Prečo sa rýchlosť rozpínania vesmíru zvyšuje? A čo by sa stalo, keby sa vesmír rozpínal pomalšie?
To, že sa vesmír rozpína, objavil už v 20. rokoch 20. storočia Edwin Hubble. Zistil, že vzdialenejšie galaxie sa od nás vzďaľujú rýchlejšie, čo vedie k záveru, že celý vesmír sa naťahuje ako balón, na ktorom sú namaľované bodky (galaxie).
Dlho sa predpokladalo, že rozpínanie vesmíru sa bude spomaľovať, a to kvôli gravitácii. Gravitačná sila totiž priťahuje objekty k sebe a brzdí tak expanziu.
V 90. rokoch však prišiel šokujúci objav. Pomocou pozorovaní vzdialených supernov typu Ia (explodujúce hviezdy, ktoré slúžia ako kozmologické majáky) vedci zistili, že tieto supernovy sú tmavšie, než by mali byť. To znamenalo, že sú ďalej, než sa očakávalo, a svetlo z nich cestovalo dlhšie. Z toho vyplýva, že vesmír sa v minulosti rozpínal pomalšie a v súčasnosti sa zrýchľuje.
Dôkazy zrýchleného rozpínania vesmíru
Hlavný dôkaz pochádza práve z meraní jasnosti a červeného posunu supernov typu Ia. Tieto supernovy majú vždy rovnakú jasnosť, takže vedci dokážu z ich pozorovaného jasu presne určiť ich vzdialenosť. Zároveň merajú červený posun, čo je posun svetla smerom k dlhším vlnovým dĺžkam, spôsobený rozpínaním vesmíru. Ak je supernova ďalej, ako sa predpokladalo pri danom červenom posune, znamená to, že v minulosti sa rozpínanie spomaľovalo a dnes sa zrýchľuje.
Za tento prelomový objav získali v roku 2011 traja vedci (Saul Perlmutter, Adam Riess a Brian Schmidt) Nobelovu cenu za fyziku.
Temná hmota a temná energia
Práve zrýchľovanie rozpínania vesmíru viedlo vedcov k myšlienke, že musí existovať nejaká neznáma sila, ktorá pôsobí proti gravitácii a poháňa túto expanziu. Nazvali ju temná energia.
Temná energia: Predstavte si ju ako akýsi odpudzujúci tlak priestoru, ktorý pôsobí proti gravitácii. Je to hypotetická forma energie, ktorá má rovnomerne vypĺňať celý vesmír a zrýchľovať jeho expanziu. Nevedecky povedané, ako keby bol priestor plný skrytej energie, ktorá ho neustále rozpína. Jej podstata však zatiaľ nie je známa.
Temná hmota: Toto je úplne iná vec ako temná energia. Temná hmota je hypotetická forma hmoty, ktorá sa správa ako bežná hmota – má gravitáciu a priťahuje iné objekty. Rozdiel je v tom, že nevyžaruje, neodráža ani neabsorbuje svetlo. Preto ju nevieme priamo vidieť. Jej existenciu však vieme dokázať vďaka jej gravitačným účinkom na viditeľné galaxie. Rotácia galaxií by sa bez temnej hmoty nedala vysvetliť. Predstavuje asi 27 % celkového obsahu vesmíru, zatiaľ čo bežná hmota (hviezdy, planéty, my) tvorí len asi 5 %.
Na základe pozorovania sa teda predpokladá, že náš vesmír sa skladá zhruba zo 70 % temnej energie, 25 % temnej hmoty a len 5 % bežnej, viditeľnej hmoty.
Rozpínanie rýchlejšie ako svetlo
Áno, je to pravda. V momente zrodu vesmíru a krátko po ňom (v prvej zlomku sekundy) sa vesmír neuveriteľne rýchlo nafúkol. Tento proces sa nazýva kozmologická inflácia (alebo teória inflačného vesmíru). Počas inflácie sa priestor rozpínal exponenciálne, a to rýchlosťou, ktorá bola vyššia ako rýchlosť svetla (c).
