Je jen málo věcí, které si dokážeme představit tak ohromujícím způsobem velké, jako je vesmír. Náš pozorovatelný vesmír, až do nejhlubších zákoutí vesmíru, která můžeme vidět, nám zabírá asi 46 miliard světelných let všemi směry. Od velkého třesku až do současnosti se náš vesmír rozpínal a zároveň gravitoval, čímž vznikaly hvězdy a galaxie rozprostřené po celém vesmírném prostoru. Celkově jsou v něm v současnosti přítomny asi 2 biliony galaxií.

A přesto, když se vrátíme do minulosti, zjistíme, že nejenže byl náš vesmír mnohem menší, ale že v nejranějších fázích nebyl vůbec působivě velký. Vesmír možná nebyl vždy velkým místem a jen díky tomu, že se náš vesmír tak důkladně a neúprosně rozpínal, nám dnes připadá tak velký a prázdný.

Podíváme-li se na vesmír dnes, nelze popřít ohromnost jeho rozsahu. Naše galaxie Mléčná dráha, která obsahuje přibližně 400 miliard hvězd, se rozprostírá v průměru přes 100 000 světelných let. Vzdálenosti mezi hvězdami jsou obrovské, přičemž nejbližší hvězda k našemu Slunci (Proxima Centauri) se nachází ve vzdálenosti asi 4,24 světelných let: více než 40 bilionů kilometrů.

Ačkoli některé hvězdy se shlukují do skupin, ať už do vícehvězdných systémů nebo hvězdokup různých typů, většina z nich je podobná našemu Slunci: jednotlivé hvězdy, které jsou relativně izolované od všech ostatních v galaxii. A jakmile překročíte hranice naší galaxie, vesmír se stane mnohem řidším místem a jen malý zlomek objemu vesmíru skutečně obsahuje galaxie. Většina vesmíru, pokud můžeme říci, je zcela bez hvězd a galaxií.

Naše Místní skupina například obsahuje další velkou galaxii: Andromeda, která se nachází 2,5 milionu světelných let od nás. Nachází se zde také řada podstatně menších galaxií, včetně galaxie Triangulum (3. největší galaxie Místní skupiny), Velkého Magellanova mračna (č. 4) a asi 60 dalších mnohem menších galaxií, které se nacházejí ve vzdálenosti asi 3 miliony světelných let od nás.

Kromě toho se galaxie nacházejí shluknuté a seskupené v celém vesmíru, přičemž vesmírná síť se skládá z velkých kup galaxií propojených vlákny s tečkami galaxií. Vesmír takto vznikl nejen proto, že se rozpínal a ochlazoval, ale také proto, že gravitoval. Původně příliš husté oblasti přednostně přitahovaly hmotu a daly vzniknout strukturám, které vidíme; málo husté oblasti odevzdaly svou hmotu hustším oblastem a staly se velkými kosmickými prázdnotami, které ovládají většinu objemu vesmíru.

Podle všeho je náš pozorovatelný vesmír dnes skutečně obrovský. Soustředěni na libovolného pozorovatele – včetně nás – můžeme objekty vzdálené až 46,1 miliardy světelných let v libovolném směru. Když to všechno sečteme, odpovídá to objemu 4,1 × 1032 krychlových světelných let. Při dvou bilionech galaxií ve vesmíru to znamená, že každá galaxie má pro sebe v průměru asi 2 × 1020 krychlových světelných let objemu.

Pokud by všechny galaxie byly ve vesmíru rozmístěny rovnoměrně, a to rozhodně nejsou, mohli byste položit prst na galaxii a nakreslit kolem ní kouli o poloměru přibližně 6 milionů světelných let a nikdy byste nenarazili na jinou galaxii. Naše místo ve vesmíru má stokrát větší hustotu galaxií, než jakou v průměru očekáváme. Mezi skupinami a kupami galaxií ve vesmíru leží většina jeho objemu a je to většinou prázdný prostor.

Důvodem, proč je dnes vesmír tak velký, je jeho rozpínání a ochlazování, aby dosáhl tohoto bodu. I dnes se vesmír stále rozpíná obrovskou rychlostí: přibližně 70 km/s/Mpc. V nejvzdálenějších částech vesmíru, ve vzdálenosti 46,1 miliardy světelných let, se množství vesmíru, které můžeme pozorovat, s každým uplynulým rokem zvětšuje o dalších 6,5 světelných let.

To znamená, že pokud budeme extrapolovat v čase opačným směrem – podíváme-li se co nejdále do minulosti – najdeme vesmír takový, jaký byl, když byl mladší, horký a menší. Dnes se vesmír rozprostírá na 46 miliard světelných let všemi směry, ale to proto, že od velkého třesku uplynulo 13,8 miliardy let a náš vesmír obsahuje specifickou směs temné energie, hmoty a záření v různých formách.

Pokud bychom se vrátili do doby, kdy byl vesmír starý pouhé 3 miliardy let (asi 20 % jeho současného stáří), zjistili bychom, že měl poloměr jen asi 9 miliard světelných let (pouhých 0,7 % jeho současného objemu).

