Věčná inflace

rubrika: Populárně naučný koutek


Jak bylo řečeno v Antigravitačním velkém třesku, první verze inflační teorie narazila na problém, kterým byl rozpad falešného vakua. Co je to falešné vakuum a proč se rozpadá problematicky? Vezměme to od podlahy.

Lucifer


infinite-universe.jpgAlan Guth nastolil myšlenku, že vesmír rozfoukla odpudivá gravitace. Prohlásil, že raný vesmír obsahoval malé množství velice nezvyklého materiálu, jenž vyvíjel značně silnou odpudivou gravitaci. Jestliže se někdy pokusíte na toto téma někomu vyprávět, bude lepší mít v kapse kousek antigravitační hmoty nebo byste si měli alespoň připravit pádné argumenty, proč by vám měli věřit, že něco takového vůbec existuje. Guth měl kliku, nepotřeboval vymýšlet nějaká antigravitační kouzla. Hlavní teorie elementárních částic vše potřebné měla na skladu: a tím bylo falešné vakuum.

Vakuum bylo vždy chápáno jaký prázdný prostor. Pojem "vakuová energie", který do fyziky poprvé zavedl Albert Einstein, byl proto přijat s jistou nedůvěrou. Ovšem fyzici se díky pokrokům na poli částicové fyziky v posledních pětatřiceti letech na vakuum začali dívat zcela jinak. Podle moderních částicových teorií je vakuum fyzikálním objektem; může být nabité energií a existovat v paletě rozličných stavů, v různých vakuích. Druhy elementárních částic, jejich hmotnosti a interakce jsou určeny podložním vakuem. My žijeme ve vakuu s nejnižší možnou energií, v pravém vakuu. Fyzici posbírali hodně poznatků o částicích obývajících tento druh vakuua i o silách, jež mezi nimi působí. Elektromagnetická interakce je středně silná, silná jaderná nejsilnější a slabá jaderná nejslabší.

Vlastnosti elementárních částic se mohou od sebe lišit v závislosti na typu vakua. Nevíme, kolik vakuí celkem existuje, ale podle částicové fyziky kromě našeho pravého vakua nejspíš existují nejméně dvě další, symetričtější, a částice a síly, které v nich sídlí, nejsou natolik rozdílné. Prvním z nich je elektroslabé vakuum, v němž elektromagnetická a slabá interakce jsou stejně silné a projevují se jako součásti jediné sjednocené síly. Dalším druhem vakua je vakuum velkého sjednocení, v němž jsou sjednoceny tři částicové interakce. Zatímco elektroslabé vakuum docela jistě existuje, existence vakua velkého sjednocení je spornější. Hmotnostní hustota elektroslabého vakua je 1019 tun na krychlový centimetr, hmotnostní hustota vakua velkého sjednocení je 1049 krát větší. Energie normálního pravého vakua je ve srovnání s tím nepatrná. Celá léta jsme si mysleli, že je přesně nulová, ale poslední pozorování ukazují, že naše vakuum má malou kladnou energii, jež je ekvivalentní hmotnosti tří vodíkových atomů na krychlový metr.

Vysokoenergetickým vakuím se začalo říkat "falešná", jelikož na rozdíl od toho našeho jsou nestabilní. Má-li vakuum energii, potom díky Einsteinovy víme, že by rovněž mělo mít tenzi, která sebou přináší gravitační odpudivý efekt. V případě vakua je odpudivost třikrát silnější než přitažlivost gravitace hmoty - výsledným efektem je proto silná repulzivní síla. Kdyby se v nějakém raném období nacházel prostor vesmíru ve stavu falešného vakua, jeho tenze by způsobila expanzi. Protože falešné vakuum je nestabilní, nakonec se rozpadá a jeho energie odpaluje ohňostroj žhavých částic. Tato událost je signálem blížícího se konce inflace a počátku obvyklého kosmologického vývoje. Z počátečního titěrného semínka tak dostáváme kolosálně žhavý a expandující vesmír. A navíc v tomto scénáři překvapivě mizí problém horizontu a plochosti, ony svízele kosmologie velkého třesku. Kratičká fáze inflace způsobila, že vesmír je obrovský, horký, homogenní a plochý, což jsou přesně ty pravé podmínky žádané standardní kosmologií velkého třesku.

Každý fyzik zná ten skličující pocit, když se krásné teorii, již před pár dny vymyslel, objeví fatální chyba. Bohužel takový osud potkává mnoho půvabných teorií. A stejně tak tomu bylo i v případě inflace. Jako obvykle čert seděl v detailech. Fyzici totiž při bližším pohledu zjistili, že falešné vakuum se nerozpadá s tak hladkým průběhem, jak předpokládali. Proces rozpadu vakua se podobá varu vody. Ve falešném vakuu náhodně vybublávají a expandují bublinky pravého vakua. Když rostou, jsou uvnitř prakticky prázdné a veškerá energie, která se uvolnila při přeměně falešného vakua v pravé, je soustředěna do stěn expandujících bublin. Když se bublinky srážejí a spojují, stěny se rozpadají na elementární částice. Nakonec tak vznikne pravé vakuum, zaplněné horkou polévkou z částic hmoty.

Přesně to se děje tehdy, když bublinky vybublávají s velkou vervou. Celý proces rozpadu trvá příliš krátce, že inflace ustane v době, kdy vesmír ještě není homogenní ani plochý. Nás zajímá opačný případ, ten, kdy bublinky vznikají pomalu a vesmír se tak předtím, než se bublinky začnou srážet, může dostatečně rozepnout. Avšak jak říkával švýcarský fyzik Paul Ehrenfest - tady leží zakopaný pes. Potíž je v tom, že prostor mezi bublinami je vyplněný falešným vakuem a kvůli němu se prudce rozpíná. Bubliny sice rostou závratnou rychlostí, rovnající se takřka rychlosti světla, ale ani tak situace s exponenciální expanzí nevypadá růžově. Jestliže se totiž bubliny od chvíle, kdy vznikly, za čas zdvojnásobení rozměrů vesmíru nesrazí, pak vzdálenosti mezi nimi jen porostou, bubliny se nesrazí nikdy a inflace nikdy neskončí.

Zdroj: Alex Vilenkin, Mnoho světů v jednom - Pátrání po dalších vesmírech


komentářů: 1         



Komentáře (1)


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
1
Lucifer 01.05.2011, 13:37:23
Upozorňuji, že třetí díl inflačního seriálu konečně dospěje k naším klonům a nekonečným ostrovům našeho vesmíru. Jestli to bude už zítra, to vážně netuším, cesta je trnitá.

Každému zde náhodně zabloudivšímu čtenáři přeji příjemně prožitý první máj ]Usmívající se

«     1     »