Od mýtů o Stvoření ke kvantovému vesmíru V - Malá oblast podivnosti

rubrika: Populárně naučný koutek


Předešlá část dospěla k závěru, že k tomu, abychom vysvětlili kosmologickou inflaci, tedy nadsvětelnou expanzi, potřebujeme hmotu, která vytváří záporný tlak. Na první pohled to může vypadat jako něco nemožného, ale skutečně existují určité formy hmoty, jež opravdu vytvářejí záporný tlak. Ano jsou bizarní, ale nikoli nemožné. Nejdříve se podíváme, jak si s tím poradil standardní model částicové fyziky, a potom bude řeč o malé oblasti podivnosti, v níž se možná nacházíme.

Lucifer


Za hlavní inspiraci k pochopení bizarní formy hmoty nám může posloužit třída jevů známých jako fázové přechody. Velmi dobře známým příkladem je fázový přechod vody od kapalného do pevného skupenství, když teplota vody klesne pod bod mrazu a voda se tak přeměňuje na led. Molekuly vody se přitom začnou shlukovat a specifickým způsobem uspořádávat do malých ledových krystalů. Něco podobného platí také pro interakci elementárních částic. I ony se při poklesu nebo nárůstu teploty začínají chovat jinak. Stejně jako lze elektrické a magnetické jevy popsat pomocí fyzikálních polí, lze také kvalitativní změny v chování hmoty asociovat s polem, kterému se říká "skalární". Různá skalární pole se používají k budování jednotných teorií hmoty a částic i k modelování superrychlé inflační expanze na počátku vesmíru. Neobvyklý název skalární pole souvisí s jeho matematickou povahou: skalární veličiny mohou v prostoru a čase měnit svou velikost, ale na rozdíl od vektorového pole (např. elektromagnetické) nemají žádný směr.

V takzvaném standardním modelu částicové fyziky, jenž shrnuje veškeré naše poznatky o elementárních částicích a jejich vzájemných interakcích, přestavují skalární pole hypotetické formy hmoty, jež interagují se všemi ostatními typy hmoty. Tato skalární pole (může jich být totiž více) jsou tak trochu jako éter v tom smyslu, že stojí v pozadí coby "médium", jež klade specifický odpor pohybu elektronů a dalších elementárních částic tvořících běžnou hmotu. A protože pohyb souvisí se setrvačností, jež je mírou hmotnosti dané částice, panuje všeobecné přesvědčení, že skalární pole ovlivňují či přímo určují hmotnosti částic. Čím je interakce částice se skalárními poli silnější, tím větší je hmotnost dané částice. Skalární pole standardního modelu se nazývá Higgsovo na počest skotského fyzika Petera Higgse, který předpověděl jeho existenci i roli coby univerzálního dárce hmotnosti částicím. Higgsův boson, tj. částice, která reprezentuje Higgsovo pole, zatím nebyl experimentálně prokázán.

Ať už je skalární pole fundamentální entitou anebo jen efektivním popisem, dokáže vytvořit kladné zrychlení, jež je nezbytné pro pohon nadsvětelné kosmické expanze inflační kosmologie. Nachází-li se skalární pole mimo svůj rovnovážný stav a podléhá-li tudíž vnitřnímu pnutí, chová se jako mytický roh hojnosti, jenž neustále rodí další a další ovoce. Dokud nedosáhne rovnováhy, tedy stavu s nejnižší energií.

V původním Guthově modelu všemocné skalární pole, jež způsobovalo exponenciálně rychlou expanzi vesmíru, vycházelo z teorie, jež šla za rámec standardního modelu částicové fyziky. Cílem této teorie bylo sjednotit tři fyzikální interakce určující všechny atomární a subatomární vlastnosti hmoty: elektromagnetismus, silnou a slabou jadernou sílu. Takové teoretické konstrukce, známé pod skromným názvem "teorie velkého sjednocení" (Grand Unified Theories - GUT) byly navrženy před více než třiceti lety coby důležitý krok na cestě k nalezení Finální Pravdy. Hlavní předpovědi teorií velkého sjednocení se však nepodařilo pozorovat, ba co hůř, ani Guthův původní model nefungoval: vesmír by totiž nikdy nezastavil svou inflaci. V dané situaci je zřejmě nejlepší nezabývat se konkrétním vztahem fyziky elementárních částic s kosmologií a soustředit naši pozornost pouze na obecný, vágně formulovaný druh efektivního skalárního pole. Pokud se teorie GUT ukážou jako mylné, což je docela dobře možné, inflační kosmologie to přežije bez úhony. Přitom však se vzdáváme krásy a elegance, ztrácíme Jednotu, ve kterou tolik lidí věřilo.

