Proč je v noci tma?

‚To je ale hloupá otázka!‘ Někdo by si mohl pomyslet. Slunce zapadlo, to je vše. No, odpověď zní opravdu rozumně, ale jako vždycky, je to všechno?“

Noci na Zemi jsou přirozeně tmavé. To je v pohodě. Můžeme spát nebo dělat jiné věci vhodné k tomu, abychom je dělali za tmy. Temná obloha nám také umožňuje dobře si prohlédnout velkolepý vesmír a přemýšlet, jak všechno vzniklo. Odpověď na otázku „Proč je noc tmavá?“ není tak jednoduchá jako „Protože slunce zapadlo“. Souvisí se vznikem vesmíru, jak ho známe. Není jednoduchá, ale je krásná.

Paradox

Pokud by byl vesmír statický, nekonečně rozsáhlý, věčný a naplněný nekonečným počtem hvězd, měla by obloha vždy zářit, když všechny hvězdy svítí. Světla hvězd by se šířila všemi směry a nakonec by se dotkla každého koutu vesmíru. Každé místo na povrchu každé planety, včetně naší Země, by se nakonec neustále vyhřívalo v záři hvězd. Noc by pak neměla být temná. Slovo „noc“ by pak mělo znamenat něco úplně jiného. To vše by byla pravda, jen kdyby skutečnost nebyla taková, jaká je a vždy byla: obloha je v noci tmavá. Proč? Tuto otázku si již dříve položil německý lékař-astronom v roce 1823 a problém se stal známý podle jeho jména jako „Olbersův paradox.“

Statický model vesmíru také navrhoval, že vesmír je homogenní. V obrovském měřítku by stejný počet hvězd vyplnil stejný objem vesmíru z libovolného místa. Představte si, že kdybychom podle tohoto modelu rozřezali vesmír na části nebo slupky, z nichž každá by měla tloušťku jednoho světelného roku a byla by od sebe vzdálena 1 miliardu světelných let (astronomicky daleko), ve slupkách vzdálenějších od pozorovatele by byl stále větší počet hvězd.

Světlo ze vzdálenějších slupek by bylo přirozeně slabší než světlo ze slupky nejblíže pozorovateli, ale ve vzdálenějších slupkách by bylo více hvězd. Pozorovatel by tedy viděl stejné množství světla ze slupky č. 2 jako ze slupky č. 1. Každá skořápka by přispívala jednotkou světla, což by v součtu znamenalo vše, co by pozorovatel mohl vidět. Při nekonečném počtu slupek by vše bylo oslnivě jasné.

Noci na Zemi by byly stejně jasné jako dny pouze v případě, že by byl správný předpoklad, že vesmír je prostorově a časově nekonečný a statický. Podle tohoto modelu by neexistoval ani počátek, ani konec vesmíru.

Vesmír je sice nekonečně rozsáhlý, ale není nekonečně starý. Existoval určitý časový okamžik, kdy vše vzniklo. Tato představa nakonec vysvětluje důvod, proč je noc tmavá.

Světlo se šíří rychle rychlostí přibližně 1080 milionů kilometrů za hodinu. Nic ve vesmíru nemůže letět rychleji než světlo. Světlu však stále trvá, než překoná obrovské vzdálenosti. Jedním z důvodů, proč je obloha v noci tmavá, je to, že od počátku se k nám některá světla vzdálených hvězd ještě nedostala, jak zdůvodnil Edgar Allan Poe v eseji Heuréka z roku 1848.

