Odlesk jedné z prvních vesmírných explozí  
Sonda Swift zaregistrovala matné záření exploze, která by podle odhadů měla náležet supernově vzdálenější než všechny doposud známé vesmírné objekty.

 

Zvětšit obrázek
Gamma záblesk GRB 090429B. Velké rozlišení zde. Kredit: Gemini Observatory /AURA / Levan, Tanvir, Cucchiara

O vzdálenosti a tedy i stáří vesmírných objektů nás informuje světlo, které od nich k Zemi po tisíce až miliardy let putovalo rozpínajícím se prostorem, což se vepsalo do jeho vlnové délky. Protože zdánlivá (pozorovaná) zářivost zdroje klesá se čtvercem vzdálenosti, i ty nejjasnější objekty a nejenergetičtější jevy z dob vesmírného mládí registrujeme jenom pomocí těch nejlepších přístrojů a softwaru dobývajícího ze šumu mlhavé obrazy.


Vesmírné dálky nám pomáhá monitorovat rota kosmických dalekohledů obíhajících Zemi a Slunce nad rušivou vrstvou atmosféry, která některé složky elektromagnetického záření pohlcuje. Mezi ně patří i sonda Swift vypuštěná v roce 2004 americkou kosmickou agenturou NASA. Oko jejího teleskopu je napojené na detektory rentgenového, ultrafialového i viditelného světla a mezi její hlavní úkoly patří monitorování sice krátkých, ale nejintensivnějších světelných jevů, které vesmírné jeviště nabízí - záblesků gama záření, v literatuře označené zkratkou GRB - gamma-ray bursts. Co do počtu nejsou nijak výjimečné, astronomické přístroje denně nějaký ten gama záblesk zaregistrují. Unikátní je na nich to, že jsou odleskem doslova katastrofických událostí, při nichž se uvolnilo nepředstavitelné množství energie. Mnohé z nyní pozorovaných GRB se zrodily v období raného vesmíru při gigantických explozích těch nejhmotnějších hvězd první generace. I dnes, po miliardách let, toto „pradávné“ světlo zanechává slabou stopu na záznamech CCD kamer rentgenových teleskopů.
Taková se 29. dubna 2009 objevila i v detektoru sondy Swift – nadějný gama záblesk, který rychle, v průběhu několika hodin pohasl a byl vystřídán slabším rentgenovým signálem vysílaným stejným zdrojem. Již první analýzy červeného posuvu (výsledné z ≈ 9,36) naznačily, že jde o světelné poselství velmi časoprostorově vzdálené události a tak se do podrobnějších měření zapojily další pozemské teleskopy a do výpočtů pustil velký, 35členný mezinárodní tým. Podle výsledků zveřejněných v letošním květnu se jedná o časem „vybledlý“ snímek mohutné exploze supernovy, jež před více než 13 miliardami let rozmetala vrchní vrstvy velké hvězdy s původní hmotností 30 až 40 Sluncí. Stalo se to přibližně 520 milionů let po Big Bangu, kdy věk vesmíru představoval jenom 4 procenta jeho dnešního stáří a jeho velikost byla jenom 10%. Objektu, nebo spíše katastrofické události, která gama paprsky vyzářila, bylo podle pravidel astronomické nomenklatury přiřazeno kód připomínající označení GRB 090429B. Podle odhadů astronomů by se to, co po této dávné megaexplozi zbylo – a jestli šlo o superhmotnou hvězdu, pak je to černá díra – mělo v naší současnosti nacházet ve vzdálenosti okolo třiceti miliard světelných let.

Zvětšit obrázek
Gamma záblesk GRB090429B pořízen rentgenovou sondou Swift. Velké rozlišení zde. Kredit: NASA / Swift / Stefan Immler

 

Obrovskou časoprostorovou vzdálenost vepsanou do fyzikálních charakteristik záření však nelze určit zcela přesně a také v případě záblesku GRB090429B analýzy „jen“ z 90% pravděpodobností stanovují červený posuv do rozmezí 9,06 < z < 9,52. Z toho ale také vyplývá, že jenom stěží bude možné rozhodnout, který ze současně známých objektů s podobnými parametry červeného posuvu je tím nejvzdálenějším. GRB090429B má na toto prvenství asi 23% šanci. V lednu letošního roku jiný mezinárodní tým v časopisu Nature zveřejnil objev nejvzdálenější galaxie, o níž předpokládá že zářila již 480 milionů let po Big Bangu. I v tomto případě míra nejistoty připouští soupeření o prvenství s jinými objekty. Ale v konečném důsledku na tom nezáleží, když si uvědomíme, že zachytíme jen malý zlomek informací prohánějících se v podobě elektromagnetických vln vesmírem. Důležité je, že ne tak dávno jsme zkrátili jeho věk z asi 15 miliard na 13,7 miliardy let a přibývající objevy dokazují, že počáteční etapy jeho vývoje byly velmi dynamické. Asi 380 tisíc let po velkém třesku se vytvořily první neutrální atomy a prostor se stal pro záření průhledným. A dnes k nám přilétají fotony informující o hvězdách, které o půl miliardy let později již „umíraly“.

 


Odkaz na originální odborný článek.

 

Video: Animace znázorňující představu o vzniku intenzivního záblesku gama GRB090429B. Mělo by jít o gigantické výtrysky vysoce energetického záření šířícího se podél rotační osy přes vnější explodující vrstvy dávné supernovy. Po prvním intenzivním gama výtrysku následovala rentgenová emise ve formě širšího a měně energetického, ale déle trvajícího paprsku. Kredit: NASA/Swift/Cruz deWilde

 

 

 

Video: 29. dubna 2009 americká sonda Swift, mapující oblohu v rentgenové, infračervené i viditelné oblasti spektra zaznamenala záblesk gama záření, který dnes označujeme jako GRB090429B. Následoval ho delší a slabší, pomalu pohasínající rentgenový dosvit. Již primární údaje dávaly astronomům tušit, že jde o obraz velmi vzdáleného objektu a analýzy připouštějí možnost, že je tím nejvzdálenějším, jaký jsme doposud zaregistrovali. Na následujícím videu je tisková beseda s úvodní prezentací výsledků v podaní Antonina Cucchiary z University of California v Berkeley, která se konala 25. května 2011 v Bostonu, v rámci 218. setkání Americké astronomické společnosti.


 

 


Zdroje: Smithsonian Astrophysical Observatory News, Pennsylvania State University  News, University of California Santa Cruz

Datum: 19.07.2011 14:53
Tisk článku

Komplementární myšlení Nielse Bohra v kontextu fyziky, filosofie a biologie - Grygar Filip
 
 
cena původní: 439 Kč
cena: 369 Kč
Komplementární myšlení Nielse Bohra v kontextu fyziky, filosofie a biologie
Grygar Filip
Související články:

Dešifrovali sme posolstvo supernovy z raného vesmíru     Autor: Dagmar Gregorová (30.10.2009)



Diskuze:

ISP

Jiri Novak,2011-07-22 07:17:25

Pokud dovedeme rozpinani vesmiru do extremu je pravda ze v nasem kruhu "pozorovatelna cast vesmiru" zestane jen nase galaxie? Jak dlouho to bude trvat?

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2011-07-22 10:55:06

pokusim se odpovedet alespon castecne - Mlecna draha je soucasti mistni skupiny galaxii, kde jsou s galaxii v Andromede temi nejvetsimi a podle vypoctu se k sobe priblizuji a za nějaké ty miliardy let (Wikipedia uvadi 4,5 mld) by melo dojit k jejich vzajemne kolizi. Ale i jine galaxie v mistni kupe jsou gravitacne svazane, pak jsou soucasti nadkupy, takze nez se velmi vzdalene objekty zacnou ztracet z dohledu, pravdepodobne cele vesmirne okoli se nejak zmeni a je otazkou, co pak bude "nase galaxie".
Jak rychle se vse vzdalenejsi nez gravitacne dostatecne propojene vesmirne objekty "ztrati" za horizontem viditelnosti, na to Vam asi stezi presne nekdo odpovi, to zavisi od Hubblovy konstanty a jeji zmeny v case, tedy od zrychlovani rozpinani... ale dal by se ziskat alespon zakladni "dojem" nejakym prikladem, ktery lze vypocist, napriklad za jak dlouho se za horizont dostane objekt vzdaleny napr. milardu sv. let pri soucasne odhadovane hodnote Hubblovy konstanty cca 71 km/s na megaparsek (H0).
Z tohoto udaje pak vyplyva velikost viditelneho vesmiru: c/H0 x 3 262 000 je prave 13,78 miliard svetelnych let. Ale to neni "cely vesmir". A vsimnete si, kdyz zvetsite rychlost rozpinani, tedy hodnotu Hubblovy konstanty, veditelny vesmir se vam scvrkne - jen z mensiho prostoru ma svetlo moznost k vam doletet.

Odpovědět

nice1

Mr Magnifico,2011-07-21 14:45:35

Diky za odkaz na vyborny clanek! jen mne napada takova otazka, bude-li rozpinani vesmiru rust nadale rostouci rychlosti, nepovede to nakonec k roztrhani veskere hmoty ve vesmiru? Chapu, ze pro nas je zatim rozpinani zanedbatelne, to ale prave kvuli ostatnim silam ve vesmiru (napr. gravitacni sile) ovsem jednoho vzdaleneho dne by se teoreticky mohl vesmir rozpinat takovou rychlosti, ze by to mohlo mit primy vliv na hmotu, neznam matematicky aparat OTR (rad si ho nasatuduji), neni mozne vypocitat kritickou rychlost rozpinani, ktera ma primy vliv na hmotu? nejake synteza OTR a STR? popripade malych a velkych skal?

