Přeskočit na hlavní obsah

Bouře mysli, díl 2: Převratný objev nebo gigantický omyl?

Nemám nic proti vědcům a studentům vysokých škol. Věnují dlouhá léta života studiu svého oboru. Jejich práce obsahují mnoho stran odborného textu, plného vzorců a cizích slov, kterým rozumí opět jen absolventi stejného vědního oboru.
Vědci dokáží popisovat jevy jako gravitační vlny, teorie relativity, quarky a superqarky, kvantové jevy, černé díry, supernovy, bílí trpaslíci, supravodivost a podobně. Pojmy, které jsou pro ostatní z nás jen abstraktními definicemi něčeho, čemu nikdy neporozumíme, a co do našeho života nepřinese nic užitečného, přestože finanční podpora vědeckých pracovišť je více než štědrá.

Mnoho vědců dokázala své výzkumy aplikovat do užitečných vynálezů.

Přesto je, troufám si říct, většina studovaných odborníků kastou, která se povýšeně snaží veškerou svou činnost šifrovat do nesrozumitelných statí jen proto, aby prokázali své vědomosti.
Co na tom, že nepochopili pravou podstatu elektromagnetického pole, světla, gravitace, elektřiny, jejich skripta je naučila všechny ty jevy odborně popsat a s pomocí vzorců je vysvětlit.

Nejsem vědec. Mám za sebou pouze střední školu. Vysokou školu jsem vypustil z nedostatku času a proto, abych nezabředl do dogmat pouček a teorií, které nemusejí být správné. Měl jsem obavy, že zahlcen informacemi, bych ztratil svobodný pohled na věc z jiných úhlů.
Během mých výzkumů jsem si vždy, samozřejmě pomocí internetu, zjistil vše, co se dané tématiky týkalo. Sebrané informace jsem pak využil pro další postup. Myslím si, že v současné době je tento typ studia mnohem efektivnější. Nazval bych to "shortcut expert" neboli expertem pomocí zkrácené cesty. Intenzivním studiem všech dostupných zdrojů k danému konkrétnímu tématu dokážeme nahradit léta studií na škole a co více, v mnoha oborech, které nás v dané chvíli zajímají.

Dnes vím, že nepřihlásit se na vysokou školu bylo správné rozhodnutí. Zůstal jsem entuziastou a ne zaslepeným knihomolem.

Vezměme si například jadernou fyziku. Po desetiletí se vyučuje klasický pohled, pracující s atomy, protony, elektrony a dalšími částicemi jako nejmenšími prvky hmoty, které krouží po svých orbitech kolem svého jádra.
Studia pokrokových vědců posledních let ukazují, že tyto představy jsou mylné. Neexistují žádné částice. Jsou pouze charakteristické tvary vlnění, které jsou navíc vícerozměrné. Stále více vědců pracuje na teorii všeho, teorii, která veškerou práci tisíců vědců současnosti i minulosti vyvrací.

Fungování světa je v podstatě jednoduché.
Mnohem jednodušší, než nám odborníci tvrdí.
Každý z nás je schopen proniknout do podstaty stroje, zvaného vesmír, pokud nám to bude dostatečně a jednoduše vysvětleno. Bez cizích pojmů a složitých matematických rovnic.

V následujících příspěvcích se budu snažit vám to dokázat.
Nechci tím degradovat snahu vědců., kterým jde o to objevit pro svět nové. Chci však degradovat ty, kteří své memorizované vědomosti využívají jen pro svůj titul, povýšenost i zisk.

Jako příklad uvedu jednu kauzu, která vnímavým ukáže, že složité odborné teorie erudovaných vědců dokážou ovlivnit jiné "odborníky" i v komisi Nobelovy ceny přesto, že logický a triviální pohled na věc je úplně odlišný.

Rozpínání vesmíru

Pokud věříme terorii verlkého třesku, tudíž že vesmír vznikl velkým výbuchem a proto se neustále rozpíná, je logická i domněnka, že se toto rozpínání zpomaluje tak, jako se zpomaluje a zeslabuje každý jiný výbuch, erupce, nebo jen výstřik gejzíru vody v jednom ze zřídel na Islandu. Je prostě těžké uvěřit, že čím stojíme dále od epicentra výbuchu, tím silněji pocítíme jeho účinky.

Přesto se skupina mužů pokusila prokázat opak.

Od roku 1989 dva nezávislé týmy (Supernova Cosmology Project a High-z tým) měřili optické vlastnosti blízkých a vzdálených supernov.
Zjistili tehdy něco zvláštního.
Královská švédská akademie v ohlášení pro komisi Nobelovy ceny uvedla:

"In a Universe which is dominated by matter, one would expect gravity eventually should make the expansion slow down. Imagine then the utter astonishment when two groups of scientists ... discovered that the expansion was not slowing down, it was actually accelerating.
By comparing the brightness of distant, far-away supernovae with the brightness of nearby supernovae, the scientists discovered that the far-away supernovae were about 25 percent too faint. They were too far away. The Universe was accelerating. And so this discovery is fundamental and a milestone for cosmology. And a challenge for generations of scientists to come."
Volně přeloženo, ve vesmíru, kde dominuje hmota, se předpokládá, že gravitace bude rozpínání zpomalovat. K údivu všech se zjistilo, že nejvzdálenější supernovy měly jas až o 25 procent menší, než by měly mít. Jsou tak mnohem dále, než se předpokládalo. Vesmír se zrychluje a tento objev je zásadním milníkem pro kosmologii a další generace vědců.

Trojice vědců z obou týmů, Saul Perlmutter, Adam Reiss a Brian Schmidt, byla v roce 2011 oceněna Nobelovou cenou za objev, že rozpínání vesmíru se zrychluje.

Za objev, který je dost možná omylem.

Výsledek obrázku pro Saul Perlmutter, Adam Reiss a Brian Schmidt

O tomto objevu bylo napsáno tisíce pojednání, statí a odborných textů, kterým porozumět dokáže snad jen ona kasta astrofyziků, neboť jsou psány jejich jazykem, plným cizích výrazů a matematických rovnic.
Přesto se dají výzkumy shrnout do krátkého vysvětlení, kterému porozumí každý.
Čím větší je odbornost problematiky, čím více vědců je do toho zapojeno a čím větší je jejich renomé, tím menší je šance, že někdo nezaujatý, používající jen logiku a základní znalosti fyziky, dokáže odhalit jejich omyl.

