Od mýtů o Stvoření ke kvantovému vesmíru II

rubrika: Populárně naučný koutek


K otestování skutečného počátku kosmu se musíme vydat až za hranice dnes známé fyziky (viz závěr první části). Předpoklad, že naše dosavadní poznatky lze v tomto směru extrapolovat, je skok opřený o pouhou víru. To je docela v pořádku, dokud naše spekulace vedou k předpovědím, které lze alespoň v principu otestovat v blízké či nepříliš vzdálené budoucnosti. Budou-li výsledky negativní, musíme být připraveni obětovat i ty nejoblíbenější pojmy a postupy, neboť příroda je lhostejná k našim zálibám a preferencím. Měli bychom být také velmi ostražití před divokými spekulacemi, které se vydávají příliš daleko do neznáma a ztrácejí veškerý kontakt s ověřitelnou realitou.

Lucifer


V blízkosti samotného počátku se dostáváme do časů, kdy měl vesmír rozměry srovnatelné s velikostí dnešních atomů. Vstupujeme do éry kvantové kosmologie, kde naše stávající teorie přestávají platit. Narážíme tu na zásadní koncepční bariéru, kterou se hodně fyziků pokoušelo v uplynulých čtyřech desetiletích překonat. Problémem je obecná teorie relativity, která poskytla nové vysvětlení gravitace coby zakřivení prostoročasu v okolí hmotných objektů. Nejen prostor, ale i čas je ovlivněn. Silnější gravitace zpomaluje jeho běh. Vzájemná provázanost prostoru a času je jedním z nepozoruhodnějších důsledků speciální i obecné teorie relativity. To, co obvykle vnímáme jako dvě odlišné entity, jsou ve skutečnosti jen různé aspekty jediné struktury zvané prostoročas. Podle Einsteinovy teorie je nutné představovat si čas jako dodatečnou dimenzi podobnou třem prostorovým. Fyzikové hovoří o vzdálenosti v prostoročase úplně stejně, jako o ní běžně hovoříme v prostorovém smyslu. Je užitečné představovat si prostoročas jako zvláštní druh elastického prostředí spojujícího prostor s časem. Prostor se může smršťovat, čas se může zpomalovat a naopak.

V praxi jsou naše rychlosti v porovnání s rychlostí světla obvykle příliš malé a ani pozemská gravitace prostoročas příliš nedeformuje. Změny plynoucí ze speciální a obecné teorie relativity jsou proto takřka zanedbatelné. Z naší omezené třírozměrné perspektivy máme jenom krátkozraký výhled na realitu, a proto štěpíme prostoročas na čas a prostor, jež vnímáme jako odlišné entity. Kdybychom si ale dokázali nasadit brýle podle receptu, který nám ordinuje teorie relativity, spatřili bychom sjednocení prostoru a času v celé jejich kráse. Bez těchto brýlí nám nezbývá než opřít se o formální matematiku. Překvapivému natahování a smršťování prostoru a času díky tomu rozumíme dobře a experimentálně to bylo také ověřeno. Prostor a čas jsou jen pomocné nástroje, které jsme si vytvořili ke kvantitativnímu popisu změn, které se odehrávají v přírodě. Dovolit jim, aby se chovaly plastičtěji, je drobnou modifikací, která je potřebná ke zpřesnění našeho popisu světa.

Onou zásadní koncepční bariérou je, že se dosud nepodařilo sloučit Einsteinovu teorie gravitace s kvantovou fyzikou. Víme, že v první fázi existence vesmíru je nezbytné vzít v úvahu kvantové chování systémů. Ale jak konkrétně? Protože v mikrosvětě se odehrávají neustálé fluktuace, musí mít na malých rozměrech specifické fluktuace také prostor a čas. Opět si představme prostoročas jako elastické médium. Na kvantové úrovni bychom v něm spatřili oscilace, jež ho deformují a kroutí bezpočtem možných způsobů. Mikroskopický čas se také zbláznil. Bez možnosti spolehlivě proměřovat prostor a čas a s nejasnou interpretací jejich pravděpodobnostního chování se nám velkolepá stavba fyziky bortí před očima. Na scéně se začínají objevovat nové teorie, které by tento problém mohly odstranit. Jednou z nich je kupříkladu teorie superstrun, která již byla zmíněna ve speciálním příspěvku Supersymetrie.

