Před šedesáti lety se zrodil velký třesk

Cestu k teorii velkého třesku otevřel Albert Einstein (1879-1955) vypracováním nové teorie gravitace, tj. obecné teorie relativity v r. 1915. Jak v letech 1922-27 ukázali ruský meteorolog Alexander Fridman (1888-1925; jeho žákem byl mj. G. Gamow) a belgický katolický duchovní a matematik Georges Lemaitre (1894-1966), řešení Einsteinových rovnic pro "rozumné" modely vesmíru je nestabilní v čase, tj. vesmír se musí buď rozpínat nebo smršťovat. Einstein však Fridmanovým výpočtům kupodivu nevěřil a trvalo nějakou dobu, než přiznal, že se mýlil a Fridmanovi se omluvil.

Již v r. 1929 ukázal americký astronom Edwin Hubble na základě pozorování tehdy největším 2,5m zrcadlovým dalekohledem na Mt. Wilsonu, že pozorovaný vesmír se rozpíná. Z tempa rozpínání se pak dá odvodit stáří vesmíru, které zprvu vycházelo velmi malé (necelé 2 mld. let), což byl první důvod k posměchu ze strany Freda Hoyla. Druhým důvodem posměchu bylo, že Gamow a jeho žáci nedokázali vysvětlit, kde se ve vesmíru vzaly těžší prvky než vodík a helium.

K řešení této slabiny Gamowovy domněnky přispěl paradoxně sám Fred Hoyle, když se svými britskými spolupracovníky manželi Margaretou (*1919) a Geoffreyem Burbidgeovými (*1925) a americkým kolegou Williamem Fowlerem (pozdějším nositelem Nobelovy ceny za fyziku za podíl na vysvětlení nukleogeneze prvků ve hvězdách) uveřejnili v r. 1957 stěžejní práci o vzniku prvků ve hvězdách jednak termonukleárními reakcemi v jejich nitru a jednak zachycováním volných neutronů při výbuchu supernov. Problém s příliš nízkým věkem vesmíru na základě Hubblových pozorování vyřešil pomocí téhož 2,5m zrcadlového dalekohledu německý astronom Walter Baade, který během II. světové války nebyl v Kalifornii odveden na vojnu jako jeho američtí kolegové a v Los Angeles pod observatoří bylo kvůli nebezpečí japonských leteckých náletů nařízeno zatemnění. Baade tak mohl prodloužit expozice spekter vzdálených galaxií a tím přišel na chybu v Hubblově stupnici vzdáleností galaxií. V r. 1952 pak uveřejnil výsledek obsáhlé revize vzdáleností galaxií, a odtud vyplynulo stáří vesmíru v rozmezí 10 - 20 mld. roků. Když se v Praze v r. 1984 konala 6. evropská fyzikální konference, hovořil na ní mj. jeden z největších astrofyziků XX. stol. ruský akademik Jakov Zeldovič (1914-1987). Ve své přehledové přednášce konstatoval, že už tehdy byla teorie velkého třesku zaručena stejně dobře jako fakt, že Země obíhá kolem Slunce.

Přesto však je pravděpodobné, že původní jednoduchá teorie velkého třesku bude časem upravena. Je např. zřejmé, že pokud je vesmír prostorově nekonečný, což je o něco pravděpodobnější, než že je prostorově konečný (uzavřený), musel být už v okamžiku velkého třesku rovněž prostorově nekonečný! Zadruhé se zdá, že hmota vesmíru vznikla doslova z ničeho, čili že se podobně jako prostor a čas vynořila z nicoty právě v okamžiku velkého třesku!

Další převratná myšlenka se objevila v r. 1982 zásluhou amerického fyzika Alana Gutha (*1947). Guth si uvědomil, že pokud vesmír vznikl fázovým přechodem vakua, mohlo být těch fázových přechodů více a vlastnosti současného vesmíru určil takový přechod ve zlomku první sekundy po velkém třesku. Tento jev dostal název kosmologická inflace (prudké rozfouknutí zárodečného vesmíru), která "vyhladila vrásky" vesmíru do současné velmi hladké a homogenní podoby.