Přesto se o to společně pokusíme.

Jak přišli vědci na to, že se rozpínání vesmíru zrychluje?

Nebe plné hvězd

Když v noci pohlédneme na hvězdnou oblohu, posetou tisíci svítících teček, možná rozeznáme některá souhvězdí nebo s pomocí aplikace na svém telefonu najdeme i okolní planety. Co však určitě nedokážeme určit, je vzdálenost oněch teček od Země.
Měřící přístroje, které používáme na měření vzdálenosti v pozemských podmínkách, nám nebudou nic platné. Pouze radar se dá použít a to ještě jen pro ty nejbližší planety. Radar pracuje tak, že vyšle signál směrem k objektu a měří čas do momentu, kdy se odražený signál vrátí zpět. I kdybychom měli tak výkonný radar, který dosáhne až třeba k nejbližší hvězdě (Proxima Centauri), jedno měření by trvalo více než 8 let.
Vědci proto během desítek let vypracovali řadu metod, které nám dokáží nepřímo vzdálenost kosmických těles zjistit. Například metoda, zvaná paralaxa, umožňuje spočítat vzdálenost hvězd v naší galaxii porovnáním jejich pozice na nebi. Jeden snímek se udělá třeba v lednu, druhý v červnu (tedy když je Země na své oběžné dráze kolem Slunce na opačném místě) a snímky se porovnají. Čím menší je posun hvězdy na snímcích, tím větší je její vzdálenost od Země.
Pro hvězdy za hranicemi naší galaxie je však tato metoda již nepoužitelná (posun je pod hranicí měřitelnosti), proto se používají jiné metody či jejich kombinace.
Odborný, ale přesto srozumitelný článek (gratuluji autorovi) na toto téma naleznete zde:
http://www.qwertasip.estranky.cz/clanky/jak-se-meri-vzdalenosti-ve-vesmiru--cast-2---hvezdy-a-galaxie.html

Koncem dvacátého století dva nezávislé týmy, jejichž členové byli později oceněni Nobelovou cenou, měřili vzdálenosti ve vesmíru zvláštní metodou. Soustředili se na supernovy, hvězdy v posledním stádiu své existence, jejichž hmota se hroutí do sebe za vzniku mohutné exploze, provázené světelným zábleskem o jasu miliard Sluncí. Díky tomu jsou supernovy dobře viditelné, i když se nacházejí na opačném konci vesmíru, ve vzdálenosti stovek miliónů až miliard světelných let.


Supernova SN1994D typu Ia (jasný bod vlevo dole) v galaxii NGC 4526

Hon na supernovy

Několik výbuchů blízkých supernov bylo pozorováno dokonce prostým okem a zaznamenáno starověkými astronomy. S rozvojem teleskopů se počet záznamů nových supernov mnohonásobně zvyšuje. Dnes na každou novou supernovu čeká tisíce astronomů po celém světě.

Teprve 10-ti letá Kathryn Aurora Gray se stala v lednu 2011 nejmladší objevitelkou supernovy 2010lt v galaxii UGC 3378

Trvání supernovy je relativně krátké. Exploze hroutící se hvězdy rozzáří okolní vesmír svitem, který se zesiluje během hodin až dní do svého maxima, a poté během týdnů až měsíců opět pohasíná. Naštěstí pro pozorovatele je výskyt supernov poměrně častý. Ve viditelném vesmíru vznikne supernova každou minutu a díky moderní technice jich čím dál víc dokážeme zachytit. Do dnešního dne je v záznamech přes čtyřicet tisíc supernov.

Během svého výzkumu se oba týmy našeho příběhu zaměřily na specifický druh supernovy, označený jako supernova typu Ia (jedna-a).
Tyto supernovy vznikají ne z jedné, ale ze dvojice hvězd, které obíhají vzájemně kolem sebe (binární systém). Podmínkou je, aby byla jedna (nebo obě) z hvězd tzv. bílým trpaslíkem, což je hvězda s velmi velkou hustotou (asi jako bychom naše Slunce stlačili do velikosti naší Země). 
Zhroucením takového bílého trpaslíka dojde k explozi, nejsilnější ze všech typů supernov. Světlo, které při tom vznikne, se dá dobře analyzovat (především díky přítomnosti tzv. absorpční čáry křemíku) a hlavně, intenzita svitu je v době jeho maxima (peak) u všech supernov typu Ia stejná.

Je to, jako bychom po celém vesmíru rozvěsili identické žárovky, které budeme náhodně na krátký okamžik rozsvěcovat. Pokud ale ony záblesky jsou stejně silné, jak zjistíme, jak daleko od nás vlastně jsou?
Jednoduše!
Čím je žárovka od nás vzdálenější, tím slabší je svit, který vidíme. Přesněji řečeno, svit se zeslabuje se čtvercem vzdálenosti. Je tomu tak jednoduše proto, že se svit šíří do všech stran a čím jsme od zdroje dále, tím méně ho k nám dorazí.
Stejně je to se svitem supernov. Vědci prostě měří intenzitu jejich jasu a podle něj propočítají vzdálenost. Postup výpočtu naleznete například zde (v angličtině).

Astronomové neříkají těmto supernovám žárovky. Používají však podobný pojem: standardní svíčky. Supernovy typu Ia jsou pro ně tudíž svíčkami, rozesetými po vesmíru, které slouží jako orientační body.
Pro úplnost je třeba uvést, že dnes používají astronomové k mapování vesmíru novou metodu. Hledají objekty, zvané kvasary, jejichž fungování není zcela pochopeno, avšak vyzařují tolik energie, jako desítky galaxií. V jejich středu je údajně černá díra a vzniklým třením dochází k silnému svitu ve všech spektrech, který nám je dovolí identifikovat až na vzdálenost více než 15 miliónů světelných let. V současnosti je známo přes 200 000 kvasarů hlavně díky Sloanově nadaci a jeho speciálnímu teleskopu. K určení vzdálenosti kvasarů se pak používá studium baryonových zvukových oscilací, jakýchsi zmražených zvukových vln, které se vesmírem šířily v jeho provopočátku, když byl po velkém třesku ještě hustou hmotou.

