Paradoksy kosmologiczne

Paradoks Olbersa, czyli dlaczego niebo jest ciemne ?

Jeśli nieskończenie wielki wszechświat zawiera nieskończoną liczbę gwiazd, to niebo powinno nieustannie promieniować jednolitą jasnością, gdyż w każdym kierunku obserwacji nasz wzrok napotykałby gwiazdę.
Już w 1610 roku tę zagadkę próbował rozwiązać Joahannes Kepler. Jako pierwszy zauważył, że idea nieskończonego wszechświata kłóci się z rzeczywistością, bowiem patrząc na nocne niebo dostrzegamy pustą przestrzeń pomiędzy gwiazdami. Kolejni uczeni (Halley, Chedeaux) również podawali swoje wyjaśnienia, jednak dopiero w XIX wieku Heinrich Olbers spopularyzował ten paradoks.

Rozważanych było wiele możliwych wyjaśnień, m.in.:

Według Olbersa przeszkodą jest gaz i pył międzygwiezdny, które zatrzymują (absorbują) światło z dalekich gwiazd.
Wszechświat zawiera skończoną liczbę gwiazd.
Rozkład gwiazd nie jest jednolity, np. zakładając, że ich liczba jest nieskończona, jedne gwiazdy mogą być położone za innymi, stąd tylko skończony obszar widoczności może być przez gwiazdy wypełniony.
Wszechświat się rozszerza, mamy więc do czynienia ze zjawiskiem poczerwienienia światła wysyłanego przez gwiazdę (redshift).
Wszechświat ma skończony (określony wiek). Światło z najbardziej oddalonych obiektów nie zdążyło do nas dotrzeć.

Pierwsze wyjaśnienie jest niepoprawne. Olbers nie wziął pod uwagę tego, iż materia międzygwiezdna, pochłaniając światło wysyłane przez gwiazdy, w końcu się nagrzeje do tego stopnia, że sama zacznie oddawać zgromadzoną energię w postaci światła.

Druga przesłanka mogłaby być poprawna - jednak nawet skończona liczba gwiazd jest nadal na tyle duża, że światło docierające z każdej gwiazdy i podgrzewające materię (która zaczyna również świecić) mogłoby wypełnić całą przestrzeń.

Trzecie wyjaśnienie (gdyby było potwierdzone obserwacyjnie) może być częściowo poprawne. Gdyby gwiazdy miały np. rozkład fraktalny, wówczas istniałyby duże połacie przestrzeni nieoświetlonej (pustej) i niebo byłoby ciemne, z wyjątkiem niewielkich obszarów usianych gwiazdami.

Tylko dwie ostatnie możliwości są poprawne. Z obserwacji wynika (np. rezultaty otrzymane przez sondę WMAP), że wiek wszechświata wynosi ok. 14 miliardów lat (14 × 10⁹ lat), dlatego światło gwiazd dociera do nas z odległości co najwyżej 14 × 10⁹ lat świetlnych. Natomiast promień obserwowalnego wszechświata wynosi 4.7 × 10¹⁷ lat świetlnych. Widzimy, że światło emitowane przez nawet najstarsze obiekty dociera do nas z odległości o wiele mniejszej (kilka rzędów wielkości). W takim wypadku nie jest możliwe wypełnienie całego wszechświata jednolitym promieniowaniem świetlnym.
Proces ekspansji wszechświata powoduje, że światło z oddalających się galaktyk jest przesunięte w kierunku czerwonej części widma, w związku z tym dociera do nas stamtąd słabsze światło, niż gdyby wszechświat był statyczny. To rozwiązuje paradoks, ponieważ z nieskończonej (lub bliskiej nieskończoności) ilości galaktyk dostajemy skończoną ilość światła obserwowalnego.

Paradoks Seeligera (grawitacyjny), czyli dlaczego nie nastąpiła Wielka Zapaść?

