanimljiva, no izvan je opsega ovog teksta.
Osim teorije Velikog praska, za razumijevanje svemira ključna je još jedna vrlo važna fizikalna teorija - Einsteinova teorija relativnosti. Posebna teorija relativnosti opisuje prostor i vrijeme, a opća tvar u prostor-vremenu, odnosno gravitaciju. Jedna od temeljnih postavki teorije relativnosti je konstantna brzina svjetlosti, a fascinantna posljedica te pretpostavke je činjenica da je brzina svjetlosti gornja granica brzine kojom se tvar može relativno gibati u svemiru. Obje teorije temeljne su fizikalne teorije koje su danas za većinu astrofizičara i astronoma neupitne. No, kako su kozmološke udaljenosti i brzine bliske brzini svjetlosti daleko od zornih predodžaba, u nekim nas slučajevima odgovori na prividno jednostavna pitanja mogu jako iznenaditi.
Mali test iz kozmologije
1. Mogu li se galaksije udaljavati od nas brzinom većom od brzine svjetlosti? DA -- NE
2. Možemo li vidjeti galaksije koje se eventualno udaljavaju brže od svjetlosti? DA -- NE
3. Svemir je star oko 10 milijardi godina. Znači li to da je granica opažanja 10 milijardi svjetlosnih godina? DA -- NE
4. Šire li se i objekti unutar svemira? DA -- NE
Rasprava
1. Prvi je dojam - naravno NE. Einstenova teorija relativnosti to zabranjuje. Međutim, točan odgovor je DA. Posebna teorija relativnosti zabranjuje da relativna brzina dvaju tijela u prostoru premaši brzinu c (ili ako su oba tijela materijalna, da dosegne c). Brzina kojom udaljene galaktike bježe od nas zapravo je brzina rastezanja samog prostora i posebna teorija relativnosti nema ništa s time. Relativno gibanje galaksija u prostoru određeno je gravitacijom, no za kozmološke udaljenosti dominira rastezanje prostora. Tek za relativno bliske galaktike (npr. unutar vlastitog skupa) gravitacija može prevladati. Npr. naša najbliža susjedna galaktika Andromeda, ne udaljava se od nas nego putuje prema nama.
2. Prvi dojam - NE. Svjetlost iz takvih galaktika ne može nas doseći. No, točan odgovor je DA. Fotoni emitirani iz takvih galaksija početno nisu u stanju doći do nas. Ali, Hubbleova udaljenost nije stalna nego s vremenom raste i može obuhvatiti taj foton. Jednom kad se to dogodi, foton nam se približava i može nas eventualno doseći.
3. Brzopleti odgovor je DA. Fotoni iz najudaljenijeg kvazara starog skoro 10 milijardi godina putuje do nas 10 millijardi godina pa prevale put od 10 milijardi svjetlosnih godina. No, nije tako. Kako foton putuje, prostor kroz koji putuje se rasteže, tako da prevali put koji je veći od 10 milijardi svjetlosnih godina. Račun pokazuje da je taj put približno tri puta veći. Tako je svjetlost iz najudaljenijeg kvazara prošla put od 30 milijardi svjetlosnih godina. To je ujedno i današnja granica vidljivog svemira. I to nije sve. Drugi račun pokazuje da je polumjer zakrivljenosti svemira veći od 70 milijardi svjetlosnih godina. Tako je obujam vidljivog svemira manji od 10 % ukupnog obujma svemira.
4. Pa, DA. Ako se sam prostor širi, širi se i sve u njemu. Ponovno krivo. Svemir raste, ali objekti unutar njega ne. Nsš sunčev sustav, naša galaksija, druge galaksije, pa čak i cijeli lokalni skupovi galaksija, područja su u kojima gravitacija nadmašuje širenje i drži objekte na okupu.