Možno najväčší objav vesmíru, ktorý sme dosiahli na konci minulého storočia, keď sme objavili jednu z najpodivnejších kozmických právd: vzdialené galaxie odletia nielen od nás, keď sa čas posunie vpred, ale aj rýchlejšie a rýchlejšie odletieť. Objav zrýchľujúceho sa rozširovania vesmíru v rámci projektu Supernova Cosmology pomocou výskumného tímu High-z Supernova získal vedcom Nobelovu cenu za fyziku. Aj keď je to jeden z najpodivnejších a najneobvyklejších javov vo vesmíre.
Faktom je, že vesmír sa nie vždy zrýchľoval, odletel od nás. Po miliardách rokov sa expanzia spomalila a pre niekoho žijúceho pred desiatimi miliardami rokov sa môže zdať, že sa sťahuje. Čo sa stalo?
V dvadsiatych rokoch 20. storočia boli predložené štyri dôkazy - tri pozorovateľné a jeden teoretický - že vesmír sa rozširoval. Tu sú:
1. Zistili sme, že špirálové hmloviny na nočnej oblohe sú skutočnými galaxiami alebo „ostrovnými vesmírmi“, ktoré obsahujú miliardy hviezd a sú umiestnené ďaleko za Mliečnou cestou.
2. Meranie červených a modrých posunov týchto galaxií pomocou Vesto Slifer ukázalo, ako rýchlo sa tieto galaxie buď od nás vzdialia (červený posun), alebo sa k nám blíži (modrý posun) a veľká väčšina nasledovala prvý scenár.
3. Merania vzdialenosti ku každej z týchto galaxií vykonal Edwin Hubble a jeho asistent Milton Humason. V kombinácii so Slipherovými pozorovaniami odhalili jasný vzťah: čím ďalej bola galaxia, tým rýchlejšie sa zdalo, že sa od nás vzdiali.
4. Napokon, silný teoretický skok dosiahnutý vďaka Einsteinovej všeobecnej teórii relativity: uvedomenie si, že vesmír, ktorý je naplnený galaxiami približne rovnakej hustoty vo všetkých smeroch, musí byť nestabilný, pokiaľ sa nezačne rozširovať alebo zmenšovať.
To viedlo k obrazu vesmíru z roku 1929: v minulosti bolo horúco, hustejšie a expandovalo rýchlejšie a potom sa v priebehu času ochladzovalo, menej husto a rozširovalo pomalšie.
Propagačné video:
Je to celkom logické z hľadiska Veľkého tresku. Predstavte si Veľký tresk ako štartovaciu pištoľ veľkého vesmírneho závodu, závod medzi počiatočnou expanziou na jednej strane, ktorá bola spočiatku veľmi rýchla, a gravitáciou na druhej strane, ktorá ťahá všetko dohromady. Je ľahké si predstaviť tri rôzne možnosti, z ktorých každá vedie k inému tempu vesmíru:
1. Veľká kompresia. Možno, že počiatočná miera expanzie bola dosť vysoká, ale gravitačná sila bola silnejšia. Expanzia by sa mala spomaliť a zastaviť. Vesmír musí dosiahnuť svoju maximálnu veľkosť a musí sa začať zmenšovať. Nakoniec sa musí znova zrútiť a vrátiť sa do stavu pred Veľkým treskom.
2. Veľké zmrazenie. Toto je opačný scenár ako v predchádzajúcom: expanzia sa začína rýchlo a gravitácia ju spomaľuje, ale nestačí. Expanzia trvá večne, gravitácia ju neustále spomaľuje, ale nemôže ju zastaviť. Tento scenár je známy ako „Heat Death of the Universe: The Great Freeze“.
3. Kritický vesmír. Existuje tiež možnosť, že sa ocitnete uprostred, keď sa miera expanzie a gravitácia navzájom vyrovnajú a miera expanzie sa časom spomalí. O jednu časticu menej, o jednu ďalšiu časticu vo vesmíre - a dostanete prvý alebo druhý scenár. Táto častica však neexistuje. Scenár „kritického vesmíru“by viedol k najpomalšej možnej tepelnej smrti.
