Neviditelný čert

Přišel čas, abych se definitivně rozloučil s velmi podnětnou procházkou galerií vesmírných modelů od Johna D. Barrowa. K tomuto účelu jsem použil několik výňatků z poslední kapitoly zmíněné knížky, která se nazývá stejně jako název tohoto příspěvku. Psaní populárně naučných knížek Johna D. Barrowa se mi velmi líbí, protože jejich autor to umí velmi uchopitelně, vzletně, literárně, podnětně atd., čemuž mi nezbývá než se klanět, ačkoli o něco podobného se též snažím. V posledním přívěšku této kosmologické galerie nenaleznete pouze jeden klikací odkaz. Vše už tu bylo řečeno, a pokud se vám některé termíny nebudou zdát zcela uchopitelné, tak si to můžete zopakovat v primárních a sekundárních odkazech uvedených v pojednání Falešné vesmíry – Simulovaná realita I.  

Lucifer

V létě 1996 se v Princetonu v New Jersey konala velká kosmologická konference, která byla součástí oslav 250. Výročí založení Princetonské university. Novinkou konference bylo, že nenabízela obvyklé spektrum vystoupení, ale dvojice nebo trojice řečníků se snažily „prodat“ určitý model vesmíru poukazy na jeho přednosti a nedostatky jeho konkurentů, jako kdyby šlo o politického kandidáta. V té době byli kosmologové spokojeni s myšlenkou jednoduchého inflačního vesmíru; o chaotické či věčné inflaci moc nepřemýšleli, slovo „multiverzum“ ještě nevstoupilo do jejich běžného slovníku.

Jedním z favoritů byl model předložený Michaelem Turnerem. Šlo o vesmír rozpínající se v téměř kritickém režimu, jak předpovídá inflační schéma. Vystupovala však v něm velice malá známá kosmologická konstanta – kterou nejdříve navrhl a posléze zase zavrhl Einstein –, jež vede k repulzivnímu gravitačnímu efektu a dnes expanzi vesmíru urychluje. Turner poukázal na to, že úspěch tohoto modelu příliš nepřekvapuje, protože dodaný parametr – kosmologickou konstantu – je možné ladit tak, aby se dosáhlo co největší shody s pozorováním.

Model dostal název „lambda-CDM“; „lambda“ je obvyklé označení kosmologické konstanty a „CDM“ je zkratka anglického termínu „cold dark matter“, chladná temná hmota. Tou chladnou hmotou je nesvítící látka, jejíž existenci je třeba předpokládat, má-li se vysvětlit skutečnost, že gravitační působení v galaxiích a kupách galaxií je desetkrát silnější, než by zajišťovala svítící hmota. Temné hmoty je potřeba opravdu mnoho a musí být tvořena částicemi, které interagují pouze slabě nebo gravitačně – jinak by se totiž v raném vesmíru potlačila produkce jader deuteria v prvních třech minutách – a jejichž množství známe z pozorování. Temnou hmotu musí tudíž představovat částice podobné neutrinům, avšak mnohem hmotnější než proton, takže samotná neutrina to být nemohou. Částice s tak velkou hmotností se tudíž pohybují pomalu, proto hovoříme o „chladné“ hmotě, což vedlo při počítačové simulaci k význačnému typu shlukování galaxií, jež velmi dobře souhlasilo s pozorováním. Teorie lambda-CDM se díky dodanému parametru lambda umístila ze všech nejlépe. Nikoho, dokonce ani propagátory této kosmologické teorie, to však příliš nenadchlo – vypadala totiž příliš vyumělkovaně a byla ošklivá.

Ten nejlépe vyhovující vesmír silně připomínal vesmír navržený o šedesát let dříve Lemaîtrem (viz Einsteinovy vesmíry). Jenže kosmologové už ztratili o kosmologickou konstantu zájem, podobně jako Einstein dávno předtím. Měla-li v nejlépe padnoucím vesmíru plnit správnou funkci, musela být její hodnota nepředstavitelně malá – 10^-120. Řada fyziků to považovala za neklamnou známku toho, že její správná hodnota je přesně nulová a že její vymizení plyne z nějakého dosud neobjeveného základního fyzikálního principu. I ti, kdo brali lambda-CDM vážněji, byli ve svých úsudcích opatrní, protože důkazy existence kosmologické konstanty byly jen nepřímé. V té době neexistovaly důkazy urychlování expanze vesmíru, kosmologická konstanta vypovídala jen o malých korekcích chování vesmíru v minulosti.

To se však dramaticky změnilo v roce 1998. Tehdy dvě nezávislé skupiny vedené prvotřídními astronomy nalezly přímé důkazy, že expanze vesmíru se v dnešní době urychluje. Skupina vedená Adamem Riessem z Harvardovy univerzity řešila projekt nazvaný Supernovy s velkým z, projekt skupiny vedené Saulem Perlmutterem z Kalifornské univerzity v Berkeley nesl název Supernovová kosmologie. K velkému překvapení vědeckého světa z jejich výsledků shodně plynulo, že se vesmír před několika miliardami let začal rozpínat zrychleně. Obě skupiny dokázaly měřit rychlost vzdalování objektů v obrovských vzdálenostech, to znamená rychlost rozpínání vesmíru před dávnou dobou. Měřit velmi přesně rychlost rozpínání vesmíru je snadné – udává ji červený posuv spektrálních čar světla. Daleko obtížnější je však stanovit vzdálenost sledovaného objektu. Musíme se spokojit s pozorováním takových objektů, jejichž absolutní svítivost jsme schopni nějak určit z jejich fyzikálních vlastností, například z periody, se kterou se jejich jas mění. Oba týmy využívaly faktu, že jak Hubbleův teleskop, tak některé pozemské dalekohledy jsou schopny i ve velkých vzdálenostech pozorovat explodující hvězdy zvláštního druhu – supernovy typu 1a. A to jsou dobří kandidáti k získání výše zmíněné informace, jelikož se předpokládá, že jejich výbuch vzniká zcela speciálním mechanismem a navíc jde o jedny z nejjasnějších nebeských objektů.

