Vysvětlení vědy: Jak může průměr vesmíru přesáhnout jeho stáří?

Rozměr vesmíru

Rychlost světla je jednou z nejdůležitějších a nejzákladnějších vlastností našeho vesmíru. Používá se k měření vzdáleností, k meziplanetární komunikaci a při různých matematických výpočtech. A to je jen začátek.

Rychlost, kterou se světlo šíří vakuem – 299 792 kilometrů (186 282 mil) za sekundu – je statická a neměnná. Pokud tuto konstantu odstraníte, samotné základy moderní fyziky se z řady důvodů rozpadnou a obecné pravidlo lze shrnout takto:

Jak si jistě dovedete představit, jistý zmatek nastane, když se zamyslíme nad tím, že vesmír nemá průměr 13,8 miliardy světelných let – což je číslo, které odpovídá stáří vesmíru. Podle současných odhadů je ve skutečnosti o dost větší, jeho průměr se odhaduje na přibližně 93 miliard světelných let. A to je jen to, co vidíme. To, co nevidíme, může trvat věčně.

Jak tedy může být vesmír široký 93 miliard světelných let, když je starý jen 13,8 miliardy let a nic se nemůže pohybovat rychleji než světlo?

Pochopení červeného posuvu

Než pochopíte, proč je velikost vesmíru o tolik větší než jeho stáří, je důležité pochopit, jak funguje světlo.

Sir Isaac Newton byl bezesporu jedním z největších mozků, které kdy žily. Kromě toho, že „vynalezl“ počítání, byl prvním vědcem, který skutečně pochopil podstatu světla a to, co se stane, když ho rozdělíme na jednotlivé složky.

Pro začátek jeho výzkum odhalil, že černá barva je nepřítomnost barvy, zatímco bílé světlo – jako to, které pochází ze Slunce a dalších hvězd – je kombinací všech barev. Když se na světlo objektu podíváme přes hranol, můžeme vidět odpovídající prvky, které světlo představuje, což pak může pomoci určit složení objektu, jeho teplotu, a dokonce i to, kde se nachází ve vývojovém procesu.

Více než jedním způsobem Newtonova práce způsobila revoluci ve fyzice a vydláždila cestu všem velikánům, včetně Nielse Bohra, Maxe Plancka a samozřejmě Alberta Einsteina. Pro účely této diskuse se však nejvýznamnější vědec, který navázal na Newtonovu práci, jmenoval Christian Doppler.

Doppler se dostal do popředí stovky let po Newtonově smrti, a pokud jeho práci neznáte, objevil něco, co se dnes nazývá Dopplerův jev. Tento proces vysvětluje, proč má některé světlo z kosmických zdrojů tendenci dopadat na červený konec elektromagnetického spektra, zatímco některé světlo je blíže modrému konci.

Zjednodušeně řečeno, Dopplerův jev zaznamenává, jak se vlnová délka světla posouvá v závislosti na směru, kterým se zdroj pohybuje, například zda se k nám něco blíží, nebo se od nás vzdaluje. Konkrétně se světelné vlny protáhnou, pokud se zdroj pohybuje směrem od pozorovatele, a proto se jeví jako červené (delší vlnová délka). Naopak světelné vlny budou stlačené, pokud objekt směřuje k pozorovateli, a budou se tedy jevit modré (kratší vlnová délka).

Po cestě se objevila změna hry. Nakonec se ukázalo, že téměř všechny galaxie se posouvají směrem k delší vlnové délce, což znamená, že vypadají červeně, jako by se od nás vzdalovaly. Ještě překvapivější bylo, že nejenže se většina všeho od nás vzdalovala, ale tento červený posuv se zvětšoval, což znamenalo, že se od nás objekty vzdalovaly stále rychleji.

To vedlo k objevu, že vesmír není stacionární, jak se někteří domnívali – ve skutečnosti se rozpíná!

