Modely vesmíru

Modely vesmíru

V roku 1915 publikoval Albert Einstein (1879 - 1955) všeobecnú teóriu relativity, z nej vychádzajúci prvý model vesmíru uverejnil v roku 1917 holandský astronóm Wilhelm de Sitter (1872 - 1934). V roku 1922 publikuje ruský matematik a meteorológ Alexander Fridman (1888 - 1925) celú triedu riešení Einsteinových rovníc, v ktorých sa vzdialenosť medzi galaxiami aj priemerná hustota vesmíru menila s časom. Podľa hodnôt, ktoré nadobúdajú určité charakteristické veličiny, charakterizujúce rozpínanie vesmíru, modely predpovedajú, že vesmír sa bude buď navždy rozpínať alebo sa jeho dnešné rozpínanie časom zastaví a zmení sa na zmršťovanie. Na obrázku vpravo hore je znázornený polomer vesmíru R(t) ako funkcia času pre rôzne modely:

1. Vesmír uzatvorený, resp. pulzujúci (s eliptickou expanziou)
2. Plochý vesmír (parabolický)
3. Vesmír nekonečne sa rozpínajúci (hyperbolický)
4. Stacionárny vesmír (steady state universe) popisovaný nižšie;

q je deceleračný (spomaľovací) parameter, na diagrame sú uvedené jeho hodnoty pre rôzne modely.

Veľa významných astrofyzikov odvodilo v ďalších rokoch iné zaujímavé modely rozpínajúceho sa vesmíru (na obr. je dvojrozmerný model rozpínajúceho sa vesmíru) - zvlášť významný je prínos belgického kozmológa Georga Lemaitra (1894 - 1966). Spoločným rysom všetkých týchto modelov je počiatok času v ktorom sa hmota vesmíru nachádzala skondenzovaná v stave s nekonečnou hustotou a nekonečne malom objeme priestoru.

V roku 1946 Američan George Gamow (1904 - 1968) prišiel s myšlienkou  horúceho veľkého tresku  (Big Bang), podľa ktorej bol vesmír v prvých okamihoch existencie mimoriadne horúci, čo umožnilo vznik prvých prvkov z protónov a neutrónov, ktoré obsahoval ranný vesmír.

Obtiažna predstava počiatku času a aj nesúlad veku Zeme s nižším odhadom veku vesmíru viedli v roku 1948 Američanov Freda Hoyla (*1915) aThomasa Golda (*1920) k domnienke, že vesmír nemal počiatok v čase. Podľa tohto modelu - stacionárneho vesmíru (steady state), tvorba hmoty prebieha stále, takže pozorovateľ vidí ustálený obraz vesmíru.

Spor obidvoch predstáv vyriešil objav, ktorý urobili američania Arno Penzias (*1933) a Robert Wilson (*1938). V roku 1965 zistili, že v pásme centimetrových vĺn dopadá na našu Zem z celého kozmického priestoru rovnomerné slabé rádiové žiarenie, ktoré zodpovedá teplote necelých 3 K (-270°C). Tak bola potvrdená Gamowova hypotéza horúceho tresku.

Dnes už nikto nepochybuje o tom, že vesmír sa v čase vyvíja od horúceho ku chladnejšiemu stavu. 

Súčasné modely vesmíru, ktoré v mnohom ovplyvňuje práca anglického teoretického fyzika Stephena Hawkinga (*1942) zásadne vychádzajú z makrofyziky. Vzťahy pre singularitu (čas pred Big Bangom) vyplývajú z Einsteinových rovníc, hoci podporujú teóriu veľkého tresku (Big Bangu). Fyzikálne zákony, z ktorých bola singularita odvodená, neplatia v momente singularity (ako vidieť nie všetko je vo fyzike vyriešené). Hawkingova teória vývoja vesmíru prikladá najväčší význam gravitácii. Gravitácia ovplyvňuje všetko, čo sa pohybuje v priestore a čase.