Po Gödelově rotujícím vesmíru, jenž sice nereprezentoval náš skutečný vesmír, ale přesto přinesl zajímavé podněty, jež byly zúročeny v moderních modelech vesmíru, se dostáváme do období těsně po skončení druhé světové války. Tehdy se kupodivu zrodil ještě konzervativnější model vesmíru, než byly ty statické, jenž dostal název stacionární vesmír. V padesátých letech minulého století se teorie stacionárního vesmíru pokládala za vážného soupeře kosmologií s „velkým třeskem“ (Big Bang), jak je posměšně v rozhlasovém pořadu o vesmíru z pohledu astronomie na třetím programu BBC nazval britský astronom Fred Hoyle v roce 1949. Hoyle byl vášnivým zastáncem stacionárního vesmíru, na jehož vývoji se podílel spolu s dalšími dvěma slavnými postavami moderní kosmologie rakouského původu, Hermannem Bondim a Thomasem Goldem, s nimiž se sešel v Cambridgi. Na druhé straně barikády se objevil významný americký fyzik ukrajinského původu George Gamow. Jak jistě víte, tento souboj nakonec na celé čáře vyhrál Big Bang, Fred Hoyle se s tím však až do své smrti nesmířil.
Lucifer
Bondi i Gold se narodili ve Vídni a do Cambridge se dostali různými cestami. Bondi patřil ve škole k mimořádně nadaným žákům a v šestnácti letech se mu podařilo dostat stipendium pro zahraničního studenta na Trinity College v Cambridgi, kam dorazil v roce 1937. Gold neměl ambice stát se vědcem; na otcovo naléhání přišel ve stejném roce jako Bondi do Cambridge studovat inženýrství. Po vypuknutí války byli oba vzhledem ke své národnosti internováni, nejdříve krátce v kasárnách v Bury Saint Edmunds a potom patnáct měsíců v Quebecu; tam se poznali. Když byli v roce 1942 z internace uvolněni, vrátili se do Anglie.
Hoyleovo vzdělání se ubíralo tradiční anglickou cestou od Bingleyho základní školy po Cambridge; tam dělal diplomovou práci u nemluvného Paula Diraca (viz Jeden dirac). Hoyle říkával, že se s Diracem k sobě výborně hodili – on byl student, který moc nestál o školitele, a Dirac zase školitel, který nijak zvlášť nestál o studenta. Zpočátku se Hoyle věnoval kvantové mechanice a jaderné fyzice, pak ho ale plně zaujala astrofyzika.
Po válce a práci pro armádu se Bondi, Gold a Hoyle sešli v Cambridgi. Bondi a Hoyle se zabývali astrofyzikálními tématy, Gold se věnoval zcela jiné problematice: stal se expertem na biofyziku lidského ucha. Až do té doby ani jeden z nich nesledoval vývoj v kosmologii. Pak se Bondi začal zajímat o obecnou relativitu a rychle znovuobjevil Tolmanův nehomogenní vesmír (viz Další Einsteinovy vesmíry) z třicátých let. Když se ale postupně seznamovali s literaturou a trávili drahně času společnými diskusemi při čaji a večeřích, začali pociťovat jisté neuspokojení z představy rozpínajícího se vesmíru, té, kterou astronomickému světu předložil Lemaître (viz Einsteinovy vesmíry). Nelíbila se jim ani myšlenka, že vesmír vznikl v určitém okamžiku v minulosti a pak se spojitě měnil, ani to, že je v budoucnu odsouzen k prázdnotě bez života.
Podobně jako Einstein předpokládali, že vesmír je v průměru všude stejný, a nepřijali názor, že se jeho stav v minulosti a budoucnosti podstatně liší od stavu dnešního. Svou nespokojenost promítli do nového kosmologického scénáře, podle něhož má být vesmír v průměru stejný ve všech místech i ve všech časech. Hojně užívanému Einsteinovu předpokladu, že vesmír je stejný ve všech místech, se začalo říkat kosmologický princip. Svůj radikálnější předpoklad stejnosti vesmíru ve všech místech i ve všech časech Bondi, Gold a Hoyle nazvali „dokonalým kosmologickým principem“. Tomuto principu samozřejmě vyhovoval statický model, jenže model vesmíru, s nímž tato trojice pracovala, si spíš zasloužil označení „stacionární“.