A nemáme problém podívat se zpět, abychom viděli galaxie a kupy galaxií, když byl vesmír tak mladý; Hubbleův vesmírný teleskop nás mimo jiné zavedl mnohem dál. V této době byly galaxie v průměru menší, modřejší, méně hmotné a méně vyvinuté, protože vesmír ještě neměl dost času na to, aby se vytvořily ty největší a nejhmotnější struktury vůbec.

Vesmír je v této rané fázi celkově mnohem hustší než dnes. Počet částic hmoty zůstává v průběhu času stejný, i když se vesmír rozpíná, což znamená, že vesmír ve stáří ~3 miliardy let je asi 150krát hustší než dnešní vesmír ve stáří ~13,8 miliardy let. Namísto zhruba 1 protonu hmoty na metr krychlový je to téměř 100 protonů. Můžeme se však vrátit do mnohem dřívějších dob a najít vesmír, který je nejen menší a hustší, ale také dramaticky odlišný.

Pokud se vrátíme do doby, kdy byl vesmír starý pouhých 100 milionů let – méně než 1 % jeho současného stáří – věci začnou vypadat dramaticky jinak. Úplně první hvězdy začaly vznikat teprve nedávno, ale ještě neexistovaly žádné galaxie, dokonce ani jedna. Vesmír má v té době asi 3 % svého současného rozsahu, což znamená, že má jen 0,003 % svého současného objemu a 40 000krát větší hustotu než dnes. Kosmické mikrovlnné pozadí je v této době dostatečně horké na to, aby se v něm uvařil tekutý dusík.

Můžeme se však vrátit mnohem dále v čase a objevit ještě menší vesmír. Světlo kosmického mikrovlnného pozadí, které vidíme, bylo vyzařováno v době, kdy byl vesmír starý pouhých 380 000 let: když byl více než miliardkrát hustší než dnes. Kdybyste dnes nakreslili kruh kolem naší místní nadkupy Laniakea, obsáhl by mnohem větší objem než celý pozorovatelný vesmír v oněch raných, horkých a hustých fázích.

To znamená, že kdybychom se vrátili do doby, kdy byl vesmír starý přibližně deset let, tedy deset let po prvním velkém třesku, celý pozorovatelný vesmír – obsahující veškerou hmotu, která dnes tvoří 2 biliony galaxií (a více) – by nebyl větší než galaxie Mléčná dráha.

To znamená, že kdybychom se vrátili do doby, kdy od velkého třesku uplynula pouhá jedna sekunda, tedy do doby, kdy v raném vesmíru anihilovala poslední antihmota (v podobě pozitronů), měl by celý pozorovatelný vesmír průměr jen asi 100 světelných let.

A to znamená, že ve velmi raných fázích vesmíru, v době, kdy od velkého třesku uplynula snad jen pikosekunda (10-12 sekund), se celý pozorovatelný vesmír vešel do koule ne větší, než je velikost oběžné dráhy Země kolem Slunce. Celý pozorovatelný vesmír byl ještě v raných fázích Velkého třesku menší než velikost naší Sluneční soustavy.

Mohlo by vás napadnout, že byste mohli vesmír vzít až do singularity: do bodu nekonečné teploty a hustoty, kde se veškerá jeho hmota a energie soustředila do singularity. Víme však, že to není přesný popis našeho vesmíru. Namísto toho muselo Velkému třesku předcházet období kosmické inflace, které jej nastavilo.

Z důkazů v dnešním kosmickém mikrovlnném pozadí můžeme usoudit, že musela existovat maximální teplota, které vesmír dosáhl během horkého Velkého třesku: ne více než asi 5 × 1029 K. Ačkoli je toto číslo obrovské, je nejen konečné, ale je i hluboko pod Planckovou škálou. Když si to spočítáte, zjistíte minimální průměr vesmíru na počátku horkého velkého třesku: asi 20 centimetrů, tedy přibližně velikost fotbalového míče.

Je pravda, že nevíme, jak velká nepozorovatelná část vesmíru skutečně je; může být nekonečná. Je také pravda, že nevíme, jak dlouho inflace trvala a co jí předcházelo, pokud vůbec něco. Víme však, že když začal horký velký třesk, veškerá hmota a energie, kterou dnes vidíme v našem viditelném vesmíru, vše, co se rozprostírá na 46,1 miliardy světelných let všemi směry, muselo být soustředěno do objemu o velikosti přibližně fotbalového míče.

Přinejmenším po krátkou dobu byl obrovský prostor, který dnes pozorujeme, všechno, jen ne velký. Veškerá hmota tvořící celé mohutné galaxie by se vešla do oblasti prostoru menší než guma na tužku. A přesto jsme po 13,8 miliardách let rozpínání, chladnutí a gravitace dospěli k obrovskému vesmíru, jehož malý kousek dnes obýváme. Vesmír je možná největší věc, kterou známe, ale velikost našeho pozorovatelného vesmíru je nedávným úspěchem. Vesmír nebyl vždy tak velký a důkazy o tom jsou napsány na vesmíru tak, abychom je všichni viděli.

.