Neznámý vesmír

rubrika: Populárně naučný koutek


Konečně přicházím s již dlouho avizovaným příspěvkem do Populárně naučného koutku na téma velký třesk čili zrod našeho vesmíru. Současný kosmologický model vychází z představy, že náš vesmír vznikl z ničeho a po krátké chvíli expandoval rychlostí vyšší, než je rychlost světla ve vakuu, tedy způsobem takříkajíc inflačním. Výsledkem této urychlené snahy našeho vesmíru je mimo jiné takzvané reliktní záření čili neměnný mikrovlnný šum přicházející k nám ze všech stran vesmíru. Někteří kosmologové tvrdí, že skrze ten „exkrementní“ šum se počátku našeho vesmíru alias velkého třesku dopátrat nemůžeme. To je dost oblíbený způsob, kterak svoji teorii alibisticky zaštítit. Nejen běžní lidé, ale i vědci mají tendenci zakopávat se do předem připravených pozic. Někdy je to dobrý nápad, povětšinou však dekadentní.

Svým způsobem navazuji na před drahnou dobou zde vypuštěný Úvod do fyzikálního modelování reality. K tomuto volnému pokračování jsem použil knížku Neznámý vesmír v 10 kapitolách od Stuarta Clarka. Původně jsem měl v úmyslu obsah tohoto zdroje zkomprimovat do jednoho článku. Trvalo mi hodně času, během něhož jsem knížku přečetl tam a zpět několikrát a popsal více jak deset papírků poznámkami, než jsem pochopil, že tudy cesta nevede – že bych to prostě nikdy nevypustil. Takže je to vlastně též „Úvod“, jelikož jsem přečerpal především úvodní část knížky, což jsem doplnil svými četnými vsuvkami. Další pokračování bude obsahovat některá upřesnění včetně zajímavých postřehů ze života fyziků a dalších zajímavostí, jimiž se tato knížka Stuarta Clarka doslova hemží.

 

Lucifer


21. března 2013 prezentovala Evropská kosmická agentura (ESA) na tiskové konferenci ve své pařížské centrále dlouho očekávaný snímek, jenž měl odpovědět na otázku, jak vznikl náš vesmír. Snímek pořídila kosmická sonda ESA nesoucí jméno Planck, podle německého fyzika Maxe Plancka, a trvalo jí dva a půl roku, než ho s mravenčí trpělivostí složila pixel po pixelu. Obrázek ukazoval, co bychom spatřili, kdyby naše oči namísto světla dokázaly vnímat mikrovlnné záření. Na první pohled na něm nebylo nic zvláštního, pouhý ovál z modrých a zlatých skvrn, ale přitom je to zřejmě ten nejdůležitější snímek vesmíru, jaký kdy byl pořízen.

 

Neměnný mikrovlnný šum přicházející ze všech stran vesmíru poprvé zachytila dvojice amerických radiotechniků (fyziků a astronomů), Arno Penzias a Robert Wilson, v roce 1964. Zpočátku se jim zdálo, že se jedná o výsledek trusu holubů hřadujících na stařičkém radiopřijímači. Holuby nejdříve odlifrovali někam hodně daleko, radiopřijímač vyčistili, jenže holubi se velice rychle vrátili zpět. Použili tedy mnohem tvrdší metodu a najali si muže s brokovnicí. Avšak ani když po tomto drastickém masakru přijímač opět vyčistili, šum nezmizel.

 

Nakonec z toho bylo mnohem více než holubí trus, totiž Nobelova cena za objev reliktního záření (kosmického mikrovlnného pozadí), nejstaršího záření ve vesmíru. Bylo vysláno pouhých 380 000 let poté, co se vesmír, jak se předpokládá, zrodil při tajuplné události, které astronomové říkají velký třesk. Ať už ten počátek byl či nebyl, jisté je, že reliktní záření reflektuje stav vesmíru, který se v onom čase dramaticky odlišoval od stavu, v jakém jej známe dnes. S jistou nadsázkou můžeme reliktní záření považovat za exkrement onoho exaltovaného stavu našeho vesmíru a původní vysvětlení s holubím trusem jako jakousi alegorickou předzvěst. Smrt holubů pak představuje vedlejší ztráty (collateral damage) čili neplánovanou oběť těchto opeřenců na oltář vědy.

