Z čeho se skládá vesmír?

Tuto otázku jsme vybrali záměrně, neboť patří do skupiny těch, na které ani současná fyzika nezná odpověď. Pokud jste někdy slyšeli o temné hmotě a energii, to jsou ty záhadné substance, o kterých mnoho nevíme, ale pozorujeme jejich projevy. Kromě toho je ale ve vesmíru dost „obyčejné“ hmoty vytvořené z atomů a molekul, kterou dobře známe. Hmota je v galaxiích rozptýlena ve formě plynu a prachu. Pokud se v nějakém místě prostoru nahromadí dostatečné množství hmoty, začne se shlukovat dohromady, zhušťovat a ohřívat, až vznikne hvězda, která svítí. Záření z hvězdy proniká prázdným prostorem, a díky tomu ji můžeme pozorovat.

Kde berou hvězdy energii? Jak dlouho mohou svítit? Nepředbíhejme, tyto otázky trápily fyziky až do počátku 20. století a také my se k nim dostaneme až v poslední kapitole této knihy.

Jaké je naše místo ve vesmíru?

Pokud se v noci podíváte na noční oblohu, uvidíte tisíce hvězd. Všechny jsou součástí naší Galaxie zvané Mléčná dráha (viz obrázek níže). Odhaduje se, že v naší Galaxii je několik stovek miliard hvězd. Nejnovější dalekohledy dokáží zaznamenat i planety obíhající kolem některých hvězd poblíž našeho Slunce. Bylo už dokonce nalezeno mnoho planet mimo Sluneční soustavu, na kterých by mohly být podmínky vhodné pro život. Možná tam nějaký život je. Ale je tu jeden problém, a tím jsou vzdálenosti ve vesmíru. Proxima Centauri je nejbližší hvězdou od Slunce, nachází se ve vzdálenosti 4 světelné roky. To znamená, že světlo tuto vzdálenost uletí za 4 roky. Přitom rychlost světla je 300 000 km/s. Podle jednoduchého vztahu s = vt si můžeme snadno převést světelné roky na km.

s = vt ⇒ 1 světelný rok = 300 000 km/s × 60 × 60 × 24 × 365,25 s = 9 460 000 000 000 km

Příklad 1

Naše současné rakety a sondy dosahují rychlostí řádově 10 km/s. Jak dlouho by asi takové sondě trvalo uletět 4 světelné roky k hvězdě Proxima Centauri?

Řešení:

t = s/v = 9 460 000 000 000 km / 10 km/s = 946 000 000 000 s = 30 000 let.

Pro ještě názornější představu si naše nejbližší vesmírné okolí představíme pomocí pomerančového modelu.

Příklad 2
Průměr Slunce je asi 1 400 000 km. Země obíhá kolem Slunce ve vzdálenosti 150 000 000 km a má průměr asi 13 000 km. Představme si, že Slunce zmenšíme na velikost pomeranče o průměru 14 cm. Ve stejném poměru pak zmenšíme ostatní rozměry ve vesmíru.
  1. Jak velká bude Země?
  2. V jaké vzdálenosti od Slunce-pomeranče bude obíhat?
  3. Jak daleko od Slunce-pomeranče bude hvězda Proxima Centauri?
Řešení:

Nejdřív si spočítáme zmenšovací poměr: Pomeranč má 14 cm = 0,14 m = 0,000 14 km. Takže zmenšovací poměr je 0,000 14 km / 1 400 000 km = 0,000 000 000 1. Můžeme začít zmenšovat ve stejném poměru:

  1. Průměr Země: 13 000 km × 0,000 000 000 1 = 0,000 001 3 km = 0,001 3 m = 1,3 mm.
  2. Vzdálenost Slunce–Země: 150 000 000 km × 0,000 000 000 1 = 0,015 km = 15 m.
  3. Vzdálenost k hvězdě Proxima Centauri: 4 × 9 460 000 000 000 km × 0,000 000 000 1 = 3 784 km.

Vraťme se ještě na chvíli k naší Galaxii. Její průměr je asi 90 000 světelných let. Pokud byste tedy pomocí světla poslali zprávu na druhý konec Galaxie, odpověď by vám přišla už za 180 000 let! Ale i tato naše obrovská Galaxie je jen nepatrným zlomkem celého vesmíru. Pomocí velkých dalekohledů vidíme i galaxie, které jsou od nás miliardy světelných let daleko. I tyto fascinující a nepředstavitelně velké vzdálenosti nám fyzika umožňuje poznávat.

1.19 – Na obrázku vidíte Mléčnou dráhu jako shluk mnoha hvězd a tmavé oblasti tvořené plynem a prachem. Kroužkem je vyznačena nám nejbližší galaxie v Andromedě, které je od nás vzdálena „pouhých“ 2,2 milionů světelných let.
Zdroj
1.20 – Takhle nějak by mohl vypadat náš vesmír ve velkém měřítku. Jde o jakousi pavučinu tvořenou shluky galaxií podobných té naší. Výsledek počítačové simulace, kde červená barva označuje shluky galaxií. Sdíleno s laskavým svolením autorů G. L. Bryan & M. L. Norman, San Diego Supercomputer Center.
Zdroj

Chcete-li vidět, jak vznikl Vesmír, podívejte se na následující video: