Expanze vesmíru není adiabatická a vesmír není homogenní

  V odborné literatuře se můžeme dočíst, že rozpínání vesmíru je adiabatické, jako izolované soustavy bez sdílení tepla a bez jeho vyzařování (1,2). Zkusme se na to podívat důsledně.

  Při adiabatické expanzi ideálního plynu dochází k poklesu jeho teploty, ve vesmíru to ovšem tak jednoduché není, ale  je na velkých škálách  euklidovský, takže rychlosti můžeme sčítat aritmeticky.
  Jako oblast, na kterou se zaměříme, si zvolíme náš viditelný vesmír, který má poloměr 5,8 Gly. Je to poloměr našeho světelného kužele, viz obr1. Na svislé ose tohoto diagramu je kosmický čas a na vodorovná je správná vzdálenost od nás (propper distance). Objekty a události, které  se nacházejí nebo nacházely mimo tento kužel, dnes nemůžeme pozorovat, protože jejich záření k nám nemohlo doletět.
 

  Na obr. 2 je znázorněn zmíněný viditelný vesmír jako koule o poloměru 5,8 Gly. Uprostřed je  Země Z. Galaxie G1 se od nás vzdaluje rychlostí u1, takže její záření  směrem k nám se pohybuje rychlostí c – u1, zatímco směrem od nás letí rychlostí c + u1. Na první pohled je tedy zřejmé, že směrem dovnitř této koule vyzařuje galaxie méně energie než směrem ven.
 Ještě více je to patrné u galaxie G2, která se nachází v Hubbleově vzdálenosti 5,8 Gly, což je poloměr, na kterém se rychlost expanze rovná rychlosti světla, takže veškeré její záření směřuje ven z této koule, protože záření, které tato galaxie vyzařuje směrem k nám, z našeho pohledu stojí, protože c - u2 = 0. Vzdálenost 5,8 Gly vychází z toho, že před asi 9,5 mld. roků bylo H asi 170 km/s/Mpc, viz obr.1.
 

 Pozorovatel P1 by nám sice mohl říci, že galaxie G1 vyzařuje směrem k nám úplně stejné množství energie jako směrem od nás, ale to jen proto, že se od nás vzdaluje rychlostí u3. Kdyby se nevzdaloval, pozoroval by to samé, co my. Naopak pozorovatel P2 nám může sdělit, že z galaxie G1 k nám žádné světlo přiletět nemůže, protože G2 leží už mimo jeho viditelný vesmír. Oba pozorovatelé se však shodnou na tom, že i z jejich viditelných vesmírů mizí energie záření, zatímco dovnitř žádné záření přiletět nemůže. Tedy expanze není adiabatická, ale polytropická. Z našeho viditelného vesmíru je vyzařováno mnoho energie, ale dovnitř se žádné záření nedostane.
 

  Na or. 3 je zakreslen pozorovatel P3, který je od nás vzdálen dva Hubbleovy poloměry 2 RH. Od nás se tedy vzdaluje rychlostí 2c podle Hubbleova-Lemaitrova zákona, a tím pádem se záření galaxie G2 k němu nepřibližuje, protože to od nás letí také rychlostí 2c. Celou situaci vidí stejně jako my. Kam ale mizí to záření? Do vzdálených končin vesmíru, mnohem rychleji než vzdálené galaxie. Odtud se k nám však žádné informace nedostanou, protože ty se také šíří pouze rychlostí světla. Z čehož je vidět, že vesmír není homogenní ani co se týče záření.

Prameny :

(1) https://www.aldebaran.cz/astrofyzika/kosmologie/inflace.php(2)  http://www.astronuklfyzika.cz/Gravitace5-4.htm