 

Samo reliktní záření se svou 13.7 miliardy let starou historií představuje nejstarší obraz vesmíru, jaký jsem na těchto vlnových délkách schopni zachytit. V té době neexistovaly ani planety ani hvězdy, pouze obří oblak atomů vyplňující celý vesmír. Skvrny na snímku Planckovy sondy ukazují jemné odchylky hustoty záření. Jak vesmírné hodiny odtikávaly čas, gravitace každou hustější oblast stahovala ještě těsněji k sobě, až se z nich nakonec zrodily první hvězdy.

 

Hvězdy jsou mezi sebou gravitačními silami vázány v rotujících seskupeních, kterým říkáme galaxie. Galaxie jsou navzájem spojené gravitací do takzvaných galaktických kup a kupy jsou zase napjaty prostorem jako vlákna, která vytvářejí kosmickou síť. Celá tato velkolepá struktura vzešla z nepatrných odchylek hustoty, viditelných na snímku kosmického mikrovlnného pozadí. Tyto odchylky jsou základním východiskem počítačových programů, modelů, které napodobují vývoj vesmíru.

 

Kosmologické modely samy o sobě jsou matematické recepty, založené na fyzikálních zákonech, k nimž jsou přidány vesmírné „ingredience“. Základním fyzikálním zákonem pro kosmologii je gravitace. Ingredience standardního kosmologického modelu jsou dány šesti parametry. První dva vycházejí ze skvrnitosti mikrovlnného pozadí. Jedním je amplituda skvrn a druhý má co do činění s objemem prostoru, v němž se tyto rozdíly vyskytují. Další dva parametry souvisí s tím, co vesmír obsahuje. A ty jsou velmi diskutabilní.

 

Ukázalo se, že aby standardní kosmologický model zdárně fungoval, bylo třeba připustit, že běžné atomy, z nichž jsou složeny hvězdy, planety a život, netvoří více než 4% vesmírné hmoty. Zbývajících 96% tvoří formy hmoty a energie, jež dosud neznáme. A navíc se ukázalo, že tento neznámý materiál, který kosmologové nazvali temnou hmotou a temnou energií, neumíme přímo zachytit. V zájmu záchrany standardního kosmologického modelu byla vypracována řada metod, jak se k důkazu existence těchto obrovských neviditelných čili temných přívažků našeho vesmíru dopracovat. Žádný z nich se zatím se svým úkolem jednoznačně nevypořádal.

 

Pátý parametr standardního kosmologického modelu se týká doby, kdy vznikaly hvězdy, a šestým parametrem je rychlost rozpínání vesmíru. Hlavně ten poslední má na základě astronomických pozorování dost velkou souvislost s potřebou záplatovat standardní kosmologický model temnou hmotou a energií. A nejsou to záplaty drobného střihu.

 

Kromě výchozích předpokladů, jako jsou třeba výše zmíněné temné ingredience, je třeba použít jisté matematické fígle, které je nutné do modelu zabudovat, aby se choval jako model matematický. Pokud by byl byť jeden jediný z předpokladů špatně, pak bude špatně celý model a vše, co jsme si mysleli, že o vesmíru víme, se zhroutí jako domeček z karet.

