Astronómia je veda zaoberajúca sa pozorovaním a vytvetľovaním udalostí odohrávajúcich sa mimo Zeme a jej atmosféry. Skúma vznik, vývoj, stavbu, rozloženie, pohyb a vzájomné interakcie vesmírnych telies a ich sústav. Astronómia sa taktiež zaoberá fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami objektov, ktoré môžu byť pozorované na oblohe, rovnako ako aj procesmi, ktoré ich vyvolávajú. Astronómia sa delí na niekoľko ďalších vied, ktoré skúmajú vesmír zo špecifickejších hľadísk, medzi nimi aj astrometria, astrofyzika, kozmológia, planetológia, stelárna, galaktická a extragalaktická astronómia a ďalšie.
Stručné dejiny
V ranom období sa astronómia zaoberala pozorovaním a predpovedaním pohybov objektov viditeľných voľným okom. Rigveda spomína 27 súhvezdí súvisiacich s pohybmi Slnka aj s 12 zvieratníkovými sekciami oblohy. Starovekí Gréci sú autormi niekoľkých významných príspevkov v oblasti astronómie, okrem iného definície sústavy jasností hviezdnych objektov. Biblia obsahuje množstvo zmienok o pozíciách Zeme vo vesmíre a vlastnostiach hviezd a planét, z ktorých väčšina je viac poetická ako literárna; pozri biblická kozmológia. V roku 500 Aryabhata predstavil matematický systém, ktorým zaviedol pohyb Zeme okolo vlastnej osi a zvažoval pohyby planét vo vzťahu k Slnku.
V stredovekej Európe astronómia poväčšine stagnovala, aj keď v Arabskom svete sa jej darilo. V neskorom 9. storočí islamský astronóm al-Farghani rozsiahlo opísal pohyb nebeských telies. Jeho práca bola preložená do latinčiny v 12. storočí. V neskorom 10. storočí bolo blízko Teheránu v Perzii (dnešný Irán) vybudované obrovské observatórium, a to vďaka astronómovi al-Khujandimu, ktorý pozoroval sériu astronomických prechodov Slnka cez kulminačný bod, čo mu dovoľovalo vypočítať nejasnosti ekliptiky. Podobne v Perzii Omar Khayyam uskutočnil reformu kalendára, ktorá bola presnejšia než juliánska a priblížila sa presnosťou ku gregoriánskej.
V časoch renesancie, Mikuláš Kopernik navrhol heliocentrický model Slnečnej sústavy. Jeho prácu obhájil, rozšíril a opravil Galileo Galilei a Johannes Kepler. Galileo pridal do svojich pozorovaní zlepšenie pomocou teleskopu. Kepler bol prvý, kto vymyslel systém, ktorý správne opisoval detaily pohybov planét okolo Slnka nachádzajúceho sa v strede. Kepler však neuspel pri formulovaní teórie stojacej za jeho zákonmi. Až Newtonov objav nebeskej dynamiky a jeho gravitačné zákony konečne vysvetlili pohyby planét. Newton tiež vymyslel reflekčný teleskop.
Hviezdy boli zaradené medzi vzdialené objekty. S objavom spektroskopie bolo dokázané, že sú podobné nášmu Slnku, ale so širokým rozsahom teplôt, hmotností a veľkostí. Existencia našej galaxie, Mliečnej cesty, ako oddelenej skupiny hviezd bola dokázaná iba nedávno, v 20. storočí, spolu s existenciou ďalších galaxií a čoskoro potom aj rozpínaním vesmíru objavené v pohybe galaxií od nás. Kozmológia počas 20. storočia urobila obrovské pokroky so svojím modelom Veľkého tresku, ktorý silno podporovali dôkazy poskytované astronómiou a fyzikou, akými sú kozmické mikrovlné reliktové žiarenie, Hubblov zákon a kozmologická hojnosť prvkov. Astronómia v staroveku sa zameriavala prevažne na zistenie presnej polohy nebeských objektov a na zavedenie vhodného kalendára najmä pre hospodárske úkony (siatie, žatva). Spolu s ňou mala veľký význam aj astrológia. Mnohí astronómovia boli zároveň aj astrológmi.
Sumerská astronómia
Hlavný článok: Sumerská astronómia
O astronomických poznatkoch Sumerov je pomerne málo správ. Vieme že pred viac ako 5000 rokmi pomenovali už niektoré súhvezdia zvieratníka (napr. Škorpión), ich mená sa používajú dodnes, a skatalogizovali najjasnejšie hviezdy. Všimli si, že sa cez ne premieta pohyb Slnka, planét a Mesiaca po oblohe. Boli pravdepodobne prvými, ktorí zostavili kalendár. Od Sumerov prevzali mytologické predstavy bohov putujúcich po nebi aj ostatné národy.
