Întrebare
Cum este posibil ca lumina stelelor aflate la miliarde de ani-lumină distanță de Pământ să fi ajuns până la noi, dacă Pământul are doar câteva mii de ani?
Răspuns
Un an-lumină reprezintă distanța maximă pe care lumina o poate parcurge într-un an în vidul spațial. Prin urmare, lumina are nevoie de miliarde de ani pentru a parcurge miliarde de ani-lumină prin spațiu. Din perspectiva noastră de aici, de pe Pământ, putem vedea lumina stelelor aflate la miliarde de ani-lumină distanță. Prin urmare, este rezonabil să presupunem că universul nostru are cel puțin miliarde de ani — suficient de vechi încât lumina acestor stele să aibă timpul necesar pentru a ajunge la planeta noastră, aflată la miliarde de ani-lumină distanță.
Această presupunere rezonabilă contrazice perspectiva „Pământului Tânăr”, care susține că universul are o vechime mai mică de 10.000 de ani. Dacă nu ar exista argumente științifice solide în favoarea perspectivei Pământului tânăr, această contradicție nu ar merita o a doua analiză. Cu toate acestea, volumul tot mai mare de dovezi care susțin perspectiva Pământului tânăr este suficient de substanțial pentru a justifica o investigație atentă cu privire la posibilitatea rezolvării raționale a acestei aparente contradicții. Așadar, punem întrebarea: Cum poate lumina stelelor aflate la miliarde de ani-lumină distanță să ajungă pe Pământ în doar câteva mii de ani?
Dilatația gravitațională a timpului
Potrivit lui Albert Einstein, spațiul nu este „nimicul” gol pe care majoritatea dintre noi îl percepem a fi. El este umplut cu ceea ce Einstein a numit eter. Dictionary.com definește eterul ca „un mediu omniprezent, infinit de elastic și fără masă”. Tot ceea ce există în limitele universului nostru se află în acest mediu fără masă.
După cum menționează Dictionary.com, eterul este infinit de elastic. El poate fi întins și deformat. Pentru a vizualiza acest lucru, imaginează-ți o pânză întinsă strâns. Acesta este eterul. Acum imaginează-ți că arunci o minge grea (cum ar fi o minge de bowling) pe pânză, chiar în mijloc. Acest lucru ar face ca pânza să se afunde în mijloc. Mingea grea reprezintă materia densă, precum planeta noastră. Einstein credea că materia determină încovoierea spațiului, similar cu modul în care mingea grea determină încovoierea pânzei întinse. Aceste încovoieri ale spațiului sunt cunoscute sub numele de „puțuri gravitaționale”.
Acum, dacă am așeza bile mai mici și mai ușoare (cum ar fi bilele de sticlă) pe pânză alături de bila grea, acestea s-ar rostogoli spre centru, în adâncitura provocată de bila grea. Mai mult, ele ar contribui la lăsarea generală a pânzei, chiar dacă doar ușor. Această mișcare spre centru reprezintă gravitația. Conform viziunii lui Einstein asupra gravitației, dacă forme de materie mai mici și mai ușoare se află suficient de aproape, ele pot fi atrase în puțurile gravitaționale ale unor forme de materie mai mari și mai dense. Deși fiecare dintre ele creează propria curbură în spațiu, unele puțuri gravitaționale sunt mai adânci și mai influente decât altele (adică generează o forță gravitațională mai puternică). Toate au un lucru în comun: distorsionează timpul.
În anii 1960, fizicienii Robert Pound și Glen Rebka au confirmat experimental o consecință teoretică a Teoriilor Relativității lui Einstein, numită Efectul de Dilatare Gravitațională a Timpului (EDGT). Pound și Rebka au reușit să demonstreze că timpul trece mai încet pentru obiectele care se îndepărtează tot mai mult într-un puț gravitațional. De exemplu, sateliții Sistemului Global de Poziționare (GPS) se află mai departe de Pământ decât obiectele de la suprafața planetei și, prin urmare, sunt mai puțin scufundați în puțul gravitațional cauzat de masa Pământului. Rezultatul este că timpul trece puțin mai repede pentru sateliții noștri GPS decât pentru noi, aici, la suprafață, deoarece ne aflăm mai adânc în interiorul puțului gravitațional al Pământului. Ceasurile atomice de la bordul sateliților și cele de aici, de pe Pământ, au fost utilizate pentru a detecta și măsura această diferență în ritmul de trecere a timpului.
