Kdybychom se teď nacházeli v mladém vesmíru, kterému by byla tak 1 miliarda let, každá sekunda pro nás byla prostě sekunda, tak jako dneska, když je vesmír o téměř 13 miliard let starší. Pokud ale hledíme zpátky do minulosti a pozorujeme tehdejší vesmír, jeho čas se oproti tomu našemu pohybuje mnohem pomaleji.
Není to zase tak moc velká záhada. Může za to pochopitelně Einstein, jehož obecná relativita přesně tohle předpovídá, kvůli tomu, že se vesmír od hlučného startu Velkým třeskem neustále rozpíná. Prokázat to je ale už jiná věc. Vědci brzy zjistili, že je to tvrdý oříšek a dlouho se jim nedařilo tenhle zajímavý jev pozorovat.
S průlomem přicházejí Geraint Lewis z australské University of Sydney a Brendon Brewer z novozélandské University of Auckland. Klíčem k jejich úspěchu byly „kvasarové hodiny.“ Badatelé využili k detekci dilatace času v mladém vesmíru analýzy pozorování 190 kvasarů, galaktických motorů, které pohání zuřivě aktivní supermasivní černá díra.
Vědcům se již dříve podařilo prokázat zpomalení času ve vesmíru, jehož stáří bylo oproti dnešku zhruba poloviční. Použili k tomu standardní kosmologické svíčky založené na supernovách typu Ia. Supernovy jsou skvělé a jako „svíčky“ slouží dobře, ale mladý vesmír je i pro ně příliš vzdálený, alespoň pokud jde o dnešní technologie pozorování vesmíru. Prostě je v takové dálce nevidíme.
Ovšem i supernovy typu Ia, tedy exploze nenasytných bílých trpaslíků blednou ve srovnání s kvasary. Galaktické motory září tak oslnivě, že nabídly vědcům možnost potvrdit dilataci času ve vesmíru, jehož stáří bylo 1 miliarda let. Jak říká Lewis, s kvasary je víc práce. Supernova je jedna jediná exploze, zatímco kvasar je jako nepřetržitý ohňostroj.
Lewis s Brewerem zpracovali data z pozorování zmíněných 190 kvasarů, která zahrnovala více než 20 let. Z analýz záření o různých vlnových délkách odvodili standardizované „tikání“ těchto kvasarů. Přesvědčivě potvrdili, že Einstein měl pravdu a že z našeho pohledu plynul čas v mladém vesmíru mnohem pomaleji. Zhruba pětkrát.
V této souvislosti je pozoruhodné, že myšlenka na použití kvasarů k detekci dilatace času v mladém vesmíru není nová, ale předešlé studie kvasarů v tomto směru selhávaly. Jak říká Lewis, bylo to tak tristní, že to vedlo některé slabší povahy k domněnce, že kvasary možná neexistují jako reálné kosmologické objekty, případně že se vesmír možná vůbec nerozpíná. Teď si ale Lewis s Brewerem spokojeně mnou ruce, že je vesmír v pořádku a že funguje přesně tak, jak starý dobrý Einstein předpověděl.
Video: Time Dilation
Video: Where did the Universe come from? – with Geraint Lewis
Literatura
Dávné monstrum: Kvasar Pōniuāʻena je největším z mladého vesmíru
Autor: Stanislav Mihulka (28.06.2020)
Nejzářivější kvasar vesmíru pohání nejvíce žravá černá díra
Autor: Stanislav Mihulka (04.07.2020)
Triumf relativity: Fyzici změřili dilataci času na vzdálenosti 1 milimetru
Autor: Stanislav Mihulka (19.02.2022)
Rychle rostoucí supermasivní černá díra "sežere" 1 Zemi za sekundu
Autor: Stanislav Mihulka (16.06.2022)
Diskuze:
Gábor Vlkolinský,2023-07-05 06:52:32
Takže vesmír vôbec nemá 13 miliárd rokov a veľký tresk nebol vôbec.
Proč nevidíme supernovy typu Ia v mladém Vesmíru
Pavel A1,2023-07-04 21:35:09
To, že nevidíme supernovy typu Ia v mladém Vesmíru (pod cca sedm miliard let), protože jsou příliš slabé, je nesmysl. Supernova přezáří celou galaxii, takže pokud vidíme galaxie, viděli bychom i supernovy.
Supernovy typu Ia v mladém Vesmíru nevidíme, protože tam žádné nebyly. Supernova typu Ia vzniká akrecí hmoty na bílého trpaslíka. Tedy napřed potřebujeme toho bílého trpaslíka. Naše Slunce už svítí asi pět miliard let a bude mu ještě dalších deset miliard let trvat, než se z něj stane bílý trpaslík. Hmotnější hvězdy mají vývoj rychlejší, ale pokud jsou příliš hmotné, vybouchnou jako supernova typu II a žádný bílý trpaslík nevznikne. Takže těch sedm miliard let je doba potřebná k tomu, aby vůbec supernova typu Ia mohla vzniknout.
Dotaz
Jirka Naxera,2023-07-04 16:25:39
Prosim, pokud jste nekdo uz mel cas precist original, jaky je presne rozdil teto studie proti klasickemu mereni rudeho posuvu?
Re: Dotaz
Martin S.,2023-07-04 17:24:34
Rozdil vuci zvetseni vlnove delky fotonu je pouze v tom, ze zde se (zjednodusene napsano) bere rozdil v priletu dvou fotonu: vyzarenych na zacatku a na konci nejakeho procesu, kde delka toho procesu je dostatecne stala, aby slo predpokladat, ze to tehdy trvalo stejne dlouho, jako to vidime v (nyni) blizkem okoli.
Kdyz v danem procesu ma ten prvni foton pred tim druhym naskok treba 1m, tak po napr. 5x expanzi vesmiru se ten naskok zvetsi na 5m. A toto se merilo: zdanliva doba prubehu (charakteristickych) svetelnych krivek. Jiz kdysi se to namerilo u supernov, ale u kvazaru to bylo tezsi namerit. Ted se jim to (konecne) podarilo.
A dulezitost toho je v tom, ze to potvrzuje expanzi vesmiru, anzto samotne zvetseni vlnove delky by v principu mohlo byt pres alternativni hypotezu unaveneho svetla. Ale unavene svetlo nema toto (zdanlive) zvetseni doby prubehu procesu. Presneji vyjadreno to omezuje efekt unaveneho svetla na malou cast kosmologickeho rudeho posuvu.
Re: Re: Dotaz
Jirka Naxera,2023-07-04 20:18:51
Diky moc, s tou alternativni hypotezou mi to konecne dava smysl. :)
Re: Re: Dotaz
Florian Stanislav,2023-07-04 20:28:08
Chápete to jako rudý posuv, čili rychlost vzdalování budou podsvětelné.
Pokud jsem pochopil, co psal jinde p. Wagner, tak rudý posuv je jen část rozpínání vesmíru, druhá část je rozpínání prostoru temnou energii, a ta může rychlost světla překročit.
Při rychlosti v = 0,98 c je dilatace (zpomalení) času 5x.
t´= t./[odmocnina (1-v^2/c^2)]
Když se odvoláváme na Einsteina, tak rovnou říkáme, že hmotný objekt nemůže překročit rychlost světla, to je základní postulát speciální relativity.
Znamená to tedy, že "v mladém vesmíru", to je asi po 1 miliardě let po VT se masery vzdalovaly 0,98 c?
Asi ano, ale od čeho se vzdalovaly 0,98 c, od Země asi ne, ta tehdy neexistovala.
Pokud se masery se vzdalovaly od sebe ( nebo od centra VT) , tak díky rozpínání prostoru. Že zpomalení času je dáno rozpínáním vesmíru říká i článek.
Pak je asi třeba si položit otázku, jaký čas vyjadřuje ta 1 miliarda let. Vesmír ( prostor vesmíru) se rozpíná stále rychleji, takže náš čas nyní je ještě zpomalenější?
Dále se podivuji nad tím, že za 1 miliardu let by bylo rozpínání z rudého posuvu už 0,98 c a nemá se tedy skoro kam zrychlovat.
Vypadá to, že bych mohl psát konspirační články. A jde mi právě o opak.
Re: Re: Re: Dotaz
Martin S.,2023-07-04 20:45:07
Mate v tom teda zmatek, ze to je az tezko opravit. Tady se mluvi primarne o rozpinani vesmiru, tj. i kdyby se jinak vuci sobe dane objekty nepohybovaly. Doporucuji zkusit nacist neco na WP, at mate alespon nejaky zakladni nahled.
