Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Tāpēc bija citādi mēģinājumi izskaidrot spektra sar­kano pārbīdi. Tā, piemēram, radās gaismas noguruma teorija. Pēc šīs teorijas, gaismas staram ejot arvien tā­lāk, samazinās tā svārstību frekvence. Te redzam lie­lisku hipotēzes ad hoc piemēru (hipotēze saistīta tikai ar šo parādību, jo nav nekā cita, kas to apstiprinātu). Pastāv arī cits izskaidrojums — pārbīde rodas tāpēc, ka gaismas stars iet cauri kosmisko putekļu sablīvēju­miem. Turpretim pēc de Sittera modeļa šī pārbīde rodas tāpēc, ka izliecas laiks. Un tomēr visvienkāršākais iz­skaidrojums, kas arī vislabāk pamatojas uz pārbaudī­tiem faktiem, ir tas, ka sarkanā pārbīde norāda uz re­ālu galaktiku kustību. Ievērojot šo rezultātu, drīz vien izstrādāja virkni jaunu modeļu Visumam, kas izplešas.

Šāda izplešanās tomēr nenozīmē, ka izplešas pa­šas galaktikas vai arī (tā to tagad uzskata) galaktiku asociācijās palielinās attālumi starp galaktikām. Var

domāt, ka šī izplešanās saistīta ar attālumu palielināša­nos starp asociācijām. Iedomāsimies, ka mums ir milzīga pika mīklas, kurā iemīcīti daži simti rozīņu. Pieņemsim, ka katra no rozīnēm simbolizē galaktiku asociaciju. Ja ieliksim mīklu krāsnī, tā uzrūgs vienmērīgi visos vir­zienos, taču rozīņu izmēri praktiski nemainās. Tatad palielinās attālumi starp rozīnēm, bet nevienu no ro­zīnēm mēs nevaram uzskatīt par izplešanās^ centru. Kat­rai rozīnei liekas, ka visas pārējās it kā attālinas no tas. Ja kāda no rozīnēm atrodas tālāk no iedomātās rozīnes, jo lielāks šķiet tās attālināšanās ātrums.

Einšteina Visuma modelis ir statisks, jo viņš šo mo­deli izveidoja vēl ilgi pirms tam, kad astronomi konsta­tēja Visuma izplešanos. Lai nepieļautu sava Visuma sa- raušanos gravitācijas spēku dēļ un līdz ar to arī tā bojā eju, Einšteins pieņēma, ka eksistē vēl kāds spēks. Savā modelī viņš ieveda tā saucamo kosmoloģisko konstanti. Sis jaunais spēks atgrūž zvaigznes, tādējādi noturot tās noteiktā attālumā citu no citas. Vēlāk izdarīja aprēķi­nus un konstatēja, ka šāds Einšteina modelis nav sta­bils līdzīgi monētai, kas nostādīta uz malas. Mazākais grūdiens šādu monētu apgāzīs vai nu uz vienu pusi, vai otru, kas it kā atbilstu Visuma paplašināšanai un sašau­rināšanai. Sarkanā pārbīde norāda, ka Visums noteikti nesašaurinās. Tad kosmologi sāka veidot tādus Visuma modeļus, kuri pieļauj Visuma izplešanos.

No daudz un dažādiem Visuma modeļiem pazīstamā­kie ir divi, kurus radījuši padomju zinātnieks Alek­sandrs Frīdmans un beļģu abats žoržs Lemetrs. Dažos modeļos telpu uzskata kā noslēgtu (liekums pozitīvs),

citos — par nenoslēgtu (liekums negatīvs), bet daudzos jautājums par telpas noslēgtību atstāts atklāts. Vienu no šādiem modeļiem aprakstīja ari Edingtons savā grā­matā «Visums, kas izplešas». Viņa izveidotais modelis būtība ir ļoti līdzīgs Einšteina dotajam Visuma mode­lim. Tas ir noslēgts līdzīgi milzīgai četrdimensiju lodei, kura izplešas vienmērīgi trijos telpiskos virzienos. Taču pēdējā laikā astronomi apšauba, ka telpa var būt no­slēgta pati sevī. Liekas, ka matērijas blīvums telpā to­mēr ir pārāk mazs, lai varētu radīt pozitīvu liekumu. Priekšroka tiek dota nenoslēgtam vai bezgalīgam Visu­mam ar vispārēju negatīvu liekumu, tātad tas atgādina seglus.

Lasītājam nav jāiedomājas, ka sfēras virsmai ar po­zitīvu liekumu no iekšpuses liekums ir negatīvs. Sfēris­kas virsmas liekums vienmēr ir pozitīvs kā no iekšpu­ses, tā no ārpuses. Seglu virsmai liekums ir negatīvs, jo katrā punktā tai ir dažādi liekumi. Ja jūs pārvilk- siet ar rokas plaukstu pār seglu virsmu no aizmugures uz priekšu, virsma ari jums liksies ieliekta, taču, ja virzīsiet plaukstu no vienas seglu malas uz otru, tā jums liksies izliekta. Vienu liekumu izsaka ar pozitīvu

skaitli, otru — ar negatīvu. Lai dabūtu precīzu virsmas liekumu dotajā punktā, šie abi skaitļi ir jāsareizina. Ja visos punktos šis reizinājums ir negatīvs (kā vajag iz­nākt, ja katrā punktā ir dažādi virsmas liekumi), tad virsmai liekums ir negatīvs. Kā otru pazīstamu negatī­vas virsmas piemēru var apskatīt virsmu, kas ierobežo caurumu toroīda (līdzīgs barankai) vidū. Protams, ka šādas virsmas ir tikai uzskatāmi negatīva liekuma trīs­dimensiju telpas modeļi.