 

Ani po desetiletích teoretické práce a experimentů nikdo nebyl schopen detekovat jediný kousek temné hmoty. Stopy, které máme z různých detektorů po celém světě, jsou jednak zmatené a jednak si navzájem protiřečí. Temná energie je ještě záhadnější. Z fyziky, jak jí dnes rozumíme, se nevynořil jediný rozumný kandidát. Některé z moderních hypotéz, jako je teorie supersymetrie v částicové fyzice, byly koncipovány speciálně pro to, aby temnou energii vyloučily. Takže je možné, že temná hmota ani temná energie neexistují. Třeba jsou to pouhé fantomy, které vznikly z našeho nedostatečného porozumění vesmíru. Pokud tomu tak je, bude třeba standardní kosmologický model opustit.

 

Když na začátku zmíněná tisková konference ESA začala, všichni byli na trní. Aby ukázal, jak je událost důležitá pro celou agenturu, jako první se ujal slova generální ředitel ESA Jean-Jacque Dordain. Zasmušilým hlasem lámanou angličtinou oznámil, že sonda Planck objevila „téměř dokonalý“ vesmír. Co ale myslel tím „téměř dokonalý“? Vysvětlení už nechal na profesoru George Efstathiouovi z Cambridgeské univerzity. Tento přední kosmolog kdysi zastával na Oxfordu stejnou funkci jako Edmond Halley, slavný astronom ze 17. století.

 

Efstathiou řekl, že mapa sondy Planck je neuvěřitelně skvělá, ale nezdůvodnil proč a místo toho vykládal o základech kosmologie. Když prezentoval výsledky, v podstatě jen drobně doplnil to, co všichni věděli, jako třeba nezbytnou existenci temné hmoty a temné energie. Pak prohlásil, že standardní kosmologický model velice dobře odpovídá tomu, co zjistila sonda Planck. V podobě dovětku však z něho vypadlo: „Je tu ovšem několik skutečností, kvůli kterým jsme výsledky popsali jako vesmír téměř dokonalý.“ Jako by se nechumelilo, podložil tento výrok vysvětlením, že na největším kosmickém měřítku jsou teplotní fluktuace menší, než se očekávalo, a že takové chování je ve standardním kosmologickém modelu neproveditelné. A ještě to, že průměrná fluktuace teplot na jedné straně oblohy je větší než na druhé, což opět standardní model vylučuje.

 

Summa summarum

 

Standardní kosmologický model se nedokáže obejít bez všelijakých obezliček v podobě neviditelných záplat hmoty a energie pokrývající podstatnou část našeho vesmíru či vědomě vynucených matematických fíglů, a přesto stále naráží na nepochopení vesmíru. Matematickými obezličkami v podobě dodatečných neviditelných a nezměřitelných prostorových rozměrů žongluje strunová teorie završena supersymetrickou ingrediencí, jež sice nemá temnou hmotu a temnou energii v plánu, ale jejich nepřítomnost de facto řeší podobným způsobem. Ještě tady máme standardní kvantový model, který zatím šlape jako hodinky, ale mnozí jeho interpreti si též zahrávají s nejrůznějšími imaginacemi za obzorem reality. Jaká je tedy skutečná realita?

 

Absurdní představa, že skutečnou realitu v nejbližších letech popíšeme Teorií všeho, už tady byla mnohokrát. Věroučné teorie a náboženské fantasmagorie si s tím zahrávaly již před tisíci lety. Na přelomu předminulého a minulého století vědci došli k závěru, že vše je hotovo a naše teorie stačí už jen tak trošku doladit. Uplynulo pár let a kvantová fyzika či teorie relativity s tím zacloumala nebetyčným způsobem, jehož výsledkem byla obrovská vědeckotechnická revoluce.

