Jsme ve vesmíru sami? Je vesmír nekonečný? Podívejme se na nejdůležitější záhady kosmu, na které věda nedostala jasnou odpověď, alespoň v tuto chvíli.
Vesmír fascinuje lidstvo od pradávna. Nebe plné hvězd, planet, komet a dalších jevů vzbuzuje naši zvědavost a obdiv. Zajímají nás také záhady našeho původu a existence, černé díry a temná hmota. Vesmír přitom skrývá mnoho záhad, na které nemáme odpovědi. Navrhuji seznámit se s některými z těchto záhad.
Zajímavé také: Terraforming Mars: Mohla by se rudá planeta proměnit v novou Zemi?
Jsme ve vesmíru sami?
To je jedna z nejstarších a nejzákladnějších otázek lidské existence. Existuje život mimo Zemi? Jsou tyto formy života inteligentní a můžeme s nimi komunikovat? Jak vypadá život a jak se vyvíjí mimo naši planetu? Jaké jsou šance na setkání s jinými civilizacemi? Na tyto otázky nemáme odpovědi, i když existují různé hypotézy a výzkumné projekty. Například na základě Drakeovy rovnice se vědci snaží určit počet potenciálních civilizací v naší galaxii a program SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) vyhledává rádiové signály z vesmíru. Dosud jsme však nenašli žádný důkaz života mimo naši planetu. I když to může znamenat, že je velmi vzácný nebo velmi obtížně zjistitelný.
Jedním z argumentů ve prospěch existence života ve vesmíru je jeho obrovská velikost a rozmanitost. Podle současných odhadů obsahuje naše galaxie asi 100 miliard hvězd a celý vesmír, který můžeme v současnosti pozorovat, má asi 100 miliard galaxií. Vědci předpovídají, že nejméně 10 miliard planet v Mléčné dráze má velikost Země a nachází se v obyvatelné zóně jejich hvězdy. Tedy ve vzdálenosti, která umožňuje existenci vody na povrchu v kapalném stavu. Některé z těchto planet mohou mít podmínky podobné těm našim, nebo mohou být úplně jiné, ale přesto příznivé pro život. Je také možné, že mimozemský život snese podmínky, které jsou nám nepřátelské nebo zcela odlišné od těch pozemských.
Dalším argumentem pro existenci života ve vesmíru je jeho mimořádná schopnost přizpůsobovat se a vyvíjet se. Vědci se domnívají, že život se na Zemi objevil asi před 3,5 miliardami let a od té doby se úžasným způsobem vyvinul a vytvořil miliony druhů rostlin a zvířat všech tvarů, velikostí a schopností. Život na Zemi přežil mnoho kataklyzmat a klimatických změn a přizpůsobil se novým podmínkám. To se děje i nyní v tak extrémních prostředích, jako jsou horké prameny, hluboké oceánské pánve nebo arktické ledovce. Když je život na Zemi tak pružný a odolný, proč by tomu tak nemohlo být i jinde?
Přečtěte si také: Pozorování rudé planety: Historie marťanských iluzí
Co se stalo před Velkým třeskem?
Podle v současnosti dominantní kosmologické teorie vznikl vesmír asi před 14 miliardami let v důsledku velkého třesku. Byl to okamžik, kdy se veškerá hmota a energie soustředily v nekonečně malém bodě nekonečné hustoty a teploty. V důsledku exploze začalo prudké rozpínání a ochlazování vesmíru, které trvá dodnes. Ale co se stalo před Velkým třeskem? Existoval jiný vesmír? Byl Velký třesk jedinečnou událostí nebo součástí cyklu? Na tyto otázky nemáme žádné odpovědi, protože klasická fyzika nedokáže popsat stav vesmíru před velkým třeskem. Existují však různé hypotézy, které jsou založeny na kvantových teoriích.
Jednou z nich je takzvaná hypotéza počáteční singularity. Předpokládá, že před Velkým třeskem nebylo nic – žádný čas, žádný prostor, žádná hmota. To vše vzniklo až v okamžiku výbuchu z bodu nulové velikosti a nekonečné hustoty.