Iespējams, ka, izgatavojot jaunus, jaudīgākus tele­skopus, varēs atbildēt uz jautājumu, kāds ir Visuma lie­kums — pozitīvs, negatīvs vai vienāds ar nulli. Ar te­leskopu galaktikas var redzēt tikai noteiktā sfēriskā tilpumā. Ja galaktikas izvietotas haotiski un telpai lie­kuma nav, tad galaktiku skaits tādā sfērā ir proporcio­nāls sfēras rādiusa kubam. Citiem vārdiem sakot, ja būtu teleskops, ar kuru varētu redzēt divas reizes tā­lāk, tad ar to redzamo galaktiku skaits palielinātos no n līdz 8n. Ja šī izmaiņa būs mazāka, tad tās nozīmēs, ka Visuma liekums ir pozitīvs, ja lielāka •— negatīvs.

Var domāt, ka tam jābūt otrādi, tāpēc ņemsim divdi­mensiju virsmas ar pozitīvu un negatīvu liekumu. No plakanas gumijas izgriezīsim apli un uz tā 0,5 cm at­tālumā citu no citas uzlīmēsim rozīnes. Lai no šī pla­kanā gumijas apļa izveidotu sfēru, tas no malām ir jāsaspiež, tad daudzas rozīnes atradīsies tuvāk viena otrai. Ja mēs gribētu, lai starp rozīnēm attālums nemai­nītos, mums vajadzētu daudz mazāk rozīņu. Ja šo pla­kano gumijas apli uzliksim uz seglu virsmas, rozīnes cita no citas attālināsies, tātad, lai tagad saglabātu to pašu attālumu starp rozīnēm, mums vajadzētu jau daudz vairāk rozīņu. No apskatītā izriet šāds anekdotisks se­cinājums. Ja jūs pērkat alus pudeli, tad noteikti piesa­kiet pārdevējam, ka vēlaties pudeli, kas satur telpu ar negatīvu liekumu, bet ne ar pozitīvu!

Visuma modeļos, kas izplešas, Einšteina kosmoloģiskā konstante nav vajadzīga, jo tā rada hipotētisku zvaig­žņu atstumšanos. (Šīs konstantes izmantošanu vēlāk Einšteins pats atzina par savu lielāko kļūdu, kādu viņš jebkad ir izdarījis.) Tikko parādījās šie jaunie Visuma modeļi, uzreiz tika atrisināts Olbersa paradokss par

nakts debess spilgtumu. Einšteina statiskais modelis šeit maz ko deva. Lai gan šajā modelī sauļu skaits ir galīgs, bet telpa ir noslēgta un gaismai no saulēm vienmēr ir jāapiet Visums (gaismai jāizliec sava trajektorija, ja telpā un laikā ir vietēji izliekumi). Tātad debesij naktī ir jābūt tikpat spilgtai, kā tas būtu tad, ja būtu bezga­līgi daudz sauļu. Protams, ka tā nebūtu, ja mēs varētu pieņemt, ka Visums vēl ir jauns un gaismas stars pa­spējis veikt tikai dažas riņķveida cilpas.

Pieņemot, ka Visums izplešas, paradoksu' var apgāzt pavisam vienkārši. Ja tālākās galaktikas attālinās no Zemes ar ātrumiem, kas proporcionāli attālumiem līdz tām, tad pilnais gaismas daudzums, kas sasniedz Zemi, samazinās. Ja kāda no galaktikām būs tik tālu, ka tās ātrums pārsniegs gaismas ātrumu, tad no šīs galaktikas gaisma vispār nekad nesasniegs Zemi. Mūsu dienās daudzi astronomi piekrīt tādai nopietnai domai, ka, ja Visums neizplestos, tad nekad nebūtu atšķirības starp dienu un nakti.

Tas, ka tādu tālo galaktiku ātrums attiecībā pret Zemi var pārsniegt gaismas ātrumu, pirmajā brīdī, šķiet, ir pretējs postulātam, ka neviens materiāls ķermenis ne­var kustēties ātrāk par gaismu. Taču mēs jau 4. nodaļā redzējām, ka šis postulāts ir spēkā tikai tad, ja ievēro noteikumus, kurus izvirza speciālā relativitātes teorija. Vispārīgā relativitātes teorijā postulāts skan šādi: ne­kādus signālus nevar noraidīt ar ātrumu, kas būtu lie­lāks par gaismas ātrumu. Joprojām atklāts paliek šāds jautājums: vai tiešām tālās galaktikas var pārvarēt gais­mas barjeru un līdz ar to, kļūdamas neredzamas, uz vi­siem laikiem pazust no cilvēka redzes lauka pat tad, ja cilvēka rīcībā būtu visjaudīgākie teleskopi? Daudzi spe­ciālisti tomēr uzskata, ka gaismas ātrums ir galējā ro­beža un tāpēc pašas tālākās galaktikas nekad nebūs pilnīgi neredzamas, bet kļūs nespodrākas.