Článek
Před zhruba 13,8 miliardami let vznikla veškerá hmota, která se dnes nachází ve vesmíru, včetně hmoty v lidech, rostlinách, zvířatech, na Zemi, ve hvězdách a galaxiích. Ano, i hmota ve vašem těle je stará již několik miliard let.
Odkud se však hmota vzala? Podle v současnosti převládajícího názoru byla každá částečka vesmíru vtěsnána do velmi malého bodu. Tento extrémně hustý bod před cca 13,8 miliardami let explodoval a vzniklé částice hmoty se začaly šířit do všech stran rychlostí světla (300 000 000 metrů za sekundu, tedy milionkrát rychleji než vodíková bomba). V pouhém zlomku sekundy po výbuchu činila teplota celého vesmíru 1 000 bilionů stupňů Celsia. Astrofyzici tuto titánskou explozi nazvali velký třesk.
Na počátku se ve vesmíru pravděpodobně vyskytovaly pouze nejzákladnější částice - například kvarky a fotony. Jak se však vesmír rychle rozpínal, energie velkého třesku se v prostoru stále více „ředila“ a ochlazovala. Přibližně deseti tisícinu sekundy po velkém třesku se vytvořily protony a neutrony a během několika minut se tyto částice spojily a vytvořily atomová jádra lehkých prvků, jako je vodík a helium. O stovky tisíc let později se k jádrům přilepily elektrony a vytvořily kompletní atomy.
Asi miliardu let po velkém třesku gravitace způsobila, že se tyto atomy shromáždily v obrovských oblacích plynu a vytvořily soubory hvězd známé jako galaxie. A v horkých jádrech hvězd začaly reakcemi atomů vodíku a hélia vznikat těžší prvky, jako je uhlík a kyslík. Po čase velké hvězdy explodovaly a vyvrhly prvky do vesmíru, kde z nich vznikly planety, měsíce a další vesmírná tělesa.
Velký třesk není jen bláznivá vědecká teorie, máme pro ni i několik silných důkazů. Mezi ně patří např. pozorování, že se vesmír stále rozpíná – podle světla vyzařovaného vzdálenými galaxiemi vědci zjistili, že se od nás tyto galaxie stále vzdalují, což nahrává představě exploze, která žene hmotu do všech stran.
Vědcům se také podařilo podpořit teorii velkého třesku změřením relativního množství různých prvků ve vesmíru. Zjistili, že všechna známá hmota je tvořena přibližně ze 74 % vodíkem a z 26 % héliem, tedy dvěma nejlehčími prvky. Všechny ostatní těžší prvky - včetně prvků běžných na Zemi, jako je uhlík a kyslík - tvoří jen nepatrnou část veškeré hmoty. Tato množství prvků mohla podle teoretických výpočtů vzniknout pouze ve vesmíru, který byl zpočátku velmi horký a hustý a poté se rychle ochladil a zvětšil.
Všudypřítomné reliktní záření
Pro nás je teď ovšem nejdůležitější důkaz v podobě reliktního záření neboli elektromagnetického záření s vlnovou délkou přibližně jeden milimetr. Počáteční hustý vesmír byl pro záření neprůchodný, jakmile se však elektrony připojily k jádrům a vytvořily atomy, fotony dříve zachytávané elektrony se mohly začít volně pohybovat.
Během následujících miliard let se vesmír dále rozpínal a tím prodlužoval vlnovou délku fotonů, které dnes dokážeme zachytit jako slabé mikrovlnné záření. Toto záření má velmi specifické vlastnosti: je téměř stejné ve všech směrech vesmíru, jeho teplota je jen pár stupňů nad absolutní nulou, což odpovídá představě, že původně extrémně horký vesmír se rozpínáním postupně ochlazoval, a odpovídá spektru černého tělesa.
Co je černé těleso?
Černé těleso je ideální (teoretický) fyzikální objekt, který pohlcuje veškeré záření, které na něj dopadá, tzn. že nic neodráží ani nepropouští. Zároveň však vyzařuje záření, jehož vlnová délka se odvíjí pouze od teploty tělesa. I když v reálném světě neexistuje naprosto dokonalé černé těleso, některé objekty se mu blíží, třeba hvězdy.
Klíčové je, že černé těleso vyzařuje záření v předvídatelném spektru, kterému říkáme spektrum černého tělesa. To znamená, že podle toho, jak je těleso horké, můžeme přesně určit, jaké druhy záření vyzařuje (např. infračervené, viditelné světlo nebo mikrovlnné záření).
Podle teorie velkého třesku byl vesmír v počátečním stavu právě takovýmto černým tělesem a reliktní záření je toho důkazem.
Vysílá velký třesk
Naše oči samozřejmě nedokážou mikrovlnné záření zachytit, proto si musíme pomoci technikou. Kdybyste se do vesmíru podívali optickým dalekohledem, mezi hvězdami a galaxiemi byste viděli pouze tmavý prostor. Ovšem při použití dostatečně citlivého radioteleskopu byste mezi vesmírnými objekty zachytili slabé záření, které by přicházelo rovnoměrně ze všech stran. Takový radioteleskop však lidé doma běžně nemají, neexistuje nějaká dostupnější metoda zachycení reliktního záření? Samozřejmě že existuje, jinak bych tento článek nepsala.
Možná ještě máte na půdě starou analogovou televizi. Pamatujete si na černobílé zrnění, které se na obrazovce objevovalo při špatném signálu? Náboje statické elektřiny neboli ono šumění mělo na svědomí asi z 1 % právě reliktní záření z doby velkého třesku (další signály pocházely z pozemského vysílání a z jiných radiových emisí z vesmíru). Totéž platí pro FM rádio. Pokud jej naladíte na frekvenci mezi stanicemi, část „praskání“, které uslyšíte, tvoří opět reliktní záření.
Jinými slovy, analogové televize a FM rádia jsou teleskopy, které jsou sice vyrobené k přijímání signálů zde na Zemi, nicméně nechtěně zachycují i určité procento vesmírného záření a převádí jim předávané informace do zvukové podoby (samotné reliktní záření není zvuk). Nyní používané digitální vysílání, jenž místo rádiových vln přijímá digitální signál skládající se pouze z 1 nebo 0, už reliktní záření nezachytí. Inu, každý pokrok nás zároveň i o něco okrádá. V tomto případě je však ztráta v podobě zrnící obrazovky zanedbatelná.
Pozn. Pokud se vám nechce rozlaďovat rádio, můžete si reliktní záření poslechnout třeba na tomto videu (odkaz vede na YouTube).
