Kde končí vesmír? A co je za ním?

Proč vnímáme vesmír jako pomyslnou kouli, v jejímž středu se nacházíme? Kde je jeho konec, jeho hranice - a co je za ní? Na tyto otázky dává fyzika jednoduché, i když možná trochu překvapující odpovědi. 

Jsou to otázky, které si jistě jednou položí každý z nás: "Kde je konec vesmíru?" "A jak to vypadá za tím koncem?" Není lehké si představit, že vesmír může být nekonečný a přitom končit někde v nicotě. A není to férové. 

Myslím, že naše abstraktní myšlení není na podobné úvahy vybaveno. Je přizpůsobeno k životu ve třech prostorových dimenzích při relativně pomalých rychlostech. Úvahy o principu a "konci" vesmíru ale musí zahrnovat i jevy, které neodpovídají běžnému dění kolem nás. Už jen relativistické rychlosti a jejich průvodní jevy se zdají naprosto nelogické, což teprve následky nadsvětelných rychlostí? Chcete se v myšlenkách podívat, jak to vypadá "na konci vesmíru"? S úvahami o konci vesmíru musíme začít na jeho samého začátku. Právě tam nacházíme nejextremnější jevy, které formovaly pozdější realitu. 

Tam, kde všechno začalo - Big Bang

Na samém začátku své existence se vesmír nacházel v nekonečně hustém, horkém a rozměrově nepatrném stavu, říká nejuznávanější teorie o jeho vzniku. Nevíme, jak dlouho setrvával ve stavu naprosté homogenity, předpokládá se ale, že za vznik naší existence by mohla být zodpovědná první zásadní fluktuace - dostatečně velká změna některého z původních parametrů původního stavu, který našemu vesmíru předcházel. 

Tato změna umožnila vznik veličin jako prostor a čas a uvedla do pohybu procesy, které způsobily extremní rozpínání celého tehdejšího systému.

Big Bang

Americký fyzik Fred Hoyle, (ve skutečnosti odpůrce této, dnes všeobecně uznávané, teorie) kdysi nazval první moment naší existence posměšně "velkým třeskem". Pojem velký třesk se vžil díky své jednoduchosti a názornosti, i když ve skutečnosti by daný stav lépe popisoval název "velký postup". Vesmír totiž nevznikl díky explozi, jak by mohl název napovídat, ale provázel ho vznik fyzikálních veličin čas a prostor. 

Čas plyne jen jedním směrem a zajišťuje tím smysluplnost všech dějů, které ve vesmíru probíhají. Na samém počátku své existence ještě nejspíš neprobíhal lineárně. Také rozpínání vesmíru probíhalo jinou, daleko větší rychlostí než dnes, rychlostí, která několikanásobně převyšovala dnešní rychlost světla. 

Neodporuje to zákonům fyziky? Ty říkají, že nic ve vesmíru se nemůže pohybovat rychleji, než světlo.

Neodporuje. Fyzikální zákony určují horní hranici rychlosti, kterou se může ve vesmíru pohybovat informace (přenášena například fotonem). V praxi to znamená, že nejvyšší teoreticky možná rychlost pohybu objektu (informace) z bodu A do bodu B odpovídá rychlosti světla.

V případě rozpínání vesmíru se ovšem nejedná o přenos informace. Jednotlivé části vesmíru se nepohybují z bodu A do bodu B, vzdalují se od sebe jen díky tomu, že mezi nimi vzniká neustále další a další prostor. 

Vesmír se krátce po svém vzniku rozpínal nadsvětelnou rychlostí.

Je tedy větší, než by se dalo očekávat v případě "obyčejné" expanze rychlostí světla. Jeho rozměr dnes odpovídá minimálně vzdálenosti, kterou by urazilo světlo během 78 miliard let, s největší pravděpodobností je ale ještě větší.

Kde končí vesmír?

To, co považujeme za reálnou hranici našeho vesmíru, by ve skutečnosti zasloužilo název "horizont". Je tou nejvzdálenější částí univerza, ze které můžeme přijímat informace. 

Tento pomyslný horizont probíhá v oblasti, která se od nás díky rozpínání vzdaluje rychlostí světla - tedy stejnou rychlostí, jakou by naším směrem mohla letět informace o ní.

Fotony, vyslané  hvězdou za horizontem pozorovatelnosti, se k nám pak sice teoreticky blíží, jsou od nás ale zároveň odnášeny nově vznikajícím prostorem rychleji, než se samy pohybují. Onu část vesmíru, která se nachází za tímto pomezím proto nikdy neuvidíme, reálně pro nás neexistuje.

Hranice našeho vesmíru pro nás mají tvar koule

Skutečný tvar vesmíru neznáme, protože nedohlédneme až k jeho vnějším "okrajům". Můžeme ho jen odhadnout pomocí teorií.

Nemusí být nutně symetrický.V případě, že by se jednotlivé části v minulosti rozpínaly různě rychle, mohl by být tvar kompletního (pozorovatelného i nepozorovaného) vesmíru podobný napříkald elipsoidu. 

Hranice té části vesmíru, kterou jsme schopni pozorovat, ze které k nám postupuje informace, má naopak tvar koule, která odpovídá teoretickému horizontu viditelnosti. 

Kde končí vesmír? V jaké vzdálenosti se nachází jeho "konec"?

Nejvzdálenější oblast, kterou ve vesmíru vidíme, je ta, ze které přijímáme nejstarší informace. Vzhledem k tomu, že informaci v našem vesmíru přenáší světlo, které se pohybuje konstatní (a ultimativně nejvyšší možnou) rychlostí, odpovídá nejvzdálenější pozorovaná část vesmíru vzdálenosti, kterou k nám urazily nejstarší možné částice světla. Nejstarší světlo univerza je staré přibližně 13,8 miliardy let. První fotony totiž získaly možnost šířit se vesmírem až zhruba 380 000 let po jeho vzniku. Tehdy jeho teplota klesla pod 3000 stupňů C. Do té doby byl vesmír pro záření neprostupný. 

Fotony, které jsou staré 13,8 miliardy let, k nám přinášejí informaci o místech, ve kterých před 13,8 miliardami let vznikly. Díky rozpínání vesmíru jsou tato místa samozřejmě dnes od nás vzdálena více než pouhých 13,8 miliard let.

Skutečná vzdálenost míst, odkud pocházejí nejstarší pozorované fotony, je dnes odhadována na 46 miliard světelných let. 

Na otázku, "kde je konec vesmíru" můžeme tedy dát relativně přesnou odpověď. To, co vidíme jako "konec vesmíru", je vzdáleno 46 miliard světelných let, i když fotony, která nám informaci o těchto místech přinášejí, jsou staré teprve 13,8 miliardy let. 

Co je za tímto "koncem"?

Vzhledem k tomu, že se ve své ranné části vesmír rozpínal rychlostí přesahující rychlost světla ...

... nachází se za jeho koncem... jeho zbytek. 

***

A odpověď na otázku: "Kde to všechno končí? A co je za tím koncem?" 

Nic.

Pojem "za hranicí vesmíru" ztrácí vně vesmíru smysl.

Slovem "za" vyjadřujeme určitý stav uvnitř systému tří prostorových koordinát - délky, výšky a šířky. Pojem  "vně vesmíru", pak nutně představuje stav, ve kterém neexistuje prostor ani čas. Naše abstraktní myšlení není schopno ho ani pochopit ani vyjádřit - není na to uzpůsobeno. Z nedostatku představivosti ho neumíme definovat jinak, než dokonalé, opravdové "nic".