Teorie velkého třesku

Teorie velkého třesku je od 60. let 20. století nejvíce přijímanou teorií vysvětlující vznik vesmíru. Vesmír vznikl z nekonečně horkého a nekonečně hustého bodu, který se velkou rychlostí rozletěl, poté se rozpínání zpomalilo a pokračuje dodnes.

Ani moderní technologie zatím vědcům neumožňují odhalit, jak skutečně vypadal zrod vesmíru. Proto se obecně uznává tato teorie, která je podložená řadou matematických výpočtů a modelů.

Rozpínavost vesmíru dokládá měření v čase se zvětšujících vzdáleností mezi vesmírnými tělesy.

Byl to jen kratičký okamžik

Přibližně před 13,8 miliardami let byla veškerá vesmírná hmota zhuštěná v nekonečně malém a nekonečně horkém bodě. Náhle vše explodovalo a rozletělo se do okolí rychlostí větší než než rychlost světla (tj. více než 300 000 000 m/s).

Exploze trvala jen zlomky milisekund. Rychlost události odhadl v roce 1980 fyzik Alan Guth na cca 10^-32 sekund. Jakmile prudká expanze ustala, vesmír během jedné sekundy zaplavila horká hmota a záření. Jev je pojmenován “opakované přihřívání”.

Jeho podstatou bylo zaplňování prostoru velkým množstvím stavebních částic (neutronů, protonů a elektronů).

Horko bylo nepředstavitelné

NASA odhadla teplotu hmoty formujícího se kosmu okolo 5,5 miliard stupňů Celsia. Prostor byl částicemi tak přeplněn, že mezi nimi nemohlo procházet světlo. Všudypřítomné stavební látky se asi 380 000 let po velkém třesku na sebe začaly nabalovat a vytvořily atomy.

Díky tomu mezi nimi mohlo prosvítat světlo - tzv. “dosvit”. Existence pozůstatků tohoto záření, jakési světelné “ozvěny” zrodu vesmíru, byla předpovězena již dříve. K prvnímu pozorování však došlo až v roce 1964, což dokázalo pravost teorie.

Alternativní teorie

Teorie velkého třesku se od 60. let 20. století stala všeobecně přijímanou kosmologickou teorií o vzniku vesmíru. Alternativními hypotézami jsou věčná inflace nebo oscilující vesmír.

Před teorií velkého třesku vědci zastávali teorii o stacionárním vesmíru, která považovala vesmír ve velkých časových měřítkách za neměnný.

Einstein teorii nejdříve zavrhl

Albert Einstein představil v roce 1915 revoluční teorii relativity, která mimo jiné předpokládala, že je vesmír plný hmoty a statický, případně v čase neměnný. V roce 1927 belgický kněz a vědec Georges Lemaître navrhl myšlenku expanzivního vesmíru.

Myšlenka byla v rozporu s Einsteinovým neměnným vesmírem, proto ji zavrhl se slovy: „Vaše výpočty jsou správné, ale vaše fyzika je ohavná!“ Teorii velkého třesku prokázal v roce 1929 Edwin Hubble svým pozorováním vzdalujících se galaxií. Později teorii rozpracovali další vědci.

Další zajímavá fakta

• Myšlenka velkého třesku vznikla před pouhými 100 lety. Je zajímavé, že jsme se dozvěděli o téměř 14 miliard let starých událostech až v průběhu posledního století.
• S myšlenkou expanzivního vesmíru přišel již dříve, v roce 1922, ruský fyzik Alexander Friedmann. Jeho myšlenka byla tehdy kritizována Einsteinem.
• Termín „velký třesk“ poprvé použil Fred Hoyle, největší odpůrce této teorie. Bylo to v roce 1949 v rozhlasovém pořadu pro BBC s názvem „Podstata věcí“. Hoyle se jako zastánce stacionárního vesmíru snažil novou teorii zesměšnit a odsoudit. Místo toho se jeho označení hezky ujalo.
• První pozorování reliktního záření po velkém třesku v roce 1964 bylo dílem náhody. Arno Penzias a Bob Wilson z Bell Telephone Laboratories v New Jersey stavěli vysoce citlivý mikrovlnný přijímač. Přijímač zachytil jednotný signál pocházející ze všech stran oblohy. Prvně si mysleli, že je někde chyba. Anténa však byla v pořádku i po jejím očištění od holubích hnízd a trusu. Vědci si uvědomili, že se jedná o předpovězené reliktní záření (“dosvit”). V roce 1978 dostali za tento objev Nobelovu cenu fyziky.
• The Big Bang Theory (Teorie velkého třesku) je populární americký sitcom, který se vysílal od roku 2007 do roku 2019. Celkově měl 12 sérií a 279 dílů.