Staroegyptská astronómia
Hlavný článok: Staroegyptská astronómia
Staroegyptská civilizácia uzrela svetlo sveta na sklonku 4. tisícročia pred Kr. V astronómii tohto národa hralo veľkú úlohu náboženstvo. Niektoré významné nebeské objekty (napr. slnko) považovali za bohov. Egypťania spočiatku používali lunárny kalendár, ale neskôr prešli k solárnemu. Najdôležitejšiu úlohu hrala hviezda Sírius. Vždy, keď vychádzala nad obzor, Níl sa rozvodňoval. Začínalo obdobie záplav a staroegyptský nový rok. Egypťania poznali málo súhvezdí. Oblohu mali rozdelenú na severnú a južnú časť. 365-dňový rok a 24-hodinový deň ostali po starovekých Egypťanoch až dodnes.
Babylonská astronómia
Hlavný článok Babylonská astronómia
Babylončania boli skvelými astronómami. Ich poznatky prevzali všetky národy, ktoré sa zaujímali o prírodné vedy, z ich blízkeho ale aj vzdialenejšieho okolia. Väčšina babylonských astronomických textov bola napísaná v rokoch 650-50 pred Kr. Boli vryté do hlinených tabuliek a nazývajú sa astronomické diáre. Zapisovali do nich východy a západy Slnka a Mesiaca, významné body v obehoch planét, ich polohu (aj polohu Mesiaca) vzhľadom ku hviezdam, východy a západy Síria, dátumy slnovratov a rovnodenností, záznamy o počasí a rôzne významné udalosti. Babylončania prevzali kalendár od Sumerov. Neskôr prešiel viacerými úpravami. Babylonský nový rok nezačínal v zime, ale na deň jarnej alebo jesennej rovnodennosti. Babylončania zaviedli aj zvieratníkový systém 12 súhvezdí, cez ktoré prechádza Slnko a pomenovali niekoľko hviezd, ktorých mená sa zachovali dodnes.
Heliocentrizmus je teória tvrdiaca, že Slnko je stredom vesmíru a Slnečnej sústavy. Slovo je odvodené z gréckeho (ἥλιος hélios = "Slnko" a κέντρον kentron = "stred"). Je protikladom geocentrizmu. Názor, že stredom sveta nie je nehybná Zem, ale Slnko vznikol už v starovekom Grécku a najdokonalejšie ho prepracoval Aristarchos zo Samu. Heliocentrický názor na svet sa však vtedy ešte nepresadil. Pohyb Zeme sa zdal protizmyselný a protirečiaci vtedajšej Aristotelovskej fyzike. Až v 16. storočí Mikuláš Kopernik nanovo vypracoval heliocentrickú sústavu sveta. Podľa Kopernika:
- centrom celého sveta je nehybné Slnko
- okolo Slnka obiehajú po kruhových dráhach a rovnomerným pohybom Merkúr, Venuša, Zem, Mars, Jupiter a Saturn
- svet uzaviera nehybná sféra stálic
Johannes Kepler po mechanickej stránke dopracoval heliocentrický systém, keď opustil predstavu kruhového obehu okolo Slnka a formuloval tri Keplerove zákony pohybu planét. Tieto zákony neskôr odvodil z gravitačného zákona Isaac Newton.
Heliocentrizmus ako učenie protirečiace Biblii bolo dlhú dobu cirkvami prenasledované. Popierali ho a neuznávali pápeži, Luther aj Ján Kalvín. Kopernikova kniha De revolutionibus orbium coelestium bola 5. marca 1616 daná na index zakázaných kníh, Galileo bol za heliocentrizmus odsúdený na domáce väzenie a Giordano Bruno bol zaň upálený. Mnohí ďalší učenci sa potom báli otvorene k heliocentrizmu prihlásiť.
O astronomických poznatkoch Sumerov je pomerne málo správ. Vieme že pred viac ako 5000 rokmi pomenovali už niektoré súhvezdia zvieratníka (napr. Škorpión), ich mená sa používajú dodnes, a skatalogizovali najjasnejšie hviezdy. Všimli si, že sa cez ne premieta pohyb Slnka, planét a Mesiaca po oblohe.