 

Výsledky kosmologického modelování se nás tak nějak pragmaticky nedotýkají. Byl-li velký třesk či nebyl, byl-li tady počátek našeho vesmíru či nebyl, je vůbec nějaký absolutní počátek všeho a není-li těch vesmírů nekonečně mnoho či má-li smysl hovořit o nekonečnu anebo o nule… – to jsou otázky, které si můžeme klást u dobrého vína v dobré společnosti, anebo když se z ní vrátíme krátce před spaním. Se skutečnou realitou to má společného asi jako voda s vodkou…

 

Přesto však je třeba říct, že tento alarmující stav kosmologického modelu nás může přimět k radikální změně základů naší fyziky. To může mít za následek objevení něčeho, o čem jsme zatím neměli ani páru a nastartovat další vědeckotechnickou revoluci. Anebo mentální, jelikož v tomto směru jsme zatím ještě hodně pozadu – až někde na úrovni pravěku.

 

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017


komentářů: 10         



Komentáře (10)


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

« strana 1 »

10 p. Nedbal a Pekelník:
Starý kocour (neregistrovaný) 01.12.2017, 00:21:36
Pánové, stačím vás sledovat jen velmi povrchně. Ale gravitron, který se vymyká naše představy dost narušuje, že?

Lucifer
9
Lucifer * 21.11.2017, 22:29:59
Vážený Pavle Nedbale,
standardní kvantový model je už po několik desetiletí jediným funkčním fyzikálním modelem, na jehož základech jsem byli schopni uskutečnit ten obrovský technologický vzestup. Je třeba k tomu ještě připočítat teorii relativity, STR i OTR. Jenže tady už začíná první problém. Teorie relativity a kvantová fyzika spolu našly už spoustu styčných bodů, ale ne úplnou kompatibilitu. Nicméně nám obě teorie pragmaticky docela dobře slouží.

Dalším problémem standardního kvantového modelu, jenž se vlastně týká oné nekompatibility, je zahrnutí gravitace. Gravitace je považována za jednu ze čtyř základních (elementárních) fyzikálních interakcí. A jako taková by měla být reprezentována polní částicí, jíž se říká graviton. Graviton onomu zahrnutí však stále uniká, je dosud pořád hypotetický.

Představuje gravitace skutečně elementární interakci? Otázka vypadá poněkud absurdně - gravitace je základem formování vesmíru. Není ale vyloučeno, že se na to díváme ze špatného úhlu pohledu.

Kupříkladu: Pokud ignorujeme kvantové vypařování, což je jenom takový šum, tak z černé díry nemůže uniknout žádná částice, žádná forma hmoty. Ani foton, jenž má tu největší možnou rychlost. Hypotetické gravitony by se též měly pohybovat rychlostí světla, jelikož gravitační interakce stejně jako elektromagnetická interakce působí dle soudobých fyzikálních představ do nekonečna.

Černá díra, dle soudobých modelů, však svoji gravitaci vyzařuje zcela bez zábran na nějakém kvantovém vypařování není vůbec závislá.

Berte to jenom jako takovou logickou rozcvičku. není vyloučeno, že jsem, jak říká mefi, zplodil nějaký blud. V následujících článcích této série se k tomuto tématu budu vracet a leccos ještě rozvinu.

8 Velký vesmír a mikrosvět
Pavel Nedbal (neregistrovaný) * 21.11.2017, 22:01:59
Vážený Lucifere,
čtu také všechny novinky o Vesmíru a "vesmíru" mikrosvětu; mám takovou kacířskou myšlenku, co když je standardní částicový model opravdu už úplný (ostatně vše mimo u a d kvarků, pár leptonů a přidružených částic jsou jen nestabilní vyšší energetické stavy, nic jiného se v reálném světě nevyskytuje) a narazili jsme zde na dno poznání?
Co když (jak si osobně myslím) žádná temná hmota neexistuje, je jen nenalezená hmota, temná energie rovněž, OTR platí tak jak je, bez kosmologických konstant, jen ji neumíme pořádně řešit. Ostatně, pokud přijmeme hypotézu baryogeneze symetricky, tj. nanejvýš nepatrný rozdíl hmoty a antihmoty, pak ale po většinové anihilaci zůstaly fotony a jiné částice součástí našeho vesmíru a jejich ekvivalentní hmota zde je, čímž "temná" hmota nechybí. Také myslím, že mimimálně část červeného posunu lze vysvětlit jako ztrátu energie fotonů při výstupu z "gravitační studny" hmoty, která je obsažena v kouli o poloměru mezi pozorovaným objektem a námi. Takže myslím, že spekulace o uzavřeném, otevřeném, nebo dokonce zrychleně se rozpínajícím Vesmíru jsou jen výsledkem naší neznalosti a nemožnosti sledovat část vývoje dynamicky, neboť doba našeho pozorování je nepatrná i jen třeba oproti pohybu Slunce v galaxii.
Neberu to jako pesimismus, musíme si uvědomit, že rychlost poznání ve 20. století byla enormně velká s enormně schopnými lidmi, a dále to možná půjde jen velmi pozvolna.