Budeme-li předpokládat, že kvantová mechanika přežívá i v nejranější kosmologické éře, pak kvantové efekty jistě budou způsobovat fluktuace samotného prostoročasu. Některé verze superstrunových teorií předvídají existenci "krajiny vakuí", takřka nekonečného moře kosmických možností. Je to velmi sugestivní označení. Představte si pěknou vyhlídku, z níž kolem sebe do daleka vidíte údolí a vrcholky hor. Různá údolí v krajině odpovídají různým vesmírům, z nichž každý má své specifické vlastnosti a nejspíše také odlišné hodnoty fyzikálních konstant. V některých vesmírech je například rychlost světla větší než u nás, v jiných naopak menší. V některém světlo vůbec neexistuje a v jiném zase mají elektrony jiné náboje a hmotnosti. V krajině panuje bezčasí. Je to jen hypotetická mapa potenciálních vesmírů, z nichž každý odpovídá jednomu řešení rovnic superstrunové teorie. Proti prvotnímu očekávání mnoha strunařů tak obraz, který se dnes z teorie superstrun vynořil, rozhodně není "elegantní". Jestliže se věci nepohnou kupředu a nepodaří se identifikovat privilegovaná unikátní údolí, bude muset být tento sen o jednotě, o nalezení jednoho správného řešení vysvětlujícího celý vesmír, opuštěn.

Když ponecháme stranou krajinu strunových teorií, základní představa, že na kvantové úrovni může být prostoročas popsán jako polévka neustále fluktuujících geometrií, je nejspíš správná. Náš vesmír tedy zřejmě povstal z kvantové prostoročasové polévky. Jako bublinka s vysoce nepravděpodobnou kombinací přírodních konstant, jež umožnily postupně vytvořit složité struktury. Včetně živých a myslících, které dokážou reflektovat svou vlastní existenci.

Jak je vlastně náš vesmír velký? Při hledání odpovědi na tuto otázku musíme být opatrní. Lze hovořit jen o té části vesmíru, kterou dokážeme spatřit, tedy pozorovat našimi teleskopy a anténami, přičemž je třeba si uvědomit, že rychlost světla klade omezení na přenos informací. Protože se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo, lze přijímat signály jen z oblastí ležících v naší kauzální minulosti, tedy informace, které k nám mohly rychlostí světla doputovat od počátku času. Počátkem roku 2008 astronomové z Rutgersovy a Pensylvánské univerzity ve Spojených státech ohlásili objev zárodečných spirálních galaxií podobných té naší ve vzdálenosti 12 miliard světelných let od Země. Uvážíme-li, že vesmír sám je starý 13.73 miliard let, světlo z nich tedy putovalo podstatnou část existence kosmu. Na svou cestu se vydalo 7 miliard let předtím, než vůbec vzniklo Slunce a naše rodná Země.

Můžeme ale dohlédnout až na samotný počátek? Postupujeme-li pozpátku v čase, narazíme na neprůhlednou stěnu v okamžiku, kdy vznikly první atomy. V časech, jež tomu předcházely, se fotony aktivně zúčastnily neustálého rozbíjení elektrických vazeb mezi elektrony a protony, takže se nemohly volně šířit prostorem. V době čtyři sta tisíc let po velkém třesku se zrodily atomy a od nich se oddělilo reliktní záření, které dnes má podobu mikrovln. Chceme-li se něco dozvědět o vesmíru před touto dobou, nezbývá nám než opřít se o jiné zdroje informací, než jaké nám poskytuje elektromagnetické záření. Kupříkladu lehká jádra helia a lithia se syntetizovala, když bylo vesmíru jen jedna minuta.

I přes existenci zmíněné "stěny" v mladém vesmíru, která je elektromagneticky neprůhledná, dokážeme dnes kombinovat dostupná astronomická pozorování galaxií a reliktního mikrovlnného záření a vyvodit z nich klíčová fakta o našem vesmíru. Především platí, že na dostatečně velkých rozměrových škálách se vesmír v průměru jeví všude stejný. Pravda, pohled na hvězdnou oblohu prostýma očima nám dává úplně jiný obrázek. V naší touze po řádu a uspořádanosti jsme si ji dokonce zaplnili našimi fantaziemi: na noční obloze jsme pro sebe našli lva, kraba, nádobu, hrdinu a draka. Nevidíme jen rovnoměrně rozprostřené hvězdy. Zmíněné obrazce, jež utvářejí souhvězdí, vznikají projekcí hvězd na myšlenou dvourozměrnou sféru nebeské klenby. Ve skutečnosti jsou hvězdy, námi uspořádané do jednotlivých souhvězdí, od sebe v prostoru vzdáleny desítky, stovky, nebo dokonce tisíce světelných let. Říkáme-li, že vesmír vypadá v průměru všude stejně, myslíme tím, že když se díváme na objekty nacházející se ve vzdálenosti stovek milionů světelných let, jsou si podobné.

Zdroj: Marcelo Gleiser, Trhlina ve stvoření světa - Nová vize života v nedokonalém vesmíru


komentářů: 0         



Komentáře (0)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_