Edwin Hubble · vesmír se rozpíná — a rozpínání je to nejzazší pravítko
Každá galaxie od nás uhání pryč, a čím je dál, tím rychleji. Tenhle jediný vzorec sahá až na okraj pozorovatelného vesmíru.
Hubbleův diagram rychlost–vzdálenost: rychlost, jakou se galaxie vzdaluje, roste přímo úměrně vzdálenosti. Sklon té přímky je H₀. Změř galaxii rudý posuv → máš rychlost → vyděl ji H₀ → máš vzdálenost.
Rudý posuv: absorpční čáry ve spektru galaxie jsou posunuté k delším vlnovým délkám. Poměrná velikost posunu dá rychlost vzdalování a Hubbleův zákon převede rychlost na vzdálenost.
Poté, co změřil pomocí cefeid spoustu galaxií, si Edwin Hubble všiml v jejich světle vzorce. Skoro každé galaxii bylo spektrum posunuté do červena — absorpční čáry se posunuly k delším, červenějším vlnovým délkám, přesně jako když se vzdalující sanitce sníží tón houkačky.
A co je ještě nápadnější: čím vzdálenější galaxie, tím silněji bylo její světlo posunuté. To vedlo k jedinému závěru: rozpíná se sám vesmír — galaxie neletí prostorem, ale natahuje se samotný prostor a roznáší je od sebe jako rozinky v kynoucí buchtě.
v = H₀ × d · rychlost vzdalování = Hubbleova konstanta × vzdálenost
A teď to otoč: změř galaxii rudý posuv (snadné, z libovolného spektra), vyděl ho H₀ (vykalibrovaným pomocí vzdáleností z cefeid) a máš její vzdálenost. Tohle funguje i pro galaxie miliardy světelných let daleko — mnohem dál, než by kdy šlo zahlédnout jedinou cefeidu. Nejvyšší příčka dosáhne až na okraj pozorovatelného vesmíru: 46 miliard světelných let.
H₀ se musí ocejchovat vzdálenostmi cefeid (6. příčka), které stojí na paralaxe (5. příčka), která stojí na 1 AU (4. příčka), která stojí na Keplerovi (3. příčka), který stojí na dvou druzích zatmění (2. příčka), které stojí na tyčce v Egyptě (1. příčka). Vyndej kteroukoli příčku a žebřík se zhroutí.
⚑ Předpoklady, na kterých to stálo
Rudý posuv způsobuje rozpínání vesmíru, ne něco jiného. Objevily se i jiné výklady — unavené světlo či exotická fyzika. Ucelený obraz, který dává obecná relativita, ale dělá z rozpínání drtivě převažující shodu.
Kosmologický princip: vesmír vypadá stejně do všech stran a odkudkoli. Kdyby byl vesmír hrudkovitý nebo měl vyznačené směry, byl by Hubbleův zákon místní náhodou. Novodobá pozorování ho ve velkých měřítkách potvrzují.
H₀ je všude v prostoru stejné. Zatím tu je vážný nevyřešený rozpor — Hubbleovo napětí — mezi H₀ změřeným z místního žebříku vzdáleností a H₀ odvozeným z reliktního záření. Liší se asi o 8–10 % a nikdo zatím neví proč.
Obecná relativita popisuje rozpínání vesmíru správně. Prošla každou pozorovací zkouškou, jenže fyzika temné energie — která zrychlující se rozpínání pohání — je téměř úplně neznámá.
✋ Zkus si to — natáhni duhu
Rudý posuv zní jako něco, co změří leda dalekohled na vrcholku hory. Obě jeho půlky přitom máš na kuchyňském stole.
Nejdřív rozlož světlo. Vezmi CD nebo DVD lesklou stranou nahoru a nakláněj ho pod lampou, dokud po něm neproběhne duha. Mikroskopické drážky disku dělají totéž co hranol v opravdovém spektrografu. A teď porovnej, co ti dají různé lampy:
Denní světlo z okna nebo stará žárovka s vláknem — hladký, nepřerušený pás, kde jedna barva plynule přechází do druhé.
