Kdo jsme? Odkud pocházíme? Jaký je náš cíl? Tyto otázky inspirovaly a často trápily filozofy, teology a učence již od starověku, kteří na ně hledali odpovědi, jež možná nikdy nedostaneme. Věda se tedy snaží vysvětlit život a realitu, která nás obklopuje, "cestováním" v čase až ke vzniku vesmíru, k prvotnímu okamžiku, od něhož vše začalo. Podle astrofyziků z celého světa byl tento vznik vyvolán gigantickou explozí: Velkým třeskem.
Podle teorie vědce Georgese Lemaîtra, kterou později podpořil a rozvinul George Gamow, se vesmír během svého zrodu rozpínal z bodu nekonečné hustoty, až se sám vygeneroval. Kosmologický model velkého třesku je tedy založen na myšlence, že vesmír se začal rozpínat velmi vysokou rychlostí v konečném čase v minulosti ze stavu extrémního zakřivení, teploty a hustoty, čímž vznikl prostoročas. Nejen to, ale předpokládá se, že tento proces pokračuje dodnes.
Co je vesmír
Než se vydáme do hlubokého vesmíru a přijdeme s nějakým vysvětlením vzniku vesmíru, je vhodné definovat, co přesně se rozumí pod pojmem vesmír, samozřejmě z vědeckého hlediska. Podle odborné literatury se vesmír běžně definuje jako komplex, který zahrnuje celý vesmír a to, co obsahuje, tj. hmotu a energii, planety, hvězdy, galaxie a obsah mezigalaktického prostoru.
Pozorovatelná část vesmíru, alespoň v současnosti a s technikou, kterou máme k dispozici, má průměr asi 93 miliard světelných let, což podle odborníků naznačuje, že se po většinu své historie a v celém svém pozorovatelném rozsahu řídí stejnými fyzikálními zákony a konstantami. Nejen to, jeho "struktura" naprosto umožňuje vyvozovat závěry v raných částech, takže je obzvláště obtížné rekonstruovat jeho historii s přesností.
V každém případě, jak je známo, teorie velkého třesku je nejrozšířenějším kosmologickým modelem popisujícím zrod vesmíru. Podle výpočtů, které samozřejmě vycházejí z našeho místního časového rámce, by k této události došlo přibližně před 13,8 miliardami let. Teoreticky je maximální pozorovatelná vzdálenost obsažena v pozorovatelném vesmíru. Studie několika supernov ukázaly, že vesmír se neustále rozpíná, a bylo vytvořeno mnoho modelů, které předpovídají jeho konečný osud. V roce 1929 oznámil Edwin Hubble objev rozpínání vesmíru.
Při pozorování různých galaxií zjistil, že většina z nich se od Země vzdaluje, protože jejich spektra jsou orientována do červené barvy. Pozoroval také, že čím větší je jejich vzdálenost od Země, tím rychleji se vzdalují. Tuto situaci lze vysvětlit prvním kosmologickým principem, podle kterého "struktura a vlastnosti vesmíru ve velkém měřítku jsou všude a vždy stejné". Ve zkratce jde o známý vzorec v = H r, kde v je rychlost vzdalování, r vzdálenost a H, číslo nazývané Hubbleova konstanta, je 53 km/s na milion parseků.
Původ vesmíru: teorie velkého třesku
Hubbleova pozorování účinně zpochybnila převládající názor, že vesmír je stacionární. Pokud se vesmír rozpíná, musí být jeho hustota proměnlivá. Od té doby byla teorie vhodně upravena a tvrdí, že musí docházet k nepřetržitému vytváření hmoty o velikosti jednoho atomu vodíku na centimetr krychlový každých milion miliard let. Teprve později se předpokládalo, že vesmír se zrodil z exploze před více než 13 miliardami let a že ustupující pohyb je důsledkem této exploze.
Exploze je známá jako velký třesk. Fyzikové si nejsou jisti, co předcházelo velkému kosmickému výbuchu: někteří navrhují modely cyklického vesmíru, jiní popisují počáteční stav bez hranic, z něhož se časoprostor vynořil a rozšířil v okamžiku velkého třesku. Jiní dokonce naznačují, že náš vesmír je jen jedním z mnoha, které mohou existovat.
Model velkého třesku, termín, který v roce 1949 zavedl Fred Hoyle v rozhlasovém pořadu BBC a který se v té době používal s hanlivým nádechem, je všeobecně uznáván jako nejbližší model vysvětlující vznik vesmíru a ve vědecké komunitě převládá na základě astronomických důkazů a pozorování. Konkrétně dobrá shoda kosmického množství lehkých prvků, jako je vodík a helium, s hodnotami předpovězenými jako výsledek procesu prvotní nukleosyntézy v kombinaci s existencí záření kosmického pozadí, jehož spektrum odpovídá spektru černého tělesa, přesvědčila většinu vědců, že k události podobné velkému třesku došlo před více než 13 miliardami let.