Poslední velký převrat v kosmologii přišel r. 1998, kdy několik skupin badatelů v USA a Austrálii zjistilo, že vesmír v rozporu s klasickými Fridmanovými a Lemaitrovými modely začal od poloviny svého stáří zvyšovat tempo rozpínání, zatímco v první polovině svého dosavadního života se tempo rozpínání vesmíru ve shodě s modely snižovalo. Tyto významné studie vynesly zmíněným astronomům loňskou Gruberovu cenu za kosmologii, protože z nich vyplynul překvapivý objev tzv. skryté nebo též temné energie vesmíru. Záhadná skrytá energie přitom představuje téměř 3/4 úhrnné hmoty vesmíru, zatímco téměř 1/4 hmoty vesmíru připadá na rovněž víceméně neznámou skrytou (temnou) látkou. Na veškerou viditelnou hmotu vesmíru (galaxie, hvězdy, planety, mezihvězdný plyn a prach atd.) pak zbývá jen několik málo procent hmoty vesmíru.

Z této bilance je zřejmé, že výzkum vlastností vesmíru, kterým se zabývá kosmologie, je stále ještě v plenkách a "kosmologii čeká nádherná minulost" při odkrývání tajemství velkého třesku, kterým to všechno začalo.

Nobelovy ceny

V první polovině XX. století Nobelův komitét astronomy a kosmology při udělování cen naprosto opomíjel. Podle mého názoru si přitom Nobelovu cenu zasloužili zejména Edwin Hubble (1889-1953) za objev rozpínání vesmíru, dále Karl Jansky (1905-1950) za objev radiového záření z vesmíru, George Gamow (1904-1968), který se ještě dožil potvrzení své myšlenky o velkém třesku objevem reliktního záření v r. 1965; dále pak posměváček, provokatér a vizionářský astrofyzik Fred Hoyle (1915-2001) zejména za to, že vyřešil problém, kde se vzal ve vesmíru uhlík a John Bahcall (1934-2005), který poukázal, na mimořádnou úlohu, kterou v kosmologii hrají neutrina vznikající ve Slunci, v supernovách a v horké fázi velkého třesku.

Zcela zaslouženě dostali Nobelovy ceny za teorii termonukleárních reakcí ve hvězdách Hans Bethe (1906-2005) a William Fowler (1911-1905) a dále astrofyzikové, kteří se podíleli na objevu a podrobném výzkumu reliktního záření, jak je uvedeno ve zprávě ČTK.

Jiří Grygar

ČTK k výročí:

Původně si lidé mysleli, že se vesmír nerozpíná, že neměl žádný počátek ani konec, že tu byl, je a bude navždy v prakticky nezměněném stavu. Později se ale přišlo na to, že se rozpíná a galaxie se od sebe vzdalují. To vedlo vědce na čele s Američanem ruského původu Georgem Gamowem k teorii "velkého třesku", podle které začal vesmír v konečném čase v minulosti explozí, která asi před 13,7 miliardy let vystřelila hvězdy a galaxie do všech stran, a od té doby se vesmír rozpíná. Odborný časopis tuto hypotézu zveřejnil před 60 lety, 1. dubna 1948, v žádném případě ale nešlo o aprílové čtení. Tato hypotéza je nyní všeobecně považována za jednu z nejvlivnějších vědeckých studií 20. století, která otevřela prostor pro kosmologii coby skutečnou vědu. Gamow si správně uvědomil, že pokud byla hmota ve vesmíru v dávné minulosti vtěsnána ve velmi malém prostoru, tak v té době byl vesmír tak hustý a žhavý, že se zde vyskytly podmínky k syntéze chemických prvků. Od té doby míří galaxie všemi směry. Tomuto počátečním stadiu kosmického klidu před bouří se říká singularita.