Po miliardy rokov sa zdalo, že kritická možnosť vyhrá. Vidíte, keď žijete vo vesmíre a pozeráte sa na rôzne galaxie, môžete nielen zmerať súčasnú mieru expanzie, ale aj pri pohľade na najvzdialenejšie galaxie, môžete tiež zmerať rýchlosť expanzie na začiatku histórie vesmíru.
Tento obrázok ukazuje galaxie, ktoré sú pre nás už nedosiahnuteľné.
Zdá sa, akoby sme prežívali miliardy rokov - presne sedem miliárd -, akoby sme žili v kritickom vesmíre. Expanzia sa začala v ére ožarovania (fotóny a neutrína) a potom sa všetko dostatočne ochladilo, aby sa mohla začať éra hmoty (obyčajná aj tmavá). Ako vesmír pokračoval v expanzii, hustota hmoty klesala a klesala so zvyšujúcim sa objemom hmoty a hmota zostala rovnaká.
V určitom okamihu však hustota hmoty klesla na tak nízku hodnotu, že sa objavil iný, jemnejší prispievateľ k energetickej hustote vesmíru: temná energia. Za približne sedem miliárd rokov hodnota tmavej hmoty dosiahla niekoľko percent celkovej hustoty energie a do doby, keď bol vesmír starý 7,8 miliárd rokov, dosiahla hustota temnej energie dôležitú hodnotu: 33% celkovej hustoty energie vo vesmíre. Je to dôležité, pretože na to, aby miera expanzie začala stúpať, je potrebné také množstvo temnej energie.
Odvtedy asi pred 6 miliardami rokov začala hustota hmoty klesať, zatiaľ čo temná energia zostala konštantná. V súčasnosti predstavuje temná hmota asi 68% z celkovej energie Vesmíru a hmota klesla na 32% (27% temnej hmoty a 5% obyčajnej hmoty). V priebehu času bude v budúcnosti hustota hmoty naďalej klesať, zatiaľ čo hustota temnej energie zostane konštantná, temná energia bude stále viac prevládať.
Hustota energie vo vesmíre v rôznych časoch v minulosti
Pre jednotlivé galaxie to bude znamenať, že galaxia, ktorá sa začala sťahovať od nás v čase Veľkého tresku rýchlejšie ako ostatné, preukáže zjavný pokles rýchlosti (z nášho pohľadu) v prvých 7,8 miliárd rokoch. Potom spomalenie prestane klesať a zostane nejaký čas nezmenené. Potom to začne rásť a galaxia sa začne od nás pohybovať ešte rýchlejšie ako predtým, pretože priestor medzi nami a vzdialenými galaxiami sa rozširuje obrovskou rýchlosťou. V určitom okamihu - a to je desivé, pretože sa vzťahuje na 97% galaxií v našom viditeľnom vesmíre - sa každá galaxia mimo našej miestnej skupiny vzdiali rýchlosťou prekračujúcou rýchlosť svetla, čím sa z dôvodu fyzických obmedzení dostane mimo náš dosah.
Žltou čiarou je znázornená aktuálna veľkosť viditeľného vesmíru: 46 miliárd svetelných rokov; Veľkosť, ktorú môžeme dosiahnuť, je ružová: 14,5 miliárd svetelných rokov
Pokiaľ vieme, vesmír mal vždy také množstvo temnej energie, aké má teraz vo vesmíre. Trvalo však 7,8 miliárd rokov alebo celú históriu vesmíru jeden a pol miliardy rokov, kým sa vytvorila naša slnečná sústava, aby hustota hmoty klesla na takú úroveň, že temná energia prevzala expanziu vesmíru. Odvtedy sa od nás všetky galaxie mimo našej miestnej skupiny ustupujú a budú ustupovať, až kým nezmizne posledná. Vesmír sa za posledných šesť miliárd rokov rozširoval a keby sme sa objavili skôr, možno by sme neprekročili tieto tri možnosti, ktoré ponúka naša intuícia. V najlepšom prípade by sme mohli len uhádnuť, čo presne je vesmír. A to by bola naša najväčšia odmena.