- Jste zde:
- Úvodní strana
- Novinky a články
- Hledáme hranice vesmíru
Hledáme hranice vesmíru
/ 23.09.2022 /
Základem dnešního poznávání vesmíru jako celku je teorie gravitace. První popsal gravitaci Isaac Newton pomocí sil, další fyzikové přišli s teorií gravitačního pole a celé to vyvrcholilo v osobě Alberta Einsteina, který rozvinul teorii časoprostoru zakřiveného pomocí hmoty. Hmota je však pouze formou energie a tak časoprostor dokáže zakřivovat dokonce i světlo. A protože podle Einsteina můžeme uvažovat jen vesmír, kde je definován prostor a čas, nemá smysl se ptát co je za vesmírem, nebo co bylo v době kdy vesmír ještě neexistoval...
Je zhola nemožné představit si, jak skutečně vypadá Einsteinův zakřivený časoprostor, ale to nevadí, příroda je taková jaká je, bez ohledu na naši představivost. Zjednodušenou představou může být dvourozměrná dokonale pružná membrána deformovaná přítomností hmoty do mnoha prohlubní a děr. Einsteinova teorie gravitace však dobře vysvětlila stáčení oběžné dráhy Merkuru, nebo zakřivení světla z hvězd v gravitačním poli Slunce a to znamená, že tato teorie platí a z Einsteina se přes noc stala celebrita číslo jedna. Navíc, řešení Einsteinových rovnic ukázalo, že vesmír musí být nestabilní, že se buď rozpíná, nebo smršťuje. Edwin Hubble pak koncem 20. let 20. století zjistil, že se všechny galaxie od nás vzdalují, s výjimkou těch nejbližších, a to tím rychleji, čím jsou od nás vzdálenější. Tak bylo potvrzeno rozpínání vesmíru. Zdá se jako bychom stáli ve středu rozpínání, jenže stejnou situaci bychom zřejmě zjistili na libovolném místě ve vesmíru. Vesmír má střed všude a zároveň nikde, podobně jako dvourozměrný povrch nafukujícího se balónku. Také se potvrdilo, že vesmír má počátek v čase, který nazýváme „velký třesk“.
Dalšími střípky do skládačky obrazu našeho vesmíru bylo objasnění původu těžších prvků nukleosyntézou ve hvězdách a také objev zbytkového „reliktního“ záření o teplotě necelé tři stupně nad absolutní nulou. Taková je tedy dnes teplota vesmíru. Toto záření je pro nás také horizontem přímého pozorování a ukazuje nám stav vesmíru v čase, kdy jeho hustota a teplota klesla natolik, že se stal průhledným. Studium reliktního záření se pak stalo klíčem k dalšímu poznání vesmíru. Díky družici COBE byly v tomto záření objeveny nepatrné nerovnoměrnosti, neboli „fluktuace“ v řádu desetitisíciny stupně Celsia. Další satelity WMAP a Planck umožnily sestrojení velice podrobné mapy těchto fluktuací. Statistickou analýzou a studiem polarizace flíčků na této mapě je možné určit neuvěřitelně přesně vlastnosti našeho vesmíru. Ještě na počátku 21. století jsme se mohli setkat s odhadem stáří vesmíru na 15 ± 5 miliard let... Dnes je stáří vesmíru určeno na 13,799 ± 0,021 miliard let (přesnost neuvěřitelných jen asi 20 miliónů let!). Dále stáří reliktního záření (čas kdy se stal vesmír průhledným): 377 700 ± 3200 let po velkém třesku, obsah baryonové látky (látky z atomů): 4,86 ± 0,10%, obsah skryté látky (držící pohromadě galaxie): 25,89 ± 0,57%, obsah skryté energie (rozfukující náš dnešní vesmír): 69,11 ± 0,62%, rychlost rozpínání (Hubbleova konstanta) 67,74 ± 0,46 km.s-1Mpc-1, atd. Vesmír je téměř plochý (pokud v prostoru uděláme obrovský trojúhelník, bude součet vnitřních úhlů 180°, nicméně s přesností 0,4% by mohl být zakřivený kladně (například jako čtyřrozměrná časoprostorová hyperkoule, takže model vesmíru reprezentující nafukující se balónek nemusí být úplně špatně). Střední hustota našeho dnešního vesmíru vychází asi na 6 protonů na metr krychlový.
Dalším experimentem popisujícím vesmír jako celek je pozorování tzv. „kalibračních svíček“, neboli supernov typu IA ve vzdálených galaxiích. Ukázalo se, že tyto galaxie se od nás ve skutečnosti nacházejí dál, než by odpovídalo klasickému modelu rozpínání vesmíru. Souvisí to se zrychlující se expanzí vesmíru. Těsně po velkém třesku se látku snažilo rozmetat záření, následně se rozpínání díky gravitaci skryté látky zpomalilo, ale potom, zhruba od poloviny stáří dnešního vesmíru se vesmír díky skryté energii počíná opět rozpínat zrychleně. Nejvzdálenější galaxie se od nás dokonce vzdalují nadsvětelnou rychlostí a v současnosti již nepatří do našeho pozorovatelného vesmíru. Na hloubkových snímcích z Hubbleova, nebo Webbova vesmírného teleskopu je můžeme spatřit jen proto, že je pozorujeme v jejich ranných vývojových stádiích, nedlouho po velkém třesku, ale v následujícím období nám z našeho viditelného vesmíru postupně zmizí. Budeme je pozorovat tak, jako kdybychom si film z jejich života pustili pozpátku… Za miliardu let již budou hloubkové snímky našich budoucích teleskopů na velmi vzdálené galaxie podstatně chudší. Lze odhadnout, že nejvzdálenější galaxie, které se nám podařilo zachytit, jsou již nyní, díky zrychlující se expanzi vesmíru, od nás vzdálené 33, resp. možná až 40 miliard světelných let! Nějak takto je tady dnes náš vesmír veliký. Z pozorování rovněž vyplývá, že hvězdy, díky kterým můžeme tyto nejvzdálenější galaxie spatřit, vznikly ve vesmíru již velice brzy, někdy v době asi jen 200 až 230 milionů let po velkém třesku. Tím tehdy skončila doba temna, která ve vesmíru zavládla po vzniku reliktního záření, kdy se vesmír sám přestal podobat nitru hvězdy, ale zároveň v něm ještě nebyly žádné opravdové svítící hvězdy.
Třetím nezávislým experimentem popisujícím náš vesmír jsou tzv. „barionové akustické oscilace“, neboli zjišťování hustoty hmoty pro různé vzdálenosti. Vesmír má ve velkých škálách strukturu pěny a vláken a pomocí této metody se studují vztahy uvnitř této struktury látky. Všechny tři teorie (analýza reliktního záření, měření vzdáleností pomocí supernov a barionové akustické oscilace) se vhodně doplňují a svědčí o tom, že naše současná představa o vesmíru je správná. Vesmír je ve všech místech stejný, homogenní a izotropní. Je zřejmě konečný (má konečný objem), ale hranici kupodivu nemá a bude se rozpínat nade všechny meze. Samozřejmě zbývá toho ještě mnoho k objevování. Například, co je to skrytá látka a skrytá energie i co je to za podivnou „vlnku“, která se objevila u analýzy velkých skvrn z pozorování družice Planck. Právě zde se možná nachází nějaká nová fyzika a také budoucí Nobelovy ceny.
Přednáška byla neobyčejně zajímavá. Petr Dvořák má neobyčejný dar vysvětlovat i velice složité věci přístupnou formou, podobně jako například nestor naší astronomie - Jiří Grygar. Mimochodem, toho na naší hvězdárně uvítáme v pátek 21. října 2022. Jste srdečně zváni!
Ing. Petr Dvořák, Ph.D. na ždánické hvězdárně. Kdysi dávno, ještě před vznikem reliktního záření, se vesmír podobal nitru hvězdy. Přesto v něm byly podmínky nastaveny s hodinářskou delikátností tak, že někdy v daleké budoucnosti v něm mohl vzniknout život a bytosti, které jej zkoumají, žasnou nad ním a obdivují se jeho kráse. Není to zázrak?
Město Ždánice