Další hypotézou je tzv. věčná inflace. Předpokládá se, že před Velkým třeskem existovalo kvantové pole s velmi vysokou energií, které se zvětšovalo. Toto pole bylo nestabilní a náchylné ke kvantovým fluktuacím. Na různých místech pole chaoticky docházelo k přechodům do nižšího energetického stavu, čímž vznikaly bubliny prostoru s vlastními fyzikálními zákony. Každá taková bublina by se mohla stát začátkem jiného vesmíru. Náš vesmír by byl jednou takovou bublinou, která vznikla asi před 14 miliardami let.
Dalším předpokladem je tzv. hypotéza velkého odrazu. Předpokládá, že před Velkým třeskem existoval jiný vesmír, který se smrštil a dosáhl své minimální velikosti. Pak došlo k odrazu a začala nová fáze rozpínání a takové cykly smršťování a rozpínání vesmíru se mohou opakovat donekonečna. Tato hypotéza je založena na teorii smyčkové kvantové gravitace, která se pokouší uvést do souladu kvantovou mechaniku s Einsteinovou obecnou teorií relativity.
Jak vidíte, otázka, co se stalo před Velkým třeskem, nemá jednoduchou odpověď. Možná se to nikdy nedozvíme, nebo možná budeme muset změnit své pojetí času a prostoru, abychom našli odpověď. I když lidstvo už dokázalo, že umí překvapit.
Přečtěte si také: Vesmírné mise s lidskou posádkou: Proč je návrat na Zemi stále problémem?
Jak vznikl život?
Život je jedním z největších divů vesmíru. Organismy schopné růstu, rozmnožování, adaptace a evoluce vznikly z neživé hmoty. Ale jak se to stalo? Jak vznikly první buňky z jednoduchých organických molekul a jak se z nich vyvinuly všechny formy života na Zemi? Na tyto otázky zatím nemáme definitivní odpovědi, i když o vzniku života existují různé teorie a hypotézy. Některé z nich jsou založeny na experimentech a pozorováních, jiné - na fikcích a domněnkách.
Jednou z teorií je tzv. hypotéza primárního bujónu. Předpokládá se, že život vznikl v oceánech rané Země, kde existovaly jednoduché organické molekuly, jako jsou aminokyseliny, polypeptidy, dusíkaté báze a nukleotidy. Tyto sloučeniny by mohly být syntetizovány v atmosféře pod vlivem elektrických výbojů nebo kosmického záření a poté se dostaly do oceánů. Tam by se mohly spojit do větších struktur, jako jsou proteiny nebo nukleové kyseliny. Postupem času by se na základě přirozeného výběru mohly objevit první samoreprodukující se systémy.
Takzvaná hypotéza jílu naznačuje, že život vznikl na souši, kde byly hlinitokřemičitanové minerály s krystalickou strukturou. Tyto minerály by mohly sloužit jako katalyzátory a šablony pro tvorbu a organizaci organických molekul. Na povrchu jílu by se mohly vytvořit vrstvy proteinů a nukleových kyselin, ze kterých by mohly vzniknout první buňky obklopené lipidovými membránami.
Další teorií je hypotéza o tzv. hydrotermálních pramenech. Předpokládá se, že život vznikl na dně oceánu v hydrotermálních kráterech, z nichž vyvěrá horká voda bohatá na minerály a sloučeniny síry. V takovém prostředí se mohou tvořit jednoduché organické molekuly a tepelné a chemické gradienty, které podporují biochemické reakce. První buňky chráněné před vnějšími podmínkami se mohly vytvořit ve štěrbinách hornin nebo v mikropórech komína.
Podobných teorií a hypotéz je spousta, ale žádná z nich nebyla přesvědčivě prokázána. Otázka stvoření života je stále otevřená. Nebo jsme možná byli přesídleni například z Marsu nebo Venuše? Mohli jsme být stvořeni z nějaké temné hmoty nebo energie?
Přečtěte si také: O kvantových počítačích jednoduchými slovy
Co je temná hmota a temná energie?