Šokující zjištění

Vědci našich dvou týmů tehdy zmapovali desítky supernov typu Ia a podle jejich svítivosti spočítali vzdálenost od Země. To byla však teprve část jejich práce.
V dalším kroku chtěli zjistit, jak rychle se tyto supernovy pohybují a naměřené hodnoty srovnat s hodnotami, spočítanými podle Hubblova zákona. Podle něj totiž platí, že vzdálenost je v přímé úměrnosti s rychlostí. Jinými slovy, čím je od nás supernova vzdálenější, tím má také větší rychlost.

K měření rychlosti vzdálených kosmických objektů se používá metoda červeného posunu spektra (redshift), vycházející z Dopplerova efektu. Zjednodušeně řečeno, světelné spektrum objektů, které se od nás vzdalují, je posunuté směrem k červené barvě. Naopak přibližující se objekty mají spektrum posunuto k modré barvě (blueshift). Je to podobné, jako se zvuk houkající sanitky mění, když se k nám přibližuje a když se naopak vzdaluje.
(http://skyserver.sdss.org/dr1/en/proj/basic/universe/redshifts.asp)

Astronomové tedy tímto způsobem změřili rychlost supernov a podle Hubblova zákona propočítali jejich předpokládanou vzdálenost od Země. Následně spočítali, o kolik slabší by měl být jas dané supernovy v této vzdálenosti. Jaké však bylo jejich překvapení, když u více než 50-ti těch nejvzdálenějších supernov naměřili jas až o 25 procent nižší, než se předpokládalo!

Co z tohoto zjištění vyvodili? Že jsou tyto supernovy mnohem dále, než by měly být, a tedy, že se vesmír rozpíná čím dál tím rychleji.

Jejich závěr, za který obdrželi později Nobelovu cenu, je ovšem, podle mého názoru, mylný.

Co přesně vedlo vědce k tomuto šokujícímu závěru?

V oficiálním textu objevu, určenému laické veřejnosti, je 99% obsahu věnováno tomu, co už víme. Jak se měří vzdálenosti ve vesmíru, co jsou supernovy typu Ia, jaké vědci řešili problémy při měření jasu supernov a podobně. To hlavní je však uvedeno až na straně 5, v jednom krátkém sdělení:
"...they found some 50 distant supernovae whose light seemed weaker than expected...".

Více informací, ze kterých můžeme pochopit myšlení autorů, nalezneme až v oficiálním vědeckém popisu. Ten se více zabývá srovnáním naměřených hodnot svítivosti (magnitudy), červeného posunu a výsledků spočítaných podle Hubblova zákona pomocí Friedmannových výpočtů.

Otec výzkumu galaxií

Edwin Powell Hubble, astronom, jehož jméno známe nejspíš podle Hubblova vesmírného teleskopu, pojmenovaného na jeho počest, se narodil 20. listopadu 1889. V roce 1919, po návratu z 1. světové války, začal Edwin Hubble pracovat na prestižní hvězdárně Mount Wilson v jižní Kalifornii, vybavené tehdy nejlepším 100" teleskopem. Edwin Hubble se stal klíčovou osobností výzkumu galaxií. V té době bylo známo, že se v některých spirálních mlhovinách vyskytují hvězdy. Nebylo ale zřejmé, že existuje něco jako jsou galaxie. V roce 1923 prokázal, že se vesmír rozkládá i za hranicemi naší galaxie a o rok později určil vzdálenost mlhoviny v Andromedě - poznal, že se jedná o galaxii srovnatelnou s naší Mléčnou dráhou. Dva roky poté Hubble vytvořil první použitelnou klasifikaci galaxií.
Své dlouholeté výzkumy představil Hubble veřejnosti ve své knize The Realm of the Nebulae, kterou publikoval v roce 1936 a díky které se stal uznávanou celebritou. Přátelil se například s Charlie Chaplinem nebo Albertem Einsteinem. 
Albert Einstein, vlevo, a Edwin Hubble, druhý zleva, před observatoří Mount Wilson v roce 1931.
CreditImagno/Getty Images

Právě Hubbleho kniha je cenným zdrojem informací o tom, jak probíhaly tehdejší výzkumy i jak Hubble dospěl ke svému významnému objevu. A především, abychom se vyhli všem mylným a nepřesným interpretacím internetových článků, musíme vždy čerpat z originálního zdroje.
Přestože znal Hubble ve své době pouze hrstku galaxií, mohl celkem přesně určit jejich vzdálenost a rychlost, jakou se pohybují.
Vzdálenost propočítal podle jejich jasu.
Se zjištěním tazkzvané radiální rychlosti, tedy rychlosti, s jakou se tyto galaxie pohybují směrem od nás (nebo k nám), to bylo podstatně složitější. Přestože první spektrální snímek mlhoviny byl analyzován už v roce 1864 Sirem Williamem Hugginsem, první propočet rychlosti podle červeného posunu (Dopplerův jev) provedl až v roce 1912 V. M. Slipher. 

Vědci se ovšem divili jedné věci: všechny následně zjištěné rychlosti totiž byly, až na ojedinělé vyjímky (možná způsobené chybami v měření či výpočtu), pozitivní a velmi vysoké. Jinými slovy, většina mlhovin na seznamu se od nás vzdaluje a navíc dosti podobnou rychlostí (průměrně 375 mil/sec).

Poměrně vysokou rychlost se Hubble pokusil vysvětlit teorií "island universes" s tím, že mlhoviny jsou nezávislé ostrovní vesmíry, které nejsou ovlivňovány gravitačními silami hvězdného systému a proto se pohybují podle jiných pravidel.