Úsporná zářivka nebo zářivková trubice — tentýž pás, ale vyskočí z něj pár jasných proužků.
Oranžová pouliční lampa, jestli je nějaká venku — skoro celé světlo namačkané do jednoho úzkého proužku.
Proč na tom záleží: ty proužky jsou to, co to prozradí. Každý z nich dělá jeden určitý prvek a vždycky dopadne přesně na totéž místo — proužek sodíku je stejně oranžový v pouliční lampě, v plameni svíčky se solí i ve Slunci. Obyčejná duha žádné takové značky nenese, takže obyčejná duha ti o pohybu neřekne nic. Nemůžeš změřit posun něčeho, co nemá žádné čáry. Hubble mohl udělat to, co udělal, jenom proto, že světlo hvězd přichází nalinkované právě těmihle čarami.
A teď jednu natáhni. Vezmi širokou gumičku nebo proužek ustřižený z balonku a fixou na něj nakresli řadu čar — ne stejně daleko od sebe; obkresli vzor dole, nebo si vymysli vlastní. Podrž ji povolenou, podívej se, pak ji natáhni a podívej se znovu.
Co jsi právě udělal: tohle je rudý posuv a není to žádná metafora. Světlo ze vzdálené galaxie neletí vesmírem, který stojí — sám prostor se natahoval po celou tu dobu, co bylo světlo na cestě, a vlna se natahuje s ním, přesně jako značky na tvé gumičce. Delší vlny jsou červenější vlny. A všimni si toho, co dalo Hubbleovi jeho zákon zadarmo: značky, které byly na začátku dál od sebe, se posunuly dál. Natáhni to o desetinu a každá mezera se zvětší o desetinu. Proto je ta vzdálenější galaxie vždycky ta posunutější.
A poctivý háček: siréna sanitky na téhle stránce je dobrý první obrázek, ale přesně tohle to není. Siréna klesá na výšce proto, že se sanitka pohybuje skrz vzduch. Galaxie se většinou skrz nic nepohybují — jenom prostor mezi námi a jimi se prodlužuje. Tvoje gumička je z těch dvou lepší model, protože na ní nikam nic neběží. Natáhla se sama ta guma.
Kam to vede dál. Přetoč rozpínání dost daleko zpátky a všechno bylo blíž, hustší a teplejší — což zní, jako by to dokazovalo, že vesmír měl začátek. Samo o sobě to nedokazuje: rozpínající se vesmír vůbec bez začátku byl třicet let vážným soupeřem. Rozhodnou to až další dva důkazy.
Jak vesmír začal → — tři důkazy, co by každý z nich sám o sobě připouštěl, a kde je poctivá odpověď ta, že to nikdo neví.
⏳ Historická kotva
Když Hubble objevil rozpínající se vesmír…
📉V říjnu 1929 přišel krach na newyorské burze — v tomtéž roce, kdy Hubble zveřejnil svůj zákon! Miliony lidí ze dne na den přišly o všechny úspory a začala velká hospodářská krize.
🐭Mickey Mouse se poprvé objevil jen o rok dřív, v roce 1928, v kresleném filmu Parník Willie. Promluvil svá první slova a okamžitě se stal světoznámým.
🎬Mluvené filmy byly úplná novinka — Jazzový zpěvák (1927) právě dokázal, že film může mít zvuk. Předtím byly všechny filmy němé a v kině k nim naživo hrál klavírista!
👗Ženy nosily kloboučky cloche (jako zvonek stažený přes hlavu), krátce střižené vlasy a volné „flapper“ šaty. Muži nosili obleky se širokými rameny a širokými klopami a klobouky fedora.
🛩️Charles Lindbergh zrovna v roce 1927 přeletěl sám v maličkém letadle Atlantik — trvalo mu to 33 a půl hodiny. Když přistál v Paříži, čekalo tam 150 000 lidí. Celý svět slavil několik dní.
