Snad největší objev vesmíru, který jsme dosáhli na konci minulého století, když jsme objevili jednu z nejpodivnějších kosmických pravd: vzdálené galaxie od nás nejen odlétají s časem, ale také rychleji a rychleji. Objev rychle se rozvíjejícího vesmíru v rámci kosmologického projektu Supernova s pomocí vyhledávacího týmu Supernovy High-z získal vědcům Nobelovu cenu za fyziku. I když je to jeden z nejpodivnějších a nejneobvyklejších jevů ve vesmíru.
Faktem je, že vesmír ne vždy zrychlil, odletěl pryč od nás. Po miliardách let se expanze zpomalila a někomu, kdo žije před deseti miliardami let, by se mohlo zdát, že se stahuje. Co se stalo?
Ve dvacátých létech byly předloženy čtyři důkazy - tři pozorovatelné a jeden teoretický - že vesmír se rozšiřoval. Zde jsou:
1. Zjistili, že spirální mlhoviny noční oblohy jsou skutečné galaxie nebo „ostrovní vesmíry“obsahující miliardy hvězd a umístěné daleko za Mléčnou dráhou.
2. Měření červeného a modrého posunu těchto galaxií pomocí Vesto Slifer ukázalo, jak rychle se tyto galaxie buď od nás vzdálí (červený posun), nebo se k nám blíží (modrý posun) a velká většina následovala první scénář.
3. Měření vzdálenosti každé z těchto galaxií provedl Edwin Hubble a jeho asistent Milton Humason. V kombinaci s pozorováním Sliffa odhalili jasný vztah: čím dál byla galaxie, tím rychleji se zdálo, že se od nás vzdálí.
4. A konečně, silný teoretický skok provedený Einsteinovou obecnou teorií relativity: uvědomění si, že vesmír, který je naplněn galaxiemi zhruba stejné hustoty ve všech směrech, musí být nestabilní, pokud se nerozšiřuje nebo smršťuje.
To vedlo k představě o vesmíru z roku 1929: v minulosti bylo teplejší, hustší a expandovalo rychleji, a poté se v průběhu času ochladilo, méně hustě a pomalu expandovalo.
Propagační video:
To je docela logické z hlediska Velkého třesku. Představte si Velký třesk jako počáteční pistoli velkého vesmírného závodu, závod mezi počáteční expanzí na jedné straně, která byla zpočátku velmi rychlá, a gravitací na druhé straně, která táhne všechno dohromady. Je snadné si představit tři různé možnosti, z nichž každá vede k odlišnému tempu vesmíru:
1. Velká komprese. Možná byla počáteční rychlost expanze poměrně vysoká, ale gravitační síla byla silnější. Expanze by měla zpomalit a zastavit. Vesmír musí dosáhnout své maximální velikosti a začít se zmenšovat. A konečně se musí znovu zhroutit a vrátit se do stavu před Velkým třeskem.
2. Velké zmrazení. Toto je opačný scénář jako v předchozím: ve kterém expanze začíná rychle a gravitace ji zpomaluje, ale nestačí. Expanze trvá věčně, gravitace ji neustále zpomaluje, ale nemůže ji zastavit. Tento scénář je znám jako tepelná smrt vesmíru: Velká zmrazení.
3. Kritický vesmír. Existuje také možnost, že se ocitnete uprostřed, když se vyrovnávací rychlost a gravitace vzájemně vyrovnají a rychlost expanze se postupem času zpomalí. Jedna částice méně, jedna částice ve vesmíru - a dostanete první nebo druhý scénář. Ale tato částice neexistuje. Scénář „kritického vesmíru“by vedl k nejpomalejší možné tepelné smrti.
Po miliardy let se zdálo, že kritická volba vyhraje. Uvidíte, že když žijete ve vesmíru a díváte se na různé galaxie, můžete nejen měřit současnou rychlost expanze, ale při pohledu na nejvzdálenější galaxie můžete také měřit rychlost expanze na začátku dějin vesmíru.
Tento obrázek ukazuje galaxie, které jsou pro nás již nedosažitelné.
Po miliardy let - přesně sedm miliard - to vypadalo, jako bychom žili v kritickém vesmíru. Expanze začala v éře záření (fotony a neutrina) a pak se vše dostatečně ochladilo, aby mohla začít éra hmoty (obyčejná i tmavá). Jak vesmír pokračoval v expanzi, hustota hmoty klesala a klesala se zvyšujícím se objemem hmoty a hmota zůstávala stejná.
V určitém okamžiku však hustota hmoty klesla na tak nízkou hodnotu, že se objevil jiný, jemnější přispěvatel k energetické hustotě vesmíru: temná energie. Během asi sedmi miliard let dosáhla velikost temné hmoty několika procent celkové hustoty energie a do doby, kdy byl vesmír 7,8 miliardy let, dosáhla hustota temné energie důležitou hodnotu: 33% celkové energetické hustoty ve vesmíru. To je důležité, protože k tempu expanze je zapotřebí takové množství temné energie.
Od té doby, před asi 6 miliardami let, začala hustota hmoty klesat, zatímco temná energie zůstávala konstantní. V současné době tvoří temná hmota asi 68% celkové energie vesmíru a hmota klesla na 32% (27% temné hmoty a 5% běžné hmoty). V průběhu času bude hustota hmoty v budoucnu nadále klesat, zatímco hustota temné energie zůstane konstantní, temná energie bude stále více převládat.
Hustota energie ve vesmíru v různých časech v minulosti
Pro jednotlivé galaxie to bude znamenat, že galaxie, která se od nás v době Velkého třesku začala pohybovat rychleji než ostatní, bude v prvních 7,8 miliardách let vykazovat patrný pokles rychlosti (z našeho pohledu). Pak rychlost zpomalení přestane klesat a nějakou dobu zůstane nezměněna. Pak to začne růst a galaxie se začne od nás pohybovat ještě rychleji než dříve, protože prostor mezi námi a vzdálenými galaxiemi se rozšiřuje obrovskou rychlostí. V určitém okamžiku - a to je děsivé, protože se vztahuje na 97% galaxií v našem viditelném vesmíru - se každá galaxie mimo naši místní skupinu vzdálí rychlostí převyšující rychlost světla, a díky fyzickým omezením se tak stane mimo náš dosah.
Žlutá je nastíněna aktuální velikost viditelného vesmíru: 46 miliard světelných let; Velikost, kterou můžeme dosáhnout, je růžová: 14,5 miliardy světelných let
Pokud to dokážeme říct, vesmír měl vždy takové množství temné energie, jaké má nyní vlastní ve vesmíru. Ale trvalo to 7,8 miliard let nebo celou historii vesmíru jeden a půl miliardy let, než se naše sluneční soustava vytvořila, aby hustota hmoty klesla na takovou úroveň, že temná energie převzala expanzi vesmíru. Od té doby od nás všechny galaxie mimo naši místní skupinu ustupují a budou i nadále ustupovat, dokud poslední nezmizí. Vesmír se za posledních šest miliard let rozšiřoval a kdybychom se objevili dříve, možná bychom nepřekročili tyto tři možnosti, které nabízí naše intuice. V nejlepším případě bychom mohli jen hádat, co přesně je vesmír. A to by byla naše největší odměna.