S tím, že jsou rychlosti a směry velmi podobné měli vědci ještě větší problém.
Každá zjištěná rychlost by měla být totiž kombinací pohybu mlhoviny a pohybu naší vlastní sluneční soustavy. Proto, při dostatečném množství měření, by výsledné rychlosti a směry měly být spíše náhodně velké, a rozhodně ne podobné.

Řešení, typické pro lidskou rasu, přinesl v roce 1918 Wirtz. Řekl si prostě, že pokud všechny rychlosti jsou větší, než by měly být, tak od všech určitou hodnotu odečteme a můžeme dále vesele pokračovat v bádání. Vznikla konstanta K (500 mil/sec, později 320 mil/sec), která byla zanedlouho přijata celou vědeckou obcí, ikdyž byla později mnohokrát upravena.

V průběhu dalších let Slipher i řada následovníků vytvořila tzv. Slipherův seznam radiálních rychlostí (Slipher's list of radial velocities), který v roce 1925 obsahoval celkem 45 mlhovin.

Hubble si poté dal do souvislosti zjištěné rychlosti a vzdálenosti mlhovin, a nalezl přímý vztah.

Poměr rychlosti a vzdálenosti vzdálených mlhovin. E. P. Hubble, The Realm of the Nebulae, 1936

Hubbleův zákon

V roce 1929 Hubble dokázal, že se vesmír rozpíná rychlostí, která je úměrná vzdálenosti. Zjistil, že se galaxie vzájemně vzdalují - vesmír se rozpíná.

( S využitím Einsteinovy obecné teorie relativity (1915), jejíž platnost svými výzkumy Hubble potvrdil, se pak dal odvodit počátek vesmíru - velký třesk - Big Bang. )

A navíc, čím jsou galaxie vzdálenější od Země, tím rychleji se od ní vzdalují. Tento poměr vyjádřil Hubble vztahem
v = H r
kde v je rychlost, r vzdálenost a H konstanta, pojmenována jako Hubblova. Její hodnota se neustále zpřesňuje a podle posledních výzkumů má hodnotu 67.77.
Podle tohoto jednoduchého vztahu můžeme spočítat rychlost galaxie či hvězdy podle vzdálenosti a naopak.

Při čtení Hubblovy knihy jsem si se zděšením uvědomil, že onu obrovskou chybu, přes všechen neocenitelný výzkum, kterému Hubble zasvětil život, učinili nejen vědci, oceněni později Nobelovou cenou, ale i sám Hubble, který se Nobelovy ceny nedožil. Jakou chybu?

Galaktický detail, ztracený v mlhovinách (informací)

Klobouk dolů před úsilím, výzkumy a znalostmi všech těch vědců, kteří se od počátku minulého století pohybem a rychlostí galaxií a hvězd zabývali. Jejich výzkumy jsou pro lidstvo neocenitelné. Když si uvědomíme, kolik statí, vědeckých článků a knih bylo napsáno, kolik učebních skript vzniklo na základě jejich práce a kolik dalších studentů i entuiziastů převzalo tyto výsledky a dále s nimi pracovalo, musíme nutně cítit pokoru. Jsou to snad milióny stran textu a statisíce lidí, kteří se poznatky Hubbla a jeho následovníků učili, používali je ve své práci či dalších výkumech, nebo učí jiné.

Je vůbec možné přijít s teorií, že Hubble udělal chybu, kterou zopakovali všichni následovníci v průběhu staletí?
Může s takovou myšlenkou přijít někdo, kdo nemá astronomické vzdělání?

Představme si restauratéra s Michelinskou hvězdou, provozující svou restauraci. Léta pracuje nad dokonalostí svých jídel, kvalitou servisu, designem svého interiéru. Přesto jednoho dne zjistí, že počet jeho zákazníků se neustále snižuje.
Marně přemýšlí proč se tak děje, a piluje své recepty, které jen málokdo dokáže napodobit.
Když tu k němu do restaurace vstoupí muž, který mu řekne:
"Víš proč tvůj podnik nefunguje?"
Restauratér se podiví:
"Kdo jsi? Nějaký známý šéfkuchař? Nebo kritik? Jaké máš vzdělání, abys mi mohl radit?"
Muž se jen pousměje.
"Neznám tajemství tvých receptů. Nestudoval jsem dlouhá léta kuchařské umění. Jen jsem šel dnes okolo restaurace a něčeho jsem si všiml."
"Čeho," zeptal se restauratér pobaveně, "co mi může amatér jako ty říct, co bych už nevěděl?"
"Inu, všiml jsem si cedule támhle před restaurací, kterou ty odsud zřejmě vidět nemůžeš. Dal ji tam asi nějaký tvůj zlostný konkurent. Stojí na ní velkým písmem: Z technických důvodů zavřeno do odvolání."

Možná jsme na něco zapomněli

Světlo se pohybuje rychlostí světla. To ví dnes snad každý průměrně vzdělaný člověk. Proč ale o rychlosti světla v Hubblově knize ani v žádném jiném textu, který jsem prostudoval, nepadlo ani slovo? Je to snad detail, který není třeba brát v úvahu? Právě naopak!

Pokud vědci v observatoři vyfotí supernovu či galaxii a analyzují jeji světelné spektrum, propočítají správně její rychlost podle velikosti červeného posunu. Jenže, zjištěná rychlost neodpovídá danému momentu. Trvalo celé milióny světelných let, než světlo supernovy napříč galaxiemi dopadlo na Zemi, aby jej astronomové zachytili a vypočetli její rychlost. Tuto rychlost tedy měla supernova již před milióny let!
Vidíme tak časově zkreslený obraz. Jak logický se nyní jeví fakt, že vzdálenější supernovy mají rychlost větší, než ty bližší. Od těch vzdálených totiž světlo k nám putovalo delší dobu, díváme se tedy více do minulosti. Tehdy byla jejich rychlost větší. Gravitačními silami, které zpomalují rozpínání vesmíru po velkém třesku, se rychlost všech supernov zpomaluje taky. Proto je logické, že ty bližší supernovy mají rychlost menší. Světlo od nich k nám putovalo kratší dobu, díváme se tak do více současné doby.