Rozpínání vesmíru

Tady se to začíná zadrhávat. Naše pozorování červeného posuvu odhalila, že třikrát vzdálenější objekty se vůči blízkým galaxiím pohybují třikrát rychleji. Čím dále do vesmíru se díváme, tím rychleji se galaxie pohybují – ve skutečnosti se v těchto obrovských vzdálenostech pohybují tak rychle, že snadno překonávají rychlost světla. Jak jsme však již uvedli, rychlost světla je univerzální mezní rychlostí. Jak je to tedy možné?“

Nejprve si všimněte, že ačkoli existuje hranice toho, co můžeme vidět, skutečný vesmír se rozprostírá mnohem dále, než jsme schopni pochopit. Vše, co se nachází v rámci této hranice, se nazývá „pozorovatelný vesmír“ a zahrnuje:

• 10 milionů nadkup
• 25 miliard skupin galaxií
• 350 miliard velkých galaxií
• 7 bilionů trpasličích galaxií
• 30 miliard bilionů (3×10²²) hvězd

Pokud by to vše bylo vměstnáno do 13. vesmíru, pak by to bylo možné.7 miliard světelných let prostoročasu, zdál by se vesmír pěkně nacpaný.

První problém s předpokladem, že velikost vesmíru by měla odpovídat jeho stáří v letech na základě vzdálenosti, kterou urazí světlo, přichází, když se podíváme na prvních několik okamžiků, které následovaly po velkém třesku.

Když vesmír poprvé „vyskočil“ do existence přibližně před 13,75 miliardami let, samotný časoprostor se začal rozpínat rychlostí větší než rychlost světla. Toto období, nazývané inflace, je nedílnou součástí vysvětlení mnohem více než jen velikosti vesmíru. Zahrnuje také takové věci, jako je homogenní povaha prostoru ve velkém měřítku a podmínky, které existovaly během první epochy.

V podstatě vesmír během několika okamžiků přešel z nekonečně hustého a horkého stavu do obrovské oblasti hemžící se protony a neutrony – částicemi, které se nakonec spojily a vytvořily stavební kameny veškeré hmoty. Po odeznění počáteční inflace se rozpínání zpomalilo. Nyní jsou objekty od sebe odtahovány záhadnou silou zvanou temná energie.

Rychlejší než světlo

Prostřednictvím prostředků, které dosud nebyly zjištěny, se zdá, že toto rozpínání probíhá rychleji než rychlost světla, ale to neznamená to, co si pravděpodobně myslíte.

Obávám se, že zmatek pramení ze základní chybné interpretace samotné teorie relativity. Víte, teorie tvrdí, že objekty se nemohou pohybovat časoprostorem rychleji než rychlostí světla. Nestanovuje však žádné omezení pro samotný prostoročas.

Takže, abych to shrnul, velikost prostoru není v rozporu se základními fyzikálními zákony.

V podstatě samotné galaxie (a jakékoli jiné objekty ve vesmíru) neporušují žádné zákony, protože necestují prostorem rychleji než světlo (alespoň ne v tradičním smyslu). Spíše se každá část prostoru rozpíná a natahuje. Nejde ani o to, že by okraje letěly ven, ale že se roztahuje samotný časoprostor – oblast mezi galaxiemi, hvězdami, planetami, vámi a mnou.

Zkrátka, časoprostor se rozpíná a tlačí hmotu od sebe. Hmota ve skutečnosti časoprostorem necestuje.

Pro zajímavost, rozpínání má bohužel poněkud chmurné důsledky pro budoucnost vesmíru. Za předpokladu, že rozpínání bude pokračovat donekonečna (a nezpomalí se), bude se horizont viditelného vesmíru postupně zmenšovat, až budou objekty jednoduše příliš daleko od sebe na to, aby světlo z jedné galaxie vůbec dosáhlo k druhé.

Přitom velká část toho, co vidíme nyní, byla původně mnohem blíže. Díky expanzi byly tyto objekty odneseny a některé galaxie a další objekty byly rudě posunuty mimo existenci (nebo alespoň mimo náš výhled). Nejvzdálenější galaxie patří k nejstarším ve vesmíru, vznikly v době, kdy byl vesmír starý pouhé miliony let, a je pravděpodobné, že většina z nich dnes již neexistuje nebo se nachází v úplně jiné části vesmíru.

Doplňující zpravodajství Jaime Trosper.

Jako čtenáře časopisu Futurism vás zveme do Singularity Global Community, fóra naší mateřské společnosti, kde můžete diskutovat o futuristických vědeckých &technologiích s podobně smýšlejícími lidmi z celého světa. Vstup je zdarma, zaregistrujte se hned!

.