KOSMOLOGIE

Po staletí si lidé mysleli, že vesmír je neměnný, že obraz vesmíru, který poznáváme z pozorování, byl stejný v minulosti a bude stejný i v budoucnosti. Již v minulém století však vědci poznali, že hvězdy samotné mají svůj život, vznikají, vyvíjejí se a zanikají. V průběhu hvězdného vývoje se v nitru "spaluje" vodík na helium, v pozdějších etapách spalují obři a veleobři helium na těžší prvky. Nevratně se tak mění složení hmoty ve vesmíru. V našem století lidstvo poznalo, že vesmír se s časem mění zcela zásadně. Dnes již snad nikdo nepochybuje o tom, že náš vesmír se rozpíná. V dobách dávno minulých měl podstatně menší rozměry, byl hustší než dnes a jeho teplota byla velmi vysoká. Také vlastnosti vesmíru byly v minulosti zcela jiné. Pro rozpínání vesmíru hovoří celá řada skutečností. Skutečné rozpínání bylo zjištěno pomocí červeného posuvu vzdálených galaxií Edwinem Hubblem v roce 1929 při sledování několika desítek galaxií. Všechny vzdálené galaxie se pohybují směrem od nás, čím jsou vzdálenější, tím rychleji.

Na začátku byl vesmír velmi malý, horký a hustý. Záření bylo provázáno s hmotou a hmota se zářením vzájemně interagovaly. Teprve asi 380 000 let po vzniku vesmíru záření s hmotou ochladly natolik, že přestaly interagovat. Záření potom chladlo na dnešní teplotu 2,7 K. Toto záření nazýváme reliktní záření, bylo objeveno Arno Penziasem a Robertem Wilsonem v roce 1965 a jeho existence je dalším z klíčových důkazů horkého počátku vesmíru. V reliktním záření je uložen otisk dávných časů podobně jako paleolitické otisky trilobitů ve starých horninách.

Základní teorie rozpínání vesmíru vychází z obecné teorie relativity (OTR) formulované Albertem Einsteinem na počátku století. Fridmanovo řešení OTR z roku 1922 ukazuje, že vesmír nemůže být stacionární, musí se rozpínat nebo smršťovat. Na průměrné hustotě vesmíru závisí jak způsob zakřivení vesmíru, tak jeho budoucnost. První teorii horkého vzniku vesmíru vytvořil George Gamow se spolupracovníky. Při vzniku vesmíru vznikaly jen lehké prvky (těžké jsou produkty termonukleární syntézy v jádrech hvězd a pocházejí z doby mnohem pozdější). Teoretická předpověď procentuálního zastoupení lehkých prvků ve vesmíru souhlasí se skutečností. To lze považovat za další nezávislý experimentální důkaz správnosti našeho obrazu prvních minut existence vesmíru.

Standardním modelem vesmíru nazýváme Fridmanovo řešení rovnic OTR, podporované experimentálně Hubbleovým vzdalováním galaxií a objevem reliktního záření. Vesmír se dnes rozpíná a má svůj počátek v čase, který nazýváme Velký třesk. Standardní model má však celou řadu problémů, které není schopen vyřešit, zejména v krátkých časech po vzniku vesmíru. Jde například o problém plochosti vesmíru (proč je hustota dnešního vesmíru blízko kritické?), problém Planckových škál (proč přirozené jednotky složené z konstant G, ħ, c jsou tak malé?), problém horizontu (Vesmír byl na počátku složen z mnoha kauzálně nespojených oblastí, přesto je dnes homogenní), problém baryonové asymetrie (proč ve vesmíru nepozorujeme antihmotu?), problém magnetických monopólů (kde jsou?) a další. Některé z těchto problémů vymizí, jestliže v raném vesmíru proběhne po krátkou dobu exponenciální rozpínání s časem (tzv. inflační fáze). Důvody inflace vesmíru se zabývají inflační modely. Mnoho problémů také vyřeší využití kvantové teorie. Sám standardní model vychází z OTR. V počátcích vesmíru jsou však hustota hmoty a energie částic takové, že je třeba uvažovat společně kvantové i obecně relativistické jevy.

V posledních letech se často hovoří o modelu shody (Concordance Model). Poprvé v historii jsou známy základní kosmologické parametry s vysokou přesností a to z intenzivního výzkumu reliktního záření (sonda WMAP, balónové experimenty, CBI) i ze sledování supernov typu Ia. Od základu různé experimenty přinášejí shodné výsledky. Kosmologie přestává být teorií, ale stává se významnou experimentální disciplínou. Na přelomu tisíciletí se většina kosmologů poprvé shodne na scénáři vzniku našeho světa a na jeho skutečném složení.

Následující stránky snad pomohou nalézt odpovědi alespoň na některé otázky, které napadnou každého z nás, přemýšlí­li nad základní otázkou "Co bylo, když nic nebylo?", a nechce si odpovědět známým výrokem S. Hawkinga: "Bůh připravoval peklo pro lidi, kteří budou klást tyto otázky".