Každá planéta (dokonca Slnko aj Mesiac) pre nich predstavovala boha alebo bohyňu. Od Sumerov prevzali túto mytológiu aj iné národy. Slnko bolo bohom slnka a v Sumeri sa nazývalo Utu. Merkúr bol bohom vedomostí a komunikácie nazvaný Enki, Venuša bohyňou lásky Inanna, Zem bola bohyňou zeme a Sumeri ju volali Ki alebo tiež Ninhursag. Mesiac bol bohom alebo bohyňou mesiaca s menom Nanna, červenú planétu Mars, boha smrti a vojny, nazvali Sumeri Gugalanna. Najvyšším bohom, a zároveň bohom oblohy a búrok, bol Enlil. Saturn, boha roľníctva, nazvali Sumeri Ninurta. Rímski bohovia mali takmer presne rovnaké vlastnosti, len iné mená.
Sumeri boli pravdepodobne prvými ľuďmi, ktorí zostavili kalendár. Používali lunárny kalendár zosúladený so solárnym rokom s ročnými obdobiami. Mal 12 lunárnych mesiacov, a aby vyplnili rozdiel medzi lunárnym a solárnym rokom, vsunuli približne každé 3 roky jeden mesiac navyše. Mesiac začínal pri západe Slnka najtenším kosáčikom nového Mesiaca, ktorý bol viditeľný asi 18 hodín po konjunkcii so Slnkom a asi 36 hodín po vymiznutí kosáčika starého Mesiaca (za určitých okolností 22 až 24 hodín, ak je čisté nebo nad západným horizontom). Deň sa začínal pri západe Slnka a mal 12 hodín. Nový rok oslavovali Sumeri v deň novu po skončení starého lunárneho roka približne v období jarnej rovnodennosti. Pri tejto príležitosti sa konal posvätný svadobný obrad. V starovekom Sumeri boli dve "obdobia" počas sumerského roka: "letné" obdobie Emeš, ktoré začínalo v deň jarnej rovnodennosti, a "zimné" obdobie Enten, ktorého začiatok bol v deň jesennej rovnodennosti. Od Sumerov prevzali tento kalendár Egypťania, Babylončania a semitské kmene. V hebrejskom kalendári je niekoľko podobností so sumerským kalendárom: Hebrejská Pascha začínala približne v období sumerského Nového roku a Sabat začínal po západe Slnka.
Elementy dráhy
Elementy obežnej dráhy
Elementy dráhy sú súbor šiestich veličín a jedného časového údaju, ktoré jednoznačne definujú dráhu kozmického telesa v danom časovom okamžiku kozmickým priestorom. Určenie elementov dráhy je hlavnou úlohou nebeskej mechaniky.
V klasickej nebeskej mechanike sa ako elementy dráhy zvyčajne používajú nasledujúce veličiny:
- Veľká polos a, zodpovedajúca strednej vzdialenosti telesa od hmotného stredu (ťažiska) sústavy, vyjadrená v astronomických jednotkách (AU);
- Excentricita čiže výstrednosť dráhy e, udávajúca typ obežnej dráhy (druh kužeľosečky) a jej tvar;
- Uhol sklonu dráhy i k základnej rovine sústavy súradníc, vyjadrený v uhlových stupňoch alebo v radiánoch;
- Dĺžka výstupného uzla Ω, udávajúca uhlovú vzdialenosť výstupného uzla od osi x sústavy súradníc vyjadrená v uhlových stupňoch alebo v radiánoch;
- Argument perihélia ω, udávajúcí uhlovú vzdialenosť perihélia od výstupného uzla vyjádrenú v uhlových stupňoch alebo v radiánoch;
- stredná anomália M, udávajúca okamžitú polohu telesa na dráhe vzhľadom k perihéliu tejto dráhy v danom okamžiku, vyjadrenú v uhlových stupňoch alebo v radiánoch.
Niekedy (najmä pri popise dráh komét a planétok) sa za zvolený časový okamžik berie čas prechodu telesa perihéliom; v tomto prípade sa medzi elementy dráhy neuvádza stredná anomália M, pretože sa definitoricky rovná nule (M = 0).
Namiesto argumentu perihélia sa niekedy používa ako alternatívny element dĺžka perihélia π, pre ktorú platí vzťah:
π = Ω + ω.
Tiež namiesto veľkej polosi dráhy a sa niekedy berie alebo stredný denný pohyb telesa na dráhe n, alebo doba obehu (perióda) P;
vzťahy medzi týmito troma veličinami vyjadrujú vzorce:
pre pohyb telesa okolo Slnka; a je veľká polos v astronomických jednotkách (AU) a P je doba obehu v rokoch), resp. pre pohyb okolo ľubovoľného telesa, kde a je veľká polos, P je doba obehu a μ je gravitačný parameter centrálneho telesa;
n = 2π / P
pre stredný denný pohyb n vyjadrený v radiánoch za jednotku času, P je doba obehu, resp.
n = 360 / P
pre stredný denný pohyb n vyjadrený v stupňoch za jednotku času, P je doba obehu.