Velký třesk: 30 věcí které Vás možná překvapí

• Počátek vesmíru: Velký třesk je teorie, která popisuje vznik vesmíru z jednoho bodu (singularity) před 13,8 miliardami let.
• Kosmická inflace: Krátce po Velkém třesku prošel vesmír obdobím extrémního rychlého rozpínání zvaného inflace. Inflace trvala zlomek sekundy.
• První částice: Po Velkém třesku se vesmír skládal z vysoké koncentrace energie, která se postupně měnila v částice, jako jsou kvarky, gluony, elektrony a neutrino.
• Kvarková hmota: V raném vesmíru byla teplota tak vysoká, že kvarky a gluony nemohly vytvořit stabilní protony a neutrony. Místo toho vytvořily kvarkovou hmotu.
• Hadronová éra: Asi 10 mikrosekund po Velkém třesku se teplota dostatečně snížila, aby se kvarky a gluony mohly spojit a vytvořit hadrony, jako jsou protony a neutrony.
• Leptonová éra: Asi 1 sekundu po Velkém třesku se hadrony a antihadrony zničily vzájemnou anihilací, čímž vesmíru dominovaly leptony, jako jsou elektrony a neutrino.
• Nukleosyntéza: Asi 3 minuty po Velkém třesku začaly protony a neutrony vytvářet lehké jádra, jako jsou deuterium, helium-3, helium-4 a lithium-7.
• Fotony a elektrony: V raném vesmíru byly elektrony a fotony ve stavu termální rovnováhy, což znamenalo, že se neustále navzájem ovlivňovaly a vytvářely plazma.
• Rekombinace: Asi 380 000 let po Velkém třesku se teplota dostatečně snížila, aby se elektrony mohly spojit s jádry a vytvořit stabilní atomy vodíku a helia.
• Kosmické mikrovlnné záření pozadí (CMB): Po rekombinaci se vesmír stal průhledným a fotony byly schopny volně se šířit. Tyto fotony tvoří CMB, které pozorujeme dnes.
• Temná hmota: Velký třesk předpokládá existenci temné hmoty, neviditelné hmoty, která interaguje pouze gravitačně. Její přítomnost ovlivňuje strukturu vesmíru.
• První hvězdy: Asi 200 milionů let po Velkém třesku začaly vodík a helium vytvořené během nukleosyntézy kolabovat pod vlastní gravitací a vytvářet první hvězdy.
• První galaxie: V průběhu stovek milionů let se tyto hvězdy shlukovaly do galaxií. První galaxie byly pravděpodobně nepravidelně tvarované a obsahovaly méně kovů.
• Velká struktura: Galaxie se shlukovaly do větších struktur, jako jsou shluky a nadshluky galaxií. Tento proces pokračoval miliardy let po Velkém třesku.
• Hubbleův zákon: Edwin Hubble objevil, že vzdálenější galaxie se od nás vzdalují rychleji. Toto je základní pozorování, které podporuje teorii Velkého třesku.
• Nejistoty teorie: I když Velký třesk je nejlepší teorií pro vznik vesmíru, stále existují nejasnosti, jako je přesná povaha temné hmoty a temné energie.
• Alan Guth: Tento americký fyzik navrhl teorii kosmické inflace, která řeší některé problémy Velkého třesku tím, že předpokládá extrémně rychlé rozpínání vesmíru.
• Homogenita vesmíru: Velký třesk vysvětluje, proč je vesmír na velkých škálách homogenní. Inflace vyhladila vesmír, což vedlo k jeho rovnoměrnému rozložení.
• Anizotropie CMB: Přestože CMB je velmi homogenní, existují malé fluktuace teploty, které naznačují, jak se vesmír vyvinul do své současné struktury.
• Baryonová akustická oscilace: Toto je fenomén, kdy gravitační síly a tlak způsobují oscilaci hustoty baryonů v raném vesmíru. Tento jev je pozorován ve velkých strukturách vesmíru.
• Kosmologická konstanta: Tento termín přidal Albert Einstein do jeho obecné teorie relativity, aby vyvážil gravitaci a zajistil statický vesmír. Později to označil za svou největší chybu, ale kosmologická konstanta se nyní používá k popisu temné energie.
• Přesná hodnota Hubbleovy konstanty: Hodnota Hubbleovy konstanty, která udává rychlost rozpínání vesmíru, je stále předmětem debaty. Různé měřící metody dávají různé výsledky, což způsobuje nejistoty v našem chápání vesmíru.
• Gravitace a čas: V silném gravitačním poli, např. u černé díry, se čas zpomaluje, což je známé jako gravitační časové zpoždění. Tento efekt byl také přítomen v raném vesmíru s vysokou hustotou hmoty.
• Slabá antropická zásada: Tato zásada říká, že vesmír musí mít vlastnosti, které umožňují vznik pozorovatelů, jinak bychom zde nebyli, abychom ho pozorovali. Tato myšlenka je často používána k vysvětlení některých záhadných vlastností vesmíru.
• Alternativní teorie: Ačkoli Velký třesk je nejuznávanější teorií, existují alternativní teorie, jako je teorie plazmatického vesmíru, ekpyrotický vesmír nebo teorie cyklického vesmíru.
• CMB a polarizace: Kosmické mikrovlnné záření pozadí je nejen homogenní ve své teplotě, ale také vykazuje polarizaci. Tato polarizace nám poskytuje další informace o raném vesmíru a inflaci.
• Nejvzdálenější objekty: Díky Velkému třesku a rozpínání vesmíru existují objekty, které jsou tak vzdálené, že jejich světlo ještě k nám nedosáhlo. Tyto objekty jsou mimo náš pozorovatelný vesmír.
• Reliktová neutrino: Podobně jako CMB jsou reliktní neutrina pozůstatky raného vesmíru. Tyto neutrino byly uvolněny během leptogenesis asi 1 sekundu po Velkém třesku a stále se pohybují vesmírem.
• Geometrie vesmíru: Velký třesk předpokládá, že vesmír je prostorově plochý, což znamená, že součet úhlů trojúhelníku je roven 180 stupňům. Tento předpoklad je podporován pozorováním CMB.
• Konec vesmíru: Velký třesk neřeší otázku, jaký bude konec vesmíru. Existuje několik teorií o možném osudu vesmíru, jako jsou Velký chlad, Velký trh nebo Velké smršťování.

Přejeme Vám příjemný den.

Máme pro Vás odměnu:

Pokladnice šperků