Vesmír je všechno možné, jen ne plný!

FOTO

V běžném životě pozorujeme, že nedostatečná znalost vede k nadutosti a pýše, dokonalejší vědění budí skromnost a pokoru. Tak je to i ve vědě. Každý nově objevený poznatek o vesmíru, prostoru a času nás odsunuje z onoho privilegovaného místa v centru vesmíru, které jsme si dříve osobovali. Nyní víme, že jsme jen pranepatrné organismy žijící na maličkém zrnku prášku v obrovsky rozlehlém kosmu…

Nebula Wallpaper, carina, ngc 3372, stars, universeHmota ve vesmíru je rozdělena velmi nerovnoměrně: elementární částice tvoří atomy, ty se shlukují do hvězd a planet, v nichž je hustota o mnoho řádů vyšší než v okolí; hvězdy jsou sdruženy do galaxií, ty do kup galaxií. Při zkoumání vesmíru jako celku je však třeba odhlédnout od místních nerovnoměrností rozložení hmoty; tyto menší struktury studuje astrofyzika. Zprůměrujeme-li hustotu rozložení hmoty v oblastech velkých rozměrů ve srovnání se vzdálenostmi mezi galaxiemi a kupami galaxií (tj. asi 108-109 světelných let), bude takto “rozmazaná” hmota rozložena již prakticky homogenně a izotropně *). Tak to požaduje kosmologický princip a potvrzují to současná astronomická pozorování (především reliktního záření).
*) Svého času se diskutoval Lambertův-Charlierův model hierarchické struktury vesmíru, který měl odstranit některé kosmologické paradoxy. Vesmír je podle něj tvořen posloupností hierarchicky uspořádaných kosmických soustav: hvězdy – galaxie – kupy galaxií – … atd., přičemž při přechodu k vyšší soustavě rychle klesá průměrná hustota hmoty. Tyto struktury by však byly gravitačně nestabilní a brzy by se rozpadaly. Nyní se zdá, že tyto koncepce ztratily aktuálnost a ani nejsou v souladu s novými pozorovacími fakty potvrzujícími naopak oprávněnost kosmologického principu.

Vzhledem k obrovské rozlehlosti mezihvězdného a mezigalaktického prostoru současná průměrná hustota látky v pozorovatelné části vesmíru činí jen asi 10-27kg/m3, což odpovídá pouhým 3 protonům v 1m3. Je to téměř dokonalé vakuum, které v pozemských laboratorních podmínkách ani neumíme dosáhnout.

 

Tip: Podívejte se na atraktivní prezentaci, která názorně porovnává rozměry různých „věcí“ ve vesmíru.

Vesmír je téměř absolutní prázdnota !

Celý vesmír je pouze obrovská prázdnota, “znečistěná” téměř zanedbatelným množstvím hmoty. Toto poněkud paradoxně znějící tvrzení se vztahuje nejen na rozsáhlá vesmírná měřítka, ale v podstatě i na naši pozemskou přírodu. Všechno kolem nás je tvořenou pouze nepatrným množstvím skutečné – “pevné”, koncentrované – hmoty. Začíná to již u atomu, který není nějaká pevná hmotná koule, ale skládá se z velmi hutného jádra o velikosti jen 10-13cm a téměř prázdného elektronového obalu. Jádro, nesoucí více než 99,9% hmotnosti atomu, je zhruba 100 000 menší než celý atom. Atom je tedy vlastně prázdný prostor, “znečistěný” několika protony, neutrony a elektrony. Z asi 99,98% je každý atom tvořen prázdnem, vakuem. I naše tělo, které je postaveno z těchto atomů, je převážně tvořeno prázdnotou: celá “skutečná” hmota našeho těla by se teoreticky dala stlačit do kuličky o průměru cca 1mikrometru, zbytek by tvořila prázdnota. 

Představivost na plné oprátky

Rozměry světa atomů jsou velmi malé, naprosto se vymykají jakékoli představě. Příklad: rozměry typického atomu jsou přibližně 10-10 m. Kdyby měl atom průměr 1 mm, pak by jeden milimetr měl délku deset tisíc kilometrů, což je čtvrtina obvodu planety Země.

Rozměr atomového jádra je ještě menší – přibližně stotisíckrát. Jeho rozměr je asi 10-15 m. Kdybychom zůstali u našeho příměru a jádro zvětšili na jeden milimetr, pak by náš běžný milimetr měl délku miliardu kilometrů, dosahoval by tedy daleko za dráhu planety Jupiter.

Důležitý je však také poměr mezi velikostí jádra a celého atomu. Již víme, že jádro je asi stotisíckrát menší než celý atom. Abychom opět získali názornější představu, představte si obrovský sportovní stadion, který má v průměru asi pět set metrů (i největší stadion světa na pražském Strahově se těmto rozměrům jen blíží). Kdyby tento stadion představoval atom, pak by jeho jádro představoval malý míček o průměru pěti milimetrů vznášející se ve středu stadionu. Ve zbytku stadionu bychom nalezli ještě několik elektronů. To je vše.

Empire State Building jako zrnko rýže

226030V globálních měřítkách vesmíru je tato “lokální” prázdnota umocněna velmi řídkým rozmístěním kosmických těles a atomů mezihvězdných plynů. Lze říct, že hmota ve vesmíru přestavuje jen pranepatrné “skvrnky” v jinak naprosto prázdném a “čistém” prostoru. Vedle rozsáhlých oblastí prakticky absolutního vakua se však ve vesmíru vyskytují naopak nepředstavitelně hustá nakupení hmoty, vznikající v důsledku gravitace na konci života velmi hmotných hvězd. Jsou to neutronové hvězdy. Pouhý centimetr krychlový takové hmoty by vážil asi jednu miliardu tun a pokud by jsme jej nějakým způsobem dokázali položit na Zemi, jednoduše by propadl. Při ještě větším gravitačním stlačení vznikají černé díry, které jsou však již opět v podstatě “vakuovými objekty”. 

Autor: RNDr. Vojtěch Ullmann se svolením pro Nevšední svět

http://astronuklfyzika.cz/