Astronomická pozorování ukazují, že běžná hmota (atomy, částice, planety, hvězdy atd.) tvoří jen asi 5 % hmoty a energie vesmíru. Zbytek tvoří tzv. temná hmota (asi 27 %) a temná energie (asi 68 %). Temná hmota je neviditelná, protože nepohlcuje ani neodráží elektromagnetické záření, ale má gravitační interakci s jinými objekty, bez které by galaxie nemohly držet pohromadě a vlivem rotace by se rozpadly. Temná energie je tajemná síla, která urychluje rozpínání vesmíru a působí proti gravitaci. Nevíme však přesně, co je temná hmota a temná energie, ani jak vznikly.
Víme, že temná hmota existuje, protože množství běžné hmoty, tj. hmoty tvořené atomy nebo ionty, ve vesmíru je příliš malé na to, aby generovalo gravitační interakce, které pozorujeme. Proč zde zmiňuji gravitaci? Protože je to projev existence hmoty. Zjednodušeně řečeno, hmota má hmotnost schopnou vyvíjet specifický gravitační vliv na své okolí. Pokud vezmeme v úvahu každou galaxii, hvězdu, oblak prachu v mezihvězdném prostoru, tedy veškerou běžnou hmotu, kterou ve vesmíru známe, pozorujeme mnohem více gravitačních interakcí, než jaké množství hmoty dokáže vytvořit. Takže tu nadměrnou gravitaci musí vysvětlit něco jiného.
Pokud existuje účinek, musí existovat příčina. Jedná se o jeden z naprosto základních principů vědy a pozorování okolního světa, který pomáhá vyvozovat závěry, objevy a je jedním z nejlepších vodítek při hledání možných odpovědí na otázky vzrušující vědy. O existenci temné hmoty víme díky teorii, která popisuje, jak temná hmota ovlivňuje rychlost rotace hvězd v ramenech Mléčné dráhy. Odhaduje se, že v naší části Galaxie, která s největší pravděpodobností zabírá prostor srovnatelný s velikostí Země, by mělo být pouze 0,4 až 1 kg temné hmoty.
Předpoklad, že temná hmota existuje, je nyní dominantním vysvětlením galaktických anomálií rotace, které pozorujeme, a pohybu galaxií v kupách. To znamená, že pozorování galaxií dokazuje existenci temné hmoty.
Nyní přejdeme k temné energii. Výrazně se liší od temné hmoty. Víme, že její vliv musí být odpudivý, což vede ke zrychlené expanzi vesmíru. Toto zrychlení lze měřit pozorováním, protože galaxie se od sebe vzdalují rychlostí úměrnou jejich vzdálenosti.
Takže opět máme účinek, takže musí existovat příčina. Všechna současná měření potvrzují, že vesmír se rozpíná stále rychleji. Spolu s dalšími vědeckými údaji to umožnilo potvrdit existenci temné energie a dát odhad jejího množství ve vesmíru. Díky této odpudivé vlastnosti lze temnou energii považovat také za „antigravitaci“.
Jaký je rozdíl mezi temnou hmotou a temnou energií? Navzdory podobnému názvu je chybou považovat temnou energii za něco, co souvisí s jinými, známými druhy energie, stejně jako temná hmota souvisí s běžnou hmotou. Navíc temná hmota a temná energie mají na vesmír zcela odlišné účinky.
Přečtěte si také: Kdo jsou biohackeři a proč se dobrovolně čipují?
Je možné cestovat časem?
Cestování časem je snem mnoha lidí, a tak na toto téma vidíme mnoho literárních děl a filmů. Ale je to fyzicky možné? Podle Einsteinovy teorie relativity není čas konstantní a absolutní, ale závisí na rychlosti pozorovatele a gravitační síle. Čím rychleji se pohybujeme, nebo čím silnější je gravitační pole, tím pomaleji nám plyne čas. To znamená, že cestování do budoucnosti je možné, pokud dosáhneme velmi vysoké rychlosti nebo se přiblížíme k velmi masivnímu objektu. Například astronautovi na oběžné dráze Země plyne čas o něco pomaleji než člověku na povrchu planety. Tento rozdíl je však příliš malý na to, aby byl patrný. Abychom mohli cestovat do budoucnosti, museli bychom cestovat rychlostí blízkou rychlosti světla nebo být blízko černé díry. Obě tyto možnosti jsou však mimo naše technické možnosti.
