Articles

Původ: CERN: myšlenky: foto: CERN: Velký třesk | Exploratorium

Historie vesmíru
foto: CERN: Velký třesk CERN
Kliknutím na fotografii zobrazíte rozšířenou Historii vesmíru.

Věděli jste, že hmota ve vašem těle je stará miliardy let?
Podle většiny astrofyziků byla veškerá hmota, která se dnes nachází ve vesmíru – včetně hmoty v lidech, rostlinách, zvířatech, na Zemi, ve hvězdách a galaxiích – vytvořena v prvním okamžiku času, o kterém se předpokládá, že nastal asi před 13 miliardami let.
Vědci se domnívají, že vesmír vznikl tak, že každé smítko jeho energie bylo zaklesnuto do velmi malého bodu. Tento extrémně hustý bod explodoval s nepředstavitelnou silou, vytvořil hmotu a poháněl ji ven, aby vytvořil miliardy galaxií našeho obrovského vesmíru. Astrofyzici tuto titánskou explozi nazvali Velký třesk.
Velký třesk se nepodobal žádnému výbuchu, kterého můžete být svědky dnes na Zemi. Například výbuch vodíkové bomby, jejíž střed registruje přibližně 100 milionů stupňů Celsia, se pohybuje vzduchem rychlostí asi 300 metrů za sekundu. Naproti tomu kosmologové se domnívají, že Velký třesk vrhl energii do všech směrů rychlostí světla (300 000 000 metrů za sekundu, tedy milionkrát rychleji než vodíková bomba) a odhadují, že teplota celého vesmíru činila 1 000 bilionů stupňů Celsia v pouhém zlomku sekundy po výbuchu. Dokonce i jádra nejžhavějších hvězd v dnešním vesmíru jsou mnohem chladnější než tato teplota.
Je tu ještě jedna důležitá vlastnost velkého třesku, která jej činí jedinečným. Zatímco výbuch bomby vyrobené člověkem se rozpíná vzduchem, Velký třesk se nerozpínal ničím. To proto, že na počátku času neexistoval žádný prostor, kterým by se mohl rozpínat. Fyzikové se spíše domnívají, že Velký třesk sám vytvořil a roztáhl prostor, čímž se vesmír rozšířil.

Chladnoucí, rozpínající se vesmír

Hubbleovo hluboké pole
foto: Space Telescope Science Institute
Jak se raný vesmír ochlazoval, hmota vzniklá při velkém třesku se shromažďovala do hvězd a galaxií.

Na krátký okamžik po velkém třesku vytvořilo obrovské teplo podmínky, které se nepodobají žádným podmínkám, které astrofyzikové vidí v dnešním vesmíru. Zatímco dnes se planety a hvězdy skládají z atomů prvků, jako jsou vodík a křemík, vědci se domnívají, že tehdejší vesmír byl příliš horký na to, aby v něm vzniklo cokoli jiného než nejzákladnější částice – například kvarky a fotony.
Jak se však vesmír rychle rozpínal, energie velkého třesku se v prostoru stále více “ředila”, což způsobovalo ochlazování vesmíru. Otevření láhve piva má za následek zhruba podobný efekt ochlazování a rozpínání: plyn, který byl jednou uzavřen v láhvi, se šíří do vzduchu a teplota piva klesá.
Rychlé ochlazení umožnilo, aby se ve vesmíru vytvořila hmota, jak ji známe, ačkoli fyzikové se stále snaží zjistit, jak přesně k tomu došlo. Asi jednu desetitisícinu sekundy po velkém třesku vznikly protony a neutrony a během několika minut se tyto částice slepily a vytvořily atomová jádra, většinou vodík a helium. O stovky tisíc let později se k jádrům přilepily elektrony a vytvořily kompletní atomy.
Přibližně miliardu let po velkém třesku gravitace způsobila, že se tyto atomy shromáždily v obrovských oblacích plynu a vytvořily soubory hvězd známé jako galaxie. Gravitace je síla, která k sobě přitahuje jakékoli objekty s hmotností – stejná síla, která například způsobuje, že míč vyhozený do vzduchu padá k zemi.
Kde se vzaly planety jako Země? Během miliard let hvězdy ve svých horkých jádrech “vaří” atomy vodíku a helia a vytvářejí těžší prvky, jako je uhlík a kyslík. Velké hvězdy časem explodují a tyto prvky vyletí do vesmíru. Tato hmota pak kondenzuje do hvězd, planet a satelitů, které tvoří sluneční soustavy, jako je ta naše.

Jak víme, že došlo k velkému třesku?
Astrofyzici během posledních sta let objevili mnoho přesvědčivých důkazů, které podporují teorii velkého třesku. Mezi tyto důkazy patří pozorování, že se vesmír rozpíná. Pozorováním světla vyzařovaného vzdálenými galaxiemi vědci zjistili, že se tyto galaxie rychle vzdalují od naší galaxie, Mléčné dráhy. Toto pozorování vysvětluje exploze podobná Velkému třesku, která vyslala hmotu letící z bodu ven.


Víte, že statická elektřina ve vaší televizi je způsobena zářením, které zůstalo po Velkém třesku?

Dalším zásadním objevem bylo pozorování nízké úrovně mikrovln v celém vesmíru. Astronomové se domnívají, že tyto mikrovlny, jejichž teplota je přibližně -270 stupňů Celsia, jsou pozůstatkem extrémně vysokoteplotního záření, které vzniklo při velkém třesku.
Zajímavé je, že astronomové mohou získat představu o tom, jak horký vesmír kdysi byl, pozorováním velmi vzdálených oblaků plynu pomocí výkonných dalekohledů. Protože světlu z těchto mračen může trvat miliardy let, než dosáhne našich teleskopů, vidíme taková tělesa tak, jak vypadala před eony let. A hle, tato dávná oblaka plynu se zdají být teplejší než mladší oblaka.
Vědci také dokázali podpořit teorii velkého třesku měřením relativního množství různých prvků ve vesmíru. Zjistili, že vesmír obsahuje přibližně 74 % hmotnosti vodíku a 26 % hmotnosti helia, tedy dvou nejlehčích prvků. Všechny ostatní těžší prvky – včetně prvků běžných na Zemi, jako je uhlík a kyslík – tvoří jen nepatrnou část veškeré hmoty.
Jak to tedy dokazuje něco o velkém třesku? Vědci pomocí teoretických výpočtů ukázali, že tato množství mohla vzniknout pouze ve vesmíru, který začínal ve velmi horkém a hustém stavu a poté se rychle ochlazoval a rozpínal. Přesně takový vesmír předpovídá teorie velkého třesku.
další strana…