Po objevu rozpínání vesmíru, který učinil v roce 1929 astronom Edwin Hubble, se začal Gamow zabývat vznikem chemických prvků ve vesmíru, k čemuž ho inspirovala zejména práce amerického imigranta z Německa Hanse Betheho o termojaderné reakci, která tak vydatně "živí" Slunce. Scénář horkého počátečního vesmíru vypracoval Gamow se svým doktorandem Ralphem Alpherem, uveřejnil jej v roce 1948 časopis Physical Review. V článku se mimo jiné poprvé objevuje předpověď tzv. reliktního záření, které z onoho velmi raného stadia vesmíru pochází a je stále kolem nás, letitým rozpínáním však vychladlé téměř k absolutní nule. Článek byl pozoruhodný nejen svým obsahem, ale i některými okolnostmi. Především - prý skutečně náhodou - vyšel na apríla. Navíc Gamow přesvědčil Betheho, aby se pod článek spolupodepsal. Gamow měl svérázný smysl pro humor, proto jej fascinovala představa, že zprávu o počátku vesmíru sdělují autoři pojmenovaní přesně podle řecké abecedy (alfa, beta, gama). Gamow pak přemlouval svého dalšího úspěšného žáka Roberta Hermana, aby si změnil příjmení na Delter (delta je čtvrté písmeno řecké abecedy). Většina odborníků tehdy nebrala Gamowovu teorii vážně a dávala přednost jiným. Asi nejvýznamnější z nich byla tzv. hypotéza stacionárního vesmíru, kterou rovněž v roce 1948 vypracoval anglický astrofyzik Fred Hoyle se spolupracovníky rakouského původu Hermannem Bondim a Thomasem Goldem. Podle jejich teorie by byl vesmír stále stejný jako dnes, sice by se rozpínal, ale vznikala by v něm hmota z ničeho a zaplňovala vzniklé "mezery", čímž by se zachovala stálá hustota vesmíru. Mnozí tehdy tento model stacionárního vesmíru přijímali a sebevědomý Hoyle dokonce v rozhlasové přednášce Gamowovu myšlenku opovržlivě nazval "Big Bangem" (velkým třeskem), a to ve smyslu "nafouklá bublina" nebo "mnoho povyku pro nic".

Hlavní důkaz o prvotním výbuchu - reliktní záření přicházející z vesmíru - objevili v roce 1965 Arno Penzias a Robert Wilson. Tito američtí spojaři zkoumali vesmír mohutným radioteleskopem v New Jersey a narazili na protivný "šum", zaplňující celou oblohu. Později se ukázalo, že hluk je reliktním zářením z dob stvoření vesmíru, jak ho předpověděl Gamow. Teorie velkého třesku tak byla potvrzena a Hoyleova původně nadávka "velký třesk" se začala skloňovat ve všech pádech. Nyní se všeobecně uznávají tři pilíře, které podporují teorii velkého třesku: Hubbleův zákon o rozpínání vesmíru, měření reliktního záření (to přesně změřila americká sonda COBE v roce 1992 a potvrdila sonda WMAP v roce 2003) a měření četnosti lehkých prvků. Některé otázky ale zůstávají - například, co velký třesk způsobilo. Podle představ vědců to nejspíš byl fázový seskok vakua. Zatímco Gamow, který se snažil uprchnout ze SSSR například na skládacím kajaku přes Černé moře a psal také knížky pro děti (třeba Pan Tompkins v říši divů, kde pro vysvětlení vzniku vesmíru neváhal složit malou Kosmickou operu), se Nobelovy ceny nedočkal (zemřel v roce 1968), Wilson a Penzias získali Nobelovu cenu za fyziku v roce 1978. A v roce 2006 dostali stejnou cenu i Američané John Mather a George Smoot za to, že poskytli "významnou podporu teorii velkého třesku coby počátku vesmíru".

Zdroj: ČTK

Velký třesk v ostatních jazycích:

• Slovensky: Veľký tresk
• Anglicky: Big Bang
• Španělsky: Teoría del Big Bang
• Polsky: Wielki Wybuch
• Německy: der Urknall
• Latinsky: Fragor Maximus
• Řecky: Μεγάλη έκρηξη
• Rusky: Большой взрыв
• Finsky: Alkuräjähdys
• Norsky: Oerknal
• Turecky: Büyük Patlama
• Esperanto: Praeksplodo

V mnoha jazycích (např. románských) neexistuje ekvivalent a používá se anglický termín Big Bang.

Zdroj: Wikipedia