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2011-07-21 16:44:24

Nevím, jestli se strefím do správné odpovědi, ale akceleraci rozpínání způsobuje temná energie. A ta by prý měla být na jednotku objemu (hustota) konstantní. Její projev je tím větší, čím je větší prostor (a vzdálenost). V našich podmínkách - v našich dimenzích - je její působení obrazně řečeno nula celá nula nic. Čili neporovnatelné s působením známých fyzikálních interakcí. A ani by se na tom nic nemělo v budoucnu měnit.
Ale jak toto píši, tak mě napadá, že přece jenom lze Vaší otázku dotáhnout - jestli se zachovává hustota temné energie (množství na jednotku objemu), pak by zrychlení rozpínaní mělo být stále stejné... a s tím bych si již tak jistá nebyla. Takže ... ??? :)

Odpovědět

Priestor

Milan Závodný,2011-07-21 08:36:29

Mám pocit, že v týchto úvahách sa nám priestor začal správať tak trocha ako niekdajší éter. Ale asi to už tak bude - určujúcim faktorom bude nie hmota či žiarenie, ale priestor. Dá sa povedať, že sme v akejsi čiernej diere, a stále čiernejšej, Einsteinova špeciálna relativita nás nezachráni pred trvalým únikom informácii. Počas inflácie vznikol nevedno ako veľký priestor, ktorý sa navyše non-stop zväčšuje zrýchlene. Podľa najnovších pozorovaní kdesi za obzorom pôsobia atraktory, pretože niektoré časti pozorovaného vesmíru vykazujú organizovaný pohyb jedným smerom. Ale tie atraktory môžu byť proste zhluky hmoty za horizontom. Ak vytvoríme gravitačný ďalekohľad, uvidíme i tie. Chce to ale popísať gravitáciu. Strunoví teoretici vraj pre ňu majú vzorce, ale strunová teória je od praktického využitia ešte poriadne ďaleko.

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-21 12:33:46

osobně si myslím, že řešení gravitace je jednoduché až extrémně jednoduché. Již dříve jsem popisoval gravitaci jako funkci hustoty struktury vakua, tedy že částice jsou unášeny vlivem rotace nábojových párů pole ve směru gradientu hustoty struktury vakua. Toto samotné ovšem nevysvětluje silové účinky. Zde je vhodné si uvědomit význam tlaku vakua, tedy stlačení struktury vakua a co se stane vytěsněním struktury vakua o vyšším stlačení do oblasti s nižším stlačením, tedy vyrovnáví tlaku s dynamickým účinkem na strukturu vakua se silovou výslednicí ve směru gradientu hustoty struktury vakua. Je zřejmé, že silový účinek gravitace je úměrný výšce sloupce struktury vakua ve směru poklesu hustoty, nicméně se dá předpokládat mezní efektivní objem. Jde tedy o aplikaci zákona zachování hybnosti. Pochopitelně by tento model vysvětloval divoké chování gravitace na okrajích vesmíru v oblastech záporného tlaku či případných porušení kontinuity struktury vakua.

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-21 12:45:24

mimochodem v tomto modelu není problém zdůvodnit absenci či existenci klidové hmotnosti částic.

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-21 13:05:42

trochu přesněji: osobně si myslím, že řešení gravitace je jednoduché až extrémně jednoduché. Již dříve jsem popisoval gravitaci jako funkci gradientu hustoty struktury vakua, tedy že částice jsou unášeny vlivem rotace nábojových párů pole ve směru gradientu hustoty struktury vakua. Toto samotné ovšem nevysvětluje silové účinky. Zde je vhodné si uvědomit význam tlaku vakua, tedy stlačení struktury vakua a co se stane vytěsněním struktury vakua o vyšším stlačení do oblasti s nižším stlačením vyvolaném vlastním posunem částice pro tento případ uvažované jako nestlačitelné, tedy vyrovnání tlaku s dynamickým účinkem na strukturu vakua se silovou výslednicí ve směru gradientu hustoty struktury vakua. Je zřejmé, že silový účinek gravitace je úměrný gradientu hustoty struktury vakua ale i výšce sloupce struktury vakua ve směru poklesu hustoty, nicméně se dá předpokládat mezní efektivní objem, který zasahuje do děje. Jde tedy o aplikaci zákona zachování hybnosti. Pochopitelně by tento model vysvětloval divoké chování gravitace na okrajích vesmíru v oblastech záporného tlaku či případných porušení kontinuity struktury vakua.

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-21 20:27:53

nízké hodnoty frekvence šumového pozadí při měřeních na GEO 600 by mohly být projevem tohoto mechanismu.

Odpovědět

článek týdne :P

Lukáš Píše,2011-07-21 07:20:41

Diskuze - nediskuze tentokrát tu není hádavý blázen, ale odpovědi pana Brože a paní Gregorové brilantní by vydaly na další dva články ...člověk se srozumitelnou formou dovídá spoustu věcí :)

Odpovědět

David Brazina,2011-07-20 16:23:31

presne tak. jinak doporucuji alexe vilenkina, mnoho svetu v jednom. asi tonejlepsi cojsem kdy cetl.

Odpovědět

David Brazina,2011-07-20 16:21:32

jinak je velmi zajimava otazka je, co je za tim co nevidime? je to opravdu tak jak v nasem znamem okoli? polomer vesmiru se odhaduje na nejakych 40 mil svetelnych let, mi vidime neco kolem 12 mld let. co ten zbytek :)

Odpovědět

David Brazina,2011-07-20 16:19:35

zapomel jste na to ze se ten zaric musi pohybovat smerem od pozorovatele.

Odpovědět

Rozpínanie vesmíru

Robo Boh,2011-07-20 16:02:15

Veľmi ma zaujal jednoducho napísaný článok Clanek-Vesmir.pdf spomenutý Dagmar Gregorovou. Snažím sa pochopiť rozpínaniu vesmíru (priestoru), ale mám problém pochopiť, prečo na niektoré veci rozpínanie vplýva a iné nie. V uvedenom článku bolo naznačené, že výsledok rozpínania zavisí od rôznych síl. A s tým mám problém.
Napriklad vlnová dĺžka žiarenia sa zväčšuje, pretože žiarenie sa šíri v rozpínanom vesmíre a vlnenie
žiarenia sa proste natiahne. To chápem. Ale prečo sa hmota nerozpína s priestorom? Dobre, sú tam gravitačné a iné sily, ktoré to držia pohromade. Ale aj tak, rozpínanie natiahne žiarenie a hmotu nie? Ide o to, že ak sa žiarenie šíri z bodu A do bodu B, tak rozpínanie nespôsobí len to, že sa body A a B od seba vzdiaľujú, ale že sa natiahne aj vlnová dĺžka žiarenia.
Neviem presne formulovať čo ma tak strašne zaráža.
Asi to, že rozpínanie zmení vlastnosti žiarenia ale hmoty nie.
Skusim ešte teoretický pokus.
Majme superdlhú rúrku, dlhú niekľko Gyr, aby sme nemuseli čakať miliardy rokov:). Na začiatku rúrky je zroj žiarenia a na konci detektor.
Zdroj začne vysielať žiarenie, ktore sa šíri vo vnútri rúrky až dopadne na detektor.
Počas širenia žiarenia sa samozrjeme rozpína vesmír. Rúrka by sa nemala natiahnut, lebo ju držia pohromade kadejaké sily. Predpokladám že ani vlnová dĺžka žiarenia sa nezmení, pretože zdroj aj detektor žiarenia budu pripevnené na rúrke. Ak by však boli zdroj a detektor položené voľne pri rúrke, tak by sa stalo to, že kým by žiarenie došlo od zdroja k detektoru, tak by sa zroj aj detektor vzdialil od rúrky vplyvom rozpínania vesmíru. Chápem to správne?
Pekne ďakujem za odpoveď.

Odpovědět

Na rozpínání vesmíru jsem zapomněl

Václav Čermák,2011-07-20 12:48:26

... teď už mi to přijde logické. Děkuji za dovysvětlení.

Odpovědět

P.Brož

Milan Závodný,2011-07-20 10:13:35

Počujem prvý raz, že by relativita v globále mala mať iné parametre než v lokále. Posun vlnovej dĺžky nebude mať za následok nič iné, než rozptyl energie vo väčšom priestore a čase, súčet bude rovnaký. Pojmy ako "teraz" naprieč celým vesmírom nemajú zmysel, keďže informácia sa nijako nemôže preniesť priestorom "teraz". Ak chceme vidieť svetlo objektov vzdialených vďaka rozpínaniu za métou 13,7mld, musíme si pár desiatok miliárd rokov počkať, ono k nám doletí, keďže naša vzájomná rýchlosť "teraz" nijako c neprekročí.