Aby vyhověli svému novému, přísnějšímu požadavku, přišli Bondi, Gold a Hoyle v roce 1948 s radikálnější novou fyzikální myšlenkou: jestliže se vesmír rozpíná, pak jedinou možností, jak může hustota hmoty zůstat konstantní, je neustálý přísun nového materiálu, který přesně vyváží úbytek hustoty v důsledku expanze. Tato trojice „stacionárních kosmologů“ tvrdila, že takový nápad nejenže není absurdní, ale že to neustálé tvoření hmoty lze v principu i experimentálně ověřit. Rychlost, s jakou se tvoří hmota potřebná k udržení stálé hustoty vesmíru, je ovšem ve skutečnosti tak malá, že je to hluboko pod možností přímého experimentálního ověření. V žádné fyzikální laboratoři nejsou schopni vytvořit tak dokonalé vakuum, aby odpovídalo průměrné hustotě hmoty v kosmickém prostoru.
Třebaže spojité tvoření hmoty nelze ověřit přímo, neznamená to, že by uvedenou teorii nemohly prověřit astronomické testy. Právě naopak: dává mnoho jasných předpovědí a byla to právě astronomická pozorování, jež nakonec vedla k jejímu vyvrácení. Mají-li být průměrné vlastnosti vesmíru v každém čase stejné, měli bychom při nahlédnutí do jakékoli stejné vzdálenosti vidět zhruba stejný obraz. Světlo z pozorovaných objektů bylo vysláno v dávné minulosti z velmi vzdálených míst, nemění-li se však vesmír s časem a je stejný ve všech místech, měli bychom vidět totéž, jako když nahlížíme do vzdáleností menších. V minulosti tedy nikdy nenastal okamžik, kdy se začaly formovat první galaxie a před nímž žádné galaxie nebyly. V padesátých letech minulého století se však začaly hromadit důkazy, které tuto důležitou předpověď vyvracely, a tak teorie stacionárního vesmíru začala ztrácet půdu pod nohama.
Radioastronomové uváděli, že galaxie vysílající rádiové vlny nebyly v minulosti vždy stejně rozloženy. Později zastáncům teorie stacionárního vesmíru přidal starosti objev jasných objektů, které dostaly název kvasary (quasi-stellar sources). Tyto objekty září stejně intenzivně jako celá galaxie, přitom ale zaujímají oblasti zhruba o průměru naší sluneční soustavy. Většina kvazarů se nachází od nás v určitém rozmezí vzdáleností, což znamená, že vznikly v určité etapě kosmické historie. To teorie stacionárního vesmíru vysvětlit neuměla, zatímco ve Friedmannových a Lemaîtrových modelech vyvíjejících se vesmírů (viz Einsteinovy vesmíry) pro to existoval naprosto přirozený výklad – objekty jako galaxie a rádiové zdroje se mohly začít tvořit teprve tehdy, když pro ně expandující vesmír připravil příhodné podmínky.
V té době si nikdo nepovšiml zvláštní shody. Ve Friedmannových-Lemaîtrových vesmírech udává rychlost expanze veličina, která se zhruba rovná převrácené hodnotě věku vesmíru. Ve stacionárním vesmíru taková shoda není, předpokládá se, že věk vesmíru je nekonečný a vesmír se může rozpínat jakoukoli rychlostí. Víme ale, že převrácená hodnota dnešní Hubbleovy konstanty, jež charakterizuje rychlost expanze, je velice blízká věku takových typických hvězd, jako je například Slunce. V modelu stacionárního vesmíru se to považuje za čistě náhodnou shodu, zato ve vyvíjejícím se vesmíru Friedmanna a Lemaîtra je pro to přirozené vysvětlení. Dokud neexistují hvězdy, nemohou existovat ani astronomové, a proto se dá očekávat, že vesmír pozorujeme v době, kdy hvězdy už dosáhly stavu, ve kterém poměrně poklidně spalují vodík, a to trvá kolem 10 miliard let. Je tedy pochopitelné, proč je vesmír přibližně takto starý.
