We wczesnym Wszechświecie czas płynął wolniej

Ogólna teoria względności Alberta Einsteina mówi, że powinniśmy obserwować odległy, a zatem starożytny Wszechświat funkcjonujący znacznie wolniej niż obecnie. Jednak cofnięcie się w tak odległą przeszłość okazało trudnym zadaniem. Podjęli się tego astrofizyk Geraint Lewis z University of Sydney i statystyk Brendon Brewer z University of Auckland. Wykorzystali do tego kwazary, które w ich badaniach przyjęły rolę kosmicznych zegarów.

- Patrząc wstecz na czas, gdy Wszechświat miał nieco ponad miliard lat, widzimy, że czas wydaje się płynąć pięć razy wolniej. Gdybyśmy tam byli, w tym niemowlęcym Wszechświecie, jedna sekunda nadal wydawałaby się jedną sekundą, ale z naszej pozycji, ponad 12 miliardów lat w przyszłość, ten czas wydaje się rozciągać – powiedział Lewis.

Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma "Nature Astronomy" (DOI: 10.1038/s41550-023-02029-2).

Po odkryciu, że Wszechświat się rozszerza, fizycy zdali sobie sprawę, że to powinno mieć wpływ na czas i że z naszej perspektywy przeszłość powinna być wolniejsza. Ustalenie, o ile wolniej Wszechświat działał w zamierzchłej przeszłości okazało się jednak sporym wyzwaniem.

Australijscy naukowcy wykorzystali w swoich badaniach dylatacji czasu dane dotyczące blisko 200 kwazarów. Dylatacja czasu to nic innego jak różnice w pomiarze czasu danego zjawiska dokonywanym równolegle w dwóch różnych lokalizacjach czy układach odniesienia, z których jeden przemieszcza się względem drugiego. Zjawisko to przewidział Einstein.

- Dzięki Einsteinowi wiemy, że czas i przestrzeń są ze sobą powiązane i od zarania dziejów Wszechświat się rozszerza. Ta ekspansja przestrzeni oznacza, że w naszych obserwacjach wczesnego Wszechświata czas powinien wydawać się biec znacznie wolniejsze niż obecnie – zaznaczył Lewis.

To, że czas kiedyś płynął wolniej, ustalili naukowcy już wcześniej. Wykorzystali do tego supernowe, ale w swoich badaniach cofnęli się jedynie do około połowy wieku Wszechświata. Teraz, dzięki obserwacji kwazarów, uczeni doszli do czasów, kiedy kosmos liczył zaledwie około miliarda lat. Badania wydają się potwierdzać, że Wszechświat przyspiesza wraz z wiekiem.

Lewis i Brewer przebadali dane dot. 190 kwazarów sprzed 2,45 do 12,17 miliarda lat (Wielki Wybuch miał miejsce ok. 13,8 miliarda lat temu). Dane, w tym też te o zakresie długości fal, były zbierane przez dwie dekady. W rezultacie uczeni mieli do badań około 200 obserwacji każdego kwazara, co pozwoliło na szczegółową rekonstrukcję ich fluktuacji. Analizy wykazały, że starsze kwazary wydają się "migotać" w zwolnionym tempie w porównaniu z nowszymi kwazarami. Badacze ustalili, że tempo to jest około pięciokrotnie wolniejsze. Oznacza to, że ekspansja Wszechświata jest odciśnięta w "tykaniu" każdego kwazara.

Źródło: University of Sydney, fot. ESO/M. Kornmesser