Odpovědět


mám dotaz

Lukáš Moravec,2011-07-20 12:11:34

k tomu vzdalování se a "doletění" světla k nám...není to tak, že pokud ležíme na "opačné" straně rozpínání než objekty za zmíněným horizontem, může se stát, že k nám skutečně to světlo nedoletí? Vždyť platí-li to, že se rychlost rozpínání zvyšuje, mohlo by to pro některé objekty platit...naopak světlo, které vyzařují objekty za horizontem ve stejném směru rozpínání - bychom teoreticky mohli "dohnat"...
Prosím o odpověď...možná mám chybnou představu...díky moc
Lukáš Moravec

Odpovědět


pre p. Závodného

Dagmar Gregorova,2011-07-20 12:31:35

píšete:
"Ak chceme vidieť svetlo objektov vzdialených vďaka rozpínaniu za métou 13,7mld, musíme si pár desiatok miliárd rokov počkať, ono k nám doletí, keďže naša vzájomná rýchlosť "teraz" nijako c neprekročí..."

Ale v tom sa VEĽMI, naozaj veľmi mýlite a opak je pravdou. Domyslite dôsledky Hubblovho zákona pre veľké vzdialenosti. Rozpínanie, navyše zrýchlené, spôsobí, že aj objekty, ktoré v súčasnosti ešte vidíme, budúcim generáciám zmiznú z dohľadu. Pretože rozpínajúci sa priestor MôŽE dve telesá od seba navzájom unášať rýchlosťou väčšou, než je rýchlosť svetla! Len rýchlosť vlastného pohybu telesa ju nemôže prekročiť.

Odpovědět


pro pana Moravce

Dagmar Gregorova,2011-07-20 12:50:04

snažila jsem se pochopit Vaši představu, z níž vyplývá dotaz:
"...naopak světlo, které vyzařují objekty za horizontem ve stejném směru rozpínání - bychom teoreticky mohli "dohnat"..."

Nevím, jestli jsem pochopila, ale asi si to představujete jako rozpínající se balónek, což je trochu nesprávné přirovnání. Ale nevadí - představte si dva PROTILEHLÉ body na tom balonku, který se nafukuje a jeden září. Kterou stranou chcete to světlo dobíhat?
Ale než se hrát s balónky nabízím mnohem lepší, téměř kulinářskou představu - gigantické kynuté těsto s pravidelně rozmíchanými rozinkami a to kyne a kyne jak v pohádce Pekařův císař. Každá rozinka se od každé oddaluje a oddaluje a to čím se prostor mezi nimi zvětšuje, tak stále rychleji a rychleji... A to by platilo i pro v čase neměnnou Hubblovu konstantu, tedy kdyby nedocházelo k urychlování rozpínání prostoru. To tento efekt jenom zvýrazňuje. V daném krátkém časovém úseku ale nehraje velkou roli.

Odpovědět


Roman Rodak,2011-07-20 13:31:32

nejde náhodou o to, že galaxie sa od seba nevzďaľujú pohybom, ale tým, že priestor medzi nimi sa zväčší? pokiaľ viem tak v teórii relativity, ani u newtona sa nespomína žiadny "vlastný pohyba telesa", vždy je len pohyb niečoho voči niečomu.

Odpovědět


díky za přiblížení

Lukáš Moravec,2011-07-20 15:17:39

já úplně zapomněl na ten balónek, který se objevuje už jako příklad v Hawkingovi....tam se objekty od sebe vzdalují - všechny...každý jiným směrem, proto byla moje úvaha špatná...to s tím těstem je vlastně také dobrý příklad....
ještě jednou díky...

Odpovědět


pre Roman Rodak

Dagmar Gregorova,2011-07-21 10:11:41

to rozpínanie priestoru síce vzďaľuje galaxie od seba, ale dostatočné gravitačné pôsobenie môže lokálne zapríčiniť, že sa budú tie dostatočne blízke k sebe priťahovať a prípadne zrážať, čo vôbec vo vesmíre nie je zriedkavosťou. Naša Mliečna dráha má na seba gravitačne naviazaných niekoľko satelitných malých galaxií (napríklad Magellanove oblaky), ktoré vďaka gravitácii nie sú rozpínajúcim sa priestorom unášané preč, ale v ňom "plávajú" proti rozpínaniu, viazané gravitačnou interakciou. Vlastný pohyb telesa je ten, ktorý vznikol a trvá pôsobením energie - rotácie, pohyby po obežných dráhach, let rakiet, jazda auta, naša chôdza, to všetko sú "vlastné" pohyby telies.

Odpovědět


Paní Gregorová, Einsteina by z vašich "rozumů

James Bond,2011-10-03 00:02:14

asi kleplo. Vy popíráte jeho STR! I rozpínání vesmíru nadsvětelnou rychlostí neznamená, že se světlo nebude šířit kdekoliv kontinuálně svou rychlostí světla! To světlo, co by teoreticky přišlo na protilehlý okraj vesmíru, by mohlo mít už hodně nízkou frekvenci a obraz by byl samozřemě poplatný relaci času, ale nemohl by zmizet proto, že by "nedohonil to rozpínání"! Takto nerozumí STR všichni další, kdo usuzují, že vesmír nevidíme jako sférický prý proto, že k nám světlo ještě nedorazilo! Někteří "vědci" vypouští ze svých úst kachny!

Odpovědět


Koukám že i pan Brož se "vyznamenal"

James Bond,2011-10-03 00:18:30

Hle, ti "nejjistější v kramflecích" o své kramfleky přišli! Také mne napadají "císařovy šaty..."

Odpovědět

oblíbený článek - doporučuji

Dagmar Gregorova,2011-07-20 00:36:45

v diskuzích na téma rozpínání vesmíru si vždy vzpomenu na podle mně výborně napsaný článek Jiřího Jersáka, který publikoval v r. 2008 ve Vesmíru:
http://tpe.physik.rwth-aachen.de/jersak/Clanek-Vesmir.pdf

Odpovědět

není to chyba

Pavel Brož,2011-07-19 23:20:42

Vesmír se během své existence rozpíná (navíc rychlost jeho rozpínání se s časem docela netriviálně měnila). Objekty, které byly v době svého vzniku dostatečně daleko, jsou už dnes natolik daleko, že světlo, které vysílají dnes (pokud nějaké ještě vysílají) už k nám nikdy nedoletí, protože dnes už se od nás tyto objekty vzdalují nadsvětelnou rychlostí.

Aby nevznikla mýlka, nneí to spor s teorií relativity, ta nadsvětelná rychlost. Nadsvětelná rychlost je z hlediska teorie relativity nepřípustná pouze "lokálně", vůči dané lokální inerciální soustavě souřadnic. V kosmologických měřítcích je vše ale poněkud jinak - jednak striktně vzato neexistuje globální inerciální soustava, která by byla použitelná na celý vesmír (podobně jako neexistuje jediná úhly a plochy zachovávající mapa, která by s dostatečnou přesností pokryla celou zeměkouli). To je dáno právě tím rozpínáním vesmíru. Místo globální inerciální soustavy, s jakou se pracuje ve speciální teorii relativity, musíme vystačit s "lokálními mapami", tj. s lokálními inerciálními soustavami. V nich omezení rychlosti na maximálně světelnou stále platí, globálně ovšem ne.

Globální geometrie vesmíru přináší na kosmologických škálách další fyzikální "anomálie" - tak např. globálně neplatí zákon zachování energie, což se projevuje např. tím, že putující světlo v důsledku rozpínání vesmíru ztrácí svou energii v důsledku prodlužování vlnové délky. Jde opět jen a jen o globální jev, lokálně samozřejmě zákon zachování energie stále platí, a perpetuum mobile využívající globální nezachování energie asi zcela určitě nikdo nepostaví.

Odpovědět


Karel Š,2011-07-20 00:22:41

O tom že neexistuje globální inerciální soustava by se dalo polemizovat, reliktní záření nám jednu takovou relativně spolehlivou poskytuje a všechny známé galaxie se zdají být vůči ní relativně v klidu, přinejmenším jsem ještě neslyšel o proudech galaxií které by se vůči ní pohybovaly rychlostmi blízkými rychlostem světla, což by při skutečné neexistenci globálního "pevného bodu" mělo být docela normální.
Prostor sám o sobě samozřejmě žádnou preferenci nemá, takže si v něm klidně můžeme vytyčit inerciální soustavu která se vůči Zemi pohybuje rychlostí třeba 98% c a pokud v ní budeme podnikat experimenty, zjistíme že vše probíhá zcela normálně, včetně rozpínání okolního prostoru. Jediná podezřelá věc bude, že se vůči ní prakticky všechna pozorovatelná hmota bude pohybovat rychlostí blízkou rychlosti světla víceméně jedním směrem.

Odpovědět


nemáte bohužel pravdu

Pavel Brož,2011-07-20 12:43:00

Vesmír se nerozpíná konstantní rychlostí (a nejde jen o nedávno objevené zrychlené rozpínání, rychlost rozpínání vesmíru je totiž ve všech kosmologických modelech více či méně komplikovanou funkcí času). Takže dostatečně vzdálené galaxie se vůči té naší pohybují zrychleně. Do cca poloviny věku našeho vesmíru se rozpínání zpomalovalo, od určité doby převládlo zrychlování expanze, každopádně nikdy to nebyl trvalý rovnoměrně přímočarý pohyb. Takže jakápak globální inerciální soustava?