Pre potreby sledovania umelých družíc Zeme sa používajú tzv. dvojriadkové elementy dráhy (TLE), ktoré obsahujú naviac údaje potrebné pre výpočet zmien dráhy v dôsledku pôsobenia odporu zemskej atmosféry.
V astrionike sa namiesto elementov dráhy používa stavový vektor pohybu kozmického telesa k danému časovému momentu. Tento stavový vektor je šesťrozmerný a tvoria ho ako prvá až tretia zložka tri zložky polohového vektora popisujúce okamžitú pozíciu kozmického telesa v stanovenom čase a štvrtú až šiestu zložku stavového vektoru tri zložky vektora okamžitej rýchlosti telesa. Polohový vektor a vektor okamžitej rýchlosti sú pritom určované k inerciálnej vzťažnej sústave so začiatkom súradníc v hmotnom strede (ťažisku) sústavy (napr. v ťažisku Slnečnej sústavy, alebo v ťažisku Zeme).
Veľký tresk
Veľký tresk (po anglicky Big Bang) je vedecká teória kozmológie, ktorá opisuje raný vývoj a tvar vesmíru. Nosnou myšlienkou je, že všeobecná teória relativity môže byť skombinovaná s pozorovaniami galaxií vzďaľujúcich sa od seba, čím sa dá odvodiť stav vesmíru v minulosti alebo aj v budúcnosti. Prirodzeným následkom Veľkého tresku je, že vesmír mal v minulosti vyššiu teplotu a hustotu. Termín "Veľký tresk" sa v užšom zmysle používa na označenie časového bodu, kedy sa začalo pozorované rozpínanie vesmíru, v širšom zmysle na označenie prevládajúcej kozmologickej paradigmy, vysvetľujúcej vznik a vývin vesmíru.
Termín "Veľký tresk" prvýkrát použil Fred Hoyle v roku 1949 počas programu rozhlasovej stanice BBC s názvom "Podstata vecí" (po anglicky "The Nature of Things"); text bol vydaný v roku 1950. Hoyle túto teóriu nepodporoval a plánoval sa jej vysmiať.
Jedným z dôsledkov Veľkého tresku je, že podmienky dnešného vesmíru sú odlišné od podmienok v minulosti alebo v budúcnosti. Na základe tohto modelu bol George Gamow v roku 1948 schopný predpovedať kozmické mikrovlnné reliktové žiarenie (alebo kozmické mikrovlnné reliktné žiarenie / základné žiarenie / žiarenie pozadia; po anglicky cosmic microwave background radiation, CMB), ktoré bolo v roku 1960 objavené a poslúžilo ako dôkaz potvrdzujúci správnosť teórie Veľkého tresku, vyvracajúc tak teóriu nemenného stavu (po anglicky steady state theory). Podľa súčasných fyzikálnych modelov bol vesmír pred 13,7 miliardami (1,37 × 1010) rokov vo forme gravitačnej singularity, v ktorej boli merania času a dĺžky bezpredmetné a teplota spolu s tlakom boli nekonečné. Pretože zatiaľ neexistujú žiadne modely systémov s týmito charakteristikami, špeciálne žiadna teória kvantovej gravitácie, ostáva toto obdobie histórie vesmíru nevyriešeným fyzikálnym problémom.
História teórie
V roku 1927 bol belgický kňaz Georges Lemaître prvým, kto predložil návrh, že vesmír sa začal "výbuchom prehistorického atómu". Skôr, v roku 1918, zmeral štrasburský astronóm Carl Wilhelm Wirtz systematický červený posun niektorých "hmlovín", ktorý nazval "K-korekcia"; nebol si však vedomý kozmologických dôsledkov, ani toho, že údajné hmloviny boli v skutočnosti galaxie mimo našej Mliečnej dráhy.
Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá sa v tej dobe rozvíjala, nedovoľovala statické riešenia (to znamená, že vesmír sa musel buď rozpínať alebo scvrkávať). Tento výsledok považoval sám Einstein za chybný a snažil sa ho opraviť pridaním kozmologickej konštanty. Aplikovanie všeobecnej teórie relativity sa podarilo Alexanderovi Friedmanovi, ktorého rovnice opisujú Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-ov vesmír.
V roku 1929 našiel Edwin Hubble experimentálne dôkazy, ktorými odôvodnil Lemaîtreovu teóriu. Hubble tiež v roku 1913 zistil, že galaxie sa od seba vzďaľujú. Použitím meraní červeného posunu Hubble zistil, že ďaleké galaxie sa vzďaľujú vo všetkých smeroch rýchlosťami (vzhľadom na Zem) priamo úmernými od ich vzdialenosti, čo je známe ako Hubbleov zákon.