Stella
7
Stella 20.11.2017, 21:32:22
Pulsuje a pučí znovu a pořád pryč.

6 Celý svět - vesmír
Starý kocour (neregistrovaný) 20.11.2017, 20:59:36
Parádní shrnutí dnes platných teorií o "věs miru" tedy celém světě.

A upozornění na to, že se věda snaží popsat i to, co jen tuší, ale není schopna dokázat. A to tušení má každý jiné.

Třeba mě (jsem fyzik tak leda před usnutím, kdy běží myšlenky na volno) už kdysi napadlo, že masívní černá díra by měla být středem každé spirální galaxie. Už jenom proto, že jsme pozorováním zjistili, že tam je, co se týče žhavé hmoty (hvězd) velmi husto. Nic o tom nevím ale velmi mě potěšilo, že je tam postupně objevujeme.

Mám rád symetrii, mám rád, když je teorie "pěkná". Velmi by mě potěšilo, kdyby se zjistilo, že vesmír je pulzující, tedy že se po velkém třesku rozpíná, pak se zastaví a začne se smršťovat do jediné černé díry, "naddíry," matky všech černých děr, ve které, když dosáhne nulové velikosti (nulová velikost - to mi nějak připomíná Boha) a nekonečné hustoty a teploty (jak tyto jevy nazýváme my) vznikne nový Big-Bang, nový vesmír, nový počátek všeho, kde může být ledacos úplně jinak, než v našem vesmíru. Prostě jinak rozdané karty.
Že se vlastně nemůže nic ztratit - to je podle mě moc hezký zákon. A logicky je platný.
Kam by "to" šlo?
Mrkající

Temná energie, temná hmota, struny - to všechno mi připomíná středověké astronomy, kteří vymýšleli neskutečně složité modely sluneční soustavy, aby vysvětlili to, co viděli na obloze.
Tedy berličky. Opuštěním geocentrické představy a přiznáním soustavy heliocentrické se vše zázračně zjednodušilo, stalo se pochopitelným. Přes všechny fluktuace a nutné korekce.

Možná je to tak se vším. Nějak se to nám, starým kocourům v malém potvrzuje. Úžasný
============
Prima změna po těch "červích dírách" naší "politiky" a "kultury".
Olysalé opice jsme, nic víc.

Lucifer
5
Lucifer * 20.11.2017, 19:45:04
mefi, k těmto záležitostem se v tomto seriálu ještě dostanu. A nebudou to jenom kompilace ze zdrojové knížky, která je nicméně skvělá.

Jakýsi "počátek" našeho vesmíru zřejmě byl. Odehrával se v tak malém prostoru, že klasická teorie gravitace se již dle soudu některých fyziků nemohla uplatnit. V tomto případě se začíná uvažovat o kvantové gravitaci. No a za tohoto stavu jsou naše kauzality, hodiny atp. tak nějak rozmazané. Vše ale mohlo být úplně jinak.

Za neprůhledný závoj inflační expanze prý nedohlédneme. Už tady bylo řečeno, že někteří kosmologové situují velký třesk až na počátek této expanze. Co bylo před tím nemá dle nich z hlediska naší fyziky posuzovat. Můžeme fantazírovat, ale to je tak vše.

