COBE - Helyünk a Világegyetemben


A NASA 1989. november 18.-án bocsátotta fel a COBE műholdat. A küldetés legfontosabb célja a kozmikus háttérsugárzás egyenletességének és termikus spektrumának vizsgálata volt.

Az egyenletesség a kozmikus struktúrák kialakulásának szempontjából fontos. Ha ugyanis a háttér semmilyen "szemcsézettséget" nem mutat, akkor nem tudhatjuk, honnan erednek azok az anyagtömörülések, amelyekből a későbbi galaxisok és galaxis halmazok kialakulhattak. A COBE megtalálta azokat a "fodrozódásokat" az egyenletes kozmikus háttéren, amelyek az ilyen struktúrák felépülését megindíthatták. Ez tehát egyértelmű siker, ami megerősíti a jelenleg legnépszerűbb elméletet, az Ősrobbanás elméletét.

Egy másik ilyen megerősítése az elméletnek szintén a COBE küldetésének eredménye. Kiderült, hogy a háttérsugárzás spektruma közel tökéletesen megegyezik az abszolút fekete-test spektrumával. Ez azt jelenti, hogy a Világegyetem kialakulásának ebben az időszakában termikus egyensúlyban volt. Ez persze további kérdéseket vet fel, nevezetesen a termodinamika második főtételével kapcsolatban: ha ugyanis az összes energia a sugárzási térben halmozódott fel méghozzá termikus egyensúlyban, és maximális entrópiával, akkor a Világegyetem hőhalála, - amit a 19. század fizikusai oly gyakran emlegettek, mint a jövő fenyegető rémét - nem a jövőben jön el, hanem már a múltban bekövetkezett.

Van egy ennél még érdekesebb következménye a COBE küldetésnek. A kozmikus háttérsugárzás frekvenciájában ugyanis kimutatható a Doppler-hatás. A tér egyik irányában a sugárzás frekvencia spektruma a kék felé, ezzel ellentétes irányban pedig a vörös felé tolódik el. Az eltolódás nagyságából kiszámítható, hogy a detektor, vagyis tulajdonképpen a Föld kb. 600 km/s sebességgel mozog a térben.

És ez igen érdekes kérdéseket vet fel. Galilei és Einstein óta tudjuk ugyanis, hogy az abszolút sebességnek nincsen értelme, ha valaminek a sebességéről beszélünk, mindig meg kell mondanunk, mihez képest értjük azt. Most azonban itt van egy sebesség, amit kimértünk anélkül, hogy megmondtuk volna, mihez képest értendő.

Ez tehát valamiféle abszolút sebesség lenne? Ellentétben mindazzal, amit az iskolában a Galilei és Einstein féle relativitási elvről megtanultunk?

A tudósok többségének a válasza erre az, hogy ez a sebesség a háttérsugárzáshoz képest értendő, tehát nincsen benne semmi abszolút.

De a dolog azért nem ilyen egyszerű. Mert mi is az a háttérsugárzás? Elektromágneses sugárzási tér, ami kitölti az egész Univerzumot. Szó sincs tehát klasszikus értelemben vett tömegpontról, tárgyról, vagy bármiféle szilárd megfogható objektumról. Ez a sugárzási tér olyan értelemben abszolút, hogy a Világegyetem összes megfigyelőjének egyformán elérhetően a rendelkezésére áll. Mindenki kimérheti az ehhez viszonyított sebességét, ebből kiszámíthatják az egymáshoz viszonyított sebességüket is, tehát egy abszolút sebesség fogalom kiépíthető a segítségével. Ráadásul a háttér hőmérséklete a Világegyetem életkorával csökken, tehát még egy abszolút időskála is létrehozható.

Van azonban egy kis probléma ezzel az abszolút skálával. Az ugyanis, hogy a tágulásból eredő sajátsebesség nem mutatható ki a segítségével, holott ez elvárható lenne egy abszolút vonatkoztatási rendszertől. Vegyünk ugyanis egy olyan objektumot, ami a távolságából és a Hubble konstansból kiszámított fél fénysebességgel távolodik tőlünk a Világegyetem tágulásának következtében. Ha igaz az abszolút skála, akkor ő ezt a fél fénysebességet ki tudná mérni a háttérsugárzáshoz képest. Ez viszont olyan drasztikus kék és vörös eltolódással járna, hogy az ő számára a háttér egészen másképp nézne ki, mint a mi számunkra. A háttérnek viszont közel egyformának kellene lennie minden megfigyelő számára a Világegyetemben, ha ugyanis nem így lenne, akkor a Világegyetemben lenne kitüntetett megfigyelő, ez pedig a geocentrikus szemlélet egy sokkal "keményebb" visszatérése lenne.

Vegyük észre, hogy az abszolút vonatkoztatási rendszer és a kitüntetett megfigyelő nem ugyanazt jelenti. Az előbbi egy elektromágneses háttér, az utóbbi egy anyagi megfigyelő, akit a Világegyetem tágulása valamiféle középpontként jelölne ki.

A kulcskérdés tehát az: ha ki tudjuk mérni a háttérhez képest a sajátsebességünket, miért nem tudjuk kimérni a Világegyetem tágulásából következő sebességünket?

Michelson és Morley a 19. század végén éppen azért végezte el híressé vált kísérletét, mert szerették volna kimutatni a Föld mozgását a hipotetikus éterhez képest. A null-effektus vezetett el a speciális relativitás-elmélethez. A COBE egy évszázaddal később kimutatta a Föld mozgását, ha nem is az éterhez képest, de valami ehhez kísértetiesen hasonló létezőhöz képest. Ha Michelson és Morley végezhették volna el a COBE méréseit, lenne vajon speciális relativitás-elmélet?

Azt hiszem, nem...