Tak je to jednoduché, A jak známo, to nejjednodušší vysvětlení je většinou to pravdivé. Tak jako si restauratér může vysvětlovat úbytek hostů různě, a nakonec věc vyřeší konstantou úbytku hostů, tak astrologové řeší nepochopitelná fakta po svém, svými konstantami K. Nezaujatý a jiný pohled zvenčí tak může objevit něco nového. Samozřejmě, že bez mravenčí práce vědců, kteří tato fakta zjistili, by to nebylo možné.

Vesmírný biliár

Připusťme nyní, že časový posun je skutečně ten gigantický detail, na který astronomové zapomněli. Co to změní na výsledcích jejich bádání a jak to ovlivní existující a uznávané teorie?
A především, jak celou vědeckou obec můžeme přesvědčit o jejich omylu?

Můj plán je více než troufalý. Chtěl bych vytvořit simulaci vesmíru, použít existující data ale časově je transformovat a propočítat skutečné trajektorie supernov. Pokud vše půjde dobře tak se dráhy supernov setkají v jednom bodě: středu vesmíru, místě prvotního Big bangu.
Bude to dostatečný důkaz?

Jednu věc jsem si dlouho nedokázal logicky vysvětlit. Představuji si, že se vesmír rozpíná podobně, jako když na biliárovém stole začínáme hru a bílou koulí rozrazíme všechny ostatní. Ty se pak od středu stolu, našeho středu vesmíru,  rozletí na všechny strany, jako při velkém třesku.

Biliár. Analogie rozpínání vesmíru.

Řekněme, že země je koulí číslo 12 a my jsme na ní. Když se podíváme kolem sebe, vidíme koule 3, 13. 15 a 4. Ty jsou od nás přibližně ve stejné vzdálenosti, avšak koule 13 a 15 jsou momentálně rychlejší a koule 3 a 4 pomalejší. Z pohledu naší Země číslo 12 se tedy okolní koule nepatrně vzdalují.
Vzdálenější koule, 1 , 9, 15 a další jsou ještě rychlejší, avšak všechny se postupně budou zpomalovat třením o plátno biliáru, tak jako se hvězdy zpomalují vlivem gravitačních sil.
Náš vesmír je jako biliár krátce po úderu tága, tedy v prvopočátku po Velkém třesku, proto zpomalování není ještě tak rapidní.

Co ale koule 7 a 10, které se pohybují opačným směrem? Které supernovy ze současných pozorování mají tak zcela odlišné rychlosti a směr?
Inu, žádné. Až na pár, které jsou zřejmě výsledkem chybného měření či výpočtu.
Okruh probádáného vesmíru vzhledem k možnostem našich teleskopů a gigantickému rozměru vesmíru (ne, není nekonečný) odpovídá jen těm nejbližším koulím. Na opačný konec vesmíru, napříč centrem jeho Velkého třesku, prostě nedohlédneme.

Existuje ve vesmíru relativita?

Tento nadpis musí nutně zvednout ze židle každého odborníka, který náhodou dočte blog až do tohoto místa. Speciální teorie relativity Alberta Einsteina je již více než sto let uznávanou teorií.
Přesto budu tak drzý a budu této teorii oponovat.
To až ale v některém z příštích dílů.

Jak využít chybu v náš prospěch

Výsledky měření astronomů nám tedy dávají údaje o vzdálenosti a rychlosti supernov. Jenže, díky faktu, na který vědci zapomněli, máme vlastně data z minulosti. Čím vzdálenější supernova, tím starší je údaj o její rychlosti. Paradoxně tento fakt můžeme využít. Když víme, v jakém čase měla obecná supernova rychlost, můžeme propočítat, jak se její pohyb vlivem gravitačních sil zpomaluje.

Všechny supernovy jsou velmi podobné. Mají téměř identickou svítivost ve svém maximu, tedy i podobnou velikost a složení. Právě proto je astronomové používají jako standardní svíčky.
A to se nám hodí. Můžeme tak ke všem přistupovat stejně.
Když známe rychlosti v daných časových okamžicích, vytvořit funkci, závislost zpomalování na čase, již bude velmi snadné. A těch časových okamžiků je tolik, kolik je supernov, neboť každá je jinak daleko a tedy její změřená rychlost odpovídá jinému časovému okamžiku.

Jakmile se dopracujeme k funkci, kterou se řídí zpomalování supernov, můžeme zpětně interpolovat počátek jejich dráhy do jednoho výchozího bodu, středu vesmíru.
Malý problém je v tom, že ke zjištění trajektorie potřebujeme nejen rychlost ale také směr.
Z rudého posuvu, redshiftu, známe pouze radiální rychlost, tedy tu směrem od nás. Je to jen složka jejich pohybu. Skutečný pohyb ani pohyb samotné Země z těchto údajů nezjistíme.

K tomu nám pomůže něco, co vědci donedávna neměli k dispozici. Počítač a simulační program. Ten nám může prověřit všechny možné směry pohybu každé ze supernov a pokusit se najít jejich průnik v samotném počátku Velkého třesku.

Takový simulátor, trojrozměrný model vesmíru s pokud možno všemi do dnešního dne zmapovanými supernovami, si vytvoříme. Ano, opravdu.

Trable s daty

Samozřejmě podobné projekty či enginy simulace vesmíru již existují (Celestia, SpaceEngine apod.), ale vždy jsem narazil na omezené možnosti, jak je přizpůsobit pro naši potřebu, takže jsem se rozhodl vytvořit vlastní program.

Pro dokonalou simulaci potřebujeme v prvé řadě přesná data. Datových souborů existuje na internetu celá řada.
Tak především Open Supernova Catalog obsahuje úctyhodnou databázi čtyřiceti tisíc supernov. Můžeme je na internetové stránce dokonce vylistovat všechny, včetně nám potřebných informací jako je ra (right ascesion, česky rektascenze) a dec (deklinace), které potřebujeme pro zjištění polohy objektu ve vesmíru, a maximální magnituda, kterou potřebujeme, jak již víme, ke zjištění vzdálenosti od Země. Ale ouha, chybí zde redshift, červený posun, který naši vědci využívali k další analýze a který tudíž i my potřebujeme.
Nicméně jsem vytvořil program, který převedl data z katalogu a stvořil působivý obraz vesmíru s přesnou polohou všech známých supernov. I když všechny záznamy nebyly úplné (někde chybělo ra, jinde mmax), třicet devět tisíc hvězd bylo na svých místech a já se mezi nimi mohl pohybovat jako ve skutečném vesmíru.