În mod similar, un ceas atomic din Greenwich, Anglia (la nivelul mării), înregistrează o rată mai lentă a trecerii timpului decât ceasul atomic din Boulder, Colorado (la 5.430 de picioare deasupra nivelului mării). La aceste diferențe de altitudine relativ mici, efectul măsurabil este minor. Efectul la scara întregului cosmos poate fi mult mai dramatic. Cu cât un puț gravitațional este mai adânc, cu atât EDGT este mai puternic. De fapt, conform Relativității Generale, timpul se oprește efectiv la marginea unei găuri negre — o zonă cunoscută de oamenii de știință drept „orizontul evenimentelor”, unde gravitația este atât de intensă, încât nici măcar lumina nu poate scăpa (de aici și denumirea de „gaură neagră”).
Acum, să lăsăm deoparte EDGT pentru un moment și să luăm în considerare un alt fenomen astronomic important: deplasările spre roșu ale stelelor. Deplasările spre roșu sunt un fenomen al efectului Doppler prin care lungimile de undă ale radiației (precum cele ale luminii stelelor) se alungesc pe măsură ce se îndepărtează de un observator. Consensul general în rândul astronomilor este că deplasările spre roșu stelare observate indică faptul că universul se extinde (Legea lui Hubble). Extrapolând această expansiune înapoi în timp, devine evident că universul primordial era ceva mai dens, mai compact decât este astăzi.
Într-un univers limitat, în care materia are un centru și o margine, compresia materiei descrisă mai sus ar contribui la adâncirea puțului gravitațional cauzat de masa combinată a universului. Acest lucru ar intensifica EDGT, determinând timpul să treacă mult mai încet în apropierea centrului universului (mai adânc în puț) decât în apropierea marginii sale (mai aproape de suprafața puțului).
Implicația este paradoxală: chiar dacă întregul univers ar fi fost creat dintr-o dată la început (și ar trebui, prin urmare, să aibă aceeași vârstă), unele părți pot fi substanțial mai tinere decât altele datorită naturii relative a timpului. Lumina ar putea parcurge miliarde de ani-lumină pe parcursul a miliarde de ani în anumite părți ale universului, într-o perioadă de timp pe care noi, de pe Pământ, am percepe-o ca fiind mult mai scurtă. Pe măsură ce universul se extinde și materia se răspândește în spațiu, puțul gravitațional universal s-ar uniformiza treptat, reducând rata diferenței de timp în întregul univers.
Mulți astrofizicieni și astronomi resping ideea unui univers limitat, cu galaxia noastră, Calea Lactee, situată aproape de centrul său sau chiar în centrul acestuia. Dar aceasta este o presupunere filozofică, nu o concluzie științifică bazată pe date empirice. Așa cum a explicat cu sinceritate astrofizicianul de renume mondial, dr. George F.R. Ellis: „Oamenii trebuie să fie conștienți că există o gamă de modele care ar putea explica observațiile. De exemplu, pot construi un univers cu simetrie sferică, cu Pământul în centrul său, iar tu nu-l poți infirma pe baza observațiilor... îl poți exclude doar pe motive filozofice. Din punctul meu de vedere, nu este absolut nimic greșit în asta. Ceea ce vreau să scot la iveală este faptul că folosim criterii filozofice în alegerea modelelor noastre. O mare parte din cosmologie încearcă să ascundă acest lucru.” (W. Wayt Gibbs, „Profile: George F.R. Ellis”, Scientific American, octombrie 1995, vol. 273, nr. 4, p. 55)
Pe scurt, Efectul de Dilatare Gravitațională a Timpului este o soluție teoretică la problema „Pământului Tânăr” legată de lumina stelelor îndepărtate, care, în mod uimitor, reconciliază dovezile în favoarea unui Pământ tânăr cu dovezile în favoarea unui univers vechi. Mulți astrofizicieni și astronomi resping una dintre ipotezele fundamentale majore pe care se bazează explicația EDGT (un univers limitat, cu Calea Lactee în centru sau aproape de centru), nu din cauza datelor observabile, ci din cauza perspectivelor lor filozofice.
English
Cum este posibil ca lumina stelelor aflate la miliarde de ani-lumină distanță de Pământ să fi ajuns până la noi, dacă Pământul are doar câteva mii de ani?