(Pro nefyziky jenom upřesňuji, že inerciální soustava je definována jako soustava, ve které platí první Newtonův zákon, tj. v níž se těleso, na nějž nepůsobí žádná vnější síla, pohybuje rovnoměrně přímočaře. Z této definice automaticky plyne, že ve skutečnosti jakmile existuje jedna inerciální soustava, existuje jich pak automaticky nekonečně mnoho, všechny se vůči sobě pohybují rovnoměrně přímočaře. Naopak žádné dvě inerciální soustavy se vůči sobě nemohou pohybovat zrychleně, tzn. že kdyby naše inerciální soustava spojená s naší Galaxií měla být globální inerciální soustavou, tak by žádná ze soustav spojených s kteroukoliv ze vzdálených galaxií inerciální být nemohla, protože tyto galaxie se vůči nám pohybují zrychleně.)

Reliktní záření a stejně tak i reliktní neutrina jsou jevy svou podstatou svázané k místu a době jeho vzniku. V době, kdy např. vznikala reliktní neutrina, tak měl vesmír odpovídající hustotu. Ta se mohla měnit místo od místa, nicméně podle současných představ se vychází z toho, že byla až na malé fluktuace všude přibližně stejná (tato přibližná stejnost kauzálně nesouvisejících oblastí vesmíru se vysvětluje pomocí inflačních mechanismů). Podle současných modelů je naše vesmírná bublina zrozená inflací neskonale větší (o velice hodně řádů), než je maximálně pozorovatelná oblast, kterou kdy můžeme vidět. Z toho a z faktu rozpínání vesmíru pak nutně vyplývá, že vzdálené oblasti se vzdalují nadsvětelnou rychlostí. Tyto oblasti jsou pro nás kauzálně nedostupné, nikdy z nich neuvidíme žádné světlo či jiné záření.

Rozpínání vesmíru se dříve často ilustrovalo na nafukování balónku, kdy se tečky nakreslené na jeho povrchu od sebe navzájem vzdalovaly, přičemž žádná z nich neměla privilegované postavení. Osobně tuto představu balónku nemám rád, protože sugeruje, že náš vesmír má tvar jakéhosi kulového povrchu, z čehož by vyplývala i zakřivená geometrie. Geometrie vesmíru je ale s obrovskou přesností rovinná (což je kromě homogenity hustoty hmoty ve vesmíru další z argumentů pro inflační teorie, tj. pro teorie, které předpokládají pro první zlomky sekundy exponenciálně rychlé rozpínání vesmíru, kdy se velikost vesmíru zvětšila deset na třicátou krát či ještě mnohem více). Z toho důvodu je mnohem adekvátnější představa vesmíru jako obrovské rozpínající se gumové blány či olejové skvrny - pokud si námi maximálně pozorovatelnou oblast vesmíru představíme jako cca metr velikou kruhovou část na této olejové skvrně, stáří vesmíru (13,7 miliard let) přirovnáme k cca jedné hodině, vychází nám rychlost světla jako cca půl metru za hodinu (protože za stáří vesmíru k nám akorát tak dorazí právě tou rychlostí světla informace z kraje toho kruhu. Zdůrazňuji, že velikost celé té olejové skvrny může být nesrovnatelně větší, než ten metrový kruh, který pozorujeme, pro jednoduchost ji můžeme brát jako nekonečně velikou.

Pokud se celá ta skvrna rozpíná a pokud nechceme tvrdit, že právě střed toho našeho metrového kruhu na ní je nějakým privilegovaným pupkem vesmíru, tak v kterékoliv jiné, i kilometry vzdálené oblasti na této skvrně uvidí pozorovatelé totéž - za celou dobu existence vesmíru (tj. za tu hodinu) k němu dorazí informace maximálně ze vzdálenosti toho půl metru (tj. jím maximálně pozorovatelná oblast bude opět zhruba metrový kruh), přičemž bude pozorovat, jak flíčky v rámci jeho metrového kruhu se vzdalují tím rychleji, čím jsou blíž k obvodu jeho kruhu. Flíčky za tím obvodem už nikdy neuvidí.

No a nyní si můžeme říct, jak to v tomto pohledu vypadá s reliktním zářením. To vzniklo, když vesmíru bylo cca 300 000 let, tj. v našem modelu, kdy 13,7 miliard let = 1 hodina když naše olejová skvrna byla stará osm setin vteřiny. I v této rané době můžeme celou skvrnu stále považovat za prakticky nekonečnou, ačkoliv se od doby osm setin vteřiny do doby jedné hodiny rozepnula cca 45 tisíckrát. Opět, libovolně, i kilometry vzdálený pozorovatel uvidí totéž - v jeho bezprostředním okolí se rekombinují elektrony a protony za vzniku atomů vodíku a záření, které bude později nazváno reliktním. Toto záření se vydá na svou pouť rychlostí světla (tj. onou rychlostí půl metru za hodinu), aby za hodinu své pouti (tj. za 13,7 miliardy let) dorazilo na hranici kruhu o průměru jednoho metru. Takže my v centru našeho vlastního metrového kruhu vidíme právě to záření, které se zrodilo zhruba na hranici toho kruhu. Kilometry vzdálení pozorovatelé (tj. kauzálně od nás oddělení) uvidí opět záření, které vzniklo na hranici jejich kruhu.

Protože se dostatečně vzdálené kruhy od sebe vzdalují nadsvětelnou rychlostí, tak neexistuje globální soustava, ve které by se reliktní záření pohybovalo globálně stejnou rychlostí. Uvnitř našeho kruhu sice dokážeme poznat, kdy se vůči našemu lokálnímu reliktnímu záření pohybujeme, ale to je jenom proto, že pozorujeme záření, které k nám přichází právě z hranice toho našeho kruhu. Jakmile se začneme pohybovat jedním či druhým směrem, začne se nám dopplerovským jevem z jednoho směru vlnová délka reliktního záření zkracovat, zatímco z opačného prodlužovat, takže nemáme problém rozpoznat svůj pohyb vůči našemu lokálnímu kruhu. Jenže totéž platí i pro kilometry vzdáleného pozorovatele, i on umí identifikovat pohyb vůči jeho lokálnímu kruhu, a proto i on by mohl tvrdit, že na základě tohoto pohybu dokáže definovat tu pravou privilegovanou soustavu, která je platná pro celou nekonečnou skvrnu. Jenže není tomu tak, už pozorovatelé vzdálení od něj jen desítky centimetrů zjistí, že v jím definované soustavě mají problém, protože v jejich kruzích, které mají o těch pár desítek centimetrů posunuté středy, pozorují reliktní záření docházející k nim z hranic jejich, ne jeho kruhu, a že toto reliktní záření vypadá izotropně v soustavě spjaté s centrem jejich, ne jeho kruhu.

Výše zmíněné úvahy nebraly v potaz zrychlené rozpínání oné skvrny, vlastně jsem při těch numerických odhadech počítal implicitně s konstantní rychlostí rozpínání. Není to zase tak velká chyba, všechny zásadní úvahy zůstanou v platnosti i pro to zrychlené rozpínání. Jak už jsem zmínil, vesmír se zhruba svou první polovinu věku rozpínal čím dál pomaleji (to bylo do doby, kdy v něm převládala hmota - včetně temné hmoty - nad temnou energií - hmota má přitažlivé účinky, temná energie má odpudivé), a ve své druhé polovině věku se začínal rozpínat zrychleně (temná energie získala navrch - mimochodem, temná energie je úměrná objemu prostoru, takže během rozpínání vesmíru ve stejném objemu, v jakém se rozpíná konstantní množství hmoty, přibývá temné energie - což je další z mnoha věcí, kdy fyzika v kosmologických škálách funguje úplně jinak, než jak jsme zvyklí z našeho okolí).

Pokud se vezme v potaz zrychlené rozpínání vesmíru, dost věcí se zkomplikuje, ale ne nějak zásadně. Tak např. se výrazně zkomplikuje výpočet současné vzdálenosti vzdálených objektů. Putovalo k nám jejich světlo 13 miliard let? Tak to ale neznamená, že jsou 13 miliard světelných let daleko, protože část z té doby se vesmír rozpínal čím dál pomaleji, a část čím dál rychleji, proto současná vzdálenost těch objektů závisí na konkrétním průběhu toho rozpínání během celé té doby. Tak se může stát, že ty objekty jsou dnes třeba klidně i 45 miliard světelných let daleko.

Další věc, kterou jsem zde zatím nezmínil, jsou různé druhy horizontů. Je jich hned několik, tak např. můžeme jeden definovat vzdálenost, ze které nám může dorazit světlo za dobu od velkého třesku (ačkoliv na naší nekonečné olejové skvrně existují i mnohem vzdálenější oblasti, za onu dobu jedné hodiny k nám od nich světlo prostě nestačilo dorazit, museli bychom počkat déle. Charakteristickou vlastností takto definovaného horizontu je, že se prodlužuje spolu se stářím vesmíru (což je pochopitelné, když počkáme další hodinu, tj. když naše olejová skvrna bude stará dvě hodiny, může k nám dorazit i světlo ze vzdálenějších míst). Kromě něj lze ale definovat např. také kauzální horizont jako vzdálenost, v níž se od nás další flíčky vzdalují právě světelnou rychlostí. Z této oblasti nedostaneme nikdy žádnou zprávu, pokud by byla vyslána teď, protože by k nám musela putovat nadsvětelnou rychlostí.

