Jaký tvar má vesmír a kam se rozpíná?

Video přináší Platzi, online škola výchovy a technologií. Víme, že se vesmír rozpíná, ale kam? Existuje něco za ním? Je to koule, která roste do nicoty, nebo má jiný tvar? Můžeme říct, kde je střed a kde okraje? Pokud chcete jedno z těch videí, které vám zavaří mozek, zkuste s námi pochopit, jaký tvar má vesmír a kam se rozpíná. Představte si, že stojíte na obrovské dvourozměrné ploše. Ve vašem okolí jsou nějaké předměty a vy si všimnete, že se od vás vzdalují.

Ale jsou připevněné k podlaze, jak by se mohly vzdalovat? Jediná možnost je, že se ten povrch, náš dvourozměrný vesmír, rozpíná. Ale kam? Kam ty věci mizí? A proč se vzdalují zrovna od vás? Jste prostě přímo uprostřed vesmíru? Se zájmem se vydáte na cestu, určitě musíte najít okraj, hranici. Ale všimnete si něčeho zvláštního, ať jste, kde jste, vše se od vás vzdaluje. Vaše pozice tedy nebyla středem, vše se vzdaluje od všeho. Po dlouhé cestě, na které nepotkáte žádnou hranici vesmíru, se stane něco ještě divnějšího: Dorazíte na to místo, ze kterého jste vyrazili.

Jak je to možné? Ukázalo se, že jste si nevšimli, že ten vesmír je dvourozměrná plocha, ale je zakřivená do třetího rozměru. V tomhle případě tvoří kouli, určitý glóbus, který se nafukuje. Když vezmete v potaz jen ty dva rozměry té plochy, ztrácí otázka "Kam se rozpíná?" smysl. Jako byste se ptali, co je jižněji než jižní pól. Ten dvourozměrný vesmír se nerozpíná ani do dálky, ani ho šířky, nýbrž do třetího rozměru.

Kamarádi z kanálu Astrofísicos en acción - nám to vysvětlí. - Jasně, Javiere. Dnešní badatelé se snaží objasnit, jaký tvar má vesmír, stejně jako se o to pokoušeli Lemaître, Friedman a Hubble už od začátku 20. století. Objevili, že galaxie se od nás rychle vzdalují. Jeden ze základních vědeckých cílů je pochopení fyzikálních procesů při vzniku galaxií a také dynamiky vesmíru. K tomu používají astronomové nástroje jako třeba Velký milimetrový teleskop, který stojí v Sierra Negra v Mexiku.

Tento neuvěřitelný stroj je schopný objevit galaxie, které se formovaly v prvních epochách vesmíru. Dají se jím ve velkém měřítku zkoumat různé otázky, například růst galaxií a hvězdokup nebo reliktní záření a jeho anizotropie. S tím dokážeme změřit rozpínání vesmíru. Ale nadále nevíme, kam že se rozpíná. Tak jako v příkladě s plochým povrchem, ať bychom cestovali jakkoli daleko při snaze najít okraj vesmíru, abychom zjistili, co je za ním, nikdy bychom ho nenašli. I kdybychom mohli cestovat rychleji než galaxie, jsme uvězněni uvnitř tří rozměrů prostoru, ale vypadá to, že by mohl být zakřivený do hypotetického dalšího rozměru.

Další rozměry? Pokud vás to trochu mate, doporučujeme naše video o tom, kolik existuje rozměrů, které vás zmate ještě víc. Ne, to byl vtip. Po jeho zhlédnutí bude snad následující vysvětlení jasnější. Znamená to, že je vesmír čtyřrozměrná hyperkoule? Nebo může mít jakýkoli tvar? Víte to, Astrofyzikové? No, to zatím nevíme. Ale díky rozptylovému záření víme, že ve velkém měřítku je vesmír homogenní a izotropní.

To znamená, že v průměru jsou jeho vlastnosti stejné, ať se díváme jakýmkoli směrem. Tomu se říká kosmologický princip a přináší to důležitou implikaci: Vesmír může mít jen jednotné tvary, tedy tvary, u kterých každá část, která je tvoří, je stejná jako každá jiná. Ale jaký tvar by to potom mohl být? Protože hmota a energie deformují časoprostor, tvar vesmíru by závisel na hustotě hmoty a energie, které obsahuje.

Pokud je tato hustota větší, než určitá kritická hustota, přestal by se vesmír rozpínat a někdy v budoucnosti by se smršťoval, měl by uzavřený tvar, jako je koule. Pokud je ta hustota nižší, rozpínal by se vesmír navždy a měl by otevřený tvar trochu jako jezdecké sedlo. Pokud je hustota s tou kritickou totožná, byl by vesmír podobný rovné ploše. Ale nezapomeňte, že naše ilustrace sice znázorňují dvourozměrné plochy zakřivené ve třetím rozměru, ale mluvíme o trojrozměrných tvarech, zakřivených ve čtvrtém rozměru, které se nedají znázornit ve videu.

Měření se zdají potvrzovat myšlenku, že je náš vesmír plochý. Můžeme tedy dorazit k hranici? Jak to je? Vše ukazuje, že geometrie vesmíru je plochá, ale jeho topologie, tedy geometrická struktura, by mohla být zakřivená. Když třeba vezmete list papíru a spojíte dva opačné konce, máte rouru. Když půjdete jedním směrem, vrátíte se zase k původnímu bodu. A kdyby se vám podařilo spojit i ty dva konce, vyrobili byste donut, tomu se říká toroid. Trojrozměrný vesmír zakřivený ve čtvrtém rozměru do tvaru donutu.

Kdybyste v tom vesmíru žili, připadal by vám dál plochý, ale zároveň, pokud byste se dostatečně dlouho a rychle pohybovali jedním směrem, vrátili byste se zpět na start. Jako v Pac-Manovi. Máme tedy omezený vesmír, který ale nemá hranice. A to rozpínání? Podle této teorie zvané Torus 3 se vesmír rozpíná i smršťuje zároveň a my prostě žijeme v té části, která se zrovna rozpíná. Tento model je sice lákavý, ale zatím nevíme, jaký tvar vesmír doopravdy má.

Nepřestává se diskutovat, ale nebylo by to super, žít v donutu? Překlad: jesterka www.videacesky.cz