Wszechświat na miarę człowieka

Rodzi się też pytanie, dlaczego możemy obserwować tylko taki obszar? Żeby odpowiedzieć na to pytanie muszę podać jeszcze kilka informacji. Obserwując widma bardzo odległych galaktyk stwierdzamy, że prawa fizyki odkryte na Ziemi obowiązują w całym obserwowanym kosmosie. Skoro tak, to cały wszechświat możemy badać metodami fizycznymi. Dalej okazało się, że w tym obszarze nie ma obiektów liczących sobie więcej niż kilkanaście miliardów lat. Ponieważ jesteśmy w środku galaktycznego "dysku", nie możemy prowadzić obserwacji we wszystkich kierunkach, ponieważ najbliższe gwiazdy zasłaniają nam dalsze i możemy obserwować tylko pewne wycinki nieba. W ten sposób możemy otrzymać rozkład galaktyk, które jesteśmy w stanie zaobserwować. Najbliższe otoczenie Ziemi wygląda tak, że są obszary większych lub mniejszych zagęszczeń galaktyk. Okazuje się, że w tej skali, w której cały obserwowalny wszechświat ma średnicę 3 kilometrów, to największe struktury pojawiają się na odległościach około 30 metrów. Poza tym wszechświat jest jednorodny i w każdym punkcie wygląda z grubsza tak samo. Przykładowo, gdybyśmy znaleźli się w dowolnym punkcie wszechświata i "wykroili" z niego w tej skali kulę o promieniu 30 metrów, to liczba galaktyk w tej kuli będzie zawsze taka sama (obojętnie w którym miejscu to zrobimy). Taka jest struktura naszego wszechświata, że on jest, przynajmniej w dużej skali, jednorodny i izotropowy (czyli ma takie same własności w każdym kierunku i w każdym miejscu). Ale to nie wszystko. Obserwacje odległych galaktyk wskazują na to, że one się od nas oddalają. Wszystkie galaktyki oddalają się od nas po promieniu. Okazuje się, że prędkość oddalania się galaktyk jest dokładnie wprost proporcjonalna do odległości. Jeżeli mamy galaktykę w odległości jednego miliona lat świetlnych od nas, to ona się oddala z prędkością 20 kilometrów na sekundę. Jeżeli w odległości miliarda lat - to z prędkością 20 tysięcy kilometrów na sekundę. Galaktyki "skrajne" osiągają prędkości bliskie prędkości światła. Potrafimy obserwować już takie galaktyki czy kwazary, które mają prędkość równą 95 % prędkości światła. Fakt ten ogranicza nam zakres obserwacji ponieważ wiadomo, że największą prędkością, jaką obiekt materialny może uzyskać w przyrodzie, jest prędkość światła w próżni. Ponieważ najdalsze galaktyki zbliżają się do tej prędkości, to obserwacja odległych galaktyk jest niemożliwa. W ten sposób następuje ograniczenie obszaru wszechświata, który jest dostępny dla naszych obserwacji. Oddalanie się galaktyk możemy przyrównać do eksplodującego granatu. Gdy granat wybucha, powstają odłamki. Oczywiście odłamki się poruszają - każdy odłamek względem innego z prędkością właśnie proporcjonalną do ich odległości względem siebie. Wracając do galaktyk; jeżeli będziemy się cofać w czasie, to oczywiście galaktyki będą się zbliżać do siebie. Jeżeli cofniemy się o miliard lat, to wszystkie galaktyki będą trochę bliżej siebie. Jeżeli będziemy kontynuowali taki proces, to w końcu znajdziemy punkt na osi czasu, kiedy wszystkie odległości między galaktykami się wyzerują. Gdy taki punkt przez ekstrapolację wyznaczymy, to będzie on wskazywał czas mniej więcej 14 miliardów lat temu. Wszystkie galaktyki były wtedy jakby skupione w jednym punkcie. Z prawa fizyki wiemy, że jeżeli coś ściskamy, to następuje wyzwalanie ciepła. Gdy chcemy napompować dętkę w rowerze, to pompka użyta do tego celu rozgrzewa się. Analogiczna sytuacja ma miejsce we wszechświecie. Jeżeli się cofamy w czasie, to wzrasta zarówno gęstość, jak i temperatura wszechświata. Około 14 miliardów lat temu średnia temperatura we wszechświecie wzrosła do ponad 3000 K. Przy tej temperaturze następuje jonizacja atomów wodoru. Wszechświat zaczyna "płonąć" i nie może w nim rozchodzić się światło. Światło mogło zacząć rozchodzić się we wszechświecie dopiero gdy, rozszerzając się, jego średnia temperatura spadła poniżej 3000 K i nastąpiła rekombinacja atomów wodoru. Światło, które biegło do Ziemi od tego czasu wyznacza horyzont dla naszych obserwacji astronomicznych.