Keďže galaxie sa vzďaľovali, naznačilo to dve rôzne možnosti. Prvá z nich, vytvorená a obhajovaná Georgeom Gamowom bola, že vesmír začal v konečnom čase v minulosti a odvtedy sa neustále rozpína. Druhou bol model steady state ("nemenného stavu"), vypracovaný Fredom Hoyleom. Podľa tohto modelu by sa pri vzďaľovaní galaxií tvorila nová hmota a vesmír by v ľubovoľnom bode času vyzeral tak isto. Po niekoľko rokov boli obe tieto protichodné teórie podporované rovnakou mierou. Avšak v prechodnom období priniesli údaje z pozorovaní dôkazy, ktoré dodali zdrvujúcu podporu práve teórii Veľkého tresku, ktorá sa od polovice 60. rokov 20. storočia považuje za najlepšiu dostupnú teóriu vzniku a vývinu vesmíru. Prakticky všetka teoretická práca v kozmológii zahŕňa rozširovanie a vylepšovanie základnej teórie Veľkého tresku. Veľká časť tejto práce sa zameriava na porozumenie ako sa v kontexte Veľkého tresku formujú galaxie, porozumenie toho, čo sa pri Veľkom tresku stalo a zlučovanie pozorovaní s teóriou.
Ku koncu 90. rokov 20. storočia a na začiatku 21. storočia sa dosiahol veľký pokrok v teórii vďaka dôležitému pokroku v technológii ďalekohľadov v spojení s obrovským množstvom satelitných údajov napr. zo satelitov COBE a WMAP. Tieto údaje umožnili astronómom spočítať mnoho parametrov Veľkého tresku s lepšou presnosťou a poskytli dôležité neočakávané zistenie, podľa ktorého sa rozpínanie vesmíru zrýchľuje.
Stručný prehľad
Na základe meraní rozpínania vesmíru použitím supernov typu Ia, meraní vlastností kozmického mikrovlnného pozadia a meraní korelačných funkcií galaxií, je vek vesmíru 13,7 ± 0,2 miliardy rokov. Skutočnosť, že tieto tri nezávislé merania sa zhodujú, je považovaný za silný dôkaz pre takzvaný Lambda-CDM model, ktorý popisuje detailnú podstatu súčastí vesmíru. Raný vesmír bol homogénne a izotropne vyplnený vysoko energetickou hustotou. Približne 10-35 sekúnd po Planckovej epoche sa vesmír exponenciálne zväčšil počas obdobia nazývaného kozmická inflácia. Potom ako sa inflácia zastavila, materiálne súčasti vesmíru boli vo forme kvarkovo-gluónovej plazmy, v ktorej sa všetky častice hýbali relativisticky. Dosiaľ neznámym procesom vznikla baryogenéza (po anglicky baryogenesis), ktorá vytvorila dnes pozorovanú asymetriu medzi hmotou a antihmotou. Ako sa vesmír postupne zväčšoval, teplota sa zmenšovala, čo viedlo k ďalším procesom porušujúcim symetriu, ktoré sa prejavili ako známe fyzikálne sily a elementárne častice. Tieto neskôr umožnili vznik atómov vodíku a hélia. Tomuto procesu sa hovorí nukleosyntéza Veľkého tresku. Vesmír sa ďalej ochladzoval, hmota sa prestala hýbať relativisticky a energia jej zvyšného objemu začala gravitačne dominovať nad žiarením. Asi po 100 000 rokoch sa žiarenie oddelilo od atómov a pokračovalo vesmírom z veľkej časti nerušene. Toto reliktové (zostatkové) žiarenie je kozmické mikrovlnné pozadie. Časom začali mierne hustejšie oblasti takmer rovnomerne rozloženej hmoty gravitačne rásť do ešte hustejších oblastí, vytvárajúc tak oblaky plynu, hviezdy, galaxie a ostatné astronomické štruktúry, ktoré dnes môžeme pozorovať. Detaily tohto procesu závisia od množstva a typu hmoty vo vesmíre. Tri možné typy sú známe ako studená temná hmota, horúca temná hmota a baryonická hmota. Najlepšie dostupné merania (zo satelitu WMAP) ukazujú, že dominantným typom hmoty vo vesmíre je studená temná hmota. Zvyšné dva typy hmoty predstavujú menej ako 20 % všetkej hmoty vo vesmíre.