Cesta do minulosti je ještě komplikovanější a kontroverznější. Zdá se to nemožné, protože to některé fyzikální zákony zakazují. Některé teorie ale připouštějí existenci tzv. uzavřených křivek podobných času, tedy drah v časoprostoru, cyklů v čase, které se vracejí do stejného bodu. Takové cesty by nám mohly umožnit cestovat zpět v čase, ale vyžadovaly by to velmi neobvyklé podmínky, jako je červí díra nebo rotující černá díra.
Teoreticky se černé díry mohou otáčet a tento jev se nazývá „točící se černá díra“ nebo „Kerrova černá díra“. V roce 1963 navrhl americký fyzik Roy Kerr matematický model černé díry rotující kolem své osy.
Nevíme však, zda takové objekty existují a zda jsou stabilní. Cestování v čase navíc vytváří mnoho logických paradoxů a rozporů příčin a následků, například paradox dědečka – co se stane, když cestovatel v čase zabije svého dědečka dříve, než se jeho otec narodí? Někteří vědci se snaží vysvětlit tyto paradoxy tím, že naznačují existenci více světů nebo sebeobnovu časoprostoru.
Přečtěte si také: Teleportace z vědeckého hlediska a její budoucnost
Existují paralelní vesmíry?
Je náš vesmír jedinečný, nebo je součástí větší struktury, tzv. multivesmíru? Existují jiné vesmíry, kde by historie a fyzika mohly dopadnout jinak? Můžeme s těmito světy komunikovat nebo je navštívit? To jsou otázky, které se týkají nejen vědců, ale i spisovatelů a kameramanů. Existuje několik hypotéz pro existenci paralelních vesmírů, jako je teorie strun, teorie věčné inflace a kvantová mechanika interpretace multivesmíru. Žádný z nich však nebyl potvrzen ani pozorováním, ani experimentálně.
Jednou z hypotéz je teorie strun, která předpokládá, že základními fyzikálními objekty nejsou bodové částice, ale jednorozměrné struny kmitající v desetirozměrném prostoru. Teorie strun umožňuje existenci hypotetických bran (membrán), což jsou vícerozměrné objekty vytvořené ze strun. Náš vesmír může být podobnou branou, zavěšenou ve vyšší dimenzi. Je také možné, že existují další brane oddělené od našich na krátkou vzdálenost. Pokud by se tyto dvě brány srazily, mohly by způsobit Velký třesk a vytvořit nový vesmír.
Další hypotézou je věčná inflace, která byla zmíněna výše. Je spojena s kvantovým polem velmi vysoké energie, které se rozšiřuje stále větší rychlostí.
Zajímavou hypotézou je kvantově mechanická interpretace multivesmíru, která naznačuje, že každé kvantové měření vede k rozvětvení vesmíru do mnoha možných výsledků. Pokud například změříte polohu elektronu v atomu vodíku, můžete s určitou pravděpodobností získat různé hodnoty. Takový multivesmírný výklad naznačuje, že každá z těchto dimenzí je realizována v jiném vesmíru a že se s každou dimenzí duplikujeme. Vzniká tak nekonečné množství paralelních vesmírů, lišících se od sebe drobnými detaily nebo zcela odlišnými příběhy.
Přečtěte si také: Těžba bitcoinů má více ztrát než zisků – proč?
Co se děje uvnitř černých děr?
Černé díry jsou vesmírné objekty s tak vysokou hustotou a gravitační silou, že z nich nemůže nic uniknout, dokonce ani světlo. Vznikají v důsledku kolapsu jader umírajících hvězd nebo sloučení menších černých děr. Kolem každé černé díry je hranice nazývaná horizont událostí, která označuje bod, odkud není návratu pro nic, co se k ní přiblíží. Co se ale děje za horizontem událostí? Co je uvnitř černé díry? Na tyto otázky nemáme žádné odpovědi, protože klasická fyzika nedokáže popsat podmínky a procesy uvnitř černé díry. Možné jsou však různé hypotézy založené na kvantových či alternativních teoriích.
