Jak Georges Lemaître propojil rozpínání s počátkem vesmíru?
Georges Lemaître (1894–1966), belgický fyzik a katolický kněz, spojil v roce 1927 rozpínající se model vesmíru s astronomickými měřeními. Později navrhl také představu velmi hustého počátečního stavu. Jeho práce pomohla změnit vesmír z neměnné kulisy v soustavu s vlastním vývojem.
© / kredit: Neznámý fotograf; Wikimedia Commons · Zdroj · · Public domain · Úpravy: zmenšení, doplnění rámečku a kreditu.
Vesmír se v rovnicích může vyvíjet
Obecná relativita popisuje vztah mezi hmotou, energií a geometrií prostoročasu. Při předpokladu stejnorodého vesmíru lze hledat řešení, v nichž se s časem mění vzdálenosti mezi oblastmi unášenými kosmickým rozpínáním.
Alexandr Friedmann nalezl dynamická řešení už v letech 1922 a 1924. Lemaître k rozpínajícímu se řešení došel nezávisle a navíc se ptal, zda může odpovídat skutečným pozorováním galaxií.
Co přidal v roce 1927
Lemaître spojil teoretický popis s tehdejšími odhady vzdáleností a radiálních rychlostí galaxií, odvozenými z jejich spekter. K podkladům patřila práce Hubblea a Slipherova měření. Vyvodil přibližnou úměrnost mezi vzdáleností a rychlostí vzdalování a odhadl rychlost rozpínání.
Tehdejší číselné odhady byly zatížené velkými chybami vzdáleností. Podstatný byl společný výklad rovnic a měření: pozorované rudé posuvy mohly být projevem rozpínajícího se vesmíru.
Co znamená rozpínání bez středu
Představme si značky na rovnoměrně natahovaném pásu. Vzdálenosti mezi značkami rostou a vzdálenější značka se od zvoleného místa vzdaluje rychleji. Zvolíme-li jinou značku, platí stejný vztah.
Pás je jen pomůcka pro změnu vzdáleností. Ve vesmíru se mění prostorová měřítka; model nepotřebuje určit naši galaxii jako střed. Galaxie a další gravitačně vázané soustavy přitom nemusí růst spolu s kosmickým měřítkem.
Dvě fáze rovnoměrného zvětšování vzdáleností mezi třemi značkami. Žádná značka není vyvoleným středem. Pás je jednorozměrná analogie, nikoli kresba tvaru vesmíru.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Od rozpínání k prvotnímu atomu
V roce 1931 Lemaître navrhl, že vývoj mohl začít velmi hustým stavem, který označoval jako prvotní atom. Šlo o odvážnou fyzikální hypotézu, nikoli o hotový současný model.
Dnešní velký třesk popisuje raný horký a hustý vesmír a jeho další rozpínání a ochlazování. Konkrétní Lemaîtrova představa prvotního atomu není jeho doslovnou součástí. Jak přesně popsat úplně nejranější podmínky, stále zkoumáme.
Označení „velký třesk“ vzniklo až později. V roce 1949 ho v rozhlasovém pořadu BBC použil britský astronom Fred Hoyle, který přitom sám patřil k odpůrcům této představy.
Jak jeho myšlenky získaly oporu
Lemaîtrova práce z roku 1927 zpočátku nevzbudila velkou pozornost. K jejímu rozšíření přispěl Arthur Eddington; anglický překlad vyšel roku 1931. Mezitím Hubble a Humason rozšiřovali pozorování vztahu mezi vzdáleností a rudým posuvem.
Pozdější nález reliktního záření a měření množství lehkých prvků podpořily horkou ranou fázi vesmíru. Tyto důkazy přibyly díky práci dalších týmů. Neověřují každou historickou představu o počátku, ale umožňují testovat konkrétní předpovědi dnešních modelů.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Lemaître propojil rozpínající se řešení obecné relativity s pozorováním galaxií. Jeho hypotéza prvotního atomu byla historickým krokem, nikoli úplnou dnešní teorií raného vesmíru.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)