Velikosti oněch horizontů opět závisí na konkrétním průběhu rozpínání během dosavadní historie vesmíru. Je jasné, že pokud by se vesmír celou dobu své existence rozpínal jenom zrychleně, tak budou ty hodnoty jiné, než když je tam i ta zpomalená fáze, prostě jenom proto, že pak se ten prostor stihne za stejnou dobu více nafouknout a světlo proto musí urazit delší dráhu.

Každopádně, bez ohledu na konkrétní průběh expanze vesmíru, jednotlivé lokální soustavy, definované odlehlými pozorovateli ať už na základě reliktního záření (tj. kruhu blízkého velikostně tomu prvnímu horizontu, protože reliktní záření vzniklo relativně brzy po velkém třesku), anebo na základě jiných lokálních horizontů, nemohou aspirovat na to být univerzálními soustavami pro celý vesmír (celou naši olejovou skvrnu, ať už konečnou či nekonečnou). Odlehlí pozorovatelé mohou stejně tak jako my definovat soustavy svoje vlastní, které budou význačné vzhledem k nim, ne k nám, stejně ta naše je význačná vzhledem k nám, ne k nim.

Odpovědět


Karel Š,2011-07-20 12:49:09

Galaxie se od nas vzdaluji jen zdanlive, nikdo je nikam neurychluje, kazda si hezky sedi na miste (pokud zanedbame relativni rychlosti zpusobene gravitacnimi interakcemi mezi galaxiemi) - viz klasicky priklad s balonkem. Namalujete na nej tecky a nafukujete - zadna z tecek se nepohybuje, presto se od sebe vzdaluji. Rozpinani vesmiru lze chapat jako transformaci souradne soustavy.

Odpovědět


ad zdánlivé vzdalování galaxií

Pavel Brož,2011-07-20 14:33:03

výrok, že galaxie se od nás vzdalují je zdánlivě a že je nic od nás neurychluje, stejně tak jako výrok, že rozpínání vesmíru lze chápat pouze jako transformaci souřadné soustavy, je nesmyslný a nicneříkající.

Pohyb galaxií se samozřejmě skládá jak z pohybu daného rozpínáním prostoru, tak z vlastního lokálního pohybu, striktně vzato je od sebe lze odlišit pouze statisticky, a to ještě za použití předpokladu, že rozpínání vesmíru probíhá všude stejně (existují i teorie s tímto předpokladem nepočítající, ale to je vedlejší). Označit jakožto zdánlivý pohyb, který má experimentálně pozorované konsekvence v posunech frekvence světla pozorovaného u těch vzdálených objektů, je nesmysl, to je jako označit i ten posun frekvence za zdánlivý, takže Hubblův posuv by byl zdánlivým Hubblovým posuvem.

Stejná etymologická výtka platí pro rozpínání vesmíru coby souřadnicově transformační efekt. O transformaci by se dalo hovořit, pokud by se neměnila reálná vzdálenost objektů, ale jenom měřítko, kterým se tato vzdálenost měří. Jenže tak tomu není, ta skutečná vzdálenost těch objektů se mění. Využiji-li Váš příměr s balónkem, tak tam by se dalo mluvit o trasformačním efektu pouze v případě, kdyby světlo potřebovalo k uražení vzdálenosti mezi sousedními tečkami stejný čas bez ohledu na to, jak by se balónek rozpínal, a zároveň by se neměnila jeho frekvence. Pak bychom to rozpínání mohli oprávněně považovat za zdánlivé (za pouhý transformační efekt), protože by nebylo jak zjistit, pokud bychom na měření těch vzdáleností používali jenom ty světelné signály.

Takže rozpínání vesmíru včetně jeho zrychleného rozpínání není zdánlivým či jen transformačním jevem. Je to měřitelný jev mající fyzikální důsledky.

Odpovědět


Karel Š,2011-07-20 15:25:47

Řekl bych to asi tak že to že tomu co jsem napsal nerozumíte ještě neznamená že je to nesmysl. Rozpínání prostoru neuděluje galaxiím žádné zrychlení - vůči reliktnímu záření jsou všechny víceméně v klidu. A pokud se nad tím zamyslíte tak změna měřítka při transformaci souřadnic je přesně totéž jako rozpínání prostoru - a pokud jste součástí tohoto rozpínání, nemůžete nikdy poznat jestli se rozpíná prostor nebo jestli prostor stojí a všechno se zmenšuje. Samozřejmě z fyzikálního hlediska je mnohem rozumnější předpokládat že se rozpíná prostor a všechny ostatní fyzikální konstanty zůstávají nezměněny než že prostor je statický a všechno včetně všech fyzikálních konstant se ve správném poměru zmenšuje - to ale nemění nic na faktu že matematicky je to tentýž proces.

Co se příkladu s balónkem týká, pokud chcete přesnější příklad představte si že zmíněný balónek je nekonečně kluzký a nejsou na něm namalované tečky ale kloužou po něm mravenci. Při nafukování se mravenci nebudou zvětšovat, nebudou měnit směr ani rychlost pohybu, vzdálenosti mezi nimi porostou úměrně nafouknutí balónku a vždy bude možné spočítat "preferovanou" inerciální soustavu jako průměr vektorů pohybu všech mravenců, nezávisle na tom jak rychle nafukujete.

Odpovědět


opět nemáte pravdu

Pavel Brož,2011-07-20 19:11:16

Ač nemám rád tyto slovní přetahované, protože nepřinášejí žádné nové informace, ještě méně raději mám když se matou ostatní účastníci diskuze účelovým ohýbáním pojmů. Existuje standardní fyzikální terminologie, v rámci níž jsou jednotlivé pojmy dobře definovány a v níž dávají dobrý smysl, a pak existují různé nestandardní alternativy, v nichž ten smysl není garantován a které mohou laického účastníka debaty pouze zmást.

Takže vraťme se k počátku té debaty - píšete, že je možné definovat globální inerciální soustavu. To ale možné není, protože inerciální soustavy jsou podle definice ty, ve kterých se tělesa, na něž nepůsobí vnější síla, pohybují rovnoměrně přímočaře. Vzdálené galaxie se pohybují zrychleně, bez ohledu na to, jestli jsou či nejsou v lokálním gravitačním vlivu jiných blízkých galaxií. Globální inerciální soustava proto neexistuje, opačné tvrzení je nesmysl. To není důsledek mého nepochopení Vašich myšlenek, globální inerciální soustava prostě ve zrychleně se rozpínajícím se vesmíru nemá žádný smysl, podobně jako ho nemá kvadratura kruhu či trisekce úhlu - je to věc ze své podstaty nemožná na základě své vlastní definice a několika jednoduchých faktů (v geometrii postulovaných, ve fyzice pozorovaných).

Zcela mylné je také Vaše tvrzení, že rozpínání vesmíru neuděluje galaxiím žádné zrychlení. Opak je pravdou, kdyby tomu tak bylo, tak by žádné zrychlené rozpínání nemohlo být pozorováno. Jenže ono je. Zrychlené či zpomalené rozpínání není žádnou novinkou, bylo objeveno teoreticky už v prvních Friedmanových a Lemaitrových kosmologických modelech, tj. už v prvních kosmologických řešeních rovnic obecné teorie relativity. Friedmanovy modely pouze pracovaly s nulovou kosmologickou konstantou, proto obsahovaly pouze zpomalovanou expanzi, Lemaitrovy modely pracovaly i s nenulovou kosmologickou konstantou, takže obsahovaly i řešení kombinující zpomalovanou a zrychlenou expanzi. Temná energie je ostatně praktickým synonymem pro kosmologickou konstantu, v našem případě zápornou (kladná hodnota vede zase jen ke zpomalené expanzi).

Dlouho dobu se mělo za to, že kosmologická konstanta je buď nulová (tj. že rozpínání je Friedmanovské, příslušné varianty vesmíru se rozlišovaly pouze podle střední hustoty hmoty na uzavřený/eliptický, rovinný/parabolický a otevřený/hyperbolický vesmír, názvy odpovídaly geometrii prostoru/tvaru křivky znázorňující expanzi vesmíru), anebo že je kladná. Jinými slovy se uvažovalo, že expanze je pouze zpomalovaná (nikdy se ale neuvažovalo, že by mohla být konstantní). Objev zrychlené expanze před několika lety ukázal, že - má-li platit obecná teorie relativity - musíme do kosmologických modelů zahrnout zápornou kosmologickou konstantu. Kosmologická konstanta jepodle rovnic obecné teorie relativity ekvivalentní působení velice zvláštního druhu energie, která je vázána na objem, tato energie byla pojmenována jako temná energie. Její množství ve vesmíru se určuje právě na základě velikosti zrychlení té expanze, vlastně v současnosti neexistuje žádná nezávislá metoda, jak její množství určit. Právě na základě té expanze se dnes má za to, že temná energie představuje okolo třech čtvrtin celkové energie vesmíru. Tento poměr se ale podle kosmologických modelů měnil (zcela logicky, přijmeme-li jako fakt důsledek obecně-relativistických rovnic, podle kterých je temná energie úměrná velikosti objemu, v počátcích expanze vesmíru bylo temné energie ve srovnání s hmotou zanedbatelně málo).