Jedním z takových předpokladů je hypotéza singularity. Říká, že veškerá hmota a energie uvnitř černé díry jsou soustředěny v jediném bodě s nulovým objemem a nekonečnou hustotou a zakřivením časoprostoru. V takovou chvíli přestávají platit všechny známé fyzikální zákony a my nevíme, co se tam děje.
Planckova hvězdná hypotéza předpovídá, že hluboko uvnitř černé díry není hmota stlačena do singularity, ale do stavu extrémně vysoké hustoty a teploty, ve kterém fungují zákony kvantové gravitace (kombinace kvantové mechaniky a obecné teorie relativity). V tomto stavu by se hmota mohla od sebe odrazit a vytvořit kulový objekt s poloměrem blízkým Planckově délce – nejmenší možné délce ve fyzice. Jeho hodnota je neuvěřitelně malá: o 20 řádů menší než velikost atomového jádra. Takový objekt může vyzařovat Hawkingovo záření (kvantové fluktuace nad horizontem událostí) a postupně ztrácet hmotu a energii, až exploduje a uvolní celý obsah černé díry.
Další myšlenkou je takzvaná hypotéza gravastar. Předpokládá, že na hranici horizontu událostí je vrstva exotické hmoty s podtlakem, která zabraňuje zhroucení nitra černé díry do singularity. V tomto případě by vnitřek černé díry byl prázdný prostor s konstantní hustotou a nulovou teplotou. Taková struktura by byla stabilní a nevyzařovala by Hawkingovo záření.
Přečtěte si také: Blockchainy zítřka: Budoucnost odvětví kryptoměn jednoduchými slovy
Má vesmír konec?
Vesmír je nekonečný a nemá žádné limity – to je nejjednodušší odpověď na tuto otázku. Ale co to ve skutečnosti znamená a jak si můžeme být jisti? Existují tři možné scénáře: vesmír je neomezený, konečný a uzavřený (jako koule nebo torus), vesmír je konečný a otevřený (jako sedlo), nebo je vesmír nekonečný a plochý. Také nevíme, co se děje za horizontem událostí, hranicí pozorovatelného vesmíru, která vyplývá z konečné rychlosti světla.
Začněme tím, co jistě víme. Víme, že vesmír se rozpíná, což znamená, že vzdálenosti mezi galaxiemi se neustále zvětšují. Víme také, že vesmír je starý asi 13,8 miliardy let a že vznikl během Velkého třesku, stavu extrémní hustoty a teploty, který dal vzniknout hmotě, energii, času a prostoru.
Ale co se stalo před Velkým třeskem? A co je za horizontem událostí – hranicí pozorovatelného vesmíru, za kterou už kvůli omezené rychlosti světla nic nevidíme? Existuje konec vesmíru nebo bariéra?
Vědci se domnívají, že je to nepravděpodobné. Neexistuje žádný důkaz takového konce nebo bariéry. Místo toho je nejpřijatelnějším modelem ten, ve kterém je vesmír homogenní a izotropní, což znamená stejný ve všech směrech a umístěních. Takový vesmír nemá okraj ani střed a může mít nekonečnou velikost.
Samozřejmě to nemůžeme přímo otestovat, protože nemůžeme cestovat rychleji než světlo ani se dostat za hranice pozorovatelného vesmíru. Vlastnosti celého vesmíru ale můžeme odvodit z toho, co vidíme na dosah. A všechna pozorování naznačují, že vesmír je ve velkém měřítku homogenní.
To neznamená, že neexistují jiné možnosti. Některé alternativní teorie naznačují, že vesmír může být zakřivený nebo mít složitý geometrický tvar. Může být také součástí větší struktury nebo mít více kopií či odrazů.
Zajímavé také: Problémy geoinženýrství: Evropská unie zakáže vědcům „hrát si na boha“
Existuje způsob, jak cestovat rychleji než světlo?
