Od mýtů o Stvoření ke kvantovému vesmíru III

rubrika: Populárně naučný koutek


Druhá část byla zakončena poznatkem, že vesmír vypadá v průměru všude stejně. Skutečnost, že vesmír ve velkém je homogenní a izotropní (tedy stejný všude a ve všech směrech), věci nesmírně zjednodušuje. Zajímá-li nás pouze globální kosmická historie, můžeme odhlédnout od podrobností, jež se odehrály v té či oné galaxii. Soustředíme se na vesmír jako celek a na jeho časovou evoluci. Právě to je podstatou modelu velkého třesku.

Lucifer


Můžeme ale věřit aproximaci, že vesmír je homogenní? Naštěstí ano. Svědčí o tom četná astronomická pozorování i charakter reliktního záření. Reliktní mikrovlnné záření je dokonce extrémně uniformní. Jeho teplota v různých směrech na obloze vykazuje pouze nepatrné odchylky od střední hodnoty 2.725 kelvinu. Pokud by hmota ve vesmíru v době čtyři sta tisíc let po velkém třesku byla rozložena ve velkých shlucích, pak by zakřivení prostoru kolem nich silně ovlivňovalo fotony reliktního záření. Během své pouti by ztrácely a zase získávaly energii a tyto energetické zisky a ztráty by se promítly do velkých fluktuací teploty záření, což je v rozporu se skutečnými pozorováními.

Další velmi důležitou vlastností našeho vesmíru, kterou můžeme vyvodit z pozorování galaxií a reliktního záření, je skutečnost, že jeho prostorová geometrie je plochá. Matematicky existují pouze tři možné typy homogenních a izotropních geometrií: plochá, kterou dobře známe třeba z dvourozměrných povrchů stolů; kladně zakřivená, jako například uzavřený a všude stejně zakřivený dvourozměrný povrch balonu; a záporně zakřivená otevřená geometrie, jakou má třeba koňské sedlo, jež se ve dvou protilehlých směrech zakřivuje dolů pro nohy a v jiných dvou směrech (vpředu a vzadu) se naopak zvedá vzhůru. Uvedené příklady se týkají dvourozměrných geometrií. Dvourozměrné povrchy můžeme vnořit do třírozměrného prostoru a nahlédnout je zvenčí, tedy ze třetí dimenze. Abychom podobně mohli spatřit třírozměrný povrch, museli bychom vstoupit do čtvrté dimenze, což dokážou pouze matematici.

Dle modelu velkého třesku existuje hluboká souvislost mezi časovým vývojem vesmíru a množstvím a charakterem hmoty, kterou obsahuje. Rychlost jeho rozpínání (anebo kontrakce) nám říká, kolik hmoty v něm celkem je. Ve vesmíru s příliš velkým množstvím hmoty by gravitační přitažlivost byla velmi silná, a proto by se nemohl tak snadno rozpínat. Naopak vesmír s příliš malým množstvím hmoty by mohl expandovat rychleji. Pečlivá měření rychlosti vzdálených galaxií a detailních vlastností reliktního záření dnes jednoznačně ukazují, že vesmír je s přesností 98 % plochý (s mírnou tendencí ke kladnému zakřivení své geometrie).

Plochost vesmíru znamená, že celkové množství hmoty a energie je v našem kosmu dokonale vyvážené. Kdyby bylo hmoty trochu víc, vesmír jako celek by se kladně zakřivil a uzavřel. Kdyby jí bylo naopak méně, zakřivil by se záporně a otevřel se. Výsledek by byl diametrálně odlišný. Uzavřený vesmír by měl tendenci se zhroutit zpět do singularity. Čím více hmoty, tím dříve by nastal závěrečný "velký křach". Naopak plochý vesmír s nulovou anebo se zápornou křivostí bude navždy expandovat, i když plochý vesmír o něco pomaleji. Přesněji řečeno, vesmír s plochou geometrií obsahuje velmi specifickou hustotu hmoty a energie zvanou kritická hustota. Můžeme tedy vcelku s jistotou tvrdit, že námi pozorovaný vesmír je homogenní a plochý, a měl by se takto rozkládat i za horizontem, tedy za hranicí, kam dnes dohlédneme.

Když už tedy víme, jak vesmír vcelku vypadá, stojí před námi velká výzva pochopit, proč tomu tak je. A tady začíná model velkého třesku pokulhávat. Kosmická globální homogenita a plochost nejsou totiž předpověďmi této teorie, ale jejími předpoklady, tedy jen vstupními parametry. Otázkou tedy je: Co určuje kosmický plán našeho vesmíru, který je homogenní a plochý? Problém je závažnější, než na první pohled vypadá. Fakt, že reliktní záření je pozoruhodně uniformní, nastoluje bizarní paradox. Horizont od nás leží stejně daleko všemi směry. Řekněme třeba, že změříme teplotu ve dvou zcela opačných směrech, třeba přesně na východě a přesně na západě, a přitom dostaneme úplně stejný výsledek 2.725 kelvinu. Dalo by se něco takového čekat? Určitě ne. Obecně platí, že stejná teplota na různých místech dokazuje, že hmota v těchto místech byla ve vzájemném přímém kontaktu.

Celý prostor uvnitř našeho kosmického horizontu je cosi jako sférická vana vyplněná zářením, které je v tepelné rovnováze. Problém tkví v tom, že body ležící přesně na východ a přesně na západ jsou od nás vzdáleny úplně stejně, ale od sebe navzájem jsou dvakrát tak daleko, takže jeden se může nalézat vně horizontu toho druhého. Byly-li však body od sebe tak daleko, nemohly být ve vzájemném kauzálním kontaktu. A přesto jsou jejich teploty s udivující přesností jediné stotisíciny zcela stejné. Protože žádné částice ani žádná záření se nemohou pohybovat rychleji než světlo, musel být fyzikální mechanismus dosažení stejné rovnovážné teploty reliktního záření velice zvláštní.

Čtvrtá část se bude zaobírat tímto podivuhodným fyzikálním mechanismem, o němž již bylo na Neviditelném čertovi referováno, a možná dorazí k ještě další podivnosti. V každém případě si myslím, že Marcelo Gleiser to ve své knížce popisuje neobvykle jasnozřivým, až téměř renesančním způsobem.

Zdroj: Marcelo Gleiser, Trhlina ve stvoření světa - Nová vize života v nedokonalém vesmíru


komentářů: 0         



Komentáře (0)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_