Kozmológia a časticová fyzika

Ak sa pozeráte na oblohu, pozeráte sa naspäť v čase. Najbližšia hviezda k našej Slnečnej sústave, Proxima Centauri, je vzdialená 4,3 svetelného roka. To znamená, že jej svetlu trvá 4,3 roka, kým doletí k nám, inými slovami my vidíme hviezdu ako bola pred 4,3 roka. Naša najbližšia špirálová galaxia, Andromeda, je vzdialená dva milióny svetelných rokov. Svetlo opustilo Andromedu dávno pred tým, ako sa na Zemi vyvinul človek.

Andromeda, jedna zo štyroch najbližších galaxií.

Niektoré objekty, nazývané kvazary, na hranici známeho Vesmíru, sú vzdialené o viac ako 10 tisíc miliónov svetelných rokov. Svetlo z nich letí viac ako dvakrát dlhšie ako existuje naša Slnečná sústava. Pozerať na ne je ako pozerať späť k počiatku samotného času. Štúdium vzdialených oblastí Vesmíru nám umožňuje zistiť aký bol Vesmír, keď bol oveľa mladší ako je dnes, samotné kvazary nás privedú späť do asi dvoch tretín cesty k zrodu Vesmíru.

Pomocou snímkov hlbokého Vesmíru, získaných Hubblovým teleskopom, boli vedci schopní nazrieť späť – jednu miliardu rokov po zrode Vesmíru. Galaxie na obrázkoch sú práve zrodené a hviezdy práve začínajú horieť.

Môžeme teda poznávať raný Vesmír bez toho, aby sme preto museli opustiť pohodlie našej Slnečnej sústavy. Aby sa vedci dostali ešte ďalej, do zlomkov sekundy po veľkom tresku, využívajú urýchľovače častíc na zemi v laboratóriách ako CERN.

Uvedomte si, že dnešný Vesmír je veľmi studené miesto, väčšinou iba 3 stupne nad absolútnou nulou (3 Kelviny). Je to okolo 270 stupňov pod bodom mrazu, ale skutočne prekvapujúca vec je nie to, že Vesmír je taký chladný, ale že je taký horúci! Prečo nemá teplotu absolútnej nuly?

Kozmos nemá teplou absolútnej nuly, pretože ešte stále chladne od veľkého tresku. Reliktové žiarenie s teplotou 3 Kelviny je ako ranné žiarenie tlejúcich uhlíkov ohňa minulej noci. Naviac, vždy, keď nazeráme do kozmu, vidíme vzdialené galaxie, ako sa od nás vzďaľujú. To nám hovorí, že raz boli všetky oveľa bližšie k sebe. Skutočnosť, že kdekoľvek sa pozrieme, vidíme žiarenie s teplotou presne 3 Kelviny, tiež napovedá, že rôzne časti Vesmíru majú rovnaký počiatok. Takúto rovnomernosť by bolo ťažké vysvetliť iným spôsobom.

Keď sa v CERNe zrážajú vo vnútri urýchľovačov maličké častice, je to nahustenie energie do veľmi malého priestoru, a keď sa nahustí energia, teplota vzrastie. Predstavte si, čo sa stane ak pumpujete dušu na bicykli – s nahusťovaním vzduchu sa pumpa nahrieva. V CERNe je objem oveľa menší a teplota oveľa vyššia. Oveľa, oveľa vyššia. Zrážky, ktoré sú nahraté na tomto CD prebiehajú pri teplote 1015 K, čo je 100-miliónkrát viac ako je teplota na povrchu Slnka a je to teplota Vesmíru, keď jeho vek bol 10-10 sekúnd. Takže študovať tieto zrážky je také ako študovať Vesmír hneď po jeho zrode.

Štúdium vysokoenergetických zrážok častíc je jediným spôsobom ako môžeme poznať Vesmír, keď bol mladší ako 300 000 rokov. Ak by aj teleskopy mohli nazrieť tak ďaleko do kozmu, nevideli by nič, pretože dovtedy bol celý Vesmír nepriehľadný. Vesmír bol ešte naplnený nabitými časticami, ktoré neustále absorbovali a re-emitovali svetlo. Iba pred 300 000 rokmi sa Vesmír dostatočne ochladil na to, aby všetky elektróny a jadrá sa spolu mohli viazať do atómov. Keď sa toto stalo, svetlo sa už mohlo voľne šíriť a Vesmír sa stal priehľadným.