Můj názor, který jsem tady už několikrát nastínil, je poněkud jiný. A není jedinečný, jelikož tímto směrem uvažují i někteří uznávaní fyzikové. Do jaké míry byly moje myšlenky ovlivněny jejich vizemi, netuším. Rozhodně jsem se však k této záležitosti stavěl tak nějak samostatně. Jako třeba Newton, který nicméně prohlásil, že stál na ramenou obrů, což je bezpochyby i můj případ. Úžasný

mefi
4 Ještě hloupšější otázka
mefi 20.11.2017, 19:08:07
.
OTR učí, že čím větší gravitace, tím pomalejší běh času.

Není možné, že na úplném počátku vesmíru, byla gravitace tak intenzivní (jako součást prainterakce), že čas potažmo hodiny stály?

Pak by opravdu nedávalo smysl mluvit o tom, co bylo před Velkým třeskem (jestliže hodiny stojí, nedává velký smysl mluvit o kauzalitě). Něco stejného s časem by mohlo nastat v černé díře.

Když to domýšlím do důsledků (z rozbory velikosti Planckovy škály vyplývá, že časová škála je menší řádově o 10 milionů let než je velikost Planckovy škály délkové (Už to tu bylo!)), pak docházím k názoru, že vesmír na počátku nebyl kauzální, a ke startu hodin došlo teprve s odstupem od počátku.

A to tak, jak se jednotlivé interakce vydělovaly z prainterakce.

Tož, to jsem stvořil pěkný blud!

S vyplazeným jazykem

Stella
3
Stella 20.11.2017, 17:21:20
Jako vždycky a zase znova: jsme si konečně vším jisti, než vyjde najevo, že jsme opět na začátku.
Ale přece jen: o schod výš. Asi. Možná. Snad.
Velkou nadějí je nejnovější chystaný dalekohled.
Nějakých dalších holubů je třeba!

Lucifer je sice veliký fantasta, ale u podobných teorií stojí pevně na zemi. V tom je plus části Summa summarum.
Dík za přiblížení obtížného.

2 Age of the universe
František je z toho papež (neregistrovaný) 20.11.2017, 03:45:46
.
In physical cosmology, the age of the universe is the time elapsed since the Big Bang. The current measurement of the age of the universe is 13.799±0.021 billion (109) years within the Lambda-CDM concordance model.[1][2] The uncertainty has been narrowed down to 21 million years, based on a number of projects that all give extremely close figures for the age. These include studies of the microwave background radiation, and measurements by the Planck satellite, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe and other probes.

Zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/Age_of_the_universe

Smějící se

mefi
1 Stáří 13,82 mld let?
mefi 20.11.2017, 03:26:02
.
13,7 miliard je hezké číslo (Fyzici přeci vědí, že reciproká hodnota jemné struktury je 137 a vůbec číslo 137 pro ně není žádným překvapením, protože souvisí i se odhadovaným stáří Zěměkoule v sekundách atd. Ach ta numerologie!)

Výsledky pozorování družice Planck odhadují, že se vesmír rozpíná o něco pomaleji, než si doposud vědci mysleli.

Podle měření družice Planck dosahuje stáří našeho vesmíru 13,82 miliardy roků, tj. přibližně o 80 milionů více, než předpokládaly nedávné odhady.

Družice Planck stihla čtyři a půl obhlídky vesmíru. Data se dodnes zpracovávají.

Mne osobně nejvíc zajímá, zda se potvrdí nebo vyvrátí z rozboru kulových funkcí topologie vesmíru, tedy zda vesmír má "tvar" dodekahedronu, či zda má jemněji strukturovanou topologii (rekurzivita).

http://jdem.cz/dmh934

Dík za pěkný článek, Světlonoši!

Zamilovaný

«     1     »