V dnešních inflačních modelech se předpokládá pouze existence malé oblasti prostoru vyplněné skalárním polem vychýleným z rovnovážného stavu: stačí jen malá oblast podivnosti. O ničem velkém, jednotném či unikátním se už nemluví. V nové kosmologii již není inflace spojena se sjednocením fundamentálních sil. Výměnou za ztrátu elegance tak získáváme větší obecnost. Aby náš vesmír mohl existovat, nepotřebuje dokonalost. Potřebuje nerovnováhu.

Je tu však ještě jedna velmi důležitá otázka: Byl-li vesmír na počátku vyplněn především skalárním polem, kde se v něm vzaly elektrony, fotony či neutrina? Ukazuje se, že tato otázka souvisí s jiným problémem: Jak vesmír zabrzdil svou superrychlou inflační expanzi a přešel do umírněného rozpínání dle standardního modelu velkého třesku? Zatím se dá pouze předpokládat, že při pokračující inflaci nestabilní skalární pole přemění samo sebe a svou energii na částice. Jakmile se inflační fáze rozpínání vesmíru chýlila ke svému konci, proces konverze skalárního pole na běžnou hmotu zuřil čím dál tím více. Skalární pole explozivním způsobem pumpovalo svou zbylou energii do víru částic a kosmos se zaplnil žhavou hmotou. Explozivní tvoření hmoty na konci inflace je dle soudobých představ tím, co v praxi pozorujeme jako velký třesk: velký třesk pak není samotným počátkem.

Celá záležitost s teoriemi velkého sjednocení GUT, jež mělo být rozhodujícím krokem k odhalení Finální Pravdy, zůstává i nadále na úrovni pouhých spekulací. Jako východisko z nouze někteří kosmologové zredukovali myšlenku inflace na nezbytné minimum: předpokládají existenci hypotetického skalárního pole, které bylo na počátku vychýleno ze stavu přirozené rovnováhy a vyplnilo dostatečně velkou oblast raného vesmíru, jenž se díky tomu nadsvětelnou rychlostí nafoukl do gigantických rozměrů.

Zatím jsme dospěli k poznání, že většinu problémů velkého třesku je možno vyřešit pomocí hypotetického skalárního pole, jehož původ je ale stále obestřen tajemstvím. Sjednotitelé jistě ihned prohlásí, že příslušná skalární pole dozajista budou důsledkem zatím neznámé jednotné polní teorie. Koneckonců, teorie strun je plná všemožných polí včetně skalárních. Pro sjednocení typu GUT i pro superstrunové modely však zatím nemáme jediný experimentální důkaz. U superstrun je to dokonce ještě horší: ani nevíme, kde a jak po nějakých specifických pozorovatelných důsledcích teorie superstrun pátrat (vyjma několika velmi speciálních případů). Malá oblast prostoru, jež se inflačně zvětšila a vytvořila náš dnešní vesmír, mohla být nafouknuta zdrojem, který mohl, ale také nemusel být skalárním polem.

Možná se nám snaží náš vesmír naznačit cosi o našich vlastních snech finální teorie. Možná žijeme ve vesmíru, jenž je daleko obyčejnější a nedokonalejší, než naše očekávání o něm, která předpokládají vznešená vysvětlení a vysokou symetrii světa. Možná že všechno kolem nás je jen malá oblast podivnosti.

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


komentářů: 2         



Komentáře (2)


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

« strana 1 »

Lucifer
2
Lucifer * 25.10.2012, 12:09:46
A to neměl dělat, neboť zatím co odpočíval, skalární pole se mu utrhlo z řetězu a explozivním tempem napumpovalo vesmír celým tím brajglem. Když se Bůh probudil a spatřil, co se tu semlelo, započal ihned luxovat. Stvořil černé díry, takové výpustě, které ten nepořádek do sebe postupně nasávají jako vysavače a zároveň ho šrotují do jednolité masy recyklovatelného odpadu. Nakonec Bůh ten odpad transformuje zase zpět do skalárního pole, tentokrát si však dá záležet na tom, aby se už nevychýlilo z rovnovážného stavu v době, kdy podřimuje. Až si odpočine, odbrzdí skalární pole tím, že ho vychýlí přesně propracovaným způsobem z rovnováhy tak, aby se v následující velkotřeskové fázi zformoval skutečně dokonalý, supersymetrický, elegantní a neskonale estetický vesmír Úžasný

Axina
1
Axina * 25.10.2012, 10:14:34
Za 6 dní stvořil Bůh skalární pole. Sedmý den odpočíval po své práci... Usmívající se

«     1     »