Hablo dėsnis ir erdvės plėtimasis

Erdvės tempimąsis

Modernusis mokslas apie visatą remiasi viena pagrindine tiesa – Visata nuolat keičiasi ir nėra sustingusi vietoje. 1929 m. Edvinas Hablas (Edwin Hubble), remdamasis Vesto Slaiferio ir Žoržo Lemetro ankstesniais darbais, paskelbė stebėjimų duomenis, kurie sugriovė senąjį statinės Visatos modelį. Šis atradimas dabar žinomas kaip Hablo-Lemetro dėsnis.

Edwin Hubble prie savo darbo stalo Mount Wilson observatorijoje ir originali 1929 m. publikacija „A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae“ (PNAS)

Esminė Hablo dėsnio interpretacija reikalauja atsisakyti intuityvaus judėjimo supratimo. Stebint tolimas galaktikas, fiksuojamas jų spektro raudonasis poslinkis, kuris rodo, kad jos tolsta nuo mūsų. Tačiau šios galaktikos nebėga per erdvę; jos neturi „variklių“, stumiančių jas tolyn. Visatos plėtimasis didžiausiais masteliais veikia ne taip.

Erdvės metrinis plėtimasis

Plėtimasis yra metrinis erdvės savybių pokytis. Įsivaizduokite patį erdvėlaikį kaip tamprų koordinačių tinklelį, kuriame galaktikos yra taškai. Jei tinklelį tempiame, atstumas tarp taškų didėja, nors patys taškai nejuda savo koordinatėse. Panašiai ir Visatoje: plečiantis erdvei, plečiasi pats šis tinklelis. Galaktikos lieka fiksuotos savo koordinačių taškuose, tačiau fizinis atstumas tarp tų taškų didėja. Kadangi plečiasi kiekvienas erdvės centimetras, bendras plėtimosi tempas tarp dviejų objektų yra proporcingas atstumui tarp jų. Tai paaiškina Hablo dėsnio formulę:

Formulėje: $v$ yra tolimo objekto tolimo greitis, H_0​ – Hablo konstanta; $d$ – atstumas iki objekto. Taigi, tolimi objektai tolsta greičiau, nes tarp jų yra daugiau besiplečiančios erdvės.

Kosmologinis raudonasis poslinkis

Skirtumas tarp įprasto Doplerio efekto (judėjimo per erdvę) ir kosmologinio raudonojo poslinkio (pačios erdvės tempimosi kelionės metu)

Erdvės metrinis plėtimąsis:

​Formulėje: $z$ yra kosmologinis raudonasis poslinkis, rodantis, kiek pailgėjo šviesos bangos ilgis; λ_gauta​ – šviesos bangos ilgis, kurį užfiksavo stebėtojas, gavęs fotoną; λ_{išspinduliuota​} – šviesos bangos ilgis, kurį fotonas turėjo išspinduliavimo momentu tolimoje galaktikoje; $a$ – Visatos dydžio mastelio faktorius (scale factor) išspinduliavimo momentu, palyginti su šiandieniu dydžiu ($a=1$ šiandien).

Formulė aiškiai parodo, kad fiksuojamas raudonasis poslinkis ($z$) yra tiesiogiai susijęs su tuo, kiek Visata padidėjo nuo to momento, kai šviesa buvo išspinduliuota. Pavyzdžiui, jei $z=1$, tai Visata nuo to laiko padidėjo du kartus. Šis perėjimas nuo „skriejančių kūnų“ prie „besiplečiančios geometrijos“ yra esminis žingsnis, leidžiantis suprasti, kad Visata neturi jokio centro ar sprogimo epicentro – kiekvienas taškas gali teisėtai laikyti save plėtimosi centru.