Expandující prostor expanduje i s hmotou v něm obsaženou. Není tomu sice tak, že by se všechno ve vesmíru rovnoměrně zvětšovalo tak, jak se prostor nafukuje, protože lokální gravitační vlivy jsou řádově větší, než lokální síly expanze. Proto se během expanze nezvětšují velikosti atomů, molekul, planet, planetárních soustav, galaxií, a dokonce ani kup galaxií. Nadkupy galaxií se ale už zvětšují, ty jsou totiž už natolik rozsáhlé, že v nich síly expanze hravě vítězí nad přitažlivými silami gravitačními. Proto u malých objektů rozpínající se prostor "podkluzuje" pod jejich jednotlivými konstituenty, jednoduše proto, že síla expanze je zde příliš slabá v porovnání s jinými. U nadkup jsou ale jejich konstituenti strhávány tou expanzí, protože soudržné síly gravitace (natož jiných sil) jsou menší, než expanzní. Zrychleně expandující prostor proto uděluje zrychlení i těm galaxiím, v rozporu s Vaším tvrzením, ostatně právě díky jejich světlu bylo možné tu zrychlenou expanzi objevit - samotný prostor pozorovat nelze.

Za vyloženě nesmyslné tvrzení, které má za cíl pouze udržet neudržitelné, je pak nutno považovat Vaše tvrzení, že rozpínání vesmíru je jen zdánlivé a že je možno jej chápat pouze jako transformaci souřadnic. Je to dokonalá ukázka toho, jak lze extrémně nestandardní terminologií dokonale zatemnit či překroutit skutečný stav věci. Rozpínání vesmíru má pozorovatelné fyzikální důsledky - rostou vzdálenosti mezi vzdálenými galaxiemi, a to ne ledajak, ale podle rovnice, která vyplývá z řešení obecně-relativistických rovnic - z toho plynou např. různé rychlosti rozpínání v různých stářích vesmíru. Rozpínání vesmíru se podepisuje na posunu frekvencí všech částí elektromagnetického světla, rozpínání vesmíru je mj. příčinou toho, že pozorujeme reliktní záření na frekvencích odpovídajících teplotě 2,7 K, ačkoliv toto záření v době svého vzniku mělo teplotu okolo 3000 K. Označit rozpínání vesmíru či vzdalování galaxií za zdánlivé je proto absolutní nesmysl. A přirovnat ho k pouhé transfomaci souřadnic je totéž, jako kdybych řekl, že pokud můj spolucestující v letadle za letu vystoupí bez padáku z letadla zatímco já zůstanu uvnitř, tak že se vůči mě jeho vzdálenost vlastně nemění, protože flexibilní změnou měřítka mohu docílit toho, že v operativně měněných délkových jednotkách je ode mě stále stejně vzdálen. Tak takováto nestandardní terminologie je opravdu nerozlišitelná od známé Orwellovy novořeči.

Takže abychom laické čtenáře nemátli - vzdalování galaxií není jen zdánlivé, rozpínající se prostor dostatečně od sebe vzdálené galaxie opravdu urychluje, rozpínání vesmíru nelze považovat za pouhou transformaci souřadnic (dokonce ani při současné transformaci ostatních fyzikálních konstant), a globální inerciální soustava neexistuje (soustava rozpínající tak, aby byla lokálně v klidu k místnímu reliktnímu záření, není inerciální soustavou).

Odpovědět


Karel Š,2011-07-20 21:56:44

Pokud, jak tvrdíte, rozpínání prostoru uděluje galaxiím zrychlení, pak jaké zrychlení a kterým směrem uděluje té naší? A nechcete doufám tvrdit že naše galaxie je střed vesmíru...?

Co se globální inerciální soustavy týká, pak jediné co tvrdím je - prostor jako takový žádnou preferenci nemá, ale hmota ve vesmíru ano - a tato preference je měřitelná z reliktního záření. A to mají společné všechny galaxie. Reliktní záření je relativně velmi homogenní pole prostupující celým vesmírem a vůči němu lze v každém bodě vesmíru měřit ekvivalent absolutní rychlosti a směru pohybu.

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-20 23:28:05

osobně se domnívám, že nemáte pravdu v nemožnosti pozorovat vzdálené objekty vzdalující se rychlostí nad hranicí c bez toho, aby byla porušena kontinuita sruktury vakua, což ovšem považuji za možné v případě modelu, kdy hustota (struktury) vakua je úměrná přítomné hmotě, tedy, že je uvnitř vesmíru stlačována, ovšem v okrajových partiích je na mezích soudržnosti už jen vzhledem k dynamice jak hmoty na okrajích vesmíru, tak samotné struktury vakua. Tedy se domnívám, že struktura vakua se může trhat a podle povahy poruchových oblastí by měly nastávat varianty pohlcení fotonů, odrazu na poruchové ploše, lom a uvnitř trhlin, kde by se daly uvažovat nějaké strunařské konstrukty od pohlcení po částečnou průchodnost

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-20 23:57:46

průchod poruchovými oblastmi by pravděpodobně ovlivnil polarizaci

Odpovědět


Jiří Havránek,2011-07-21 00:29:37

(v určítých případech)

Odpovědět


ad zrychlení galaxií a význačná soustava

Pavel Brož,2011-07-22 01:38:40

Co se týče toho, vůči čemu se pohybují zrychleně galaxie, tak ty se pohybují zrychleně vůči sobě navzájem. A už vůbec jsem netvrdil, že naše Galaxie je nějaký preferovaný střed vesmíru.

Myslím, že tuším, odkud pramení Vaše zmatení. Vy prostě žijete v zajetí toho, že ve vesmíru existuje jedna význačná třída inerciálních soustav, která se pozná podle toho, že v ní platí prvý Newtonův zákon, a pokud by se pak nějaká vzdálená galaxie vůči této soustavě pohybovala zrychleně, tak by to pak znamenalo, že by ta soustava by vlastně definovala význačné místo ve vesmíru. Raději proto odmítáte, že by se galaxie vůči sobě urychlovaly, a věříte tomu, že prostor se sice zrychleně rozpíná, ale galaxie se toho zrychleného rozpínání neúčastní. Navíc jste přesvědčen, že na základě reliktního záření je možno právě takovou globální inerciální soustavu definovat.

Reliktní záření ale není analogií třeba tepelného pohybu plynu v dostatečně velké krabici. Je-li takový plyn v krabici v termodynamické rovnováze, pak samozřejmě je možné vystředováním rychlostí částic definovat soustavu, vůči níž je pak možné určit onen absolutní pohyb jakožto pohyb vůči univerzálnímu homogennímu poli, které se vyskytuje ve všech místech v té krabici, což ospravedlňuje použít pohyb vůči němu jako univerzální etalon. Kdyby reliktní záření mělo vlastnosti takovéhoto plynu nacházejícího se v nějakém pevném objemu v termodynamické rovnováze, a vesmír by se dal ztotožnit s takovýmto statickým objemem, byť neomezeně velkým, tak by se samozřejmě nedalo nic namítat proti myšlence, že tento plyn definuje význačnou inerciální soustavu.

Ve skutečnosti se ale prostor rozpíná, navíc zrychleně, a to i s tímto plynem. Pokud bychom předpokládali, že někde na pozadí vesmíru stále funguje Newtonovská fyzika, pak bychom oprávněně očekávali, že ve vesmíru bude definována nějaká třída inerciálních soustav, vůči které se objekty, na něž nepůsobí vnější síla, budou pohybovat rovnoměrně přímočaře, a jakmile se jakýkoliv jiný objekt pohybuje zrychleně vůči této soustavě, tak už definuje nějakou jinou, nutně neinerciální soustavu. Pokud bychom tedy tu globální inerciální soustavu mohli definovat v naší Galaxii např. vystředováním reliktního záření (což samozřejmě lokálně udělat vždy můžeme), tak by potom z faktu, že se ostatní galaxie vůči té naší zrychleně vzdalují, automaticky plynulo, že je ta naše soustava v celém vesmíru význačná. Z toho vy raději vyvozujete, že vzdálené galaxie se vůči nám zrychleně nepohybují, a raději předpokládáte, že zrychleně se rozpíná jenom prostor, ne galaxie (jak by se pak ale proboha podařilo zrychlené rozpínání samotného prostoru pozorovat, když ne podle zrychleného vzdalování galaxií?).

Výše zmíněná úvaha ztroskotává na jednou základním chybném předpokladu - tím předpokladem je, že někde na pozadí celého vesmíru funguje starý známý Newtonovský prostor i s globálně platným prvým Newtonovým zákonem, a tím pádem i s existující globální inerciální soustavou. Mimochodem, třeba ve speciální teorii relativity, bez ohledu ne relativistickou dynamiku, stále platí jak existence globální inerciální soustavy, tak ekvivalentně globální platnost prvého Newtonova zákona. Jenže v obecné teorii relativity je už všechno jinak. V obecné teorii relativity globální inerciální soustava (a s ní i globální platnost prvého Newtonova zákona) existuje pouze ve velice speciálních prostoročasech - jenže na potvoru zrovna ne v tom, který se v přírodě opravdu realizuje, tj. v našem vesmíru. Obecná teorie relativity nahrazuje globální inerciální soustavu jejími lokálními kopiemi. Pokud si náš prostoročas ochudíme o dva prostorové rozměry, abychom si ho mohli lépe představit, pak v Newtonovské fyzice i ve speciální teorii relativity jej lze připodobnit k rovině (v níž jeden rozměr představuje prostor a druhý čas), zatímco v obecné teorii relativity jde o obecnou křivou plochu s různými boulemi či dolíky. Zatímco v rovině není problém zavést globálně pravoúhlý souřadnicový systém (analogii globální inerciální soustavy), tak na obecné křivé ploše už to možné není. Ovšem i na křivé ploše, pokud na ní nepřipustíme singularity v podobě např. vystupujících hrotů či zlomových linií, je vždycky možné definovat v dostatečně malém okolí libovolného bodu tečnou rovinu, na níž ten pravoúhlý souřadnicový systém (resp. inerciální soustavu) zavést můžeme. Takto definovaná inerciální soustava samozřejmě nebude univerzálně použitelná pro celou křivou plochu. Bude ale velice dobře použitelná pro body relativně blízké k tečnému bodu; pro vzdálené už ne, pro ně budeme muset použít zase jinou, jim blízkou tečnou rovinu (resp. jinou lokální inerciální soustavu).

