Az Univerzum szerkezete

Heinrich Wilheim Olbers német fizikus 1826-ban matematikailag bizonyított állítása szerint ha azt feltételezzük, hogy a csillagok a világegyetemben nagy átlagban egyenletesen oszlanak el, továbbá a tér minden irányban végtelen, és nincsenek kitüntetett helyei a mindenségnek, akkor éjszaka is nappali világosság kellene hogy legyen a csillagok fényétől. Ezt az elképzelést korábban Kepler és Halley is felvetette.

Az Olbers-paradoxon feloldására a következő feltevéseket fogalmazhatjuk meg az univerzum fényes objektumairól:

• a világító testek (csillagok vagy galaxisok) száma véges;
• bár a világító testek száma végtelen, az univerzum csak egy véges t idő óta létezik, és a távoli testek fénye még nem ért el hozzánk a fénysebesség véges volta miatt;
• véges számú és véges ideig világító test alkotja az univerzumot.

Már a múlt században felvetették az Olbers paradoxon megoldásaként azt a lehetőséget, hogy a fény útközben anyagba ütközve elnyelődik vagy szóródik. Kiderült azonban, hogy ez nem igazi megoldás, mert az intersztelláris felhők újra kibocsátják az általuk elnyelt vagy szórt fényt, amely maga is hozzájárul az éjszakai égbolt fényességéhez.

Érdemes azonban részletesebben foglalkozni az Olbers paradoxon tényleges megoldásaival, amelyekre csak körülbelül száz évvel annak felvetése után gondoltak először. Hubble ekkor fedezte fel az Univerzum általános tágulását, amelynek elméleti magyarázata az Einstein-féle általános relativitáselmélet. A felfedezésnek két idevágó következményét említhetjük:

• a galaxisok általános távolodása következtében a távoliak hozzájárulása az égbolt háttérsugárzásához egyre gyengébb;
• a tágulás következtében a köbcentiméterenkénti fotonszám csökken.

A GÖRBÜLT TÉR

A térben és időben véges univerzum megértéséhez a görbült tér fogalmával kell megbarátkoznunk. A görbült teret nehéz elképzelni, ezért egy kétdimenziós példát hívunk segítségül. Képzeljünk el egy sík világot, melyen sík lények élnek. Mivel számukra nem létezik a harmadik dimenzió, aligha tudják elképzelni, hogy a világuk görbült (például ha a sík lapot hengerré hajlítjuk, és távol vagyunk a széleitől). Persze rájöhetnek közvetett jelekből arra, hogy világuk görbült. Például abból, hogy ha sokáig egy irányba mennek, előbb-utóbb visszaérnek oda, ahonnan indultak. Ha elfogadjuk, hogy terünk görbült, elképzelni akkor sem tudjuk, mert nem tudjuk azt a 4. dimenziót érzékelni, amelybe „bele kell, hogy görbüljön”. De közvetett tapasztalatokat szerezhetünk terünk szerkezetéről, akár a hengeren lakó kétdimenziós lények előző példánkban.

Az univerzum és a SÖTÉT ENERGIA

Az univerzum, amennyiben zömében gravitáló anyag alkotja, lassulva kellene, hogy táguljon, hiszen a gravitációs vonzás a galaxisok, galaxishalmazok között azok egymástól való távolodása, az univerzum tágulása ellen hat. Ezzel szemben a mérésekre alapított tapasztalataink szerint a világmindenség távolságléptéke gyorsulva nő, azaz a galaxishalmazok egymástól való távolodásának üteme az időben növekszik. A gyorsuló tágulásra magyarázatul szolgálhat az úgynevezett sötét energia, ami képes kompenzálni a hagyományos anyagban ébredő gravitációs vonzást. Jelenlegi ismereteink szerint az univerzum anyag-energia eloszlásának 68–72%-át teszi ki a sötét energia.

Hogy mi van a jelenség hátterében, és mi okozza a világegyetem gyorsuló tágulását, azaz milyen a csak gravitációs hatása révén azonosítható sötét energia természete, a jelen kor kozmikus kutatásainak egyik legfontosabb kérdése, melynek megválaszolása a gravitáció természetének megértéséhez vezethet közelebb. Az univerzumunk anyagának mindössze 4%-át tudjuk közvetlenül megfigyelni. A további jelentős rész az úgynevezett sötét anyag, mely szintén csak gravitációs hatása alapján azonosítható, de a szokásos newtoni gravitációs erőhatást fejti ki.