Vesmír z ničeho – Naše bídná budoucnost?

rubrika: Populárně naučný koutek


Po posledním modelu vesmíru (Chaotický vesmír) z galerie Knihy vesmírů od Johna D. Barrowa, jsem se tuto vesmírnou historii rozhodl takřka zakončit s pomocí jiného zdroje. V galerii Barrowa jsem dorazil do míst, která se už překrývají s tím, co zde v Populárně naučném koutku bylo již probíráno, jako třeba temná hmota, temná energie či inflace. Za účelem tuto záležitost nějak shrnout jsem vybral jiný zdroj, poněvadž je to v něm mnohem hutněji vyjádřeno, nicméně není vyloučeno, že se k vesmírné galerii J. D. Barrowa ještě drobnými postřehy vrátím. Vzhledem k tomu, že to zesumírování vesmírných modelů zde již bylo mnohokráte naznačeno v dobách před uvedením Knihy vesmírů, tak v tomto finále nebudou žádné odkazy na specifické pojmy atd. Vše, o čem tady bude řeč, a nejen to, lze nalézt v seznamu na konci, jenž obsahuje všechny články z Populárně naučného koutku, které s tím nějak souvisí

 

Lucifer


Když jsme zjistili, že vesmír má počátek a že tento počátek nastal před konečnou a měřitelnou dobou, je přirozené se zeptat, jak vesmír skončí. V sedmdesátých a osmdesátých letech minulého století detailní měření pohybu hvězd i pohybu galaxií v kupách galaxií stále jasněji ukazovala, že ve vesmíru je toho více, než pozorujeme prostým okem nebo dalekohledem. Na velkých měřítcích odpovídajících galaxiím a jejich seskupením je hlavní působící silou gravitace. Americká astronomka Vera Rubin pozorováním hvězd a oblaků horkého plynu hodně vzdáleného od centra naší galaxie zjistila, že se pohybují podstatně rychleji, než kdyby na ně působila gravitace jen od viditelných objektů v naší galaxii. Díky její práci víme, že tento pohyb se nedá vysvětlit jen sečteným gravitačního působením všech hvězd a prachu, jež kolem sebe pozorujeme.

 

Ve vesmíru, který se vynořil z velkého třesku, nejlépe odpovídá pozorovanému výskyty vodíku, helia a lithia asi dvojnásobný počáteční počet protonů a neutronů, než se jich nachází ve hvězdách a v horkém plynu. Kde jsou ty chybějící částice? Řada vědců se domnívá, že v neviditelných objektech se skrývá zhruba stejné množství částic jako v hmotě viditelné. Jenže když odhadneme množství hmoty potřebné k udržení pozorované rotace galaxií a kup galaxií, zjistíme, že nám nestačí dvojnásobek pozorované hmoty, že jí potřebujeme asi desetinásobek. Pokud není v pozorování a výpočtech nějaká chyba, temnou hmotu nemohou tvořit protony a neutrony – prostě jich není dost.

 

Z obecné teorie relativity jednoznačně plyne, že uzavřený vesmír, jehož materiální náplň tvoří nejen hmota ve formě hvězd a galaxií, ale i hypotetická temná hmota, se jednou musí přestat rozpínat a musí se zhroutit zpět do opaku velkého třesku – hovoří se o velkém křachu (Big Crunch). Otevřený vesmír by se naopak rozpínal stále nějakou konečnou rychlostí. Určení množství temné hmoty ve vesmíru by tedy přineslo odpověď na starou otázku, datující se přinejmenším od doby T. S. Eliota, zda svět skončí výbuchem, nebo sténáním (Narážka na závěrečnou část básně T. S. Eliota The Hollow Men (Dutí lidé) z roku 1925).

 

Astronomická pozorování nám neodhalují podstatu temné hmoty, říkají nám ale, kolik jí celkem ve vesmíru je. Poslední přímý důkaz existence temné hmoty přinesla kombinace „gravitačního čočkování“ a pozorování rentgenového záření s kup galaxií. Teplota vysílaného rentgenového záření je úměrná hmotnosti zářícího systému, takže lze udělat nezávislý odhad hmotnosti kupy. Výsledek byl udivující a řada vědců jím byla zklamána. Když se dokončily všechny rozbory, ukázalo se, že celkové množství hmoty v kupách galaxií a jejich okolí by mělo představovat jen asi třicet procent hmotnosti nutné k tomu, aby dnešní vesmír byl plochý. Je to ovšem pořád čtyřicetkrát více, než odpovídá viditelné hmotě, která tedy nese jen jenom procento hmotnosti nutné pro to, aby vesmír byl plochý.