Stacionární vesmír vzbudil řadu nesouhlasných reakcí, protože se zdálo, že opouští Einsteinovu teorii gravitace a snaží se vybudovat popis vesmíru jen na základě principů symetrie. Bondiho, Golda a Hoyleho to příliš netrápilo, protože z jejich teorie plynula řada předpovědí testovatelných astronomickým pozorováním. Hoyleovo spojité tvoření hmoty představovalo zcela novou fyzikální hypotézu, a to hypotézu, jež – jak se zdálo – byla v rozporu s obecnou teorií relativity. O pár let později však britský astrofyzik McCrea ukázal, že Hoyleovo kreační pole je možné pohodlně do obecné teorie relativity včlenit, aniž se tím změní její charakter. Jde totiž jen o jiný způsob popisu kosmologické konstanty, kterou dlouho předtím zavedl Einstein. Kosmologická konstanta prostě jen udává rychlost, jakou se tvoří nový materiál, a s časem se nemění.
V padesátých letech minulého století se teorie stacionárního vesmíru pokládala za vážného soupeře kosmologií s „velkým třeskem“ (Big Bang), jak je posměšně v jednom rozhlasovém pořadu na třetím programu BBC nazval Hoyle v roce 1949. Je důležité si uvědomit, že v letech 1948-1952 byla důvěryhodnost všech modelů rozpínajícího se vesmíru podkopána chybným odhadem vzdálenosti těch nejvzdálenějších galaxií, což mělo za důsledek významné podcenění celkového věku vesmíru. Vesmír jako celek se paradoxně zdál jen o něco mladší než nejstarší hvězdy v něm. A model stacionárního vesmíru se zrodil právě z této zmatené situace. Zajímavá – a ze zpětného pohledu naprosto správná – byla Einsteinova reakce na toto dilema. Když byl konfrontován s rozporem, že hvězdy jsou starší než celý vesmír, považoval za pravděpodobnější, že je něco v nepořádku s teorií vývoje hvězd: „Zdá se mi však, že teorie vývoje hvězd spočívá na chatrnějších základech než rovnice pole.“
Situace se začala měnit v roce 1952. Tehdy německý astronom Walter Baade, žijící od roku 1931 ve Spojených státech a pracující u pětimetrového teleskopu na Mount Palomaru, vyslovil pochybnosti, zda je správně určena svítivost cefeid, proměnných hvězd sloužících ke zjišťování vzdáleností při určování Hubbleovy konstanty, jež vyjadřuje poměr rychlosti vzdalování galaxií k jejich vzdálenosti. Jeho podezření vzbudila skutečnost, že naše nejbližší sousední galaxie, mlhovina v Andromedě, jež se naší galaxii, Mléčné dráze, jinak velmi podobá, se při určení vzdálenosti s pomocí cefeid zdá menší než ta naše. Pečlivým rozborem dat došel k výsledku, že cefeidy jsou ve skutečnosti o hodně jasnější, než se soudilo, a proto jsou dosavadní odhady vzdáleností cefeid v jiných galaxiích podstatně podceněny. Vzdálenosti galaxií se po jeho analýze zdvojnásobily. Tím se znásobil i odhad věku vesmíru – měl teď být starý 3.6 miliardy let místo předchozích 1.8 miliardy. Jak se zlepšovala pozorovací kapacita nových dalekohledů, tak věk vesmíru nadále narůstal a dnes je stanoven na 13.7 miliardy let s nepřesností pouhé 0.1 miliardy let.
Příště přijde na řadu druhá strana kosmologické barikády v čele s Georgem Gamowem.
Zdroj: John D. Barrow, Kniha vesmírů
17.03.2014, 00:00:43 Publikoval Luciferkomentářů: 20