Rozwiązanie paradoksu Olbersa prowadzi do stwierdzenia, że wszechświat nie może być nieskończony. I tutaj pojawia się problem z siłami grawitacji, z którego zdawał sobie sprawę Newton. Wyobraźmy sobie gwiazdę znajdującą się na obrzeżach przestrzeni. Wówczas wszystkie pozostałe obiekty, zajmujące rozpatrywaną przestrzeń, zaczną tę gwiazdę do siebie przyciągać (zgodnie z prawem powszechnej grawitacji). W takich warunkach wszechświat zacznie się powoli zapadać, a po krótkim czasie przestanie istnieć. Newton się z tym nie zgadzał. Twierdził, że taka sytuacja nie będzie mieć miejsca, gdyż "na zewnątrz" będą inne gwiazdy również wytwarzające siły grawitacyjne i zostanie zachowana równowaga. Oczywiście nie miał racji.
Grawitacja mogłaby spowodować kolaps, gdyby nieskończenie duży wszechświat zawierał nieskończoną ilość materii. Dziś wiemy, że wszechświat się rozszerza. Siła wywołująca ekspansję powoduje, że np. planety krążą wokół gwiazd, oddalają się galaktyki i nie nastąpi "Wielka Zapaść".

Paradoks informacji, czyli co "wie" czarna dziura?

Powszechnie wiadomo, że czarna dziura to taki obiekt, z którego nic nie może się wydostać, nawet światło. A co dzieje się z informacją (np. masa, ładunek, pęd), którą niesie ze sobą materia wpadająca do czarnej dziury? Czy również zostaje utracona?
W myśl zasady mechaniki kwantowej znajomość stanu końcowego układu fizycznego pozwala zrekonstruować stan początkowy - mechanika kwantowa jest odwracalna. W oczywisty sposób własności czarnych dziur łamią tę podstawową zasadę. Mamy do czynienia z paradoksem - z jednej strony prawa przyrody gwarantują zachowanie informacji - z drugiej zaś wiemy, że czarna dziura pochłania i niszczy wszystko, co znajdzie się wystarczająco blisko niej i nie mamy możliwości odzyskania niczego.
Jeszcze w 1976 roku profesor Stephen Hawking wykazał, że powstająca czarna dziura musi emitować promieniowanie, przez co zmniejsza swoją masę. Po upływie dostatecznie długiego czasu wypromieniuje całą swoją energię i zniknie. Wszelka informacja zostaje zniszczona. Sam Hawking przyjmował taką postawę, chociaż gdyby faktycznie miał rację, zostałaby naruszona zasada zachowania energii.
Kluczem do rozwiązania tej zagadki może być teoria strun i kwantowa teoria grawitacji. Istnieje hipoteza mówiąca o tym, że dla obserwatora zewnętrznego materia wpada do czarnej dziury, ale nie zostaje przez nią pochłonięta - jak gdyby zatrzymuje się w obszarze horyzontu zdarzeń. Dodatkowo materia ulega spłaszczeniu w kierunku ruchu (efekty zgodne z teorią względności Einsteina). Natomiast dla obserwatora, który przekroczył już granicę horyzontu zdarzeń, nie dzieje się nic szczególnego, nie jest w stanie nawet zarejestrować tego momentu, dopóki nie osiągnie punktu w osobliwości. Zewnętrzny obserwator natomiast widzi całą materię, która kiedykolwiek została przechwycona przez horyzont zdarzeń i w nim "zamrożona".
Według teorii strun, każde ciało fizyczne zbudowane jest ze strun o długości 10^-33 cm. W myśl tej teorii horyzont zdarzeń zawiera całą masę czarnej dziury w postaci gigantycznej sieci strun. Informacja o obiekcie fizycznym nie zostaje więc pochłonięta przez czarną dziurę, tylko zatrzymana przez horyzont zdarzeń, a w końcu oddana w postaci promieniowania Hawkinga.

Paradoks dziadka, czyli.. ?

Załóżmy, że możliwe są podróże w przeszłość. Cofając się wstecz, np. do czasów sprzed naszych narodzin, pytamy: co by się stało, gdybyśmy zabili swoich rodziców (lub dziadków)? Paradoksalny problem, którego rozwiązanie zależy w tym momencie od naszej wyobraźni :), gdyż nie wiemy czy podróże w czasie są możliwe z technicznego punktu widzenia (teoretycznie przewidział taką ewentualność sam Einstein, jednak był tym faktem, delikatnie mówiąc, przerażony).
Możemy więc założyć, że cofamy się do innego świata (równoległego, o ile taki istnieje), w którym nigdy się nie urodzimy. I paradoks zostanie rozwiązany.