Re: Re: Re: Re: Dotaz
Florian Stanislav,2023-07-04 22:23:10
A) No, já zmatek mám i z Vašeho :"Rozdil vuci zvetseni vlnove delky fotonu je pouze v tom, ze zde se (zjednodusene napsano) bere rozdil v priletu dvou fotonu: vyzarenych na zacatku a na konci nejakeho procesu, kde delka toho procesu je dostatecne stala, aby slo predpokladat, ze to tehdy trvalo stejne dlouho, jako to vidime v (nyni) blizkem okoli.
Kdyz v danem procesu ma ten prvni foton pred tim druhym naskok treba 1m, tak po napr. 5x expanzi vesmiru se ten naskok zvetsi na 5m. "
Komentář: jestliže se prostor zvětšil 5x neříká to nic o zpomalení času 5x, který plyne z relativisické RYCHLOSTI blízké rychlosti světla ( 0,98 c).
Myslel jsem, že "Rozdil vuci zvetseni vlnove delky fotonu " je rudý posuv. Říkáte teď, že ne.
B) Jestliže se jedná o rozpínání vesmíru temnou energií, pak 1 miliarda let po Velkém třesku představuje nějakou kouli a uvnitř nebo nejvýše na povrchu jsou ty kvasary a všechno ostatní.
Světlo k naší Zemi ( vznikla před méně jak 5 miliardami let) poletí ještě 13,8-1 = 12,8 miliardy let.
Martine S., kde byla hmota, ze které později vznikne Země v době 1 miliardy let po Velkém třesku?
Netěla 12,8 miliardy let rychlostí světla, byla a je to hmota. Takže prostor se 12,8 miliardy let rozpínal rychlostí světla? Lépe řečeno směrem k Zemi průměrně rychlostí spolu s rovnoměrným posuvem podle rudého posuvu celkem rychlostí c ? Nějak se Země musela tak daleko od těch kvasarů dostat.
Nějaký základní náhled jistě máte, když mi ho doporučujete.
Takže kde byla hmota budoucí Země 1 miliardu let po Velkém třesku, že se tak výrazně oddělila od kvasarů?
Re: Re: Re: Re: Re: Dotaz
Jirka Naxera,2023-07-04 23:21:57
Tohle jsme probirali uz nekolikrat, ty problemy, co ve Vasem (tomhle i minulem) prispevku vidim, jsou v podstate tri hlavni:
- Vsechny ty veci ze specialni relativity, jako mezni rychlost svetla etc. po zobecneni na obecnou relativitu (ctete: povolite zakriveni casoprostoru) plati pouze lokalne.
- Specificky veci jako vzajemne uhly, vzajemna rychlost, vzdalenost atd., je dobre a intuitivne definovana take jen lokalne (jsou zpusoby jak na to, ruzne ty affini konexe, parallelni prenosty apod.)
- Vsechno, co neni lokalni, musite resit metodami diferencialniho poctu.
A jeden vedlejsi, v popularizace se musite pokusit to nejak popsat, aby to nevyzadovalo predtim precist undergrad ucebnici relativity, coz mozna do celeho procesu vnasi nejvic problemu.
(a mala poznamka, proc to s tim casem, roztahovanim prostoru sedi jak p...l na hrnci - fotonu neubiha zadny cas. Proto to roztahnuti petkrat = zpomaleni casu 5x ...)
ad koule po Velkem tresku - no ona je to dost zajimava koule. Kdyz se kouknete kolem sebe, tak vidite (nebo nevidite, malo svetla, nepruhledny Vesmir... ale vite jak to myslim) kolem sebe kouli o polomeru 13.7gy, kde jeji povrch je ve skutecnosti jediny bod - BigBang
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Dotaz
Jirka Naxera,2023-07-04 23:24:02
jestli Martin S. nic nenapise, tak se zejtra pokusim to nejak sesmolit, ale ted je cas otevrit pivko, pustit si konecne Skyrim a pak jit spat ;-)
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Dotaz
Florian Stanislav,2023-07-04 23:46:13
Děkuji. zvláště za poznámku, že speciální relativita platí pro nezakřivený prostor. Slovo lokální bych ale použil, není to místní dvorek.