Mimochodem, rovnice obecné teorie relativity připouštějí prostoročasové řešení umožňující existenci globální inerciální soustavy. Tímto řešením je statický Einsteinův vesmír. Einstein hledal statické řešení svých rovnic, protože byl přesvědčený, že vesmír musí být statický. Rovnice obecné teorie relativity mohou volitelně obsahovat jednu konstantu, zvanou kosmologická. Mají-li tyto rovnice ovšem v limitě slabých gravitačních polí přecházet úplně přesně v Newtonův gravitační zákon, musí být tato konstanta nulová (je-li nenulová, pak se na velmi velkých vzdálenostech i v limitě slabých gravitačních polí projevuje kromě Newtonovy gravitace také další dodatečné přitahování či odpuzování v závislosti na znaménku té konstanty). Einstein nejprve předpokládal tuto konstantu jako nulovou, jenže později zjistil, že jeho rovnice s nulovou kosmologickou konstantou nepřipouštějí existenci statického vesmíru - připouštěly řešení pouze expandujícího či naopak smršťujícího se vesmíru. Proto do svých rovnic přidal malou kosmologickou konstantu takovou, aby jí způsobená repulzivní síla na kosmologických škálách akorát tak kompenzovala přitažlivé působení hmoty. Takto upravené rovnice potom opravdu statický vesmír připouštěly, takže tento model se zdál být zachráněn. V tomto modelu navíc mohla být definována globální inerciální soustava a tudíž nebyl ani problém s prvním Newtonovým zákonem, který stejně tak jako ve speciální teorii relativity mohl platit globálně.

Einsteinovo statické řešení ale dostalo smrtelné rány jak přímo z teorie, tak i z experimentu. Podrobnějším teoretickým zkoumáním se přišlo na skutečnost, že ono statické řešení je nestabilní. I velice malá nehomogenita by způsobila buď stále rychlejší expanzi, či naopak stále rychlejší kolaps, v závislosti na směru výchylky. Ze stranu experimentu pak přišla Hubblem objevená expanze vzdálených galaxií, což korespondovalo s Friedmanovými či později Lemaitrovými řešeními rovnic obecné relativity - řešeními, které nebyly a priori limitovány požadavkem, že vesmír musí být statický. Einstein sám později označil zavedení kosmologické konstanty do svých rovnic za největší omyl svého života. Dnes víme, že nebylo omylem kosmologickou konstantu do jeho rovnic zavést, že omylem bylo pouze lpět na tom, že tato konstanta musí být fitována tak, aby umožnila existenci statického řešení obecně-relativistických rovnic.

Po objevu a následném nezávislém potvrzení expanze vesmíru putoval nakonec model statického vesmíru do koše. Jako přijatelný model vesmíru se nabízela Friedmanova či Lemaitrova řešení Einsteinových rovnic (Friedmanova řešení na rozdíl od Lemaitrových pracovala s nulovou kosmologickou konstantou, díky čemuž obsahovala pouze zpomalovanou expanzi - renesanci Lemaitrových řešení s nenulovou kosmologickou konstantou a se zrychlenou expanzí přinesl překvapivě až relativně nedávný objev zrychlené expanze).

Zde se konečně můžeme vrátit k začátku tohoto povídání - na rozdíl od statického Einsteinova řešení žádné z Friedmanových ani Lemaitrových řešení nepřipouštějí existenci globální inerciální soustavy. Ve všech těchto řešeních se vzdálené galaxie vůči sobě pohybují se záporným (v případě zpomalované expanze ) či kladným (v případě zrychlované expanze) zrychlením. První Newtonův zákon zde neplatí globálně (protože vůči libovolně vybrané referenční galaxii se pro ni vzdálené galaxie pohybují zrychleně, aniž by na ně působila vnější síla), platí zde ale lokálně (analogicky s tou tečnou rovinou na křivé ploše). Dokonce v rámci rozměru celé naší Galaxie je odchylka od prvního Newtonova neměřitelná - a těžko kdy měřitelná bude, protože v rámci naší Galaxie působí na libovolné tělesa taková plejáda všech možných sil počínaje gravitačním působením Galaxie, jejím magnetickým polem, působením galaktického prachu a plynu a tlakem záření, které řádově převyšují nepatrnou repulzi způsobenou expanzí vesmíru, že si těžko lze představit experiment, v němž se všechny tyto vlivy dostatečně přesně zkalkulují a kdy se poloha tělesa změří natolik přesně, aby se odchylka od prvního Newtonova zákona mohla potvrdit (tato odchylka je ale dnes už spolehlivě měřitelná u velmi vzdálených galaxií, pro něž už je dostatečně veliká).

Zrychlená expanze galaxií vůči sobě neznamená, že ve vesmíru máme nějakou význačnou referenční inerciální soustavu, třeba tu spojenou s naší Galaxií, a že ty ostatní soustavy spojené se vzdálenými galaxiemi jsou prostě neplnohodnotné. Nic takového ani z Friedmanových, ani z Lemaitrových řešení neplyne - tato řešení jsou totiž naprosto symetrická vzhledem k výběru kteréhokoliv pozorovacího bodu, žádný v nich není ničím preferován (ve skutečnosti právě toto hledisko bylo klíčovým omezujícím předpokladem pro odvozování těchto řešení). To, že se vzdálené galaxie vůči nám pohybují zrychleně, neznamená, že naše soustava je význačná. Naopak naše Galaxie se vůči libovolné z těch vzdálených také pohybuje zrychleně, tamní pozorovatel by si stejně tak mohl myslet, že jeho soustava je význačná. Ze vzájemného zrychleného pohybu přitom nelze na rozdíl od Newtonovské či speciálně relativistické fyziky vyvozovat existenci nějakých setrvačných sil - to by bylo možné jen tehdy, kdybychom měli k dispozici globální inerciální soustavu. Vtip je v tom, že taková globální inerciální soustava v našem vesmíru prostě není. Ne proto, že by to nebyla ta naše a že by byla umístěna jinde, např. spojená s některou z jiných galaxií; ona v našem vesmíru prostě není nikde.

Lokálně ale první Newtonův zákon platí velice přesně, a stejně tak lze lokálně definovat inerciální soustavu. To slovo lokálně přitom představuje velice velkorysý prostor - je jím prostor minimálně o velikosti cca desítek miliónů až jedné stovky miliónů světelných let. V takto velkém prostoru sice už budeme pozorovat expanzi (ostatně, Hubble měl k dispozici pouze takto veliký "výzkumný" prostor, protože na větší jím použitý dalekohled prostě nestačil), ale ještě zde nebudeme umět pozorovat zrychlenou expanzi (s postupující přesností pozorovacích metod lze oprávněně očekávat, že toto dříve či později přestane být pravdou, v současnosti to tak ale stále ještě je).

Jak z Friedmanových a Lemaitrových řešení vyplývá, hmota se rozpíná spolu s tím prostorem. Ve skutečnosti je to právě ta hmota, kterou pozorujeme, prázdný prostor by expandovat nikdy nikdo vidět nemohl (Hubble coby objevitel expanze vesmíru a stejně tak jeho nedávní následovníci coby objevitelé zrychlené expanze vesmíru samozřejmě mohli pozorovat pouze galaxie, nikoliv rozpínající se prázdný prostor). Tato hmota během expanze vesmíru samozřejmě procházela svou vlastní evolucí. Tak např. původně extrémně žhavá plazma v důsledku expanze chladla, až nakonec zrekombinovala do neutrálních atomů za vzniku fotonů, které dnes vidíme jako reliktní záření. Toto záření není žádným posvátným etalonem, který je postavený na piedestal nad ostatní hmotu. Reliktní záření není ničím více či méně, než jen jednou z forem hmoty, podobně jako jinou formou hmoty jsou třeba reliktní neutrina, ještě jinou formou je temná hmota, další formou je mezigalaktický plyn, a dalším formou jsou galaxie.