Paradoks wieku, czyli dzieci starsze od rodzica

Jeszcze do niedawna kosmologowie uważali, że wszechświat liczy sobie około 8-15 miliardów lat. Liczby te nie zgadzały się z wynikami obserwacji najdalszych obiektów. Astronomowie twierdzili, że najstarsze gwiazdy powstały 16-19 miliardów lat temu. Paradoks ten nie jest definitywnie rozwiązany, są dwie możliwości: (1) wiek wszechświata został wyznaczony nieprawidłowo albo (2) nasze teorie na temat budowy i ewolucji gwiazd nie są kompletne i wymagają poprawek.

Podobne artykuły

Światy równoległe okiem naukowców

wyświetlenia: 13320

Teorie o wyglądzie wszechświata

wyświetlenia: 13031

Przetrwać w próżni kosmicznej

wyświetlenia: 4963

Wielki Wybuch

wyświetlenia: 12741

Czarne dziury

wyświetlenia: 6807

Nic nie jest takie, jakim się wydaje

wyświetlenia: 4097

Wszystko o Czasie - Historia Zegara i Pomiarów Czasu w Astronomii i Fizyce

wyświetlenia: 10418

ALBERT EINSTEIN: Nauka, Filozofia i Kontrowersje

wyświetlenia: 23847

Powiązane tematy

czas, kosmos, kosmologia, filozofia, fizyka, nauka

Andrzej Lechowski (www), 07/06/2007

-4

odpowiedz

Odniose sie jedynie do "Paradoksu dziadka..." i "Paradoksu wieku..."
Ten pierwszy to kompletna bzdura. Nie ma mozliwosci podrozowania w czasie, bo i nie da sie podrozowac w ruchu! Jest to po prostu niemozliwe! A dlaczego, juz to wyjasnialem na tym forum.
Co do drugiego paradoksu. Jest to bledne wyliczenie zwiazane z bledna hipoteza rzekomego wielkiego wybuchu. Tez na tym forum podawalem swoja koncepcje narodzin materialnej czesci wszechswiata. Ten proces nie zaczal sie natychmiastowa ewolucja (liniowo), a przebiegal rownolegle i z rozna intensywnoscia tworzenia sie skupisk materii. stad zroznicowanie wieku obiektow astronomicznych.

zibi, 18/09/2007

+ 11

odpowiedz

Paradoks dziadka nie istnieje!
Czas rozpatrywany względem podróżnika, który przenosi się do przeszłości nie cofa się lecz ciągle upływa, w ten sposób zostaje zachowana ciągłość jego linii czasu (to fundamentalne prawo przyrody). Podróżnik nie zabija swojego dziadka a jego kopię z alternatywnej rzeczywistości. Po powrocie okazuje się, że czyn podróżnika nie spowodował żadnych zmian. Podróżnik nadal istnieje a w otaczającym go świecie nic się nie zmieniło, oprócz jego świadomości, stał się mordercą.

Punkty dla autora artykułu: 5

logiczny, 18/11/2008

+ 1

odpowiedz

Całkiem niedawne odkrycie na temat czarnych dziur. Czarne dziury "parują". Wyrzucają pojedyncze cząsteczki w przestrzeń z ogromną prędkością. Nie wiem, gdzie to wyczytałem :).

Grzegorz Rossa. (www), 18/11/2008

odpowiedz

U Hawkinga?

wiciu20, 01/09/2009

odpowiedz

Co do paradoksu dziadka to mi się wydaje ze to jest tak: wnuczek przenosi się w czasie, zabija dziadka, czyli się nigdy nie rodzi czyli nie przenosi się w czasie i nie zabija dziadka, a jeśli go nie zabija to normalnie się urodzi, przenosi się w czasie... Ogólnie wnuczek się zapętlił na zawsze

Dodaj swoją opinię

W trosce o jakość komentarzy wymagamy od użytkowników, aby zalogowali się przed dodaniem komentarza. Jeżeli nie posiadasz jeszcze swojego konta, zarejestruj się. To tylko chwila, a uzyskasz dostęp do dodatkowych możliwości!