Pokud by posloupnost hvězd byla nekonečná, pak by nám pozadí oblohy představovalo rovnoměrnou svítivost, jakou vykazuje Galaxie – protože by v celém tom pozadí nemohl být naprosto žádný bod, na kterém by neexistovala hvězda. Jediným způsobem, jak bychom tedy za takového stavu věcí mohli pochopit prázdnoty, které naše dalekohledy nacházejí v nesčetných směrech, by bylo předpokládat, že vzdálenost neviditelného pozadí je tak obrovská, že k nám z něj dosud vůbec žádný paprsek nedosáhl. – Edgar Allan Poe, Eureka

Teorie velkého třesku a rozpínání vesmíru

Jsou věci, které statický model vesmíru nedokáže vysvětlit. Díky novým technologiím vědci a astronomové nacházejí stále více výmluvných důkazů, že vesmír není statický. Pozorování naznačují, že se vesmír rozpíná. A to velmi rychle. Něco muselo toto rozpínání dávno způsobit. Možná velká exploze? Poeův intuitivní pohled na vesmír s konečným stářím tuto spekulaci také podpořil, protože předpokládá, že má počátek. Vstupuje teorie velkého třesku.

Teorie velkého třesku říká, že vesmír byl v určitém okamžiku velmi horkým místem. Nejžhavějším místem ve vesmíru (duh!) Byl také velmi hustý. Pak došlo k třesku. Veškerá hmota v „kosmické prapolévce“, která vznikla krátce po třesku, začala chladnout. Hmota pak zkondenzovala a vytvořila subatomární částice, pak atomy – stavební kameny hvězd – a všechno ostatní.

Na počátku byl vesmír pravděpodobně velmi jasný, ale neprůhledný, protože volné elektrony nedovolovaly světlu cestovat tak daleko. Při ochlazování se vesmír stával stále průhlednějším. Současně se vesmír rozpínal. Vše uvnitř se začalo od sebe vzdalovat. Rozpínání bylo tak rychlé, že se světla hvězd a galaxií vzniklých dříve ve vesmíru roztahují. Tento jev se nazývá „kosmologický rudý posuv“. Termín „rudý posuv“ pochází ze skutečnosti, že když se vlnová délka světla při rozpínání vesmíru a jeho ochlazování protáhne, barva světla zčervená, protože se jeho vlnová délka prodlouží a spadne do infračervené oblasti, což způsobí pokles jeho energie po ochlazení vesmíru.

Když se díváme na hvězdy nebo galaxie, nahlížíme do jejich minulosti. Je to proto, že světlu trvá roky, než se od těchto objektů dostane k nám. Z kosmologického červeného posuvu vědci také zjistili, že čím dále je hvězda nebo galaxie od nás, tím rychleji se vzdaluje. Nejvzdálenější pozorovatelný nebeský objekt je viditelný pouze v infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Když Hubbleův teleskop pořídil snímek eXtrémně hlubokého pole (XDF), učinil tak pomocí infračervených senzorů a odhalil tak hvězdy a galaxie v nejvzdálenějších částech vesmíru, které můžeme pozorovat pomocí naší současné techniky.

Dalším důkazem, který podporuje teorii velkého třesku, je záření kosmického pozadí, které vědci nechtěně objevili v roce 1965 a které je pozůstatkem záření v podobě mikrovln a rádiových vln rozprostřených po celém vesmíru. Toto záření je tak rozprostřeno mnohem více než světla z nejvzdálenějších pozorovatelných hvězd a galaxií. Jejich vlnové délky jsou delší než vlny v infračervené oblasti. Záření kosmického pozadí je jinými slovy ochlazená verze záření uvolněného v době velkého třesku. Je to nejstarší pozorovatelné záření. Toto záření můžeme také považovat za snímek vesmíru v době, kdy došlo k velkému třesku, což bylo asi před 14 miliardami let.

Krátká odpověď na otázku „proč je v noci tma?“

Základní informace je, že naše noční obloha je tmavá, protože nevidíme světla vzdálených hvězd a galaxií, protože se od nás vzdalují tak rychle, že se jejich světla protahují a stávají se infračervenými světly. Ani všechna světla ze všech hvězd ve vesmíru k nám nakonec za našeho života nedorazí, jednoduše proto, že jsou příliš daleko. Ve skutečnosti je však celý „pozorovatelný vesmír“ současně osvětlen nejrůznějšími druhy záření, které jsou pro naše oči neviditelné, a přesto je plný zázraků, které čekají na své objevení.