Czy Wszechświat jest nieskończony?

Pytanie:

Czy Wszechświat jest nieskończony? Na ostatniej religii ksiądz podjął następujący temat: "Horyzonty ewolucji". Po pewnym czasie doszedł do zagadnienia Wszechświata. Zadał pytanie "Czy wszechświat jest nieskończony?" ...I wywiązała się burzliwa dyskusja, która trwała niemalże do dzwonka. Dyskusja skończyła się nie rozstrzygnięta.
od: Pawel (ppoglodek@go2.pl)

Odpowiedź:

dr hab. Leszek Sokołowski:

Pytanie jest tak ogólnikowe, że byłoby dziwne, gdyby dyskusja doprowadziła do sensownych konkluzji. Nie wiadomo bowiem, co rozumieć konkretnie przez "nieskończony Wszechświat". Dla przykładu, powierzchnia Ziemi jest skończona, może na niej żyć jednocześnie skończona liczba ludzi, Ziemia ma 4,5 mld lat, a człowiek pojawił się na niej niedawno, jest też wielce prawdopodobne, że za kilka mld lat Słońce tak się rozrośnie i powiększy swoją moc promieniowania, że Ziemia zostanie całkowicie wypalona, więc ludzkość albo zginie, albo będzie musiała się wyprowadzić poza granice Układu Słonecznego, najlepiej na planety w pobliżu innej, bardziej przyjaznej gwiazdy. Zatem liczba zdarzeń dotyczących ludzkości na Ziemi jest i będzie skończona, ale czy z tego wynika coś sensownego? Liczba zdarzeń dziejących się wokół nas jest tak wielka, że nie potrafimy przewidzieć przyszłości własnej, kraju czy ludzkości na parę lat, a co dopiero na dłużej. W tym sensie nie ma praktycznej różnicy miedzy "skończonością" a "nieskończonością". 

Przechodząc od człowieka i społeczeństwa do fizyki i astronomii, nieskończoność Wszechświata można rozumieć na dwa sposoby. Po pierwsze, Wszechświat może być skończony lub nie przestrzennie. Oznacza to, ze trójwymiarowa fizyczna przestrzeń jest albo nieskończona, tak jak nieskończona jest zwykła przestrzeń euklidesowa (tzn. istnieją w niej punkty, których wzajemna odległość jest równa dowolnej zadanej liczbie), albo też jest skończona, czyli ze istnieje w niej maksymalna odległość dwu punktów - tak jak skończona jest np. sfera, na której nie ma punktów bardziej od siebie oddalonych niż bieguny. Skończoność fizycznej przestrzeni nie oznacza wcale, ze poruszając się w niej natknęlibyśmy się na jakąś nieprzekraczalna granice. Przecież na powierzchni Ziemi - która jest skończona - możemy się poruszać swobodnie i żadna fizyczna granica nas nie zatrzyma.

Obecnie nie wiemy z pewnością, czy Wszechświat jest przestrzennie skończony czy nie. Najprostsza interpretacja obserwacji astronomicznych wskazuje na nieskończoność przestrzeni, lecz można dopuścić bardziej skomplikowaną (więc mniej prawdopodobną) ich interpretację, według której przestrzeń jest skończona (matematycy mówią wtedy, że jest "zamknięta") i trochę przypomina obwarzanek. Istnieje tu wiele teorii fizycznych, a ilość obserwacji astronomicznych jest ograniczona, wiec kwestia ta niestety nie zostanie szybko rozstrzygnięta. Przypuszczalnie jeszcze szereg pokoleń fizyków i astronomów będzie pracować nad tym zagadnieniem, które jest problemem sensownym i poznawczo doniosłym.

Po drugie, Wszechświat może być nieskończony w czasie, tzn. może trwać nieskończenie długo. Z teorii fizycznych, które są obecnie powszechnie uznawane wynika, że Wszechświat miał początek, że powstał w pewnym jednorazowym zjawisku fizycznym ponad 10 mld lat temu. Zjawisko to zwane jest Wielkim Wybuchem (po ang. Big Bang). Ze względu na kontekst pytania dodam od razu, narodziny Wszechświata w Wielkim wybuchu nie maja nic wspólnego z kreacjonizmem, nie oznaczają wcale stworzenia świata przez Boga. Wielki Wybuch jest tak samo zgodny z prawami fizyki jak zamarzanie wody czy świecenie żarówki, przez którą płynie prąd. W tym sensie narodziny Wszechświata w Wielkim Wybuchu ani nie zaprzeczają ani nie potwierdzają istnienia Boga i jego zainteresowania światem. O Panu Bogu można tu mówić tylko to, że stworzył takie prawa fizyki, by dopuszczały powstanie Wszechświata. Ale te kwestie wykraczają poza kompetencje fizyka i astronoma.

Obecnie większość badaczy ocenia, że Wszechświat ma około 13 mld lat. Jak długo będzie on istnieć? Te same obserwacje astronomiczne, które sugerują, że przestrzeń fizyczna jest nieskończona, sugerują też, że będzie trwać nieskończenie długo. Ale z podobnych powodów co poprzednio ten wniosek też nie jest pewny. Gorszą ewentualnością jest to, że Wszechświat zginie w zjawisku podobnym do Wielkiego Wybuchu (lecz przebiegającym wstecz w czasie) - w Wielkim Kresie (Big Crunch). Wszechświat, który od narodzin rozszerza się, czyli wszystkie galaktyki oddalają się od siebie, zacznie się w pewnym momencie kurczyć: galaktyki będą się do siebie zbliżać, zderzać, ściśnięte gwiazdy nagrzeją się do temperatur dużo większych niż te, przy których obecnie zachodzą reakcje termojądrowe w ich wnętrzach, aż w końcu cały Wszechświat zginie zgnieciony i rozpalony. 

Na szczęście, jeżeli to nas czeka, to najwcześniej za kilkadziesiąt mld lat. Nie ma wiec powodów do niepokoju.

5 marca 2002