[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.A zatem — argumentowali dalej Lifszyc i Chałatnikow — skoro istnieje nieskończenie więcej modeli podobnych do modelu Friedmanna bez początkowej osobliwości niż modeli z osobliwością, to nie ma powodu sądzić, że w rzeczywistości wielki wybuch miał miejsce.Później jednak zrozumieli oni, że istnieje znacznie bardziej ogólna klasa modeli podobnych do modelu Friedmanna i posiadających osobliwość, w których galaktyki wcale nie muszą poruszać się ze specjalnie wybranymi prędkościami.Wobec tego, w 1970 roku, wycofali swe poprzednie twierdzenia.Praca Lifszyca i Chałatnikowa była niezwykle ważna, ponieważ wykazali oni, że jeśli ogólna teoria względności jest prawdziwa, to wszechświat mógł rozpocząć się od osobliwości, od wielkiego wybuchu.Nie rozstrzygnięte pozostało jednak zasadnicze pytanie, czy wszechświat musiał rozpocząć się od wielkiego wybuchu, początku czasu? Odpowiedź na to pytanie poznaliśmy dzięki zupełnie innemu podejściu do zagadnienia, wprowadzonemu przez brytyjskiego fizyka i matematyka, Rogera Penrose'a, w 1965 roku.Wykorzystując zachowanie stożków świetlnych w ogólnej teorii względności oraz fakt, że siła grawitacji działa zawsze przyciągające, Penrose udowodnił, że zapadająca się pod działaniem własnego pola grawitacyjnego gwiazda jest uwięziona w obszarze, którego powierzchnia maleje do zera, a zatem znika również objętość tego obszaru.Cała materia gwiazdy zostaje ściśnięta w obszarze o zerowej objętości, a więc gęstość materii i krzywizna czasoprzestrzeni stają się nieskończone.Innymi słowy, pojawia się osobliwość w obszarze czasoprzestrzeni zwanym czarną dziurą.Na pierwszy rzut oka rezultat Penrose'a odnosi się wyłącznie do gwiazd; nie wydaje się, aby w jakikolwiek sposób odpowiadał na pytanie, czy w całym wszechświecie zaistniała osobliwość typu wielkiego wybuchu w przeszłości.Kiedy Penrose ogłosił swoje twierdzenie, byłem doktorantem i desperacko poszukiwałem tematu rozprawy doktorskiej.Dwa lata wcześniej okazało się, że zachorowałem na ALS, powszechnie znane jako choroba Lou Gehriga lub stwardnienie zanikowe boczne; powiedziano mi wtedy, iż mam przed sobą dwa, trzy lata życia.W tych okolicznościach robienie doktoratu nie wydawało się zbyt sensowne — nie liczyłem na to, że będę żył jeszcze tak długo, by móc go uzyskać.Minęły jednak dwa lata, a mój stan specjalnie się nie pogorszył.Wszystko raczej mi się udawało i zaręczyłem się z bardzo miłą dziewczyną, Jane Wilde.Aby móc się ożenić, musiałem znaleźć pracę, a żeby dostać pracę, musiałem zrobić doktorat.W 1965 roku przeczytałem o twierdzeniu Penrose'a, zgodnie z którym każde ciało zapadające się grawitacyjnie musi w końcu utworzyć osobliwość.Wkrótce zdałem sobie sprawę, że jeśli odwrócić kierunek upływu czasu w twierdzeniu Penrose'a, to zapadanie zmieni się w ekspansję, a założenia twierdzenia pozostaną nadal spełnione, jeżeli obecny wszechświat jest z grubsza podobny do modelu Friedmanna w dużych skalach.Zgodnie z twierdzeniem Penrose'a zapadające się ciało musizakończyć ewolucję na osobliwości; z tego samego rozumowania, po odwróceniu kierunku czasu, wynika, że każdy rozszerzający się wszechświat, podobny do modelu Friedmanna, musiał rozpocząć się od osobliwości.Z pewnych przyczyn natury technicznej twierdzenie Penrose'a wymagało, by przestrzeń wszechświata była nieskończona.Wobec tego mogłem jedynie udowodnić istnienie osobliwości początkowej we wszechświecie, który rozszerza się dostatecznie szybko, by uniknąć ponownego skurczenia się (ponieważ wyłącznie takie modele Friedmanna są nieskończone w przestrzeni).W ciągu następnych paru lat rozwinąłem nowe matematyczne metody pozwalające usunąć to i inne techniczne ograniczenia z twierdzeń wykazujących istnienie osobliwości.Ostateczny rezultat zawiera praca napisana wspólnie z Penrose'em w 1970 roku, w której udowodniliśmy wreszcie, że osobliwość typu wielkiego wybuchu musiała mieć miejsce, jeśli tylko poprawna jest ogólna teoria względności, a wszechświat zawiera tyle materii, ile jej widzimy.Nasza praca napotkała początkowo ostry sprzeciw, między innymi ze strony Rosjan, wiernych swojemu marksistowskiemu determinizmowi, a także ze strony tych, którzy uważali, iż cała koncepcja osobliwości jest odrażająca i psuje piękno teorii Einsteina.Nie można jednak w istocie rzeczy spierać się z twierdzeniem matematycznym.W końcu zatem nasza praca została powszechnie zaakceptowana i dziś niemal wszyscy przyjmują, że wszechświat rozpoczął się od osobliwości typu wielkiego wybuchu.Być może na ironię zakrawa fakt, że ja z kolei zmieniłem zdanie i próbuję przekonać moich kolegów, iż w rzeczywistości nie było żadnej osobliwości w chwili powstawania wszechświata — jak zobaczymy później, osobliwość znika, jeśli uwzględnia się efekty kwantowe.Widzieliśmy w tym rozdziale, jak w krótkim czasie zmieniły się uformowane przez tysiąclecia poglądy człowieka na budowę wszechświata.Odkrycie przez Hubble'a ekspansji wszechświata oraz zrozumienie znikomej roli Ziemi w jego ogromie były tylko początkiem procesu przemian.W miarę powiększania się zbioru obserwacyjnych i teoretycznych argumentów stawało się coraz bardziej oczywiste, że wszechświat miał początek w czasie, aż wreszcie w 1970 roku zostało to udowodnione przez Penrose'a i mnie samego, na podstawie ogólnej teorii względności Einsteina
[ Pobierz całość w formacie PDF ]