 

Vypadá to, jako kdybychom při naší cestě za porozuměním vesmíru a pochopením jeho povahy udělali jeden krok kupředu a pak dva kroky zpět. I když pozorování nakonec potvrdila dlouhotrvající teoretické podezření, že prostorová křivost vesmíru je nulová, zůstal zde problém s množstvím hmoty ve vesmíru. Přímá měření geometrie vesmíru ukazovala, že vesmír je plochý, ale to znamenalo, že chybí 70 procent hmoty, respektive energie, mají-li být splněny vztahy plynoucí z obecné teorie relativity pro geometrii vesmíru. Tato chybějící hmota nemohla být v galaxiích nebo kupách galaxií ani v jejich blízkosti.

 

Kromě temné hmoty se však objevil ještě jeden stejně záhadný problém. Kosmologové došli k závěru, že prázdný prostor nese energii a že je jí dokonce tolik, že už ovládla mechanismus rozpínání vesmíru. Existence této energie se jevila jako podivná, ještě podivnější však je to, že jí není tolik, aby udělala vesmír neobyvatelným. Kdyby totiž byla energie prázdného prostoru tak velká, jak naznačoval odhad na základě kvantové teorie, rychlost rozpínání by byla tak obrovská, že by vše bylo odneseno velice rychle za horizont, tj. za plochu v prostoročasu, za níž už k nám nemůže dorazit žádná informace nesená rychlostí světla („horizont událostí“). Z vesmíru by se stala chladná temná prázdnota ještě dříve, než by se stačily vytvořit hvězdy a než by mohla vzniknout naše Země.

 

Ve vesmíru starém jen několik set tisíc let mohlo světlo urazit od velkého třesku jen několik set tisíc světelných let, ale to je zanedbatelný zlomek rozměrů dnes viditelného vesmíru. Na obrazu reliktního záření, který dnes pozorujeme, představuje oblast, kterou mohlo světlo za tu dobu překonat, jen jeden úhlový stupeň. Ale jak nás poučil Einstein, žádná informace se nemůže šířit rychleji než světlo, takž neexistuje způsob, jak by mohla teplota látky v nějaké oblasti ovlivnit teplotu v jiné oblasti vesmíru, jejíž úhlová vzdálenost je větší než jeden stupeň.

 

Částicový fyzik Alan Guth přemýšlel o procesech v raném vesmíru, které by dovolily tento problém vysvětlit, a přišel se skvělým nápadem. Když se voda mění v led nebo když se chladnoucí těleso zmagnetuje, říkáme, že dochází k fázovému přechodu. Kdyby v chladnoucím vesmíru došlo k něčemu podobnému, jako je fázový přechod, měli bychom vysvětlení nejen pro problém horizontu, ale i problém plochosti. Guth si uvědomil, že když rozpínající se vesmír chladl, mohl se „zaseknout“ v nějakém metastabilním stavu. Když vesmír chladl dále, proběhl náhle fázový přechod do energeticky výhodnějšího stavu s hmotou a zářením. Energie obsažená ve stavu „falešného vakua“ před dokončením fázového přechodu mohla dramaticky ovlivnit rozpínání vesmíru v období před fázovým přechodem.

 

Energie falešného vakua má stejné vlastnosti jako energie prázdného prostoru, tedy jako kosmologická konstanta, takže expanze vesmíru by se stále urychlovala. To, z čeho se časem stal pozorovatelný vesmír, by se nakonec rozpínalo nadsvětelnou rychlostí. To je v teorii obecné relativity dovoleno, i když se to zdá být v rozporu s Einsteinovou speciální teorií relativity. Podle ní nic nemůže cestovat prostorem rychlostí větší než světlo. Ale prostor sám si může dělat, co chce, alespoň podle obecné teorie relativity. A jak se prostor rozpíná, může objekty pevně v něm sedící vzdalovat jeden od druhého rychlostí větší, než je rychlost světla. V této periodě, které se říká inflační, se vzdálenosti mezi objekty mohly zvětšit více než 1028krát.