Kde však vzít chybějící redshift? Našel jsem další databázi z projektu Weizmann Supernova Interactive Data. Ta obsahuje přes devět tisíc objektů, mezi dostupnými údaji nalezneme redshift ale pro změnu chybí magnituda. Proto jsem všechna data načetl a zkombinoval s prvním seznamem podle názvů supernov. Z obou seznamů tak vznikl jeden s úplnými informacemi pro 1900 supernov.
S tím jsem však nebyl spokojen a tak jsem pátral dále.

Open Supernova Catalog obsahuje také API, rozhraní pro přístup ke všem uloženým informacím.
https://github.com/astrocatalogs/OACAPI
Dříve jsem si toho nevšiml ale teď (lépe později než vůbec) jsem zjistil, že se mohu dostat i k chybějícím redshiftům. Bohužel přes API, z neznámých důvodů, nešla vylistovat, opět, magnituda. A tak jsem musel kombinovat třetí seznam s tím prvním, abych tak konečně získal kompletní potřebná data pro celkem 3000 supernov.

Když jsem se po několika měsících znovu vrátil k tomuto projektu, zrevidoval jsem své postupy a, samozřejmě, našel jsem mnohem jednodušší řešení.
API pro Open Supernova Catalog totiž umožňuje téměř vše, co potřebuji, aniž bych musel kombinovat více datových souborů, Stačilo si důkladně přečíst dokumentaci a trochu testovat. Výsledkem je příkaz, který nám zobrazí seznam supernov s potřebnými údaji jako výsledek řady dostupných zdrojů:

https://api.astrocats.space/all/ra+dec+maxabsmag+maxappmag+maxdate+discoverdate+redshift+host?format=csv

Upravil jsem simulační program, aby načetl nová data, a po spuštění se přede mnou objevil vesmír s úctyhodným počtem 17036 supernov, těch, ke kterým v databázi existují všechny potřebné údaje.

17036 supernov. Země je uprostřed v dáli před námi.
Barva indikuje rychlost - čím červenější, tím rychlejší směrem od Země.

Všimněte si, že v některých směrech je koncentrace supernov mnohem větší. Souvisí to se zaměřením největších observatoří, které sledují jen vybraný úsek vesmíru?

Hrátky s hvězdami

Vesmír s rozsetými hvězdami je impozantní, avšak pro naše další zkoumání jej budeme muset upravit a zvizualizovat závislosti jednotlivých parametrů.

Především nás zajímá vztah vzdálenosti a rychlosti, odhalený kdysi Hubblem. On však narozdíl od nás měl data desítek supernov, my jich máme tisíce.
Seřaďme si supernovy podle naměřené vzdálenosti od Země do jedné osy. V druhé ose je posuneme podle jejich rychlosti. Získáme tak v podstatě jakýsi graf závislosti rychlosti a vzdálenosti. Nezapomeňme, že vzdálenost je zdánlivá - odpovídá situaci každé hvězdy v dávné minulosti...

Supernovy seřazené dle vzdálenosti (osa X) a rychlosti (osa Y)

Jak je vidět podle nejvýraznější linie, rychlost se skutečně lineárně zvyšuje se vzdáleností od Země. Tento vztah si později přesně spočteme a mám tušení, že se dostaneme právě k hodnotě známé jako Hubblova konstanta.
Pozn.: data supernov jsou zde pro potřeby vizualizace upravena (vzdálenosti v parsecích jsou zmenšeny 100 000 krát a rychlost v km/sec 100 krát).

Na obrázku však vidíme velmi zvláštní jev: kromě supernov, seřazených poslušně v jedné linii, máme tady řadu jiných, které tvoří vertikální pruhy. Jsou to supernovy, měřené v různých časových obdobích (v rozmezí desítek let) a v různých galaxiích. Mají shodnou vzdálenost ale jejich rychlost se liší až o 30 km/sec, jakoby ignorovaly Hubbleův zákon.
Jak je to možné? Žádné dvě supernovy, které jsou ve stejné vzdálenosti (ikdyž na úplně jiném místě na obloze) přece nemohou mít různou rychlost, nýbrž musí mít stejnou, tak jak zjistil Hubble.

Jde o chyby v měřeních? Jak je vidět, na obrázku jsou některé supernovy poházené úplně mimo linii, u těch se dá chyba v datech uvěřit. Ale odkud se bere onen zarážející, pravidelně se opakující výskyt vertikálních pruhů?
Když se na grafu přesuneme vpravo dále od Země, všimneme si opačného výkyvu od předpokladu: supernovy s různou vzdálenosti ale přesně stejnou rychlostí, tvořící horizontální pruhy.

Anomálie v zobrazovaných datech - chyby v měření?

Přiznám se, že když píši tyto řádky, nemám na původ anomálií v zobrazovaných datech ještě odpověď. Snad jde opravdu o nepřesnosti v měřeních či výpočtech, které se nějakým záhadným způsobem projevují takto pravidelně. Čerpáme z databází, která jsou otevřená pro všechny a tudíž přesnost dat není zaručena. Přesto ta pravidelnost odchylek je velmi zvláštní. Skoro jakobychom se dívali na nějaký šifrovaný vzkaz od samotného tvůrce vesmíru.
Snad mi s tímto problémem pomůže nějaký moudrý čtenář...

Složitý pojem redshift - anebo jednoduchý?

