barrow5

krawędź wszechświata. Wszechświat w nic nie ekspanduje. Jest wszystkim, co istnieje.

W tym miejscu można postawić pytanie, czy obserwowany przez nas stan ekspansji będzie trwał w nieskończoność. Gdy rzucimy w górę kamień, powróci na Ziemię przyciągnięty przez ziemską grawitację. Im mocniej ciśniemy kamień, tym większą nadamy mu energię ruchu i tym wyżej wzniesie się przed upadkiem. Wiemy, że jeśli nadamy pociskowi prędkość większą -niż 11 kilometrów na sekundę, to pokona on siły ziemskiej grawitacji. Jest to krytyczna prędkość startu rakiety. Uczeni nazywają ją „prędkością ucieczki” z Ziemi.

Podobne rozważania stosują się do dowolnego wybuchającego czy rozszerzającego się układu, hamowanego przez siły grawitacji. Jeśli energia ruchu związanego z ekspansją przekracza energię przyciągania grawitacyjnego, to materia przekroczy prędkość ucieczki i będzie się rozszerzać bez końca. Jeśli jednak przyciąganie grawitacyjne pomiędzy częściami układu jest silniejsze, ekspandujące części układu w końcu zaczną z powrotem przybliżać się do siebie, podobnie jak to się dzieje z Ziemią i kamieniem. To samo odnosi się do ekspandującego Wszechświata. Istnieje prędkość krytyczna na początku ekspansji. Jeśli prędkość ekspansji ją przekracza, to przyciąganie grawitacyjne wszelkiej materii w takim wszechś wiecie nie będzie w stanie zahamować ekspansji i trwać ona będzie wiecznie. Z drugiej strony, jeśli początkowa prędkość jest mniejsza od krytycznej, to ekspansja zostanie zatrzymana i odwrócona, co w końcu doprowadzi do powrotu do zerowych rozmiarów — takiego samego stanu, od którego, jak sądzimy, ekspansja się zaczęła. Pomiędzy tymi dwiema możliwościami istnieje trzecia, którą opisuje tzw. model

RYSUNEK 1.4

Trzy możliwe przebiegi ekspansji Wszechświata. Wszechświat „otwarty” jest nieskończony i będzie rozszerzał się zawsze. Wszechświat „zamknięty” jest skończony i skurczy się z powrotem do Wielkiego Kresu. Te dwie możliwości rozdziela model krytyczny, według którego Wszechświat jest nieskończenie duży i będzie rozszerzać się wiecznie.

krytyczny. W tym przypadku początkowa prędkość ekspansji jest dokładnie równa krytycznej, to znaczy najmniejszej, przy której ekspansja trwać będzie wiecznie (patrz rysunek 1.4). Jedną z wielkich zagadek, dotyczących naszego Wszechświata jest pytanie, dlaczego obserwowana ekspansja jest tak bliska tego krytycznego przypadku? Jest tak

25