Zdá sa, že dnešnému vesmíru dominuje záhadná forma energie známa ako temná energia alebo čierna hmota. Približne 70% celkovej energie dnešného vesmíru je v tejto forme. Táto súčasť zloženia vesmíru má schopnosť spôsobovať odklon rozpínania vesmíru z lineárnej závislosti rýchlosť – vzdialenosť, čím spôsobuje, že sa časopriestor na veľkých vzdialenostiach rozpína rýchlejšie ako sa očakávalo. Temná energia naberá podobu termínu kozmologickej konštanty v Einsteinových rovniciach poľa v teórii všeobecnej relativity, avšak podrobnosti jej stavovej rovnice a tiež vzťahu so štandardným modelom časticovej fyziky sa stále skúmajú z teoretickej roviny, ako aj pozorovaniami.
Teoretická podpora
Dnešná podoba teórie Veľkého tresku závisí na troch predpokladoch:
- Univerzálnosť fyzikálnych zákonov
- Kozmologický princíp
- Kopernikov princíp
Keď sa prvý z nich vyvinul, boli tieto myšlienky jednoducho prijaté ako postuláty, avšak dnes sú v plnom prúde snahy o ich overenie. Univerzálnosť fyzikálnych zákonov bola overená na úroveň, že najväčší odklon fyzikálnych konštánt počas veku vesmíru je rádu 10-5. Izotropia vesmíru, ktorá definuje Kozmologický princíp, bola overená na úroveň rádu 10-5. Zmeralo sa tiež, že vesmír je homogénny v najväčších mierkach do úrovne 10%. Momentálne je snaha overiť Kopernikov princíp pozorovaním interakcie klastrov galaxií a CMB (cosmic microwave background = kozmické mikrovlnné pozadie) pomocou Sunyaev-Zeldovich-ovho efektu až na úroveň 1% presnosti.
Teória Veľkého tresku používa Weylov postulát na jednoznačné zmeranie času v ľubovoľnom bode ako "času od Planckovej epochy". Merania sa spoliehajú na rovnakouhlé (konformné) koordináty, v ktorých takzvané spolupohybujúce sa (po anglicky comoving) vzdialenosti a konformné časy odstránia rozpínanie vesmíru z úvahy časopriestorových meraní. V takom systéme koordinátov sú objekty, pohybujúce sa s kozmologickým prúdením, vždy v rovnakých spolupohybujúcich sa vzdialenostiach od seba a časticový horizont alebo limit vesmíru je daný konformným časom. Z tohto dôvodu nie je Veľký tresk výbuchom hmoty smerujúcej von, aby vyplnila prázdny vesmír; je to samotný časopriestor, ktorý sa rozpína. Táto expanzia spôsobuje zvýšenie fyzikálnej vzdialenosti medzi dvomi pevnými bodmi vo vesmíre. Objekty, ktoré sú spolu spojené (napríklad pôsobením gravitácie) sa s rozpínaním časopriestoru nevzďaľujú, pretože fyzikálne zákony, ktorými sa riadia, sú rovnomerné a nezávislé od metrického rozpínania. Navyše, rozpínanie vesmíru na dnešných miestnych mierkach je také malé, že ľubovoľná závislosť fyzikálnych zákonov od rozpínania je dnešnou technikou nemerateľná.
Dôkazy
Všeobecne sa uznávajú tri piliere pozorovaní podporujúce teóriu Veľkého tresku. Sú nimi Hubbleov zákon expanzie, pozorovaný v červenom posune galaxií, detailné merania kozmického mikrovlnného pozadia a početnosť zložiek svetla. Pozorované vzájomné vzťahy obrovských štruktúr vo vesmíre navyše veľmi dobre zapadajú do štandardnej teórie Veľkého tresku.
Hubbleov zákon expanzie
Pozorovania vzdialených galaxií a kvazarov ukazujú, že tieto objekty sú posunuté v červenom spektre, čo znamená, že svetlo z nich vyslané sa úmerne posunulo do väčších vlnových dĺžok. Toto možno vidieť zaznamenaním spektra objektov a následným zlúčením spektroskopického vzoru emisie alebo absorpčnej čiary korešpondujúcej s atómmi prvkov, ktoré interagujú s radiáciou. Z tejto analýzy sa dá zistiť meraný červený posun, vysvetlený rýchlosťou zodpovedajúcou Dopplerovmu posunu pre radiáciu. Keď sa tieto rýchlosti zakreslia do grafu spolu so vzdialenosťami od objektov, je vidno lineárnu závislosť, známu tiež ako Hubbleov zákon:
v = H0 D
kde v je rýchlosť, D je vzdialenosť od objektu a H0 je Hubbleova konštanta, ktorá má podľa meraní sondy WMAP hodnotu 71 ± 4 km/s/Mpc.
