Když se lidé dívají na noční oblohu, přirozeně je napadne jednoduchá otázka. Kde vlastně vesmír končí. A pokud někde končí, co je za jeho hranicí.

Moderní kosmologie dnes umí na podobné otázky odpovědět mnohem přesněji než kdy dříve. Díky teleskopům, družicím a detailní analýze kosmického záření vědci dokážou zkoumat nejen vzdálené galaxie, ale i samotný tvar prostoru. A právě tady přichází první překvapení.

Podle současných měření se totiž vesmír chová tak, jako by byl geometricky plochý. To ale neznamená, že je plochý ve smyslu nějaké desky nebo roviny. Jde o matematickou vlastnost prostoru, která říká, jak se v něm chová světlo, vzdálenosti nebo třeba trojúhelníky.

Co vědci zjistili z reliktního záření

Jedním z nejdůležitějších zdrojů informací o vesmíru je takzvané reliktní mikrovlnné záření. Jde o slabé záření, které vzniklo asi 380 tisíc let po Velkém třesku, kdy se vesmír ochladil natolik, že světlo mohlo začít volně cestovat prostorem.

Toto záření dnes přichází ze všech směrů oblohy. Moderní observatoře dokážou měřit drobné rozdíly v jeho teplotě. Tyto rozdíly jsou extrémně malé, ale právě v nich se skrývá informace o tom, jak se vesmír v rané době vyvíjel.

Fyzikové dokážou spočítat, jak velké tyto struktury měly být. A pokud by byl vesmír zakřivený, světlo by se při své cestě miliardami let ohýbalo jinak. Struktury by proto na obloze vypadaly větší nebo menší. Jenže měření ukazují, že mají přesně takovou velikost, jakou předpovídají modely plochého vesmíru. To je jeden z důvodů, proč dnes většina kosmologů považuje náš vesmír za geometricky plochý.

Zdroj: Shutterstock

Plochý vesmír ale nemusí být nekonečný

Na první pohled by se mohlo zdát, že plochý vesmír musí být automaticky nekonečný. Realita je ale mnohem složitější.

Problém spočívá v tom, že můžeme pozorovat jen část kosmu. Takzvaný pozorovatelný vesmír (observable universe) má průměr zhruba 93 miliard světelných let. Za jeho hranicí se může nacházet cokoliv, jen k nám odtud zatím nemělo čas dorazit žádné světlo.

Je tedy možné, že celý vesmír je mnohem větší a jeho zakřivení se projeví až ve vzdálenostech, které zatím nedokážeme změřit. Existuje ale i jiná možnost. Vesmír může být konečný a přesto nemít žádnou hranu.

Dobré přirovnání nabízí samotná Země. Její povrch má konečnou plochu, ale člověk na něm nikdy nenarazí na okraj. Pokud byste se vydali stále jedním směrem, nakonec byste se po dlouhé cestě vrátili na místo, odkud jste vyšli. Podobně by mohl fungovat i vesmír. Prostor by se mohl uzavírat sám do sebe.

Ještě podivnější možnost: zvláštní topologie vesmíru

Fyzikové navíc připouštějí ještě bizarnější scénáře. Vesmír může být geometricky plochý, ale zároveň může mít uzavřenou strukturu prostoru.

V matematice existují různé typy takových struktur. Například prostor, který se sám do sebe „zabalí“, podobně jako válec nebo torus. V takovém případě by světlo mohlo obíhat vesmírem a galaxie by se teoreticky mohly objevit na obloze na více místech současně.

Astronomové proto dlouhodobě hledají zvláštní opakující se vzory v reliktním záření nebo galaxie, které by se na různých částech oblohy objevovaly jako kopie téhož objektu.

Zatím se nic takového nepodařilo potvrdit. Vesmír, který vidíme, se zdá být velmi jednoduchý a bez známek podobného „zabalení“. Přesto zůstává jedna zásadní nejistota. Pozorovatelný vesmír je jen malá část celku. A za jeho hranicí může realita vypadat úplně jinak. Možná je vesmír opravdu nekonečný či jen nepředstavitelně velký. Třeba má tvar, který si dnešní fyzika zatím ani nedokáže představit.