Księżyc obraca się wokół Ziemi, Ziemia wokół Słońca, a sam Układ Słoneczny krąży wokół centrum Drogi Mlecznej. Skoro wszędzie dokoła widzimy rotujące obiekty, to czy Wszechświat jako całość też może się obracać?
Na początek spróbujmy się zastanowić, jak wyglądałoby życie w obracającym się wszechświecie? Na pewno występowałoby wiele dziwnych dla nas zjawisk. Po pierwsze każdy obserwator uznawałby siebie za centrum obrotu. Wyobraź sobie, że stajesz w miejscu i się rozglądasz. Zauważyłbyś, że mino tego, że stoisz nieruchomo, przestrzeń obraca się wokół ciebie. Próbujesz się więc wtedy przemieścić. Jednak gdy zaczynasz się poruszać, niezależnie gdzie byś się znalazł, zawsze widziałbyś świat tak, jak gdyby obracał się wokół twojego obecnego położenia. Taka wizja wydaje się abstrakcyjna; przecież w rzeczywistości, gdy siedzisz i czytasz ten artykuł, komputer nie obraca się przed twoimi oczyma. Mimo że brzmi to abstrakcyjnie, to taka sytuacja jest analogiczna do rzeczywistej natury rozszerzającego wszechświata, w którym wszyscy obserwatorzy widzą siebie jako centrum jego rozszerzania.
To jednak nie jedyny irracjonalny efekt. Okazuje się, że w obracającym się wszechświecie istnieje pewna granica odległości, na jaką możesz widzieć. Co się stanie, gdy ją przekroczysz? W takiej sytuacji obserwowałbyś kopie obrazów samego siebie z przeszłości. Przyjmijmy, że odbywałbyś podróż rakietą. Zauważyłbyś, że mimo że nie skręcasz, wcale nie lecisz prosto. Również jesteś częścią rotacji, w której wyniku twój ruch się podwaja. To znaczy, że w momencie, gdy wrócisz do punktu początku ruchu, okazałoby się, że dotarłeś tam, zanim w ogóle wyruszyłeś! Prowadzi to do paradoksu. W obracającym się wszechświecie można by „wyrotować” swoją przyszłość w przeszłość, a tym samym cofać się w czasie!
Zofia LamęckaWizualizacja problemów z ogólną teorią względności w modelu rotującego wszechświata.
Podobnego rozumowania podjął się w 1949 roku austriacki matematyk Kurt Gödel, który jako pierwszy stworzył współczesny model rotującego wszechświata, przy którego tworzeniu korzystał z ogólnej teorii względności Alberta Einsteina.
Model Gödela był jednak czysto teoretyczny. Uwzględnił w nim ujemną stałą kosmologiczną, która miałaby być źródłem siły odśrodkowej obrotu, potrzebnej do utrzymania Wszechświata w bezruchu. Jednak jego celem nie było stworzenie nowego obowiązującego modelu Wszechświata, ale pokazanie, że rotujący Wszechświat według ogólnej teorii względności w ogóle jest możliwy. Tym samym wykazał, że według teorii Einsteina podróżowanie w przeszłość jest możliwe. Ogólna teoria względności, na której przecież współcześnie polegamy, nie powinna dopuszczać cofania się w czasie. Narusza pojęcie przyczynowości, co bezpośrednio prowadzi do wielu paradoksów związanych z podróżami w czasie. Fakt, że ogólna teoria względności nie skreśla możliwości istnienia podróży w czasie, oznacza, że jest niekompletna.
Zofia LamęckaWizualizacja efektu obrotu w rotującym wszechświecie. Mimo prostoliniowego ruchu rakiety, powraca ona do swojego początkowego położenia.
Czy jest szansa, że może jednak wszechświat się obraca? Gdyby tak było, światłu przesuniętemu ku czerwieni musiałaby odpowiadać taka samo ilość światła przesuniętego ku fioletowi z przeciwnego kierunku nieba. Astronomowie postanowili sprawdzić, czy takie zjawisko występuje. Skorzystali z tego sposobu i badając odległe galaktyki oraz mikrofalowe promieniowanie tła udało im się ustalić, że tak rzeczywiście jest! Obraca się, ale z bardzo małą prędkością kątową wynoszącą niecałe 10^-17 stopnia na wiek.
Odkąd Gödel opublikował swoją teorię minęło ponad 70 lat. W tym czasie fizycy wymyślili inne sposoby, na jakie ogólna teoria względności pozwala na istnienie cofania się w czasie – tunele czasoprzestrzenne czy poruszanie się z prędkością wyższą od prędkości światła. Wszystkie metody polegają na egzotycznej fizyce, która nie zgadza się z obecnym zrozumieniem działania Wszechświata.
Ku wielkiemu rozczarowaniu, model rotującego wszechświata Gödela to nie żaden przełom w fizyce, a kwestia prostej obserwacji. Wyobrażenie siebie w obracającym się Wszechświecie jest równie oczywiste, co w rozszerzającym się. Nie istnieje żadna zasada w fizyce, która mówiłaby, że obracający się Wszechświat nie może istnieć. Tak samo nie istnieje nic, co zabraniałoby cofania się w czasie! Być może Gödel ma rację i w przyszłości jeszcze usłyszymy o jego teorii.
Korekta – Matylda Kołomyjec