Filozofické a náboženské interpretácie
Z hľadiska filozofie existuje niekoľko interpretácií teórie Veľkého tresku, ktoré sú úplne špekulatívne alebo nevedecké. Niektoré z týchto myšlienok zamýšľajú vysvetliť príčinu Veľkého tresku podľa seba a boli označené niektorými prírodnými filozofmi ako moderné mýty. Niektorí ľudia veria, že teória Veľkého tresku požičiava podporu tradičným názorom na stvorenie, napríklad názoru, ktorý podáva kniha Genesis. Iní zasa veria, že všetky teórie spojené s Veľkým treskom sa s takými názormi nezhodujú.
Veľký tresk ako vedecká teória nie je spojený so žiadnym náboženstvom. Kým niektoré fundamentalistické interpretácie náboženstiev sú v konflikte s tou históriou vesmíru, akú ponúka Veľký tresk, existuje aj viacero liberálnych interpretácií, ktoré v konflikte s históriou nie sú.
Stručné dejiny času (po anglicky A Brief History of Time) je populárno-vedecká kniha, ktorú napísal profesor Stephen Hawking. Prvýkrát bola vydaná v roku 1988 (na Slovensku v roku 1991) a veľmi rýchlo sa stala bestsellerom. Do roku 2002 sa predalo 9 miliónov jej kópií.
V knihe sa autor pokúša laickému čitateľovi vysvetliť široký rozsah tém v kozmológii, vrátane teórie Veľkého tresku, čiernych dier, svetelných kužeľov a teórie superstrún. Jeho hlavným cieľom je podať prehľad predmetu, avšak, čo je pre populárnu vedeckú knihu netradičné, snaží sa tiež vysvetliť časť komplexnej matematiky.
Autor poznamenáva, že pre každú rovnicu v knihe by boli čitatelia rozdelení na dva tábory, a preto obsahuje len jednoduchú rovnicu: E=mc²
Hawking sa narodil v Oxforde v Anglicku ako prvé dieťa Franka a Isobely Hawkingových. Študoval na St Albans School v Hertfordshire a na University College, Oxford, kde získal titul v prírodných vedách. Následne odišiel na Cambridge University, kde na Trinity Hall získal titul PhD v kozmológii.
Hawkingovymi základnými oblasťami výskumu sú teoretická kozmológia a kvantová gravitácia. V roku 1971 poskytol matematickú podporu teórii Veľkého tresku, ktorá vysvetľuje vznik vesmíru; ak je všeobecná teória relativity správna, musel mať vesmír singularitu, resp. štartovací bod v časopriestore. Hawking tiež prehlásil, že následne po Veľkom tresku sa vytvorili prvotné čierne diery. Ukázal, že povrchová plocha čiernej diery sa môže zäčšovať, nikdy sa však nemôže zmenšovať, že pri zrážke čiernych dier existuje limit pre množstvo žiarenia, ktoré môže byť vyžiarené, a tiež, že sa čierna diera nemôže roztrhnúť na dve oddelené čierne diery. V roku 1974 vypočítal, že čierne diery tepelne vytvárajú a emitujú subatomárne častice až pokým nevyčerpajú svoju energiu a explodujú. Tento fakt, známy ako Hawkingovo žiarenie, po prvýkrát matematicky spojil gravitáciu, kvantovú mechaniku a termodynamiku. V roku 1981 Hawking navrhol, že vesmír, hoci nemá žiadnu hranicu, je konečný, a v roku 1983 to aj matematicky dokázal.
Hoci je vážne postihnutý amyotrofnou laterálnou sklerózou (druh motorickej poruchy), aktívne sa venuje fyzike, písaniu a verejnému životu. Prvé príznaky sa uňho objavili počas zápisu na Cambridge. Diagnózu mu určili keď mal 21 rokov, krátko pred svojou prvou svadbou. Vtedy doktori tvrdili, že nebude žiť viac ako dva-tri roky. Napriek tomu prekonal všetky vyhliadky a prežil oveľa dlhšie, hoci postupným vývojom choroby sa stával viac a viac postihnutým. Na komunikáciu používa elektronický hlasový syntetizátor, pretože v roku 1985 podstúpil tracheotómiu po silnom záchvate zápalu pľúc. Postupne strácal schopnosť používať ruky, nohy a hlas a teraz je takmer úplne paralyzovaný. Počítačový systém, pripojený k jeho invalidnému vozíku, je ovládaný Hawkingom pomocou jediného prepínača a softvéru nazvaného "Equalizer" a "EZKeys", ktoré mu dovoľujú rozprávať, vytvárať prednášky, študovať tlač a knihy, prehliadať internet, písať e-maily a robiť všetko, čo sa len s počítačom dá. Tiež umožňuje ovládať dvere, svetlá a výťahy v jeho dome a kancelárii pomocou rádiového vysielača.