Světlo je vlastně elektromagnetické vlnění, podobně jako rádiové vlny či gama záření. Narozdíl od jiných druhů vlnění můžeme světlo vidět (pomocí molekuly zvané retinol, citlivé na světlo a obsažené v sítnici našeho oka). Jednotlivé druhy záření se liší v podstatě jen vlnovou délkou (frekvencí), viditelná část záření má vlnovou délku od 380 nm (modrá) do 750 nano metrů (červená).
Záření, které k nám přichází od supernov, obsahuje celou řadu neviditelných frekvencí ale také kompletní sadu těch viditelných v podobě bílého světla. Když takovéto světlo necháme projít hranolem, vznikne barevné spektrum rozkladem na jednotlivé složky, protože každá složka světla, každá frekvence či vlnová délka, se na rozhraní jiného fyzického prostředí (sklo, voda ap.) láme pod trochu jiným úhlem.

Vlny světelného záření

Když se na Wikipedii ponoříme do teorií, vzorců, experimentů, které vědci za uplynulé století provedli, nejspíš toho brzy necháme s tím, že bychom na to potřebovali minimálně ještě jeden život.
Pojmy jako kosmický redshift, relativistický Dopplerův efekt, dilatace času, různé modely vesmíru atakdále, to vše se opravdu nedá strávit bez obětování velkého množství času.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ives–Stilwell_experiment#Relativistic_Doppler_effect
Přitom je to zbytečné.
Principy vesmíru jsou v podstatě jednoduché a já si dovolím předložit teorie, které ignorantsky odborné statě obcházejí a přitom jsou ve shodě s výsledky měření.

Základní princip fungování vesmíru je založen na vlnění, které si dovolím nazvat nosným vlněním. To pochází ze 4. dimenze a šíří se z každého bodu našeho trojrozměrného vesmíru do všech stran. Ano, můžeme jej nazvat éterem, všudypřítomnou substancí, která byla vědeckým světem zavržena a nyní se, v trochu jiné podobě, vrací pod pojmem superstruny.
Zkrátka a dobře, vše co vidíme kolem sebe, předměty, planety, vzduch, lidé, prostě všechno, je tvořeno specifickými frekvencemi různě komplikovaného stojatého vlnění (nebo pohybujícího se, pokud je daný objekt v pohybu). Světlo a jiná elektromagnetická vlnění jsou unášena do všech směrů na nosném vlnění. To má rychlost světla, tedy 299,792,458 m/s. Protože světlo, tak jako každý pohybující se objekt, je touto nosnou vlnou unášeno, nemůže mít nikdy rychlost větší, tak jako listí unášené řekou nemůže plout rychleji, než sama voda.
Mimochodem, asi týden po tomto zápise jsem zjistil, že pojem nosného vlnění není neznámý.  Zahrnuje jej pod pojmem "pilot wave" De Broglie-Bohm teorie, kterou jsem dosud neznal, přestože existuje již téměř sto let. Odborný svět ji sice dosud poněkud zavrhuje ale zjišťuji, že se velmi přibližuje mým představám.
https://en.wikipedia.org/wiki/De_Broglie–Bohm_theory

Ať už se zdroj světla, tedy například supernova, pohybuje vesmírem jakoukoliv rychlostí a směrem, světlo, které vydává se pohybuje stálou rychlostí, označovanou jako rychlost světla. Pohybující se supernova prostě světlo od sebe neodtlačuje, jen v každém místě vyvolá světelné vlnění, které se pak už nezávisle šíří na nosné vlně konstantní rychlostí.
Protože se však světlo emituje kvantově, to znamená v každém místě svého pohybu emituje světlo stejným způsobem jako v předešlém, dochází ke zhušťování nebo ředění těchto vln podle toho, v jakém směru se emitor (zdroj světla) pohybuje.

Na druhou stranu, ikdyž by byla supernova hypoteticky nehybná, a my se se Zemí pohybujeme směrem k ní, dochází ke zhušťování těchto vln, nebo naopak ředění, pokud se pohybujeme opačně. Je to stejné, jako když lodí plujeme napříč vodními vlnami. Plujeme-li proti jejich pohybu, narážíme na jejich hřebeny tím rychleji, čím rychleji plujeme, a plujeme-li opačně, frekvence nárazů se zmenšuje až se může dokonce stát, že plujeme na vrcholku vlny současně s ní a frekvence je nulová.
A co znamená zhušťování či ředění vln? Je to vlastně změna vlnové délky, která se ve výsledku projevuje posunem spektra k modré nebo červené barvě.

Je tedy jedno, jestli se pohybuje zdroj světla nebo my. Co se však stane, pokud se pohybuje jak zdroj světla, tak pozorovatel? Co když supernova letí rychlostí 200 000 km/s jedním směrem a Země rychlostí 200 000 km/s opačným směrem? 
Ano, vzájemná rychlost pak bude 400 000 km/s, tedy více, než je rychlost světla. Ale v klidu, je to jen poměrné číslo, ve skutečnosti se nic rychlostí větší, než je rychlost světla, nepohybuje.

Pro zajímavost, nejvyšší naměřená hodnota redshiftu je 11.1 u galaxie GN-z11 v roce 2016, což znamená, že se pohybuje směrem od nás rychlostí 33 000 km/sec. Naopak nejrychlejší zjištěná skupina hvězd, pohybující se směrem k nám, s označením Globular cluster, se přibližuje rychlostí přes 1 026 km/sec.

Occamova břitva

Vizualizací supernov jsme zjistili, že navzdory Hubbleově zákonu má řada supernov různou rychlost, ikdyž jsou od nás ve stejné vzdálenosti. Je to způsobenou pohybem Země samotné? Víme, že redshift a podle něho spočítaná rychlost jsou hodnoty relativní, závislé na rychlosti a směru našeho vlastního pohybu. Celý vesmír se rozpíná a je tedy možné, že supernova za námi má relativně menší rychlost než supernova před námi. Ikdyž jsou obě stejně vzdálené, jejich poloha vzhledem k našemu směru pohybu může znamenat jinou hodnotu redshiftu.
To ovšem nevysvětluje onu pravidelnost, která může být dána metodami měření, přepočtů nebo něčím jiným.

Princip Occamovy břitvy říká, že nemáme postulovat množství příčin, není-li to nezbytné, a že Pokud nějaká část teorie není pro dosažení výsledků nezbytná, do teorie nepatří.