 

V současné době je inflace jediným životaschopným vysvětlením homogenity a plochosti našeho vesmíru. Její mechanismus je založen na procesech, jež mohou být zdůvodněny výpočtem v rámci teorie elementárních částic a jejich interakcí. A to není všechno – inflace má další a možná ještě důležitější důsledek. Podle základních zákonů kvantové mechaniky je prázdný prostor naplněn jakousi vroucí a bublající polévkou virtuálních částic a polí, jež se objevují na neobyčejně krátký čas a pak zase mizí. Tyto „fluktuace vakua“ jsou důležité při určování vlastností protonů a atomů, ale ve velkých měřítkách se neprojevují – proto se nám jejich existence zdá tak tajemná.

 

Můžeme bez nadsázky říci, že jsem zde v důsledku kvantových fluktuací ničeho. Kvantové fluktuace, jež by jinak byly nepozorovatelné, během inflace zamrzly a nakonec se vynořily jako fluktuace v hustotě hmoty, ze kterých vzniklo vše, co kolem sebe pozorujeme. Pokud je pravda, že vesmír skutečně prošel inflačním obdobím, vylíhli jsme se doslova z ničeho.

 

V jednom smyslu je pozoruhodné a vzrušující nacházet se ve vesmíru ovládaném nicotou. Struktury, které vidíme, jako jsou galaxie a hvězdy, byly stvořeny z ničeho kvantovými fluktuacemi a průměrná newtonovská gravitační energie každého objektu v našem vesmíru je rovna nule. Jestliže se vám tato představa líbí, užijte si jí, dokud můžete. Je-li totiž správná, žijeme v tom nejhorším možném vesmíru, alespoň co se týče jeho budoucnosti.

 

Zdroj: Lawrence M. Krauss, Vesmír z ničeho

 

Seznam všech s tímto tématem souvisejících článků:

 

Temná hmota gravitačního čočkování

Kde se vzala temná hmota?

Fluktuace vakua a Casimirův jev

Temná energie

Inflační model vesmíru (Skutečná vesmírná odysea)

Cyklický model vesmíru – Ekpyrosis

Konečné vysvětlení (?)

Antigravitační velký třesk

Věčná inflace

Vesmír jako inflačně se nafukující balonek

Nekonečné ostrovy

Černé a červí díry

Od mýtů o Stvoření ke kvantovému vesmíru VI - Temnota přichází

Asymetrie hmoty VII - Vesmír v přechodu


komentářů: 5         



Komentáře (5)


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

« strana 1 »

5 The universe from nothing

Lucifer
4
Lucifer * 08.04.2014, 12:23:04
Teprve teď jsem si v kalendáři všiml, že toto vesmírné pojednání vyšlo v Den vzdělanosti. Kouzlo nechtěného. Úžasný

3
gabčín uštěpačnz ospalý (neregistrovaný) 07.04.2014, 14:53:54
Jó a k thematu>
Ani trochu sa mi nepozdává ten Tvůj poslední odkaz.
To mi jako chceš namluvit, že některému z multikultivesmírů je 45-50let.
Tak o tom mne tedy přesvječ, sem zteho John Deer young.
Chrr, písk

2
gabčín lektorský (neregistrovaný) 07.04.2014, 12:29:10
...jedinná vjec je trvání...
Námitka nejvyššího soudu - jedinná důležitá vjec na svjetě je DĚLÁNÍ.
Upeč třeba chleba, přilož cihlu k cihle,
napiš něco na net, něco co zaševelí jak ten samet.
Slůfka milá očekávám zas,
nebo opět veme mě ten ďas (zkratka od Diavolo, GR lexikón)

Zdravím Coopery.
P. M.

Stella
1
Stella 07.04.2014, 10:03:59
Prázdný prostor nese energii... Takové mám na rozdávání!
Zaseknutí v metastabilním stavu - podle měřítek pozemšťana!
Jeden krok vpřed, dva vzad - a jinak to v tomto oboru nebude nikdy! Jenom jedna věc ve skutečnosti je - trvání.
Spousta informací, hodně práce, Lucifere, chce to vytisknout a popřemýšlet.
Ale že těm budoucím zbývá hodně k řešení.

Přeji všem vesmířanům hezký týden. Venku je studený vítr, ale hřejivo si můžeme udělat - třeba v pekle. Usmívající se

«     1     »