Jeho dve knihy Stručná história času a Vesmír v orechovej škrupinke sa stali populárnymi na celom svete a dnes patria ku klasickým bestsellerom. Každý, kto sa zaujíma o vesmír, univerzum a o to, ako to všetko začalo, si ich môže prečítať, nakoľko k tomu nepotrebuje žiadne predchádzajúce znalosti z danej oblasti. Veľmi populárna je tiež zbierka jeho esejí Čierne diery, detské vesmíry a iné eseje.
Mechanika je odbor fyziky, ktorý sa zaoberá pohybom, silou a mechanickými strojmi. Skúma zmeny vzájomnej polohy telies a príčiny týchto zmien.
Mechaniku možno rozdeliť na:
- klasickú mechaniku (Newtonovu), ktorá skúma mechanické javy makroskopických telies, pohybujúcich sa nízkou rýchlosťou v porovnaní s rýchlosťou svetla
- neskoršie "mechaniky" v kontexte novších teórií, napríklad:
- relativistickú mechaniku (Einsteinovu), ktorá skúma mechanické javy častíc, príp. iných telies pohybujúcich sa rýchlosťou nezanedbateľnou v porovnaní s rýchlosťou svetla
- kvantovú mechaniku.
Moderné "mechaniky" sú potom spravidla určitou časťou dôsledkov všeobecnejšej teórie (špeciálnej teórie relativity, kvantovej teórie, teórie chaosu).
Klasická mechanika
Základnými témami mechaniky je opis pohybu, ktorým sa zaoberá kinematika, sila ako príčina pohybu, ktorou sa zaoberá dynamika, ďalej mechanická práca a mechanická energia. Zvláštnosti pohybov a síl u rôznych skupenstiev skúma mechanika tuhého telesa a mechanika kvapalín a plynov. Medzi mechanické stroje se zaraďujú predovšetkým jednoduché stroje, prevody a hydraulické a pneumatické zariadenia. Do mechaniky patrí aj náuka o gravitácii a rôzne druhy trenia. Elementárna častica je základný (teda spravidla najmenší známy) objekt tvoriaci hmotu (látku alebo pole), spravidla vrátane antihmoty.
Jednotlivé častice
A) Najmenšie elementárne častice ("fundamentálne častice", "najelementárnejšie častice", "elementárne častice v pravom slova zmysle") podľa dnešného stavu fyziky sú jednotlivé:
- kvarky
- leptóny (napríklad elektróny, neutrína, tauóny, mióny...)
- kalibračné bozóny (fotóny, bozóny W a Z, gluóny, [hypotetický] gravitón)
- Higgsov bozón (hypotetický)
B) Elementárne častice v širšom zmysle (a v praxi) je označenie aj pre malé častice (sú ich stovky a všetko sú to častice látky) tvorené kvarkami a niekedy aj antikvarkami, teda jednotlivé:
- mezóny (pióny a kaóny)
- baryóny (nukleóny [protón, neutrón] a hyperóny [lambda, sigma...])
Každá elementárna častica (v širšom zmysle) je charakterizovaná pokojovou hmotnoťou, pokojovou energiou, elektrickým nábojom, dobou života, spinom a ďalšími kvantovými číslami.
C) Po zohľadnení antihmoty sú elementrárnymi časticami aj ekvivalentné antičastice, teda antikvarky, antileptóny a pod., pravda pokiaľ existujú.
D) V minulosti, keď ešte kvarky a podobne neboli objavené, sa za elementárne (alebo "najmenšie") častice považoval atóm, prípadne protón, neutrón a elektrón.
E) Zatiaľ skôr do oblasti špekulácií patria teórie hľadajúce ešte elementárnejšie častice, napríklad teória strún.
Zoznam elementárnych častíc
Zoznam (neúplný) niektorých elementárnych častíc v širšom slova zmysle, t.j. B (+C):
| Názov častice | Symbol | El. náboj (e) | Spin | Hmotnosť (MeV) | Rok objavenia |
| Elektrón | e- | −1 | 1/2 | 0,511 | 1897 |
| Fotón | γ | 0 | 1 | 0 | 1900/1926 |
| Protón | p+ | 1 | 1/2 | 938,272 | 1919 |
| Neutrón | n0 | 0 | 1/2 | 939,565 | 1932 |
| Pozitrón | e+ | 1 | 1/2 | 0,511 | 1932 |
| Mión | μ- | −1 | 1/2 | 105,6 | 1937 |
| Pión | π- | −1 | 0 | 139,6 | 1947 |
| Kaón | K- | −1 | 0 | 493,667 | 1947 |
| Antiprotón | p- | −1 | 1/2 | 938,272 | 1955 |
| Neutríno (elektrónové) | ve | 0 | 1/2 | menej ako 0,0000025 | 1956 |