Objevil jsem na nedd.cz: "Nyní vědci zkoumali kvasary staré 2,45 až 12,17 miliardy let a jejich data v různých vlnových délkách zjišťovali po 20 let. Každý kvasar měřili zhruba 200krát, aby zjistili jeho změny v průběhu času. Při tom zjistili, že staré kvazary ve srovnání s novějšími kmitají zpomaleně."
To mi připadá srozumitelné. Takže ne 1 miliarda let po VT, ale různě staré až do 12 miliard.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Dotaz
Jirka Naxera,2023-07-05 02:08:59
Ona teda speciální platí i v zakřiveném, ale jen lokálně, a nebo krajně opatrně když víte co děláte.
O co jde? Předně obecná relativita říká, že (vyjma singularit) jakkoli zakřivený časoprostor je v dostatečně malé oblasti možné považovat za plochý. (slovo limita si schováme na jindy). To je jeden z pohledů.
Druhý pohled je, že v nezakřiveném prostoru můžete v principu udělat globálně inerciální souřadnicovou soustavu (znáte to, rozestrkáte po celém Vesmíru měřící tyče a do každé spojnice dostatečně pomalu dostrkáte atomové hodiny, na začátku sesynchronizované), které má vlastnosti známé (pseudo)Eukleidovské geometrie, tedy že přenesený úhel je vždy stejný bez ohledu na trasu etc. - právě proto můžete měžit vzájemnou rychlost vzdálených pozorovatelů.
Celý problém s obecnou relativitou je v tom, že je zobecněním. Když přenesete směr z místa A do místa B, tak najednou záleží, kudy jste s tou šipkou šel, vzdálenosti také nejsou, to co bejvaly, ostatně i ty parciální derivace začínají mít nehezké vlastnosti a musíte je "opravit", aby dávaly nějaký smysl https://en.wikipedia.org/wiki/Covariant_derivative (pardon za tu wikinu která není jako učební text ale vůbec srozumitelná, v rozumné učebnici to máte zavedené mnohem jednodušejc). I ve stacionárním zakřiveném prostoru dochází k zakřivení času (hodiny na oběžné dráze jdou rychleji než na Zemi) i prostoru (když navrtáte Zeměkouli, tak průměr nebude obvod děleno pí) - už i v tomhle jednoduchém případě není pojem "rychlost rakety" tak jednoznačná, jako jsme zvyklí (fajn, trasa děleno čas. Jenže který čas? Vlastní čas pozorovatele na Zemi? nebo stojícího na té oběžné dráze? Nebo vlastní čas té rachejtle?)
A to Vám tu naznačuji úplně jednoduchý učebnicový příklad.
Když čtete cokoli od kosmologů, tak prvně musíte pochopit "řeč jejich kmene", co přesně si pod kterým údajem představují oni, např. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_proper_distance#Comoving_distance_and_proper_distance a pak samozřejmě neudělat chybu a vždycky si dobře promyslet, který pro nás "samozřejmý" fakt v zakřiveném prostoru neplatí.
Něco podobného můžete zažít třeba v matematice, když vyzbrojen znalostí komplexní analýzy se začnete seznamovat s kvaterniony, které ale nejsou komutativní, a pak i oktoniony, které navíc nejsou ani asociativní.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Dotaz
Florian Stanislav,2023-07-05 10:11:45
Díky. Když tedy zkoumali zkoumali (jak rychle tikají kvasary známých vlastností) kvasary staré 2,45 až 12,17 miliardy let , tak otázka který je to čas je hodně na místě. Formulace, že čas na začátku běžel až 5x pomaleji snad znamená, ve srovnání s časem nynějším na Zemi. Od prvních kvasarů se Země vzdaluje rychleji, než od posledních, jinak by ty první nebyly dál. Takže větší rychlosti prvních kvasarů odpovídá většímu zpomalení času vzhledem k Zemi. To lze při všech složitostech s časem a rychlostmi ( v zakřiveném prostoru) přijmout. Při troše nadsazení je vesmír převážně skoro prázdný a zakřivení je kolem ( vysoce) hmotných objektů. Časové změny gravitací Země a opravy podle relativity jsou u GPS malé.
Napadla ma otázka,
Vladimír Bzdušek,2023-07-04 13:05:23
proti ktorej sa zatiaľ neviem brániť.
