Je temná energie nutná pro zrychlené rozpínání vesmíru?

V minulých statích jsme pojednali o tom, že rozpínání vesmíru není lineární, tudíž má svůj střed a proto se nemůže jevit každému pozorovateli stejně ve všech směrech. Nyní se zamyslíme nad tím, jaké to má důsledky pro gravitaci, která určitě brání zrychlenému rozpínání vesmíru.

  V současné kosmologii převládá názor, že ke zrychlenému rozpínání, které již bylo pozorováno, je třeba tzv. temná energie, která má zařídit  zrychlení obrovské hmoty ve vesmíru obsažené. Ve světle minulých pojednáních však celá záležitost vypadá podstatně jinak.
  Vyjděme z Hubbleova diagramu (1), který vytvořil prof. Wright, jehož křivku Evolving Supernovae jsme použili a překreslili:

Z tohoto diagramu je patrné, že ve vzdálenosti 6,7 Gpc je rychlost rozpínání časoprostoru rovna rychlosti světla c. Tedy světlo ze supernovy v této vzdálenosti k nám nikdy nemůže dorazit, protože jeho rychlost vzhledem k lokálnímu časoprostoru je sice c=300.000 km/s, ale když se ten právě takovou rychlostí vzdaluje, pak rychlost paprsku vzhledem k nám bude nulová. Je to podobné, jako když člun plave proti proudu, ale jeho rychlost vzhledem k té vodě je stejná jako rychlost proudu, pak vůči pozorovateli na břehu stojí.
  Zde je snad nutno připomenout, že podle teorie relativity se dvě tělesa nemohou od sebe vzdalovat rychlostí světla, ale to platí pouze pro jeden lokální časoprostor, např. jednu galaxii. Zde se však rozpíná časoprostor mezi skupinami galaxií, které se od sebe vzdalují, a to je něco jiného.

  A nyní přejděme k otázkám gravitace, protože ta se také šíří rychlostí světla. Tuto analogii použijeme, i když je zde patrný jistý rozdíl. U světla jde o jednosměrnou záležitost, letí od zdroje všemi směry, zatímco ten druhý objekt pouze pasivně čeká, zda něo přiletí či nikoliv.
  U gravitace záleží na obou objektech stejně, gravitační síla je

F = M . m . G / D²

Na tento vzorec však můžeme nahlédnout jako na součin hmotnosti středu rozpínání M a intenzity gravitačního pole vzdalující se supernovy;

 K = m . G / D^2.

Jestliže nyní použijeme analogii se světlem, pak můžeme připustit, že právě tato intenzita gravitačního pole supernovy směrem ke středu rozpínání bude nulová, protože gravitace se také šíří pouze rychlostí světla, a supernova se právě touto rychlostí vzdaluje.
  To pak znamená, že když vzdalující se objekty dosáhnou rychlosti světla, gravitační síla hmoty ve středu vesmíru mizí, i když podle Newtona by měla být nulová až v nekonečnu.

A nyní se podívejme, jak vypadá situace z pohledu supernovy vzdálené 6,7 Gpc. Střed rozpínání se od ní vzdaluje rychlostí světla, zatímco objekty stejně vzdálené na opačné straně pouze rychlostí
v = 530 000 – 300 000 = 230 000 km/s.

 Potom gravitační síla od těchto objektů bude rozhodně větší než nulová, protože rychlost jejich vzdalování od této supernovy ještě nedosáhla rychlosti světla,a tím právě může způsobit její zrychlené vzdalování.

Z výše uvedeného je vidět, že pokud rozpínání vesmíru není lineární a tedy má svůj střed, vymýšlení temné energie (energie vakua ) není třeba, neboť jakmile rozpínání dosáhne rychlosti světla vzhledem ke středu rozpínání, hmota obsažená v tomto středu již ztrácí gravitační sílu na vzdalující se hmotu, která je pak urychlována hmotou, která je ještě více vzdálená, zcela mimo dosah našeho pozorování. Tato hmota se tím pádem poněkud zbrzdí, ale to nám snad nemusí vadit.

Prameny:
 (1)  http://www.astro.ucla.edu/~wright/sne_cosmology.html