To však nie je v rozpore s Einsteinovou teóriou relativity. Tá hovorí, že sa nič nemôže pohybovať cez priestor rýchlejšie ako svetlo. Inflácia ale nebola pohybom objektov cez priestor, ale rozpínaním samotného priestoru. A na to sa obmedzenie rýchlosti svetla nevzťahuje.
Počas inflácie sa vesmír zväčšil z veľkosti atómu na veľkosť pomaranča. Aj keď sa rozpínanie po inflácii výrazne spomalilo, vesmír sa rozpína dodnes, a vďaka temnej energii sa dokonca opäť zrýchľuje.
Keby sa vesmír rozpínal pomalšie, predĺžila by sa tak jeho "životnosť"?
Pojem "životnosť" vesmíru v tomto kontexte znamená, ako dlho bude vesmír existovať vo forme, v akej ho poznáme. Zrýchľovanie rozpínania vesmíru skutočne vedie k špecifickým scenárom jeho možného zániku.
Vplyv zrýchleného rozpínania na budúcnosť vesmíru
Ak sa vesmír rozpína stále rýchlejšie, tak sa galaxie od seba vzďaľujú čoraz väčšou rýchlosťou. Znamená to, že aj tie najvzdialenejšie objekty budú postupne miznúť za kozmologickým horizontom. To je hranica, za ktorou už svetlo z týchto objektov nikdy nedokáže doraziť k nám, pretože sa priestor rozpína rýchlejšie ako svetlo.
Čím väčšie zrýchlenie, tým rýchlejšie sa takýto horizont vytvorí a vzdialené galaxie budú čoraz rýchlejšie miznúť z nášho pohľadu. Za miliardy rokov budú pre nás viditeľné len objekty v našej lokálnej skupine galaxií (Mliečna cesta, Andromeda a pár menších galaxií). Všetko ostatné bude pre nás navždy stratené.
Ak by sa vesmír rozpínal pomalšie...
Ak by sa rozpínanie spomaľovalo, gravitácia by mala šancu konať dlhšie. V takom prípade by existovali dva hlavné scenáre:
Veľký krach (Big Crunch): Ak by bola hustota vesmíru dostatočne vysoká a rozpínanie by sa spomaľovalo, gravitácia by nakoniec rozpínanie zastavila a začala vesmír sťahovať. Všetky galaxie by sa k sebe začali približovať, teplota by rástla a vesmír by skončil v jednej obrovskej singularite – opaku Veľkého tresku.
Veľký mráz (Big Freeze): Ak by bola hustota vesmíru príliš malá na to, aby gravitácia dokázala zastaviť rozpínanie, to by pokračovalo navždy, ale veľmi pomalým tempom. Hviezdy by postupne dohoreli, galaxie by sa rozpadli a celý vesmír by sa ochladil až na absolútnu nulu – vesmír by bol tmavý a studený.
Súčasný scenár: Temná energia a Veľký rozpad (Big Rip)
Pretože vieme, že rozpínanie sa zrýchľuje, dominuje v súčasnosti predpoveď zániku vesmíru nazývaná Veľký rozpad (Big Rip). Podľa tohto scenára sa temná energia bude stávať silnejšou a rozpínanie bude čoraz násilnejšie. Tento proces by nakoniec roztrhal:
Najprv galaxie
Potom hviezdne systémy
Neskôr planéty
A nakoniec aj atómy
Vesmír by skončil ako osamelé, roztrhané častice, ktoré sa od seba navždy vzďaľujú rýchlejšie ako svetlo.
Aby som to zhrnul: Ak by sa vesmír rozpínal pomalšie, mal by "šancu" na dlhšiu "životnosť" v zmysle, že by zostal dynamickou a relatívne prepojenou štruktúrou na oveľa dlhší čas. Súčasné zrýchlené rozpínanie vďaka temnej energii, naopak, vedie k predpovedi omnoho rýchlejšieho a násilnejšieho konca vesmíru.