Proč je vesmír černý? Představa nedostatku světla je pouze zavádějící

Už se vám někdy stalo, že jste se zadívali na noční oblohu, okouzleni rozptýlenými záblesky hvězd a galaxií a napadla vás otázka: „Proč se vesmír, přes všechna svá četná nebeská tělesa, jeví převážně jako bezbřehá černá plocha?“

Touto otázkou si v historii lámali hlavu i ti největší myslitelé, včetně průkopníka astronomie Johannese Keplera, slavného Edmonda Halleye a erudovaného německého lékaře a astronoma Wilhelma Olberse. Řešení této vesmírné hádanky není nijak jednoduché, díky vědeckým pokrokům ho lze však poměrně jednoduše vysvětlit.

Nedostatek světla – toto slovní spojení se může zdát matoucí vzhledem k našemu chápání vesmíru jako jeviště pro nespočet nebeských těles, včetně hvězd, které zářivě planou a vyzařují světlo, které se rozprostírá na miliony kilometrů. Jak je tedy možné, že se nám tato vesmírná krajina, překypující takovými světelnými zdroji, může jevit jako obrovská temná plocha?

Základní mylnou představou, kterou je třeba vyvrátit, je domněnka o „nedostatku světla“. Vesmír je ve své velkolepé rozloze domovem bilionů hvězd, z nichž každá je zářivým zdrojem, který zalévá své okolí světlem. Mnohé z těchto hvězd září takovou intenzitou, že dokáží osvětlit prostor kolem sebe na neuvěřitelné vzdálenosti, což vytváří obraz vesmíru, který je zaplaven světlem.

Navzdory tomuto obrovskému množství světelných zdrojů se však vesmír při pozorování z naší perspektivy na Zemi jeví převážně jako obrovské temné plátno, přerušované střípky světla hvězd. Tento zdánlivý rozpor pramení z našich vlastních omezení lidského vnímání. Náš zrak je schopen vnímat pouze určitý rozsah vlnových délek – to, co označujeme jako „viditelné spektrum“ světla. Toto spektrum zahrnuje různé barvy, které můžeme vidět, od kratší – fialové – vlnové délky až po dlouhou – červenou – vlnovou délku. Světlo produkované hvězdami, galaxiemi a dalšími nebeskými jevy však spadá mimo tento rozsah, takže je pro naše oči neviditelné.

Rozlehlost vesmíru a obrovské vzdálenosti mezi nebeskými objekty navíc přidávají k této problematice další vrstvu složitosti. Světlo ze vzdálených hvězd a galaxií k nám ještě nemusí dorazit nebo může být jeho intenzita značně oslabena během doby, kdy překonává nezměrné vzdálenosti, aby k nám dorazilo.

Ačkoli se tedy představa temného vesmíru může zdát neintuitivní vzhledem k nesčetným zdrojům světla, které jej naplňují, tato temnota je ve skutečnosti důsledkem omezení lidského vnímání a nesmírného rozsahu a struktury samotného vesmíru.

Noční obloha může pro nezkušené oko vyvolávat iluzi statického vesmírného divadla. Náš vesmír však zdaleka není nehybný – neustále se rozpíná, což je objev, který je zásadní pro pochopení temnoty, která jej prostupuje. Rozpínání vesmíru se nepodobá lineárnímu nafukování balónku – galaxie, hvězdy a další nebeské objekty se od nás vzdalují stále větší rychlostí.

Roztahování vesmíru s sebou přitom přináší zajímavý jev – rudý posuv. V oblasti astrofyziky se rudým posuvem rozumí protahování a prodlužování světelných vln objektů vzdalujících se od pozorovatele. Jak se od nás tyto nebeské objekty v důsledku rozpínání vesmíru vzdalují, světlo, které vyzařují, se protahuje směrem k delšímu, a tedy červenějšímu konci světelného spektra. V důsledku toho se nám zářivé světlo vzdálených hvězd a galaxií zdá slabší, což vede k vnímání temnějšího vesmíru.

