Tu zaczyna się to, czego w zasadzie wytłumaczyć i zrozumieć chyba „po ludzku” nie można. Są po prostu jakieś rachunki, w których są podefiniowane wielkości fizyczne takie jak "wiek Wszechświata", "rozmiar Wszechświata" i przy takich definicjach to czy tamto "wychodzi" z tych rachunków.
Światło porusza się w próżni ze stałą prędkością c. Słońce jest od Ziemi w odległości 8 minut świetlnych. Jakby zgasło, to ciemno zrobiłoby się dopiero po 8 minutach. Niestety nie ma żadnego sposobu, żeby poinformować nas zdalnie i natychmiastowo, kiedy zostało wyemitowane światło. Normalnie jak ktoś chciałby zsynchronizować zegarki z kimś po drugiej stronie jeziora to użyłby latarki - ale nie ma latarki szybszej od światła.
Światło emitowane z poruszającego się obiektu zawsze we wszystkich kierunkach dla każdego ruchomego czy nie obserwatora ma dokładnie tą samą prędkość (postulat Einsteina po próbach zmierzenia różnic prędkości światła słonecznego zgodnie i przeciwnie do ruchu Ziemi zresztą
nasi w tym palce maczali...) Na szczęście jeśli obiekt w chwili emisji oddalał się od nas, to następuje poczerwienienie jego światła, tzw. redshift. Światło UV przesuwa się np. do zakresu widzialnego i staje się czerwone. Im szybciej obiekt się porusza, tym przesunięcie jest większe. Znów guzik by to dało (bo skąd niby mielibyśmy wiedzieć, że to światło zostało wyemitowane jako UV - widzimy je po prostu jako czerwone). Na szczęście światło emitowane w procesach fizycznych pełne jest "odcisków palców". W widmie takiego światła znajdują się linie emisji pierwiastków. Układają się one w unikatowe dla każdego pierwiastka grupy (tzn. linie są w ściśle określonych
miejscach widma światła). Jeśli więc wykryje się grupę linii charakterystyczną dla wodoru (a ten pierwiastek istniał od Początku...) przesuniętą w prawą stronę widma światła białego zmierzonego w laboratorium na Ziemi - to można zmierzyć różnicę w długości fali wyemitowanej i odebranej - czyli ów redshift - w efekcie obliczyć z jaką prędkością oddalał się od nas obiekt w chwili kiedy "błysnął".
Znając tą prędkość, można "podstawić" ją do Prawa Hubble. Nie wdając się w szczegóły Edwin Hubble koło 1930 udowodnił ponad wszelką wątpliwość, że wszystko ucieka od wszystkiego, czyli Wszechświat się rozszerza. Hubble podał prostą zależność wiążącą prędkość z jaką ucieka od (dowolnego) obserwatora (np. nas) inny obiekt we Wszechświecie - prędkość ta równa jest iloczynowi odległości do obiektu i stałej Hubble. V(prędkość ucieczki=R(odległość)*H(stała Hubble). Wyznaczenie (obserwacyjne) tej stałej jest jednym z najważniejszych problemów astronomii.
I teraz - mając oszacowaną stałą Hubble i (z poprzedniego akapitu o redshifcie) wiedząc z jaką prędkością uciekał obiekt, który wyemitował odebrane światło - można wyliczyć odległość do niego: R=V/H. I to jest odpowiedź, skąd wiadomo jak był daleko, kiedy błysnął.
Trudniej wytłumaczyć, jak to możliwe, że w małym Wszechświecie światło zostało wyemitowane w kierunku znacznie mniej odległego (niż 13 mld. lat świetlnych) wówczas punktu i dotarło do niego po takim czasie, lecąc po linii prostej (w każdym razie prostej w czasoprzestrzeni). Rozszerzanie się Wszechświata można sobie (zapewne fałszywie
) wyobrazić jako dmuchanie gumowej piłki, na której zaznaczono pisakiem punkty symbolizujące galaktyki. Zamieniamy 3D przestrzeń na 2D (w małej skali) powłokę piłki. W miarę dmuchania, punkty te oddalają się od siebie (i to dokładnie wg Prawa Hubble - im dalej położone od siebie, tym względna prędkość większa). Jeśli teraz wyobrazimy sobie promień światła jako mrówkę, która ze stała prędkością (tak jak światło) będzie usiłowała się przedostać z jednego punktu na drugi - to z upływem każdej kolejnej chwili ma ona większą drogę do przejścia. Metafora ta pokazuje rozmaite problemy - np. skoro prędkość ucieczki punktów-galaktyk zależy (liniowo) od odległości między nimi - to im są dalej, tym szybciej od siebie uciekają. Może się więc tak zdarzyć, że na piłce są punkty, do których mrówka nigdy nie dotrze, bo poruszają się one już szybciej od niej - choć w momencie rozpoczęcia nadymania były o wyciągnięcie odnóża. Ściśle mówiąc niezależnie od prędkości mrówki i prędkości dmuchania piłki stopniowo coraz więcej punktów będzie w odległości takiej, że będą się poruszały szybciej od mrówki. W końcu mrówka nigdy nie dotrze do żadnego punktu. Dlatego mówi się o obserwowanym rozmiarze Wszechświata - widzimy tylko to, co nie oddala się od nas szybciej, niż idzie mrówka - czyli światło.
Tutaj mały disclaimerek - rozszerzanie powłoki balonu nie może dziać się szybciej niż prawdziwa (nie mrówcza) prędkość światła. Tutaj metafora kuleje, gdyż we Wszechświecie rozszerza się przestrzeń (a nie cokolwiek materialnego), a jej to ograniczenie nie obowiązuje. Są kandydaci na obiekty uciekające tak szybko od nas, że niebawem poczerwienienie przejdzie w "poczernienie" i znikną one z naszego świata. "Niebawem" w skali kosmologicznej rzecz jasna
.
Olkapolka - zasadniczo Wszechświat jest
PUSTY więc pomijając przypadki szczególne promieniowanie dociera do nas bez przeszkód. A promieniowanie (gamma) jest diabelnie przenikliwe.
Uff
.