Az Univerzum tágulása valóban gyorsabb a fény sebességénél?

Mármint: 43 milliárd fényév távolságban éri el a fénysebességet.

Ami most ennél távolabb van, azt már soha nem fogjuk látni.

Valamikor gyorsabb volt.

De mivel a fénysebesség határsebesség léte értelemszerűen a térjdőben érvényes, magának a téridőnek a tágulására nem igaz, így ennek sok jelentősége nincs.

Gyakran a lufis hasonlattal szokták magyarázni laikusoknak, viszont az egy rendkívül leegyszerűsített közelítése az Univerzummal kapcsolatban. Ez a hasonlat kezdő lépésnek jó, de ebből bármi féle mélyebb teljesen logikus gondolatmenettel való következtetése teljesen hülyeséghez vezethet. A tudomány nem egy egyszerű dolog, ennek művelői a tudósok akik "napi 24 órában" ezt művelik. Ideális esetben 5 év egyetemi képzés után végzik el az egyetemi alap és mesterképzését, aki még tovább tanul ott van a doktori képzés, tudományos publikációk, több év kemény munkája még az adott tudományterület szakavatott tudósa lesz. Az Univerzummal kapcsolatban kapcsolatos kutatott dolgokra sokszor nincs gyors és egyszerű és precíz válasz.

A rövid válasz az lenene a kérdésre hogy : igen.

Azonban ez a rövid válasz, túl rövid és pongyola, nem időegység alatti elmozdulás van, hanem az univerzum tágulása egy speciális téridő "görbület", amelyet az Einstein-féle téregyenletek írnak le. A parciális diffegyenleteknek lehetséges olyan megoldása is, amely esetén a térszerű metszetek térfogata időirányban növekszik. Na, ezt nevezik közönségesen az univerzum tágulásának. Az univerzumban nem a galaxisok mozognak, hanem a téridőnek van olyan alakja, hogy a "nyugalomban" lévő galaxisok világvonalai széttartanak egymástól: azaz távolodnak. A specrel egy merev vonatkoztatási rendszerben igaz. Merev méterrudak és órák rendszere. A táguló univerzumban nem lehet ilyen vonatkoztatási rendszert kijelölni.

Meg kell barátkozni a szóban forgó elmélet nyelvezetével. Kozmológiával, az univerzum tágulásával, annak „sebességével” és „gyorsulásával” kapcsolatban nem szabad feltenni olyan kérdést, amire m/s vagy m/s^2 mértékegységű választ várunk. Illetve szabadni szabad, csak értelmetlen, ezért ne csodálkozzunk, ha számadat helyett enyhe mosolyt kapunk válaszul... A kozmolóigai modell fogalmai adekvát leírására a arxiv-ról linkelt görbéről leolvasható adatok szolgálnak. Ennél „pontosabb”, „konkrétabb” válasz nem létezik, ez viszont (pl az az adat, hogy a lassulási paraméter jelenlegi értéke kb -1/2) teljesen kielégíti a tudományos kritériumokat, és a mért görbe elemzésével minden más keresett adat kiszámítható.

A világegyetem tágulási sebességre vonatkozó Hubble-paraméter 74,3±2,1 km/s/Mpc, a hibahatár kevesebb mint 5 % (Riess és csoportja által megállapított adat).

[link]

[link]

A 6.-ik oldalon az ábra : A vízszintes tengelyen a vöröseltolódás (a hullámhossz relatív eltolódása) látható - minél nagyobb ez, annál messzebb nézünk vissza a múltba, az idő a z vöröseltolódás monoton függvénye, a pontos függvényalak függ az alkalmazott kozmológiai modelltől. Ezért is nem időt írnak a tengelyre, hiszen annak pontos értéke modellfüggő, míg a vöröseltolódás mérhető, objektív adat. Az ábra bal szélén, nulla vöröseltolódásnál tehát a jelen pillanat, jobbra pedig az egyre régebbi múlt látható.

A függőleges tengelyen a q "gyorsulási paraméter" nevű mennyiség szerepel. Vegyünk két tetszőleges (de a továbbiakban rögzített) galaxist, és legyen ezek időben változó távolsága u(t). Jelöljük e függvény idő szerinti deriváltját u'-vel, idő szerinti második deriváltját u''-vel

Készítsük el ezekből a következő kombinációt:

q = - u''u/u'u'. Ez lesz a lassulási paraméter.

Ha az eredeti két galaxis helyett két másikat vettünk volna, amelyek egy adott pillanatban kétszer olyan messze vannak, mint az előző pár, akkor a Hubble-törvény értelmében az u(t) függvény egyszerűen megszorozódott volna kettővel. Hasonlóképp a deriváltjai is. Behelyettesítve láthatjuk, hogy a q mennyiség értéke nem változott volna. A lassulási paraméter definíciója tehát független attól, mely konkrét galaxispár távolságát vizsgáljuk.

Az egyes galaxisok egymáshoz képesti pillanatnyi u' sebessége és u'' gyorsulása a szokásos m/s, illetve m/s^2 egységekben mérhető, ezek viszont függenek attól, mely konkrét galaxisokról van éppen szó. Ezért értelmetlen azt kérdezni, hogy "milyen sebességgel" vagy "mekkora gyorsulással" tágul az Univerzum. A tágulás pillanatnyi ütemére a H=u'/u Hubble-állandó a jellemző (ennek mértékegysége 1/s), a tágulás gyorsulására (pontosabban lassulására) pedig a dimenziótlan q paraméter.

A mínusz előjelet azért definiálták bele a lassulási paraméter értékébe, mert eredetileg azt gondolták, hogy a tágulás mindenképpen lassul – ilyen esetekre ez a képlet pozitív értéket szolgáltat.

Ha a tágulást bizonyos egyszerű függvények írják le, akkor a q(t) lassulási függvény időben állandó marad. Ha pl. az u(t) függvény az idő n-ik hatványával arányos u(t)=A*t^n, akkor q=(1/n)-1 . Lassuló tágulás esetén az n hatványkitevő 0 és 1 között van, ennek reciproka nagyobb 1-nél, tehát q pozitív. Pl. a sík terű Fridman-modell esetén n=2/3, ezért q=1/2 a tágulás teljes folyamata során.

Az Univerzum gyorsuló tágulásának egyik lehetséges esete az lenne, ha a hatványfüggvénnyel leírható u(t) képletébe 1-nél nagyobb n-et helyettesítünk be. Ekkor q állandó negatív értéket vesz fel. Érthető: a gyorsuló tágulás „negatív lassulásnak” felel meg.

Egy másik lehetséges eset az exponenciálisan gyorsuló tágulás: u(t)=A*exp(t/T), ahol T a tágulás időállandója, ami az univerzum méretének (a radioaktív felezési idő mintájára definiált) „kétszereződési” idejével arányos. Ebben az esetben a q lassulási paraméter értéke állandóan q = -1. Ilyen tágulás valósulna meg, ha a világot kizárólag sötét energia (inflaton, kvinteszencia) töltené meg, és a számítások szerint ilyen volt a tágulás a hajdani inflációs korszakban.

Nem várhatjuk el, hogy a többféle, más-más állapotegyenletű anyaggal kitöltött univerzum tágulásának történetét a fenti egyszerű függvények írják le. Mint az arxiv-ról idézett oldalon a diagrammok (ami a mérési adatok legkisebb négyzetes illesztésével, elméleti feltevések, modellek felhasználása NÉLKÜL készült - a piros sáv közepén húzódó piros vonalat kell figyelni) mutatja, nem is ez a helyzet. A q paraméter értéke az idő folyamán változott.