Hubble'i seadus ja paisuv universum

Uuri kaugete galaktikate valgust ja peaaegu ilma harvade lähedaste eranditeta on selle iseloomulikud spektrijooned nihkes pikemate (punasemate) lainepikkuste poole võrreldes samade joontega, mis on mõõdetud laboris Maal — punanihe, mis on tihedalt seotud Doppleri nihkega, tuttavast helist ja läbi ruumi eemalduvate objektide kiiratud valgusest. 1920. aastatel mõõtis Edwin Hubble mitme galaktika nii punanihet kui kaugust ja leidis silmatorkava seose: punanihe kasvab otseselt võrdeliselt kaugusega, seos, mida nüüd nimetatakse Hubble'i seaduseks. Kaks korda kaugemal olev galaktika näitab ligikaudu kaks korda suuremat punanihet, kümme korda kaugemal olev galaktika näitab ligikaudu kümme korda suuremat punanihet ja nii edasi, sisuliselt ilma erandita piisavalt kaugete galaktikate puhul.

Selle mustri sirgjooneline lugemine — et iga kaugel olev galaktika lendab füüsiliselt meist eemale läbi staatilise, muutumatu ruumi, seda kiiremini, mida kaugemal see juba on — tõstatab kohese mõistatuse: miks peaksime juhtuma istuma just selles ainsas erilises keskpunktis, millest kõik põgeneb? Lahendus on see, et see lugemine ei ole õige füüsikaline pilt. Selle asemel kirjeldab üldrelatiivsusteooria punanihke-kauguse seost kui tekkinut ruumi enda paisumisest: füüsiline kaugus ükskõik millise kahe piisavalt eraldatud punkti vahel universumis kasvab ajas, mitte sellepärast, et kumbki punkt liiguks läbi ruumi tavalises mõttes, vaid sellepärast, et nendevaheline ruum venib. Valgusfootonil, mis läbib seda venivat ruumi, veniks tema lainepikkus samal ajal koos ruumiga, punanihkes hulga võrra, mis kasvab sellega, kui palju ruumi see on läbinud — ja kuna kaugematel galaktikatel on nende ja meie vahel rohkem paisuvat ruumi, veniks nende valgus ja seega on punanihkes vastavalt rohkem, taastootes otse Hubble'i kaugusega võrdelist seost.

See "paisuva ruumi" pilt lahendab näilise mõistatuse täielikult: kuna paisumine toimub ühtlaselt kõikjal, mitte väljapoole ühestki konkreetsest punktist, näeb iga vaatleja ükskõik kus universumis — mitte ainult Maal olev vaatleja — iga piisavalt kauget galaktikat endast eemaldumas täpselt samal kaugusega võrdelisel viisil, ilma eriliste keskpunktide või eelisõigustatud vaatepunktideta. Hubble'i seadus ja laiem paisumine, mida see paljastab, on kosmoloogia Suure Paugu mudelit toetav keskne vaatluslik sammas: vaadeldud paisumise ajas tagasi jooksutamine eeldab, et universum oli kunagi palju väiksem ja tihedam kui tänapäeval, järeldus, mida hiljem kinnitas sõltumatult kosmilise taustkiirguse avastamine, varajase universumi enda intensiivse kuumuse jahtunud jäänuk.