Kérdés
Hogyan képes a több milliárd fényévre lévő csillagok fénye elérni hozzánk, ha a Földünk csupán pár ezer éves?
Válasz
Egy fényév az a maximális távolság, amit a fény az űr légüres terében egy év leforgása alatt képes megtenni. Következésképpen a fénynek több milliárd évbe telik, hogy több milliárd fényévnyi utat tegyen meg az űrben. Földi nézőpontunkból olyan csillagok fényét is láthatjuk, amelyek több milliárd fényévre vannak tőlünk. Ezért ésszerű azt feltételezni, hogy a világegyetemünk legalább több milliárd éves, vagyis elég régi ahhoz, hogy e távoli csillagok fényének elég ideje legyen arra, hogy elérje az adott csillagtól több milliárd fényévre lévő bolygónkat.
Ez a kézenfekvő feltételezés ellentmond a fiatal Föld-elméletnek (a továbbiakban YE), mely lényegében azt mondja ki, hogy a világegyetem kevesebb, mint 10 000 éves. Ha nem szólna más, tudományosan jól megalapozott érv az YE-szemlélet mellett, akkor a továbbiakban nem is volna szükséges ezzel az ellentmondással foglalkoznunk. Az YE-nézetet alátámasztó egyre több bizonyíték azonban elég jelentősnek bizonyul ahhoz, hogy rajtuk keresztül megvizsgáljuk, hogy ez a látszólagos ellentmondás vajon ésszerűen feloldható-e. Így tehát felvetjük a kérdést: Hogyan képes a több milliárd fényévre lévő csillagok fénye mindössze néhány ezer év alatt is elérni a Földet? Gravitációs időeltolódás Albert Einstein szerint az űr nem valami üres “semmi”, amilyennek azt a legtöbben érzékeljük, hanem egy olyan valamivel van “tele”, amit Einstein éternek nevez. Az étert egy rugalmas, tömeg nélküli, mindent átható közegnek tekintik. Minden, ami a világegyetemünk határain belül létezik, ebben a tömeg nélküli közegben létezik.
Az éter rugalmas, ami azt jelenti, hogy szabadon nyújtható és torzítható. Ennek szemléltetésére képzeljünk el egy feszesen kifeszített szövetdarabot. A példánkban ez maga az éter. Következőleg képzeljük el azt, hogy egy nehéz golyót (például egy tekegolyót) ejtünk pontosan a szövetdarab közepére. Ez azt eredményezi, hogy a szövet középen megereszkedik. Ez a nehéz golyó a mi bolygónkhoz hasonló sűrű anyagot jelképezi. Einstein úgy vélte, hogy az anyag a tér megereszkedését okozza, hasonlóan ahhoz, mint ahogyan a súlyos tekegolyó a kifeszített anyagdarabot megereszkedésre készteti. A tér ezen megereszkedését gravitációs kút néven ismertek.
Ha most a nehéz golyó mellé nála kisebb, alacsonyabb tömegű golyókat (például üveggolyókat) helyeznénk a szövetre, akkor azok a középpont felé-, vagyis a nehezebb tekegolyó által okozott gödörbe gurulnának. Sőt, még ha csak kis mértékben is, de maguk is hozzájárulnának a szövetdarab további megereszkedéséhez. Ez a (nehezebb és sűrűbb anyag által kijelölt) középpont felé irányuló mozgás feleltethető meg a gravitációnak. Einstein gravitációról alkotott elmélete szerint, ha a kisebb, könnyebb testek elég közel vannak (a gravitációs centrumhoz), akkor a nagyobb, sűrűbb testek gravitációs kútjai bevonzhatják őket. Bár a kisebb testek is meggörbítik a teret, egyes gravitációs kutak mélyebbek és nagyobb hatásúak, mint egyebek (vagyis intezívebb gravitációs erőt fejtenek ki). Egy dolog azonban mégis közös bennük: a térrel együtt mindannyian az időt is torzítják.
Robert Pound és Glen Rebka fizikusok az 1960-as években kísérleti szinten is igazolták Einstein relativitáselméletének egyik, addig csupán elméleti következményét, az ún. gravitációs időtágulási hatást (a továbbiakban GTDE). Pound és Rebka be tudta bizonyítani, hogy minél mélyebbre hatol egy objektum egy gravitációs kútba, saját nézőpontjából annál lassabban telik az ídő. A globális helymeghatározó rendszer (GPS) műholdjai például távolabb vannak a Földtől, mint a bolygó felszínén lévő tárgyak, és ezért csak kisebb mértékben merülnek bele a Föld tömegvonzása által létrehozott gravitációs kútba. Ennek eredményeként a GPS-műholdak relatív szemszögéből az idő egy kicsit gyorsabban telik, mint számunkra itt a felszínen, mivel mi mélyebben benne vagyunk a Föld gravitációs kútjában. Kísérletükben a műholdak fedélzetén-, valamint a Földön elhelyezett atomórák eltérő eredményeit arra használták fel, hogy általuk kimutassák az idő múlásában való különbséget az eltérő közegekben, továbbá arra, hogy mérhetővé tegyék e különbség rátáját.