Všechna tato hmota souhrnně byla ve vesmíru v nějaké formě přítomna už od jeho počátku (např. ve formě vakuové energie či ve formě dnes už rozpadlých částic nějakých unifikovaných sil), a jediné, co se měnilo, bylo, že každá z těchto částí finálně spadla do jiné evoluční větve. Tak, jako se v různých vůči sobě odlehlých místech vesmíru vůči sobě zrychleně pohybovala prapůvodní plazmatická polévka, tak stejně tak se vůči sobě zrychleně pohybují všechny její produkty - galaxie, mezigalaktický plyn, reliktní neutrina, reliktní záření (tj.reliktní fotony, abychom zdůraznili jejich odlišnost od reliktních neutrin, protože obě tyto "relikvie" vznikly v od sebe navzájem dost časově vzdálených obdobích). Snad jediná vlastnost může být pro reliktní záření vzata jako výraznější výhoda, ale ne nijak zásadní - díky zanedbatelné gravitační interakci fluktuace reliktního záření dodnes velice věrně zrcadlí fluktuace původní mateřské plazmy, tj. jak malé byly v době, kdy toto záření vzniklo; oproti tomu fluktuace z rozdělení obyčejné hmoty byly v následných miliardách let výrazně zesilovány v průběhu stavby vesmírných struktur, díky nimž dnes žijeme - galaxií, hvězd, planetárních soustav. Nicméně třeba reliktní neutrina vznikla ještě podstatně dříve, než reliktní záření, a proto fluktuace v jejich rozdělení budou ještě menší, než u toho reliktního záření. A navíc striktně vzato reliktní záření ani reliktní neutrina pro spočtení lokální klidové soustavy pro naši lokální bublinu původní plazmatické polévky nepotřebujeme, stejný výsledek bychom v principu dostali zprůměrováním pohybu dostatečně velkého počtu okolních galaxií.

Stejné průměrování pohybu samozřejmě může udělat pozorovatel v libovolné dostatečně vzdálené galaxii. Může použít buď reliktní záření, anebo průměrování pohybu dostatečného počtu okolních galaxií. Takto jím získaná soustava se vůči té naší bude pohybovat zrychleně, protože prostě on i hmota v jeho okolí se pohybuje zrychleně vůči nám v důsledku zrychlené expanze vesmíru. Zrychleně se vůči nám pohybuje jak jeho galaxie, tak k ní okolní galaxie, a také rozšiřující se kulová plocha reliktního záření, které vzniklo z plazmatické polévky nacházející se v době rekombinace právě v místě, kde se dnes nachází jeho galaxie. Podobně kulová plocha reliktního záření, které mělo původ v místě, kde se dnes nachází naše Galaxie, se zase pohybuje zrychleně vůči němu. Proto lokální inerciální soustavy definované třeba i na základě reliktního záření, se vůči sobě pohybují zrychleně.

Takže ač se nám to líbí nebo ne, náš vesmír není vhodným útočištěm pro globální inerciální soustavy - taková soustava v něm neexistuje ani jedna. Náš vesmír je místem, které umožňuje definovat pouze lokální inerciální soustavy, sice dostatečně rozsáhlé (desítky miliónů světelných let), ale ne globálně použitelné. Všechny tyto soustavy - jedno zda definované na základě reliktního záření či průměrování pohybu viditelné hmoty v okolí cca stovky miliónů světelných let - se od sebe navzájem pohybují zrychleně. Jako výsměch Newtonovým zákonům přitom platí, že v žádné z těchto navzájem se zrychleně pohybujících soustav nevznikají žádné setrvačné síly způsobené relativním zrychleným pohybem - což je v Newtonovské i speciálně-relativistické fyzice věc neslýchaná, ovšem v obecné teorii relativity jde o naprosto banální fenomén.

Odpovědět


Karel Š,2011-07-22 20:13:46

Pane Brož, musím říct že obdivuji vaše spisovatelské schopnosti. Po přečtení vašeho posledního příspěvku myslím že si vcelku rozumíme protože kromě toho že jste mnoha slovy vyvrátil řadu myšlenek které by mě nikdy nenapadlo prosazovat jste také jinými slovy potvrdil všechno co jsem se tady od začátku snažil říct. Jak funguje rozpínání prostoru vím velmi dobře a ve vašich příspěvcích pro mě nic nového a objevného není.

Uznávám jednu věc - soustavu kterou reliktní záření definuje asi není správné nazývat "inerciální" protože není inerciální v Newtonovském smyslu, právě kvůli "změně měřítka" které v ní probíhá a které tak nemáte rád. To nám ale neubírá možnost měřit v ní směry, úhly a rychlosti vůči počátečnímu stavu zafixovanému v reliktním záření, reliktních neutrinech nebo průměrném pohybu okolních galaxií. Budete spokojenější když takovou soustavu nazvu soustavou souřadnou? Asi ne, ale nemám pocit že by tady šlo o cokoli víc než o hraní se slovíčky.

Odpovědět


nic ve zlém, ale čemu se divíte?

Pavel Brož,2011-07-22 21:35:40

Nezlobte se, ale nejprve se domníváte, že moje tvrzení o neexistenci globální inerciální soustavy je nesprávné, protože protože si pod inerciálními soustavami představujete něco jiného, než co říká jejich definice. Díky tomu sestrojíte výrok, který je nepravdivý. Ten se následně snažíte za obhájit za použití dalších výroků, které jsou pro laika matoucí a pro odborníka vyloženě nepravdivé (že galaxie se od nás vzdalují jen zdánlivě, že rozpínání vesmíru lze chápat jenom jako transformaci soustavy, že rozpínající se prostor s neměnnými fyzikálními konstantami je stejný jako statický s nějak se měnícími konstantami - evidentně Vám tedy nejsou známy základní stavební pojmy obecné relativity, jako jsou ideální tyče a ideální hodiny, díky nimž tato teorie umožňuje měřit skutečné vzdálenosti a časové intervaly, díky čemuž v ní má jakékoliv škálování fyzikální, nikoliv jen transformační důsledky). Finálně uznáte, že globální inerciální soustava opravdu neexistuje, ale že jste se vlastně jenom spletl v použití jednoho pojmu. Ve skutečnosti nikoliv jen v jednom, a rád bych viděl kteréhokoliv člověka dostatečně seznámeného s tímto tématem, který by ochotně připustil flexibilní redefinici celé řady fyzikálních pojmů tak, aby všechny Vaše vároky s nimi mohly zůstat v souladu. Nic ve zlém.

Odpovědět

Chybka...

Milan Závodný,2011-07-19 23:05:38

Aj mne sa rozsvietilo! Konečne je vesmír ptolemaiovský. No jasne - drvivá väčšina vesmíru je za svetelným horizontom. 35 rokov som to nevedel pochopiť, až dnes! A je to vari logické, veď inak by svetlo muselo stále putovať v kruhu a vlastne by sme rovnaké objekty videli zmnohonásobené, navyše v rozličnom časovom štádiu tie isté objekty... čo by zase znamenalo, že je vo vesmíre svietiacej hmoty oveľa menej. Je za horizontom. A ak má gravitácia i tú podivnú vlastnosť, že prekračuje horizont, potom zrýchlené rozpínanie majú na svedomí objekty nášho vesmíru za horizontom. Pričom náš viditeľný vesmír je tak malý, že sa na ňom prejavujú anomálie - atraktory za horizontom.

Odpovědět

"okolo třiceti miliard světelných let"

Václav Čermák,2011-07-19 18:49:16

Není tady v té vzdálenosti chybka, když odhadované stáří vesmíru je těch cca 13,8 mld let?

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2011-07-19 23:29:49

neměla by být, alespoň ne podstatná...
Chce to trochu pohrát si s představivostí a je dost možné, že něž budete číst tyhle řádky, již budete znát odpověď i sám.
To, že má vesmír např. 13,7 miliardy let, neznamená, že je i 13,7 miliardy světelných let "velký". Zapomeňme na to, že se rozpíná stále rychleji a dohodněme se na chvíli, že se rozpíná stále stejně. A představme si, že právě teď ve vzdálenosti jedné miliardy sv. let od Země explodovala supernova. Na Zemi ji zaregistrují lidé o více než miliardu let a řeknou např: Hele, ve vzdálenosti 1,5 miliardy sv. let vybuchla supernova. Jenže ono právě tím, že se to (vzhledem na tu příští dobu) stalo před více než 1 miliardou let, je zbytek po supernově - např. neutronová hvězda, nebo černá díra již ve vzdálenosti o dost větší (závisí od Hubblovy konstanty). Dokonce větší, než "navíc" proletělo světlo směřující k nám (vlastně k příštím generacím), protože objekt putoval mezičasem od nás. Protože Hubblova konstanta navíc říká, že když čím je objekt od Země dál, tím rychleji je rozpínáním unášen pryč. Když teď připočítáme zrychlení rozpínání, tak se tento efekt ještě zvýrazní.
Viditelný vesmír je jen část vesmíru - ta, o které máme možnost získat nějakou informaci přinesenou tím "nejstarším" světlem, které k nám mohlo teoreticky dorazit, t.j. starým jako doba od Big Bangu mínus doba, kdy se stal vesmír pro záření propustný (380 tis. let po velkém třesku).
Jestli před např. 13 miliardami let explodovala supernova, nebyla ani tenkrát a není ani dnes od místa, kde se nachází Země vzdálená 13 miliard sv. let, jen světlo za tu dobu 13 miliard let přešlo 13 miliard světelných let.
Jestli jste se teď úplně ztratil, nezoufejte, po krátké úvaze se to rozleží. Zkuste se třeba protlouct slovenštinou v článku
http://www.osel.cz/index.php?clanek=4712
jestli si pamatuji, tam by o tom něco mělo být.
Viditelný vesmír a celý vesmír nejsou ty samé pojmy, jestli budeme akceptovat, že z větší části je celý vesmír pro nás principiálně nepozorovatelný.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace