Podívejte se nahoru v jasné noci, a každá hvězda, planeta a zářící mlhovina, kterou vidíte, patří malé menšině. Temná hmota tvoří 85% celkové hmotnosti vesmíru, zatímco temná hmota a temná energie dohromady tvoří 95% jeho celkového obsahu hmotnosti a energie. Běžná hmota – všechno, co se skládá z atomů, včetně každé hvězdy a čtenáře této stránky – je ve srovnání zaokrouhlovací chybou.
Vesmír je vše: všechna hmota, energie a struktury, které tvoří, od subatomárních částic až po galaktická vlákna. Rozpíná se 13,8 miliard let, počínaje hustou ohnivou koulí Velkého třesku, a kosmologové strávili poslední století mapováním toho, jak je tato expanze a její obsah opravdu podivný.
Bublina Dlouhá 93 Miliard Světelných Let
Část vesmíru, kterou můžeme skutečně pozorovat, je koule soustředěná na Zemi. Správná vzdálenost mezi Zemí a okrajem pozorovatelného vesmíru je 46 miliard světelných let, což činí celou bublinu asi 93 miliard světelných let na šířku. Toto číslo překvapuje lidi, kteří předpokládají, že „13,8 miliard let" by mělo omezit viditelný vesmír na poloměr 13,8 miliard světelných let.
Řešení je, že světlo a prostor dělají dvě různé věci. Světlo z okraje pozorovatelného vesmíru cestuje asi 13,8 miliard let, věku vesmíru, ale správná vzdálenost k tomuto okraji je větší, protože okraj a Země se nadále vzdalovaly, zatímco se prostor sám rozpínal během cesty. Světlo je staré; prostor, který prošel, se pod ním stále natahuje.
Nikdo neví, jak je velký vesmír v celku – jen kolik z něj můžeme vidět odsud. Číslice 93 miliard světelných let je horizont, ne zeď.
Více Hvězd Než Zrníček Písku Na Každé Pláži
V rámci obzoru se čísla stávají skoro absurdní. Pozorovatelný vesmír obsahuje až odhadovaných 2 biliony galaxií a celkem odhadovaných 10^24 hvězd – více hvězd než všechna zrníčka písku na každé pláži na Zemi.
Toto srovnání není pouhou řečnickou květinou; je to druh čísla, které přestane něco znamenat v okamžiku, kdy se jej pokusíte představit. Dva biliony galaxií je asi 250 galaxií na každého nyní žijícího člověka, a každá z těchto galaxií může obsahovat stovky miliard hvězd. Mléčná dráha je jednou galaxií v tomto počtu, obíhajícím nic speciálního, na žádném zvláštním místě.
Vesmír, Který Je 95% Neviditelný
Tady je část, která drží fyziky v noci vzhůru: většina tohoto obsahu hmotnosti a energie není vůbec vyrobena z atomů. Obsah hustoty hmoty a energie vesmíru je 68% temná energie, 27% temná hmota a 5% běžná hmota – suroviny hvězd, planet a lidí.
.jpg){kind=link}
Odhaduje se, že temná hmota samostatně tvoří 26,8% celkového obsahu hmotnosti a energie vesmíru, ale 84,5% veškeré hmoty v něm. Jinými slovy, když astronomové mluví o „hmotě" v kosmickém smyslu, pět z každých šesti jednotek je temná hmota, ne atomy. Nevyzařuje, neabsorbuje ani neodráží světlo, a její přítomnost je odvozena výhradně z její gravitace – jednoduše se neobjevuje v 5%, kterou můžeme přímo detekovat.
Dokonce i 5% označené jako „běžná hmota" je zavádějící, pokud si představujete hvězdy. Převážná část běžné hmoty ve vesmíru je neviditelná, protože viditelné hvězdy a plyn v galaxiích a shlucích představují méně než 10 procent příspěvku běžné hmoty k obsahu hustoty hmoty a energie vesmíru. Většina atomů, které existují, nikde nezáří – je to rozprostřený plyn rozptýlený mezi galaxiemi a kolem nich, nikdy dost hustý na zážeh.
Deset Miliard Na Jednu: Jak Vítězila Hmota
Fyzika předpovídá, že Velký třesk měl vytvořit hmotu a antihmotu v rovných množstvích, které by se navzájem vylučovaly v čisté energii a nic nezanechaly – žádné galaxie, žádné hvězdy, žádné čtenáře. Očividně se to nestalo: vesmír má 10 miliard krát více hmoty než antihmoty.
Tento nerovný poměr je jedním z otevřených záhad kosmologie a je také důvodem, proč vůbec něco existuje. Dokonce i s výhodou hmoty deset miliard na jednu, je výsledný vesmír pozoruhodně řídký. Průměrná hustota vesmíru, rozprostřená přes celý prostor, je přibližně 1 proton na 200 litrů – prázdnější než nejlepší vakuová komora kdy postavená na Zemi.
Nejstarší Fotografie Vesmíru
Kosmické mikrovlnné pozadí nebo CMB je nejblíže, co kosmologie má k dětské fotografii. Je to zbytkové záření ponechané asi 380 000 let po Velkém třesku, když teplota vesmíru poprvé klesla do bodu, kdy se jádra mohla spojit s elektrony a vytvořit neutrální atomy, což umožnilo, aby se světlo poprvé volně šířilo.
Toto zbytkové záření se od té doby ochlazuje. Dnes má CMB termické spektrum černého tělesa při teplotě 2,72548±0,00057 K – o několik stupňů nad absolutní nulou, jednotné po celém nebi.
Byla objevena téměř náhodou. Objev CMB v roce 1964 americkými radioastronomem Arno Allana Penziasem a Robertem Woodrow Wilsonem byl vyvrcholením práce iniciované v 40. letech; snažili se eliminovat šum z radiové antény a místo toho narazili na zbytkové teplo samotného Velkého třesku.
CMB je také skoro, ale ne úplně, dokonale hladký. Je isotropní na přibližně jednu část z 25 000, s variacemi středních kvadratických hodnot těsně nad 100 μK, jakmile je dipól způsobený naším vlastním pohybem odečten. Tento dipól je sám o sobě faktem, který stojí za poznání: je způsoben vlastní zvláštní rychlostí Slunce 369,82±0,11 km/s vzhledem ke společně pohybujícímu se kosmickému referenčnímu rámci v klidu, zatímco sluneční soustava driftuje směrem ke konstelaci Crater blízko její hranice s Levem. I když stojíte nehybně na Zemi, jste přepravováni skrze nejstarší světlo vesmíru touto rychlostí.
Tlak, Který Vyhrává
Temná energie je nejpodivnější ingrediencí v mixu, právě proto, že je tak tenká. Hustota temné energie je velmi nízká, přibližně 7×10−30 g/cm3, mnohem nižší než hustota běžné hmoty nebo temné hmoty v galaxiích. Jediná galaxie zabaluje daleko více hmoty do svého objemu, než temná energie dělá ve stejném prostoru.
A přesto dominuje celkovému energetickému rozpočtu vesmíru, protože na rozdíl od hmoty se neředí, když se prostor rozpíná – vyplňuje každý nový metr krychlový prostoru stejnou nízkou hustotou a prostor stále vytváří více metrů krychlových. Důkaz, že tento tlak je skutečný spíše než teoretický, přišel v roce 1999: Supernova Cosmology Project našel důkazy, že se expanze vesmíru zrychluje, spíše než aby se zpomalovala pod vlastní gravitací, jak astronomové předpokládali. Něco tlačilo proti gravitaci v největších měřítcích a od té doby to vítězí.
Nejdaleký Okraj Toho, Co Můžeme Vidět
Na vnějším okraji pozorovatelného vesmíru sedí současný držitel rekordu vzdálenosti: nejdaleší identifikovaný astronomický objekt je galaxie klasifikovaná jako MoM-z14, s rudým posunem 14,44. Jeho světlo opustilo domov, když byl vesmír malého zlomku svého současného věku, a cestuje k nám od té doby.
.jpg){kind=link}
Přibližte se zpět na měřítko shluků galaxií a nadgalaktických shluků a struktura vesmíru se nakonec vyčerpá. V měřítcích mezi 30 a 200 megaparseky se zdá, že v během vesmíru neexistuje žádná pokračující velkoměřítková struktura, jev označovaný jako Konec Velikosti – mimo tu velikost se kosmická síť vláken a dutin ustupuje vesmíru, který vypadá statisticky stejně v každém směru. Struktura má strop; jednotnost nikoliv.