Ennek megfelelően az angliai Greenwichben (tengerszinten) elhelyezett atomóra az idő lassabb múlását regisztrálja, mint a coloradói Boulderben (a tengerszint felett 5430 láb magasságban) található azonos mása. Az ilyen, viszonylag kis magasságkülönbségeknél mérhető időeltolódás csupán csekély mértékű, a kozmosz mélységeibe érve ugyanez viszont már lényegesen drámaibb lehet. Minél mélyebb egy gravitációs kút, annál erősebb a GTDE is. Az általános relativitáselmélet szerint egy fekete lyuk határán az idő voltaképp megáll – ezen, a tudósok által “eseményhorizontnak” nevezett területen, a gravitáció olyan erős, hogy még a fény sem tud kiszakadni vonzása alól (innen származik a “fekete lyuk” elnevezés).
Egy pillanatra félretéve a GTDE-t, a következőkben vizsgáljunk meg röviden egy másik fontos csillagászati jelenséget: a csillagok vöröseltolódását. A vöröseltolódás egy Doppler-effektus jelenség, amelynek során a sugárzás hullámhossza (például a csillag fényéé) egyre magasabb frekvenciájú lesz, amint az egyre távolodik a megfigyelő relatív helyzetétől. A csillagászok körében uralkodó általános konszenzus szerint a megfigyelt csillagok vöröseltolódásai azt jelzik, hogy a világegyetem tágul (lásd Hubble-féle tágulási törvény). Ha ezt a tágulást visszavetítjük, akkor nyilvánvalóvá válik, hogy a világegyetem az időben visszafelé haladva valamivel sűrűbb, tömörebb volt, mint annak a mai állapota. Egy olyan véges világegyetemben, amelyben az anyag eloszlása nem egyenletes, azaz elkülöníthető egy középponti, sűrűbb-, és egy peremi ritkább része, az anyag fent leírt tömörülése a világegyetem együttes tömege által okozott gravitációs kút mélyüléséhez járulna hozzá. Ez fokozná a GTDE-t, ami miatt az idő sokkal lassabban telne a világegyetem középpontja közelében (a kút mélyén), mint annak peremén (azaz a kút felszínéhez közelebb).
Ez egy igen paradox dolgot vonna maga után: még ha az egész világegyetem egy időpillanatban, a kezdet kezdetén jött is létre (ezzel pedig minden egyes eleme azonos korú kellene legyen), az idő relativisztikus természete miatt egyes részei lényegesen fiatalabbak lennének, mint más részei. A fény több milliárd év alatt több milliárd fényévnyi utat tehet meg az univerzum egyes tájain, ugyanakkor mi ezt a Földön sokkal rövidebb időnek észlelnénk. Amint a világegyetem egyre tágulna, és az anyag egyre jobban “beletágulna” a térbe, az univerzális gravitációs kút-hatás fokozatosan kiegyenlítődne, ezzel csökkentve az időkülönbség mértékét a világegyetemben.
Számos asztrofizikus és csillagász veti el azt az elképzelést, mely szerint az univerzum véges, valamint hogy a mi galaxisunk, a Tejútrendszer középpontja közelében-, vagy annak akár épp a kellős közepén van. Ez azonban egy filozófiai előfeltevésen-, nem pedig empirikus adatokon alapuló tudományos következtetés. Ahogy azt Dr. George F. R. Ellis világhírű asztrofizikus nyíltan megvallotta: “Az emberek tisztában kell legyenek azzal, hogy számos modell létezik, amelyek helyes lehetséges magyarázatot szolgáltathatnak megfigyeléseinkre. Megkonstruálható például egy olyan gömbszimmetrikus univerzum is, melynek középpontjában a Föld van, ami teljes mértékben illeszkedik a megfigyeléseink eredményeihez – ilyen alapon azt tehát nem lehet cáfolni, csupán filozófiai alapon elvetni. Szerintem azonban ebben még nincs semmi rossz. Amit én a nyilvánosság elé akarok tárni, az annak a ténye, hogy modelljeinket filozófiai szempontok alapján választjuk ki. A kozmológia berkeinek nagy része pedig megpróbálja ezt véka alá rejteni.” (W. Wayt Gibbs, "Profil: R. Ellis," Scientific American magazin, 1995. október, 273. kötet, 4. szám, 55. old.)
Összefoglalva tehát azt mondhatjuk, hogy a gravitációs időtágulás egy jó elméleti megoldás lehet a távoli csillagfény YE-paradigma által felvetett problémájára, a fiatal Föld-nézetet igazoló bizonyítékok általa meglepően jól összeegyeztethetővé válnak a idős világegyetemre vonatkozó bizonyítékokkal. Sok asztrofizikus és csillagász viszont nem az empirikus adatok, hanem filozófiai nézetei miatt utasítja el azt az egyik legfontosabb alapfeltevést, amelyen a GTDE magyarázata nyugszik (vagyis egy véges univerzumét, melynek középpontjában-, vagy középpontja közelében, maga a Tejútrendszer áll).
English
Hogyan képes a több milliárd fényévre lévő csillagok fénye elérni hozzánk, ha a Földünk csupán pár ezer éves?