Když lidstvo bylo jen projekcí velmi vzdálené budoucnosti. Před velkým třeskem se předpokládá, že vesmír byl soustředěn do koule s nekonečnou teplotou a hustotou. Muselo se v něm nacházet plazma, zvláštní stav hmoty, v němž se jádra a elektrony mohou chaoticky pohybovat a který je tvořen kvarky a gluony. Rozhodně nestabilní situace způsobila explozi, po níž následovaly čtyři po sobě jdoucí fáze, běžně označované jako "éry": éra kvantového věku, éra elektroslabých sil, éra s převahou záření a éra s převahou hmoty.
Teorie velkého třesku je založena na dvou základních předpokladech, a to na univerzálnosti fyzikálních zákonů a kosmologickém principu, který říká, že ve velkém měřítku je vesmír homogenní a izotropní. Přestože je tato rekonstrukce za určitých podmínek přesná a věrohodná, má, jak už to tak bývá, svá omezení. Stačí si uvědomit, že v ideálním případě postupujeme zpět v čase, v inverzním procesu k expanzi, hustota a teplota rostou až do okamžiku, kdy se tyto hodnoty blíží nekonečnu a objem směřuje k nule. Z tohoto pozorování vyplývá, že současné fyzikální teorie již nejsou použitelné, což vede k procesu, který je obecně známý jako singularita. Právě z tohoto důvodu se zdá, že velký třesk není dostatečný pro vysvětlení počátečního stavu, ale poskytuje dobrý popis vývoje vesmíru od daného bodu jeho dlouhé historie.
Přesahující velký třesk
Původ vesmíru podle modelu velkého třesku je tedy založen na teoriích, které jsou jistě spolehlivé a potvrzené pozorováním pouze pro popis vývoje vesmíru od prvotní nukleosyntézy. Následná tvrzení o celkové podobě vesmíru a jeho vývoji ve vzdálené budoucnosti jsou proto obzvláště nejistá. Vzhledem ke konečnosti rychlosti světla je pozorování omezeno tím, co můžeme definovat jako nepřekročitelný horizont, který neumožňuje žádnou další extrapolaci.
Model je navíc založen na předpokladech souvisejících s topologickými vlastnostmi časoprostoru a jeho pravidelností a je ve skutečnosti pouze a jen hypotetický. Současný technologický pokrok a nedávné pozorování temné energie nám však umožnily zpřesnit naše znalosti o vesmíru, včetně jeho vývoje.
Mezi nejznámější nové teorie patří ta, podle níž se vesmír rozpínal až do určitého bodu, poté se jeho růst zastavil. Podle jiných odborníků se rychlost, kterou se vesmír rozpíná, bude postupně snižovat a zrychlení při 0 se stane záporným, což povede k velkému křupnutí a návratu do stavu singularity. Podle jiných se vesmír nikdy nepřestane rozpínat a cyklicky vytváří podmínky pro existenci života, i když je prvotní.
Poslední hypotéza je spojena se jménem Alana Gutha, která byla v roce 1984 přijata většinou vědců a považována za mimořádně důvěryhodnou. Teorie velkého třesku, formulovaná Alexandrem Friedmannem v roce 1929 a doplněná Georgem Gamowem v roce 1940, si jistě zachovává svou autoritu, i když uznává svá vlastní omezení. Co předcházelo velkému třesku, zůstává záhadou, protože astrofyzici odmítají předkládat příliš mnoho hypotéz, takže nám zůstává příběh, který možná nikdy nebude mít vysvětlení, jež by uspokojilo všechny.
Původ vesmíru: alternativní teorie
Jako rozsáhlé a obvykle rozdělující téma je otázka vzniku vesmíru tématem, které nevyhnutelně inspirovalo mnoho myslí. To vedlo k tolika teoriím a následnému vzniku nestandardní kosmologie. Tento termín, jak jste již možná uhodli, označuje jakýkoli kosmologický model vesmíru, který byl nebo stále je navrhován jako alternativa ke standardnímu modelu kosmologie nebo jeho odkazu na velký třesk. V historii pozorování vesmíru se objevilo mnoho badatelů, kteří model "velkého třesku" výslovně kritizovali, a to buď úplným odmítnutím jeho základních předpokladů, nebo přidáním nových, které považovali za klíčové pro vytvoření nových teoretických modelů vesmíru.
Zejména ve 40. a 60. letech 20. století byla vědecká komunita ostře rozdělena mezi horlivé zastánce velkého třesku a zastánce konkurenčních teorií založených na modelu ustáleného stavu. O jeho platnosti dnes diskutuje jen velmi málo astrofyziků. Z představitelů nestandardní kosmologie si zaslouží zmínku několik jmen z vědeckého světa, která působila především ve 20. století, například Fred Hoyle, Paul Dirac, Kurt Gödel, Geoffrey Burbidge, Margaret Burbidgeová, Halton Arp, Jayant V. Narlikar, Hannes Alfvén, Eric Lerner, Dennis Sciama, Ernst Mach, Thomas Gold, Hermann Bondi, Fritz Zwicky, Christof Wetterich, Mordehai Milgrom a Johan Masreliez.