Pohyb rychleji než světlo je hypotetická možnost, že se hmota nebo informace pohybují rychleji než rychlost světla ve vakuu, což je asi 300 000 km/s. Einsteinova teorie relativity předpovídá, že pouze částice s nulovou klidovou hmotností (jako jsou fotony) se mohou pohybovat rychlostí světla a nic nemůže cestovat rychleji. Byl vysloven předpoklad o možnosti existence částic s rychlostí větší než rychlost světla (tachyony), ale jejich existence by porušovala princip kauzality a znamenala by posunutí v čase. Vědci zatím v této otázce nedospěli ke shodě.
Bylo však navrženo, že některé zdeformované oblasti časoprostoru mohou umožnit hmotě dosáhnout vzdálených míst za kratší dobu než světlo v normálním (“nezkresleném”) časoprostoru. Takové "zdánlivé" nebo "efektivní" oblasti časoprostoru nejsou vyloučeny obecnou teorií relativity, ale jejich fyzikální věrohodnost je v současnosti nepotvrzená. Příklady jsou Alcubierreův pohon, Krasnikovovy trubice, červí díry a kvantové tunelování.
Důsledky cestování rychleji než světlo na naší úrovni znalostí o vesmíru je obtížné předvídat, protože vyžadují novou fyziku a experimenty. Jedním z možných důsledků by byla možnost cestování časem a logické paradoxy související s kauzalitou. Dalším důsledkem může být možnost studia vzdálených hvězd a planet během života člověka. Například nejbližší hvězda mimo Sluneční soustavu, Proxima Centauri, je asi 4,25 světelných let daleko. Cestování rychlostí světla by trvalo jen 4 roky a 3 měsíce a cestování rychleji než světlo by trvalo ještě méně času.
Zajímavé také: První fotka z dalekohledu Jamese Webba je rok: Jak to změnilo náš pohled na vesmír
Kam mizí planety? co se s nimi děje?
Ztracené planety jsou hypotetické objekty ve sluneční soustavě, jejichž existence nebyla potvrzena, ale byla provedena na základě vědeckých pozorování. Dnes existují vědecké předpoklady o možnosti existence neznámých planet, které mohou být mimo naše současné znalosti.
Jednou z takových hypotetických planet je Phaethon neboli Olbersova planeta, která mohla existovat mezi drahami Marsu a Jupiteru a její zničení by mělo za následek vznik pásu asteroidů (včetně trpasličí planety Ceres). Tato hypotéza je v současnosti považována za nepravděpodobnou, protože pás asteroidů má příliš nízkou hmotnost na to, aby vznikl z exploze velké planety. V roce 2018 vědci z Floridské univerzity zjistili, že pás asteroidů vznikl z fragmentů nejméně pěti až šesti objektů o velikosti planety, nikoli z jedné planety.
Další hypotetickou planetou je Planeta V, která podle Johna Chamberse a Jacka Lissa kdysi existovala mezi Marsem a pásem asteroidů. Předpoklad o existenci takové planety byl učiněn na základě počítačových simulací. Planeta V mohla být zodpovědná za velké bombardování, ke kterému došlo asi před 4 miliardami let a které vytvořilo četné impaktní krátery na Měsíci a dalších tělesech Sluneční soustavy.
Existují také různé hypotézy o planetách za Neptunem, jako je Planeta Devět, Planeta X, Tyche a další, které se snaží vysvětlit existenci zdánlivých anomálií na drahách některých vzdálených transneptunských objektů. Žádná z těchto planet však nebyla přímo pozorována a jejich existence je stále diskutabilní. I když se vědci stále snaží studovat prostor mezi Marsem a Jupiterem, za Neptunem. Možná později budeme mít nové hypotézy a objevy.
Pro lidstvo bylo vždy důležité znát odpovědi o vesmíru, o Zemi a o sobě samém. Ale zatím jsou naše znalosti omezené, ačkoli vědci nestojí na místě, snaží se najít odpovědi a razí nové cesty do vesmíru. Protože na jakoukoli otázku nebo hádanku musí existovat odpověď. Tak je uspořádán člověk, takto je uspořádán vesmír.
Zajímavé také:
Děkuji!!!