Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

Najzrejmejšia vec na priestore je, že pokračuje stále ďalej a ďalej, a ďalej. Potvrdili nám to aj najnovšie prístroje ako Hubblov vesmírny ďalekohľad, ktoré nám umožňujú nahliadnuť hlboko do vesmíru. Vidíme tam miliardy galaxií rôznych tvarov a veľkostí (obr. 3.1). Každá galaxia obsahuje nespočetné miliardy hviezd, z ktorých mnohé majú okolo seba planéty. Žijeme na planéte krúžiacej okolo hviezdy v jednom z vonkajších ramien špirálovej galaxie nazývanej Mliečna cesta. Prach v špirálových ramenách nám zacláňa výhľad do vesmíru v rovine Galaxie, ale voľné zorné pole máme v kužeľových výsekoch po oboch stranách roviny Galaxie, v ktorých môžeme dobre zmapovať polohy vzdialených galaxií (obr. 3.2). Zisťujeme, že galaxie sú v priestore zhruba rovnomerne roztrúsené, s určitými,

Špirálová galaxia Špirálová galaxia s priečkou Eliptická galaxia

NGC 4414 NGC4314 NGC 147

(OBR. 3.2)

Naša planéta Zem (Z) obieha okolo Slnka vo vonkajšej oblasti Mlie-čnej cesty. Keď sa pozeráme v smere roviny Galaxie, v rozhľade nám preká-ža medzihviezdny prach v špirálových ramenách, ale dobrý výhľad máme na obe strany smerom von z tejto roviny .

striedajúcimi sa lokálnymi zhusteniami a relatívne prázdnymi oblasťami. Priestorová hustota galaxií vo veľmi veľkých vzdialenostiach klesá, ale zdá sa, že príčinou je ich obrovská vzdialenosť a malá jasnosť, kvôli ktorej ich nevidíme. Pokiaľ vieme posúdiť, vesmír je v priestore neobmedzene rozľahlý (obr. 3.3).

Hoci sa vesmír v každom mieste zdá viac-menej rovnaký, určite sa mení s časom. To sme si uvedomili až na začiatku 20. storočia. Dovtedy si ľudia mysleli, že vesmír je v čase v podstate nemenný. Možno existoval nekonečne dlho, ale to by podľa všetkého viedlo k absurdným záverom. Ak by hviezdy vyžarovali energiu po nekonečný čas, zohriali by vesmír na svoju teplotu. Aj v noci by bola celá obloha jasná ako Slnko, pretože každý zorný lúč by končil buď na hviezde, alebo na prachovom mraku, ktorý by sa zohrieval až dovtedy, kým by nebol rovnako horúci ako hviezdy (obr. 3.4).

(OBR. 3.3 vľavo)

Až na určité lokálne zhustenia zisťujeme, že galaxie sú v priestore rozložené približne rov-nomerne.

(OBR. 3.4 vpravo)

Ak by bol vesmír statický a vo všetkých smeroch nekonečný, každý zorný lúč by končil na hviezde, a teda nočná obloha by bola rovnako jasná ako Slnko.

Nám všetkým zrejmá skúsenosť, že obloha je v noci tmavá, je veľmi dôležitý fakt. Plynie z neho, že vesmír nemohol existovať večne v stave, ako ho vidíme dnes. V minulosti sa muselo prihodiť niečo, vďaka čomu sa hviezdy rozžiarili pred konečným časom, takže svetlo z veľmi vzdialených hviezd k nám ešte nestačilo doraziť. To by vysvetlilo, prečo v noci nežiari celá obloha.

Ak by hviezdy existovali od večnosti, prečo by sa náhle rozžiarili iba pred pár miliardami rokov? Čo to boli za hodiny, ktoré im povedali, že už je čas svietiť? Ako sme videli, touto záhadou si lámali hlavu filozofovia ako Immanuel Kant, ktorí verili, že vesmír existoval večne. Pre väčšinu ľudí to bolo v súlade s predstavou, že vesmír bol stvorený v podstate taký, aký je dnes, a to iba pred pár tisíckami rokov.

Avšak ťažkosti s touto predstavou nastali po pozorovaniach Vesta Sliphera a Edwina Hubbla v druhom desaťročí 20. storočia. Hubble v roku 1923 objavil, že mnohé matné škvrnky svetla, nazývané hmloviny, sú v skutočnosti cudzie galaxie, teda obrovské zhluky hviezd podobných nášmu Slnku, avšak vo veľkej vzdialenosti od nás. Keďže sa javia také malé a hmlisté, musia byť tak ďaleko, že

(OBR. 3.5)

Dopplerov efekt nastáva aj pri svetelných vlnách. Ak zostáva galaxia v kon-štantnej vzdialenosti od Zeme, charakteristické čiary v jej spektre sa nachádzajú na obvyklom, štandardnom mieste. Ak sa však galaxia od nás vzďaľuje, budú sa vlny naťahovať a typické čiary v spektre sa posunú k jeho červenému koncu (vpravo). Ak sa galaxia k nám približuje, potom sa budú vlny javiť stlačené a čiary budú posunuté k modrému koncu spektra (vľavo).

(OBR. 3.6) HUBBLOV ZÁ-KON

Rozborom svetla cudzích galaxií v 20. rokoch minulého storočia Edwin Hubble objavil, že takmer všetky galaxie sa od nás vzďaľujú, pričom ich rýchlosť Vje úmerná ich vzdialenosti od Zeme R,takže V = H x R.

Toto dôležité zistenie, známe ako Hubblov zákon, vedie k záveru, že vesmír sa rozpína, pričom rýchlosť expanzie udáva Hubblova konštanta H.

ich svetlo by k nám malo putovať milióny, dokonca aj miliardy rokov. To znamenalo, že počiatok vesmíru nemohol nastať iba pred pár tisíckami rokov.

Druhá vec, ktorú Hubble objavil, bola ešte pozoruhodnejšia. Astronómom bolo známe, že analýzou svetla vzdialených galaxií je možné zmerať, či sa pohybujú smerom k nám, alebo od nás (obr. 3.5). Na svoje veľké prekvapenie zistili, že takmer všetky galaxie sa od nás vzďaľujú. A navyše, čím sú od nás ďalej, tým sa pohybujú rýchlejšie. Bol to práve Hubble, ktorý si uvedomil úžasný dôsledok tohto objavu: vo veľkých mierkach sa každá galaxia vzďaľuje od každej inej galaxie. Vesmír sa teda rozpína (obr. 3.6).

Objav expanzie vesmíru bol jednou z veľkých intelektuálnych revolúcií dvadsiateho storočia. Bolo to nesmierne prekvapenie a úplne to zmenilo diskusiu o pôvode vesmíru. Ak sa Galaxie od seba vzďaľujú, museli byť v minulosti k sebe bližšie. Podľa súčasnej rýchlosti expanzie môžeme odhadovať, že asi pred desiatimi až pätnástimi miliardami rokov boli všetky galaxie skutočne veľmi tesne pri sebe. Ako píšem v poslednej kapitole, Roger Penrose a ja sme boli schopní ukázať, že Einsteinova všeobecná teória relativity vedie k záveru, že vesmír i samotný čas museli mať počiatok v obrovskom výbuchu. Hľa, tu je vysvetlenie, prečo je v noci obloha tmavá: žiadna hviezda nemohla žiariť dlhšie než desať až pätnásť miliárd rokov, čo je čas od veľkého tresku.

Zvykli sme si na myšlienku, že udalosti sú zapríčinené predchádzajúcimi udalosťami a tie ešte skoršími udalosťami. Existuje reťaz kauzálnych príčin siahajúca späť do hlbokej minulosti. Ale predpokladajme, že táto reťaz má začiatok, a takisto, že existovala prvá udalosť. Čo ju zapríčinilo? Nebola to otázka, na ktorú by si veľa vedcov želalo odpovedať. Pokúšali sa ju obísť buď tak, že tvrdili, ako ruskí vedci, že vesmír nemal počiatok, alebo tak, že prehlásili, že otázka pôvodu vesmíru neleží vo sfére vedy, ale patrí do ríše metafyziky a náboženstva. Podľa môjho názoru by takýto postoj nemal zaujať žiadny skutočný vedec. Ak zákony vedy zlyhávajú v počiatkoch vesmíru, nemôžu zlyhať aj v iných okamihoch? Zákony nie sú zákonmi, ak platia iba niekedy. Musíme sa usilovať o porozumenie vzniku vesmíru založené na vede. Môže to byť úloha nad naše sily, ale mali by sme sa o to aspoň pokúsiť.