Doteraz som žil v tom, že aby som posúdil, či nejaké hodiny-čas idú rýchlejšie alebo pomalšie,
potrebujem súčasne fungujúcu referenciu. Napr. hodiny na Zemi a na obežnej dráhe.
Akú referenciu máme ku kvazarom z tej doby?
Re: Napadla ma otázka,
Tomáš Černák,2023-07-04 15:36:08
Právě, žádnou. Je to totální nesmysl. Vztažná soustava vesmíru by byla zpomalena také, takže by to nebylo k čemu možno vztáhnout.
Je to doslova a do písmene mravenec na gumě. Pokud gumu roztáhneme, mravenec sice zrychlí, ale z pohledu gumy se pohybuje stále stejně rychle nezávisle na tom, jestli pozorovatel na gumě sleduje před nebo po roztažení. A ta guma je náš vesmír. Bez vnějšího pozorování našeho vesmíru nejsme schopni žádnou globální dilataci pozorovat. Stejně jako nejsme schopni naším pozorováním potvrdit nebo vyvrátit, že náš vesmír je ve skutečnosti černá díra či virtuální realita.
Re: Re: Napadla ma otázka,
Jirka Naxera,2023-07-04 16:47:32
Ale ano. I v symetrickem Vesmiru existuje (v kazdem bode) jedna vyznacna vztazna soustava, ktera ma tu dobrou vlastnost, ze ze vsech soustav v ni probehl nejdelsi mozny vlastni cas od Velkeh tresku, ktera je jeste zajimavejsi tim, ze se jedna o comoving soustavu (modulo lokalni nehomogenity).
výsledky výzkumů
Vratislav Zapletal,2023-07-04 08:20:45
To co nám dnes přinášejí vědci, s jakými přicházejí výsledky měření, jaké z toho vyplývají závěry, to jsou pro mě naprosto fascinující věci. Nemám jiné slovo. Famózní, fascinující, geniální, úžasné ... :-) Nádhera. Bravo vědci.
Otázka
Michal Varga,2023-07-04 07:12:18
"Obecná relativita přesně tohle předpovídá, kvůli tomu, že se vesmír od hlučného startu Velkým třeskem neustále rozpíná..."
Môžem sa spýtať, na základe čoho to vyplýva? Z toho že bol vesmír "hustejší" a tam kde sa koncentruje hmota čas beží pomalšie, alebo pretože bol v "pohybe"?
Re: Otázka
Jirka Naxera,2023-07-04 16:40:39
Obecne (clanek v originale jsem necetl a nejblizsi dva dni nebudu mit moc cas) to je asi takhle:
Obecna relativita rika, ze bez ohledu na pozorovatele a zvolenou souradnou soustavu, se zachovavaji nejake invarianty. Jednim (ted nezajimavym) je vlastni cas - to rika, ze kdyz se zacnou fackovat dva kosmonauti v rakete, tak cas ktery ukazuji jejich raketove hodiny kdyz ty facky dopadaji uvidi vsichni stejny ;-)
Dalsi invariant je zajimavejsi - prostorocasoba vzdalenost. Jak znate Pythagorku, tak zachovavajici se velicina je c^2dt^2 - dx^2 - dy^2 - dz^2. Z toho okamzite vyplyva treba "klasicka" dilatace casu ve specialni relativite - Vam na misto utika jen cas, ale kdyz se v jine soustave zacnete pohybovat, tak tim "hrabnete" do te -dx^2 casti a tim padem musite i hrabnout do casove, aby se to srovnalo.
Tohle + Doppleruv jev (kdyz to leti od Vas, tak svetlo musi prekonat stale delsi vzdalenost a trva mu to tedy dele) muze za ruzne rychle bezici cas pri klasickem rychlem pohybu.
Druha vec je, kdyz "zapnete" gravitaci. Typicka situace je Schwatzschilduv prostor. Mate pozorovatele v daleku (nekonecnu), doprostred prostoru posadite hmotu, ono Vam ho to nejak zkrouti (konkretne cas to pokrouti o (1 - r_s/r) ).
No a u ranneho Vesmiru, na ktery koukate ze soucasne Zemekoule, narazite na tyhle vsechny jevy pohromade - plus to, ze nejde o stacionarni Schw. ale FLRW metriku apod.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
