Úvod do Kosmologie pro učitele

První vědecké modely Vesmíru

Od prvních filosofických úvah o vzniku vesmíru prošla kosmologie dlouhou cestou. K nejvýznamnějším milníkům bezesporu patří vznik Teorie obecné relativity, kterou publikoval Albert Einstein v roce 1916. Einstein navrhl model uzavřeného vesmíru vyplněného galaktickým prachem. Einstein pro tento model nalezl odpovídající řešení rovnic pole, které doplnil o člen s konstantním koeficientem – tzv. kosmologickou konstantou Λ . Tento dodatečný člen v rovnicích v podobě kladné kosmologické konstanty Λ byl nutný k tomu, aby Einsteinův model mohl být statický. Brzy poté  W. de Sitter ukázal jiné řešení Einsteinových gravitačních rovnic, které ukazovalo na možnost rozpínajícího se prázdného vesmíru s kosmologickou konstantou Λ.

A. FridmanG.Lemaitre pracovali s Einsteinovými rovnicemi gravitačního pole a postupně vznikl velký soubor řešení, mezi nimiž byl i původní Einsteinův statický model, jakož i další řada rozpínajících se a smršťujících se modelů - každé řešení představovalo možný vesmír slučitelný s Einsteinovou teorií relativity. Řešili rovnice rozpínajícího se vesmíru s obvyklou hmotou, elektromagnetickým zářením a případně kosmologickou konstantou. Lemaître v roce 1927 navíc přišel s ideou „prvotního objektu“: uvědomil si, že expandující vesmír by měl mít svůj časový počátek, dnes nazývaný Velký třesk, a byl první, kdo se snažil popsat fyzikální procesy probíhající ve velmi raném vesmíru. Z Fridmanova řešení plyne, že Vesmír by měl buď expandovat, anebo kolabovat.

V roce 1929 Edwin Hubble (1889–1953) prokázal při pozorování vzdálených galaxií, že Vesmír  expanduje.

V roce 1948 navrhli astronomové G.Gamow (1904–1968), R.Alpher (1921–2007) a R.Herman ideu, že Vesmír musel být na počátku velmi hustý a horký a publikovali jednoduché úvahy o zastoupení vodíku a hélia ve Vesmíru. Současně Gamow přišel na to, že by se v chladnoucím Vesmíru mělo v určitém období oddělit záření od látky. Konkrétní výpočty publikovali Alpher a Herman v témže roce. Gamow sice vyzval současníky k hledání tohoto „zbytkového“ záření, ale nikdo tomu bohužel nevěnoval pozornost.

Reliktní záření bylo nalezeno až v roce 1965 Arno Penziasem (1933),a Robertem Wilsonem (1936). Základní parametry tohoto záření změřila družice COBE v roce 1989, v roce 1992 nalezla i fluktuace reliktního záření.Pečlivé studium reliktního záření je nesmírně důležité. V roce 1989 například družice COBE změřila jeho nepatrné anizotropie řádu 10−5, jež v plném souladu s teorií velkého třesku odpovídají „zárodkům dnešních kup galaxií a pozorovaných vesmírných objektů".

Temperature map of the universe, as measured by WMAP

Výsledky sondy WMAP (The Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) -sleduje anisotropii reliktního záření, úhlové rozlišení kolem 0,3° a citlivost 20 µK. Sonda pozoruje v pěti frekvenčních pásmech od 22 do 90 GHz.

 

 

 http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/current/pub_papers/nineyear/basic_results/wmap_9yr_basic_results_images.cfm