Jinými slovy, všechny tyto zvláštnosti, stejně tak jako různé časové modifikace Hubblovy konstanty a vysvětlování zrychlující se expanze vesmíru pomocí černé hmoty jednoduše obejdeme tak, že vytvoříme vlastní, jednodušší teorii, která potvrdí naměřené hodnoty. 
Zapomeneme na Friedmannovy, Lemaitrovy a různé další výpočty, Einsteinovy kosmologické konstanty, Hubblovy konstanty, Olberův paradox a řadu dalších teorií, které se dokáží za určitých podmínek přiblížit skutečnosti, avšak vykonstruovaným způsobem, podobně jak by se dala například vysvětlit gravitace:

"Gravitační síla je ve skutečnosti poloviční než podle Newtonova zákona, a zbytek způsobují jinak neviditelní a neměřitelní trpaslíci, kteří tělesa postrkují tak, aby se zdánlivě chovala podle Newtonova zákona. Trpaslíci ovšem s postrkováním přestanou v roce 2069, což bude znamenat konec známých fyzikálních zákonů."

Pro nás jsou jedinými fakty naměřené hodnoty a pro simulaci skutečně fungujícího vesmíru žádné trpaslíky potřebovat nebudeme. Neřešme to, proč rychlosti a vzdálenosti neodpovídají odborným tezím (možná jsme nezahrnuli nějakou konstantu nebo vztahy platí jen pro vzdálenější supernovy). My tyto vztahy prostě nepotřebujeme.

Pojďme zjednodušovat

Hodnota redshiftu je fakt, nad kterým nelze diskutovat. I přes chyby v měřeních a chyby v datových záznamech většina hodnot bude správná. Stejně tak můžeme podle těchto hodnot s jistotou spočítat rychlost supernov.
Nesmíme však zapomenout na to, že rychlost je relativní vzhledem k pohybu Země a zahrnuje pouze axiální složku, tedy rychlost vzdalování nebo přibližování vůči nám.
A především, rychlost je taková, jakou měla supernova v dávné minulosti.
Ikdyž od okamžiku, kdy světlo začalo od supernovy putovat, uplynuly miliardy let, charakteristika vlnění se nijak nezměnila. Frekvence se nezačala zmenšovat či zvyšovat ani rozpínáním vesmíru, ani gravitací, světlo se prostě šíří standardní rychlostí nosného vlnění. Máme tedy jistotu, že analýza na Zemi dopadnuvšího světla nám dá skutečně obraz supernovy, tak jak vypadala před miliardami let.

Dále je zaručeným faktem intenzita svitu supernovy, tedy magnituda, která jednoduchým přepočtem a za předpokladu, že všechny supernovy typu Ia se chovají stejně, nám určí její vzdálenost, tedy opět v době před miliardami let.

A to je vše. Lépe řečeno, to nám stačí.

Axiální rychlost a vzdálenost tisíců známých supernov totiž může být dostatečným množstvím dat pro interpolaci jejich trajektorií. Protože všechny tyto supernovy mají jedno společné: započaly svou pouť v jednom jediném bodě. V místě velkého brnku, ve středu rozpínajícího se vesmíru.




To be continued...

Máme zde řadu nezodpovězených otázek. Pochopitelně, pokud bychom je zodpověděli, můžeme si zažádat o Nobelovu cenu. Ale přesto se o to budu pokoušet v jednom z dalších dílů blogu.
Budu vděčný každému čtenáři za jeho myšlenky, opravy, doplnění nebo vyvracení uvedeného. Chceme se přece dobrat pravdy.

Následující poznámky prosím berte jen jako myšlenky do dalšího studia.

Dilatace času a relativistický Dopplerův efekt

https://en.wikipedia.org/wiki/Ives–Stilwell_experiment#Relativistic_Doppler_effect

Podrobněji pročíst včetně originálních experimentů. Každopádně, údajná dilatace času je výsledkem konečné rychlosti světla respektive šíření vln superstrun v celém vesmíru.
Dá se říct, že pohyb světla a všech vln není relativní, ale naopak absolutní. Proto pohybuje-li se objekt rychlostí blízkou rychlosti světla, jeho vlny se zpomalují, což způsobuje posun spektra. Stejně tak se zpomalují všechny procesy neboť vše je dáno pohybem vln superstrun. Nezpomaluje se čas. Čas je jen mříž, kterou klademe na okolní svět (Isaac Newton). Zpomalují se vlny a jejich veškeré projevy. Proto se to jeví jako změna času.
Vytáhneme-li maso z ledničky a dáme na slunce, začne se rychleji kazit. Neznamená to, že čas na slunci utíká rychleji.

Jak najít střed vesmíru?

Kde a kde vznikl vesmír? Kde je to místo, ve kterém se vše začalo mohutnou explozí, zvanou Velký třesk? I když pracuji nad teorií superstrun a místo velkého třesku bych spíše použil pojem "Velký brnk", podstata otázky je stejná. Kde je střed expandujícího vesmíru?

Možná si neuvědomujeme jednoduchý fakt: my sami jsme středem vesmíru. Lépe řečeno, byli jsme. Kdysi dávno jsme byli u toho, když vznikl vesmír. Tedy ne v takové podobě, v jaké jsme teď, ale prvky hmoty, ze které jsme složeni. Tak jako všechno, co vidíme kolem nás, bylo na počátku zhuštěno do jediného bodu. Načež se v čase 0 energie uvolnila a vesmír začal expandovat. Utvořily se hvězdy, mlhoviny, planety a vzájemnými interakcemi i planetární systémy.

---

Pokud snad někdo ze čtenářů dočetl až sem, jsem za to vděčný a doufám že jsem mu předal alespoň trochu bouře mysli, která, když už nic jiného, prodlužuje život.


Zdroje:
https://en.wikipedia.org/wiki/Accelerating_expansion_of_the_universe
https://www.nasa.gov/ames/kepler/nasa-spacecraft-capture-rare-early-moments-of-baby-supernovae
https://www.sciencealert.com/no-the-universe-is-not-expanding-at-an-accelerated-rate-say-physicists
https://sne.space
https://wiserep.weizmann.ac.il
http://www.astronomynotes.com/starprop/s4.htm





Komentáře