Tato interakce mezi rozpínáním vesmíru a rudým posuvem je složitě spojena s rychlostí, jakou se vesmír rozpíná. Původně se vědci domnívali, že se tato rychlost postupně zpomaluje vlivem gravitačních sil. K jejich překvapení a jednomu z největších objevů minulého století (objev temné energie – viz níže) se však rozpínání vesmíru nezpomaluje, ale zrychluje. Toto zrychlení zesiluje efekt rudého posuvu, takže vzdálené nebeské světlo se jeví ještě slabší a významně přispívá k temnotě vesmíru.

Nakonec se seznámíme s poutavým konceptem, který nabízí alternativní vysvětlení záhady našeho temného vesmíru – Olbersův paradox. Tento paradox pojmenovaný po německém lékaři a astronomovi Wilhelmu Olbersovi dodává našemu chápání temnoty noční oblohy další odstín.

Olbersův paradox zjednodušeně řečeno klade zajímavou otázku: „Pokud je vesmír nekonečný, statický a rovnoměrně zaplněný nekonečným počtem hvězd, neměla by každá přímka při pohledu ze Země končit na povrchu hvězdy, čímž by se noční obloha stala zcela jasnou?“Paradox spočívá v tom, že naše noční obloha je převážně tmavá, což je v příkrém rozporu s předpokladem nekonečně jasného vesmíru.

Řešení Olbersova paradoxu je provázáno s naším chápáním dynamiky vesmíru. Náš vesmír zdaleka není statickým útvarem, ale neustále se rozšiřuje a mění dráhy světla nebeských těles. V důsledku tohoto vesmírného rozpínání podléhá světlo ze vzdálených galaxií zmíněnému červenému posuvu.

Kromě toho je rozpínání našeho vesmíru rychlejší než rychlost světla. To znamená, že v důsledku neustálého rozpínání časoprostoru existují oblasti vesmíru, ze kterých k nám světlo od velkého třesku nestačilo dorazit. Tyto neosvětlené oblasti dále přispívají k převládající temnotě noční oblohy.

Olbersův paradox tedy nejenže nabízí věrohodné vysvětlení temnoty našeho vesmíru, ale také zdůrazňuje, jak důležité je při úvahách o tak hlubokých kosmických otázkách uvažovat o dynamické a nestatické povaze vesmíru.

Přestože jsme již odhalili několik zásadních prvků, které se skrývají za záhadnou temnotou vesmíru, naše pouť ještě zdaleka nekončí. Černé plátno našeho vesmíru skrývá další tajemství a klíčovými z nich jsou nepolapitelné koncepty temné energie a temné hmoty. Tyto dvě záhadné entity jsou předmětem intenzivního zkoumání a debat vědecké komunity a předpokládá se, že tvoří ohromujících 95 % celkové energie a hmoty vesmíru.

Temná hmota, což je termín vytvořený k popisu neznámé formy hmoty, neinteraguje s elektromagnetickým zářením, jako je světlo, takže je neviditelná a zjistitelná pouze prostřednictvím svých gravitačních účinků na viditelnou hmotu, záření a strukturu vesmíru. Ačkoli je neviditelná, její gravitační síla hraje významnou roli při vzniku galaxií a velkorozměrové struktury vesmíru.

Pak je tu temná energie, ještě záhadnější entita. Temná energie je hypotetická forma energie, která prostupuje celým vesmírem a vyvíjí negativní tlak, čímž pohání zrychlené rozpínání vesmíru a zesiluje efekt červeného posuvu.

Temná hmota i temná energie se vymykají přímé detekci a jejich pochopení se odvozuje především z jejich vlivu na viditelnou hmotu a strukturu vesmíru. Zůstávají jedněmi z nejzáhadnějších tajemství moderní kosmologie a pro úplné pochopení jejich podstaty a účinků je nezbytný další výzkum. Snaze o pochopení těchto nepolapitelných jevů napomáhá technologický pokrok a budoucí pozorování pomocí nejmodernějších kosmických teleskopů by mohla přinést více jasno.

Neustále pokračování v rozplétání vesmírného závoje, který zahaluje náš vesmír, nás upozorňuje na složitost a velikost našeho kosmu. Každý objev nás však posouvá o krok blíže k pochopení našeho místa v tomto obrovském, zdánlivě temném prostoru a připomíná nám, že i v temnotě je co zkoumat a poznávat.

Zdroje informací: