Velký třesk - Jak se zrodilo všechno, co známe

Velký třesk: Jak se z bodu menšího než atom zrodil vesmír

Představte si veškerou hmotu a energii celého známého vesmíru – všechny galaxie, hvězdy a planety – stlačenou do bodu o nepředstavitelné hustotě a teplotě. Tento stav, existující zlomek sekundy po Velkém třesku, byl tak extrémní, že se vzpírá naší představivosti. Vítejte u zrodu času a prostoru.

Vesmírný „tlakový hrnec“

Těsně po svém vzniku byl vesmír nepředstavitelně žhavý a hustý. Mluvíme o teplotách dosahujících až 10³² stupňů Celsia. Abychom to uvedli do perspektivy:

• Jádro našeho Slunce má teplotu „pouhých“ 15 milionů stupňů.
• Nejvýkonnější experimenty v CERNu dosahují teplot bilionů stupňů.
• Teplota raného vesmíru byla ještě bilionkrát bilionkrát vyšší.

V tomto extrémním prostředí nemohlo existovat nic, co známe. Byla to jen jiskřící, vroucí polévka energie, elementárních částic a jejich protějšků z antihmoty, které neustále vznikaly a zase mizely.

Klíčové bylo, že se tento „tlakový hrnec“ začal okamžitě a zběsile rozpínat. Nebyl to výbuch v prostoru, jako když exploduje bomba, ale rozpínání samotného prostoru. Právě toto rychlé chladnutí umožnilo, aby se z čisté energie začaly formovat první stabilní stavební kameny reality.

Tanec bezhmotných částic

V té pekelné výhni bylo takové horko, že ani základní částice nemohly mít hmotnost. Dnes dává částicím hmotnost takzvané Higgsovo pole, které si můžeme představit jako neviditelný sirup prostupující celým vesmírem. Částice, které s ním silně interagují, jsou „těžší“, a ty, které jím proplouvají bez povšimnutí (jako fotony světla), jsou bezhmotné.

V raném vesmíru ale energie vibrovala tak silně, že tento „sirup“ nemohl zhoustnout. Všechny částice jím proplouvaly volně a byly bezhmotné. Teprve když vesmír trochu vychladl, Higgsovo pole „zamrzlo“ do své dnešní podoby a částice získaly svou hmotnost. To byl naprosto zásadní krok, bez kterého by se hmota nikdy nemohla začít shlukovat a tvořit cokoliv složitějšího.

Dokonalá nedokonalost: Kde se vzaly galaxie?

Možná to zní paradoxně, ale za existenci galaxií, hvězd a planet vděčíme nepatrným „chybám“ v jinak dokonalé uniformitě raného vesmíru. I v té nejranější kosmické polévce existovaly miniaturní kvantové fluktuace – místa, kde byla hustota a teplota o maličký, téměř neměřitelný kousek jiná.

Jak nepatrné tyto rozdíly byly? Asi jako jedna ku stu tisícům (1:100 000). Představte si dokonale hladkou hladinu oceánu, na které se objeví vlnka vysoká jen zlomek milimetru. Přesně takové byly tyto zárodky struktur.

Gravitace je však neúprosná. I sebemenší rozdíl v hustotě stačil na to, aby tato místa začala pomalu, ale jistě přitahovat více hmoty než jejich okolí. Během stovek milionů let se z těchto mikroskopických „semínek“ staly gravitační studny, do kterých padal okolní materiál a zformoval první hvězdy a galaxie. Naopak o něco řidší oblasti se staly obrovskými kosmickými prázdnotami. Celá velkolepá pavučina galaxií, kterou dnes pozorujeme, vyrostla z těchto nepatrných počátečních nedokonalostí.

Jak jsme na to přišli? Tři klíčové důkazy

Odkud to ale všechno víme? Vědci jsou jako kosmičtí detektivové, kteří našli tři klíčové důkazy – jakési otisky prstů z dávné minulosti vesmíru.

1. Důkaz: Vesmír se rozpíná (Rudý posuv)

Všechno to začalo ve 20. letech 20. století s astronomem Edwinem Hubblem. Ten si všiml něčeho zvláštního: světlo ze vzdálených galaxií je posunuto směrem k červené části spektra. Tento jev, známý jako rudý posuv, funguje podobně jako siréna sanitky – když se od vás vzdaluje, její zvuk se zdá hlubší. Stejně tak "zčervenání" světla znamená, že se galaxie od nás vzdalují.

A co víc, Hubble zjistil, že čím je galaxie dál, tím rychleji se od nás vzdaluje. To mohlo znamenat jediné: celý vesmír se rozpíná jako povrch nafukovaného balonku. Když si tento proces pustíme pozpátku, dojdeme nevyhnutelně do bodu v minulosti, kdy muselo být všechno na jednom místě. To byl první přímý náznak Velkého třesku.

2. Důkaz: Fotka vesmírného miminka (Reliktní záření)

Asi 380 000 let po Velkém třesku vesmír zchladl natolik, že se elektrony mohly konečně spojit s atomovými jádry. Do té doby byl vesmír neprůhlednou plazmou, jakousi hustou mlhou, ve které se světlo (fotony) neustále sráželo s částicemi.

V okamžiku, kdy se atomy staly neutrálními, se vesmír z ničeho nic stal průhledným. Světlo se konečně mohlo volně rozletět do všech směrů. A přesně toto „první světlo“ dnes zachytáváme jako kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). Je to doslova nejstarší fotografie vesmíru, jeho dětský snímek. Toto záření k nám přichází ze všech směrů oblohy a jeho nepatrné teplotní rozdíly přesně odpovídají oněm prvotním fluktuacím, ze kterých vznikly galaxie.

3. Důkaz: První chemická továrna (Poměr prvků)

Během prvních několika minut, kdy teplota klesla na „pouhou“ miliardu stupňů, se vesmír stal prvním obřím jaderným reaktorem. Protony a neutrony se spojovaly a vytvářely jádra prvních lehkých prvků: vodíku (asi 75 %), helia (asi 25 %) a nepatrného množství lithia.

Naše modely Velkého třesku přesně předpovídají tento poměr. A když se dnes podíváme na nejstarší hvězdy a plyn v nedotčených oblastech vesmíru, zjistíme, že jejich složení přesně odpovídá těmto předpovědím. Je to ohromující potvrzení toho, že našemu chápání prvních minut vesmíru skutečně rozumíme.

Co bylo PŘED Velkým třeskem? Cesta na hranice poznání

Tohle je jedna z nejhlubších otázek, jakou si můžeme položit. A upřímná vědecká odpověď zní: nevíme. Naše současné fyzikální zákony, včetně Einsteinovy obecné relativity, v okamžiku Velkého třesku selhávají. Samotný čas a prostor, jak je známe, pravděpodobně vznikly právě tehdy. Ptát se, co bylo "předtím", je trochu jako ptát se, co je severněji než severní pól. Ten koncept tam ztrácí smysl.

To ale nezastaví vědce v přemýšlení. Existuje několik fascinujících, i když zatím neprokázaných, hypotéz:

• Velký odraz (Big Bounce): Možná náš vesmír nezačal z ničeho, ale je součástí nekonečného cyklu. Předchozí vesmír se rozpínal, pak se gravitací zhroutil sám do sebe (tzv. Velký křach) a z tohoto kolapsu se "odrazil" v našem Velkém třesku.
• Multivesmír: Náš Velký třesk mohl být jen jednou z mnoha "bublin", které neustále vznikají v obrovském, věčně se rozpínajícím "hyperprostoru". Náš vesmír by tak byl jen jedním z nekonečného množství jiných vesmírů, každý s možná úplně jinými fyzikálními zákony.
• Strunová teorie: Některé modely v rámci teorie strun naznačují, že náš vesmír mohl vzniknout srážkou dvou vícerozměrných membrán (tzv. "brán"), které se vznášejí ve vyšší dimenzi.

Tyto myšlenky jsou na absolutní hranici našeho poznání a patří spíše do teoretické fyziky a filozofie. Ukazují nám však, že příběh vesmíru je možná ještě mnohem podivuhodnější, než si dokážeme představit.

Co si z toho odnést?

• Vesmír začal jako nepředstavitelně horký a hustý stav, který se začal rozpínat a chladnout.
• Důkazem jsou rozpínání vesmíru, reliktní záření a množství lehkých prvků.
• Drobné kvantové nedokonalosti v tomto raném stavu posloužily jako semínka pro budoucí galaxie.
• Otázka "co bylo předtím" je zatím nezodpovězená, ale existují fascinující teorie.

Příběh počátku vesmíru je příběhem o tom, jak se z naprosté jednoduchosti a chaosu zrodila úchvatná složitost a struktura. A my jsme teprve na začátku jeho objevování.