Městská hvězdárna
ve Slaném

  Současný výzkum nám přináší poprvé v historii základní parametry vesmíru s vysokou přesností. Rozdílné druhy experimentů potvrzují správné výsledky měření. Kosmologie přestává být teorií a stává se významnou experimentální disciplínou. Na přelomu tisíciletí se většina kosmologů poprvé shodne na scénáři vzniku našeho světa a na jeho skutečném složení. Následující řádky snad pomohou nalézt odpovědi alespoň na některé otázky, které napadnou každého z nás, když přemýšlí nad základní otázkou "Co bylo, když nic nebylo?", a nechce si odpovědět známým výrokem S. Hawkinga: "Bůh připravoval peklo pro lidi, kteří budou klást tyto otázky".

     Základní teorie rozpínání vesmíru vychází z obecné teorie relativity formulované Albertem Einsteinem na počátku 20. století. Fridmanovo řešení obecné teorie relativity z roku 1922 ukazuje, že vesmír nemůže být stacionární, musí se rozpínat nebo smršťovat. Prvním, kdo předložil návrh, že vesmír započal svou existenci "výbuchem prehistorického atomu", byl v roce 1927 belgický kněz Georges Lemaître. Experimentální důkaz o expanzi vesmíru roku 1929 objevuje Edwin Hubble měřením červeného posuvu spekter několika desítek vzdálených galaxií. Hubble zjistil, všechny vzdálené galaxie se pohybují směrem od nás, čím jsou vzdálenější, tím rychleji. Vzdalování galaxií naznačovalo, že vesmír začal v konečném čase v minulosti (velký třesk) a od té doby se neustále rozpíná. Jestliže se dnes vesmír rozpíná, znamená to, že v minulosti byla hustota a teplota vesmíru vyšší než dnes. Kdybychom chtěli popsat vlastnosti vesmíru v čase t = 0 (v okamžiku velkého třesku), dojdeme k závěru, že poloměr vesmíru byl nulový a hustota a teplota nekonečná. Nikdo si samozřejmě vesmír těchto parametrů nedokáže představit ani ho popsat. Teorii tzv. "horkého vzniku vesmíru" vypracoval George Gamow se spolupracovníky. V roce 1970 dokázal S. Hawking, že v rámci obecné teorie relativity je tato počáteční singularita nevyhnutelná a v teorii se vždy zákonitě objeví. Je tedy jednou z nepříjemných vlastností standardního kosmologického modelu. Týž S. Hawking mnohem později ukázal, že při popisu počátečních fází vzniku vesmíru mohou hrát podstatnou roli kvantové jevy a že v takovém případě se lze teoreticky počáteční singularitě vyhnout. Po roce 1985 se objevily první inflační modely vzniku vesmíru. Jejich podstatou je krátkodobé exponenciální rozpínání vesmíru s časem v raných fázích vývoje vesmíru (tzv. inflační fáze), které řeší řadu problémů standardního modelu. V inflační fázi může dojít k uvolnění energie a následnému ohřevu vesmíru. To znamená, že dnešní teplotu vesmíru nemůžeme extrapolovat až do času t = 0, ale jen do konce inflační fáze. Teplota vesmíru by potom na počátku již nemusela být nekonečná. Model velkého třesku s inflačním scénářem neřeší však některé závažné otázky: Proč se v počátečních stádiích vesmír rozpínal a to dokonce rychlostí vyšší, než je rychlost světla? Kde se vzala enormně velká síla, která způsobila exponenciální rozpínání vesmíru? Proč tato síla působila jen po určitou dobu a pak zmizela?

     V roce 2001 byla ke kosmologii inflačního velkého třesku navržena alternativa, která si získala určitou pozornost. Označuje se jako "ekpyrotická kosmologie" a popisuje mladý vesmír, který vznikl bez velkého třesku srážkou vícerozměrných "bran". Tento nový kosmologický model se opírá o nedávné práce o gravitaci v milimetrovém měřítku, které vycházejí z M-teorie (tedy teorie superstrun). Podle teorie gravitace v milimetrovém měřítku je každý 4-rozměrný bod v našem vesmíru uzavřen v tenké vícerozměrné "D-bránové stěně", na níž jsou upevněny silná, slabá a elektromagnetická interakce, zatímco gravitační interakce se z této stěny může rozpínat ve dvou a více dodatečných rozměrech. Jinými slovy náš vesmír byl chladný, pak se srazil s jinou membránou a touto srážkou vznikla energie, hmota a vesmírná struktura. V tomto scénáři vesmír nezačal svoji existenci z nekonečně horké singularity, jak to tvrdí teorie velkého třesku. Svoji existenci započal z konečné velikosti a teploty, které byly na počátku stálé a teprve po srážce se začaly zvětšovat. Ekpyrotický scénář řeší všechny problémy velkého třesku bez nutnosti zavádět inflační fázi. Nevyžaduje proto záhadné síly, které inflaci zastavily. Tento scénář je až do určitých velmi vysokých teplot identický s modelem velkého třesku. Rozhodujícím kritériem úspěšnosti každé hypotézy je možnost experimentálního testování. V tomto případě je otázkou, zda lze nějakými testy od sebe odlišit inflační scénář od ekpyrotického scénáře. Ukazuje se, že rozhodujícím testem bude studium spektra gravitačních vln z období krátce po vzniku vesmíru. Bohužel, tyto jevy jsou příliš slabé na to, aby je bylo možno zjistit gravitačním detektorem LIGO americké Národní vědecké nadace, který byl uveden do provozu ve státě Louisiana a ve státě Washington. Dokonce ani satelitní detektor LISA, který provozuje evropská agentura pro vesmír ESA (European Space Agency), nebude schopen takové slabé jevy zachytit. Další možností je detekovat optickou polarizaci reliktního záření, které bylo vyvoláno jevy gravitačních vln. Objev této polarizace by podpořil inflační model a vyvrátil ekpyrotický model. Dosud však žádná taková polarizace pozorována nebyla.

Zdroje: www.aldebaran.cz, http://fyzweb.cz, New Ekpyrotic Cosmology http://arxiv.org/abs/hep-th/0702154, The Ekpyrotic Universe http://xxx.lanl.gov/abs/hep-th/0103239, http://physicsworld.com.

     Obr. Experimenty - podle teorie standardního modelu vesmíru se 379 tisíc let po velkém třesku oddělilo záření od hmoty s počáteční teplotu okolo 3000°C. Toto záření, stářím vychladlé na teplotu - 270°C, dnes pozorujeme jako mikrovlnné záření pozadí oblohy. Za jeho objev byli v roce 1978 oceněni Nobelovou cenou za fyziku Arno Penzias a Robert Wilson. Dnes je nejvýznamnějším zdrojem poznatků o mladém vesmíru. Mapa reliktního záření pořízená sondou WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

Dnes má svátek Oto

NAŠE ANKETA:
Jste pro obnovení tělesných trestů ve škole?

Určitě ano

43.32%

Spíše ano

17.56%

Spíše ne

15.18%

V žádném případě

23.94%

Celkový počet hlasujících čtenářů: 3024