Kde je střed vesmíru?

Už dávno byly vyvráceny představy o Zemi, která tvoří střed vesmíru. Dokonce i naše Slunce pozbylo této výsady. Dá se zjistit, kde má vesmír své centrum?

Když byla ve dvacátých letech minulého století objevena existence cizích galaxií, užasli vědci při poznání, že se téměř všechny od nás vzdalují. Na první pohled by se mohlo zdát, že se tím potvrdil starý předpoklad: jsme centrem vesmíru! Máme v něm jedinečnou  pozici.

Radost ale netrvala dlouho. Poměrně brzo ale vědci přišli na to, že se galaxie vzdalují tím rychleji, čím více jsou od nás vzdáleny. Postupně se začal formovat nový pohled na vesmír, ve kterém se vše vzdaluje od všeho, vesmíru, který se rozpíná. Čím lepší dalekohledy, čím přesnější se stalo určování vesmírných vzdáleností, tím přesnější pohled na vesmír se otevírá před našima očima.

Vesmírné rozpínání

Náš vesmír má tři prostorové dimenze, kterým v běžném životě říkáme délka, šířka a výška. Jeho rozpínání probíhá ve všech prostorových dimenzích. Není ale dostatečně rychlé na to, abychom ho pozorovali v běžném životě. Proto si ho zpočátku dokonce ani vědci neuměli představit. Rozpínání vesmíru je jev, který se projevuje jen v obřích vesmírných vzdálenostech. 

Dá se představit na modelu parkoviště a v něm zaparkovaných aut. Zjednodušme situaci tím, že budeme ignorovat gravitační soudržnost Země. Nechme parkoviště reagovat tak, jako by se nacházelo v mezihvězdném prostoru. Auta samozřejmě stojí a nepohybují se. Pohybuje se pouze prostor mezi nimi. Každým okamžikem narůstá. Zatímco ve vesmírných vzdálenostech je rozdíl už dobře znát, na našich parkovištích budete spoléhat na rozpínání vesmíru marně. Změna je tak nepatrná, že vaše auto dávno zreziví a rozpadne se na prach, než pro něj vznikne volné místo k parkování.

Galaxie, které vypadají jako by od nás prchaly, ve skutečnosti stojí na místě. Odnáší je směrem od nás prostor, který vzniká v každém bodě vesmíru. Čím vzdálenější daná galaxie je, tím více prostoru nás dělí – a tím více prostoru mezi námi vzniká. Tím větší je i rychlost, kterou se daná galaxie od nás vzdaluje.

Velký třesk

Pokud se tedy vesmír rozpíná, musel být v minulosti menší než dnes. A ve velice vzdálené minulosti musel být miniaturní. Jeho počátek je popisován jako tzv „Velký třesk“.

Naše zkušenost z běžného života nám říká, že tam, kde něco vybuchlo, se dá nalézt střed exploze. Nabízí se tedy otázka – kde je střed vesmíru?

Tato otázka postrádá smysl. Stejně jako nepozorujeme vznikající parkovací místa, která by byla výsledkem rozpínání vesmíru, nemůžeme ve vesmíru určit ani žádný střed.

Zdánlivý střed vesmíru

To, co vidíme při pohledu na nebe, je naše nejbližší vesmírné okolí. Když se díváme pouhýma očima, vidíme na obloze obou polokoulí kolem 6000 hvězd. Ty jsou všechny relativně blízko, jinak by naše oko jejich slabé světlo nezachytilo. Hvězdy, vzdálené přes 7000 světelných roků, jsou pro pozorování pouhým okem příliš slabé.

Při pohledu ze Země na nebe tedy vidíme jen blízký prostor, který má  nutně tvar koule, jejímž jsme středem. Tento fakt znovu podporuje pocit, že jsme středem vesmíru. Vypadá to tak, že vesmír kolem nás tvoří pravidelnou kouli.

Dalekohledy a jejich schopnost lepšího rozlišení zvětšují poloměr této pomyslné koule. Vesmír – a to, co v něm pozorujeme – bude pro nás mít vždy tvar koule, na tom nic nezmění ani sebedokonalejší teleskopy. To, že jsme středem tohoto pozorovaného prostoru, ovšem zdaleka neznamená, že jsme středem vesmíru.

Skutečný střed pozorovaného vesmíru

Z pohybu galaxií vidíme, že se prostor vesmíru rozpíná v každém svém bodě. Pokud se vesmír rozpíná tímto způsobem, jsou všechny body rovnocenné a žádný z nich střed netvoří.

Při velkém třesku nevznikla nejen hmota, kterou ve vesmíru pozorujeme, ale také veškerý jeho prostor. Od té doby se prostor rozpíná, takže je vesmír stále větší a větší. Svým způsobem tedy proběhl Velký třesk v každém bodě našeho vesmíru.

Střed celého vesmíru

Předchozí úvaha se týkala vesmíru, který pozorujeme. Vesmír samotný je ale daleko větší než pomyslná koule, kterou  jsme schopni vidět.

Existuje dokonce tzv. hranice pozorovatelného vesmíru, která má také tvar koule s pomyslným středem, který tvoří pozorovatel (tedy my). Tato  hranice se vytváří následkem konečné a omezené rychlosti světla.

Nejstarší světlo, které můžeme pozorovat, k nám putovalo zhruba 13,8 miliardy světelný roků. Díky rozpínání vesmíru je bod, který světlo před touho dlouhou dobou vyslal, dnes vzdálen 46 miliard světelných roků.

Je tu ale i další mechanismus, který nám nedovoluje vidět celý existující vesmír. Zatímco rychlost, kterou se od nás pohybuje určitý vzorek hodně vzdáleného prostoru, závisí jen na vzdálenosti mezi ním a námi – a může být tedy i vyšší než rychlost světla, je světlo samo (a tedy informace o vzdálených oblastech) omezena konečnou hodnotou – přibližně 300 000 km/s.

Logicky vzniká v určité vzdálenosti hranice, za kterou se prostor pohybuje směrem od nás rychlostí vyšší, než je rychlost světla. Spolu s prostorem se pohybují směrem od nás i tamní galaxie, takže i když vysílají naším směrem světlo, jsou jeho fotony unášeny pryč od nás určitou nenulovou rychlostí. Navždy ztrácíme schopnost tyto galaxie zaznamenat.

Může mít vesmír střed v této nezaznamenatelné oblasti?

Na to, aby měl vesmír střed v neprozkoumatelné oblasti, by musel být zakřivený.

Dá se to přirovnat k často používané analogii s nafukovaným balónkem. Na povrchu nafukovaného balónku mění jednotlivé body svou vzdálenost stejně, jako se od sebe vzdalují jednotlivé body vesmíru.

Jediný rozdíl je v počtu dimenzí, které se experimentu účastní. Při nafukování balónku pozorujeme proměny bodů ve dvou dimenzích, šířce a délce. Vesmír se rozpíná ve třech dimenzích. Rozpínání bodů na povrchu balónku  má střed v další přidané dimenzi, uprostřed balónku samotného, když vezmeme do úvahy i třetí, výškovou dimenzi.

Na to, aby měl vesmír střed rozpínání analogicky nafukovanému balónku, by tedy musel být zakřivený v další, nepozorované prostorové dimenzi.

Nic z toho, co o vesmíru víme, to nenaznačuje. Z jiných a dnes už dobře ověřených experimentů víme, že je vesmír plochý, nezakřivený. Ani v nám neprozkoumatelné části tedy nejspíš nebude mít žádný střed.