Studiem největší svítivosti a rychlosti poklesu světelné křivky se oběma týmům podařilo srovnat různé supernovy onoho typu a zjistit jejich vzdálenost od nás. Tento nový nástroj posloužil k určení vzdáleností velmi vzdálených objektů a rozšíření Hubbleova zákona. Na základě těchto pozorování dospěly obě skupiny nezávisle ke stejnému závěru. Křivka vyjadřující Hubbleův zákon, rychlost vzdalování kosmických objektů v závislosti na jejich vzdálenosti, se stáčí nahoru – rozpínání vesmíru se tedy urychluje. Potvrdilo se to, co vyplývalo z kosmologického modelu lambda-CDM, i to, že antigravitační urychlování, předpokládané teorií inflačního vesmíru během jeho prvních okamžiků, skutečně existuje.

Přestože znovuzavedení malé kosmologické konstanty do Einsteinových rovnic velmi dobře vystihovalo pozorování, kosmologové si byli vědomi toho, že situace může být mnohem komplikovanější. Že ve vesmíru může existovat nějaké exotičtější antigravitační napětí coby původce inflace v nejranějším vesmíru. Tato tajemná energie dostala název „temná energie“. Možná přispívá k celkové hustotě energie ve vesmíru vždy (stejně jako kosmologická konstanta), možná se mění s časem a připodobňuje se kosmologické konstantě jen v nedávné minulosti. Je pozoruhodné, že k vysvětlení pozorování potřebujeme, aby temná energie představovala 72 % celkové energetické náplně vesmíru a jen 28 % jí bylo v jiných formách. Z těch 28 % tvoří obvyklá hmota jen pouhých 5 %. Zbývajících 23 % je ve formě nějaké neatomové chladné temné hmoty, jejíž přesnou identitu zatím neznáme. Dnes kosmologickou konstantu interpretujeme jako hustotu energie vakua; jako první vyslovil tuto myšlenku Georges Lemaître v roce 1934.

Možná ale hledáme ve špatném směru a pro zrychlené rozpínání či existenci kosmologické konstanty žádné konvenční objasnění neexistuje. Možná je hodnota kosmologické konstanty zvolena v krajině multiverza náhodně nějakým kvantovým procesem, a proto se její hodnota náhodně mění od vesmíru k vesmíru. A my se prostě nacházíme v jednom z vesmírů multiverza, ve kterém měla kosmologická konstanta tak nízkou hodnotu, že dovolila zrod galaxií a hvězd.

Představme si, že bychom se kolem roku 1600 snažili přesvědčit Johannese Keplera, že jeho teorie sluneční soustavy nemusí předpovídat přesný počet planet. Pro Keplera se v počtu planet skrývaly ty nejhlubší matematické symetrie přírody. Představa, že by jejich počet nebyl teorií jednoznačně určen, by se mu jevila jako prokletí, popření vědecké metody. Dnes by se žádný planetární astronom se zdravým rozumem nesnažil vidět v počtu planet sluneční soustavy důsledek nějaké fundamentální zákonitosti a nehledal by v tom nějaký hlubší význam. Počet planet je důsledkem náhodných srážek a shlukování materiálu v rané historii naší sluneční soustavy; tyto procesy mohly snadno dospět i k výsledku jinému.

Dnes nás mnozí teoretici vyzývají, abychom přijali názor, že náš vesmír je součástí nikde nekončícího multiverza vesmírů o nejrůznějších vlastnostech. Vesmír, ve kterém žijeme, je speciální v tom, že je uzpůsoben naší existenci či existenci jiných forem inteligentního života. Dnešní (náš) vesmír zažívá druhé urychlování, jež započalo někdy před pěti miliardami let. Koperník učil, že naše planeta není centrem vesmíru. Dnes budeme možná muset připustit, že ani náš vesmír není centrem Všehomíra.

Zdroj: John D. Barrow, Kniha vesmírů

Luciferovy závěrečné poznámky k Barrowově atlasu modelů vesmíru:

První, co mě zaujalo, je ten úžasný návrat po spirále až k jednomu z prvních moderních modelů vesmíru Georgese Lemaîtreho, starého už celých osmdesát let, vzniklého v době, kdy moderní kvantová fyzika byla teprve na úsvitu. Po oné tajemné spirále myšlenkového vývoje se vracíme zpět do stejného bodu, jen o jedno patro výš. Skoro nic podstatného však na výsledku v onom bodě nižšího patra nemusíme měnit. Ani kvantová fyzika, která se mezitím rozkošatěla do neobvyklých rozměrů, k tomu nemůže (zatím?) nic tak důležitého připojit.

Druhý postřeh pramení ze zmínění planetární vize Johannese Keplera. Ten pocit, že vše musí být zcela jasně definováno elegantním symetrickým způsobem. Proč? Proč máme neustálý a nejen ve vědě vtištěný pocit, že vše se musí tak nějak symetricky komponovat. Novodobí následovníci Johannese Keplera vymysleli na základě jakéhosi sakumprásk sešrotovaného matematického modelu teorii strun. Ten „nejelegantnější“ model Všehomíra, který byl na této planetě dosud vytvořen. Žonglují matematickými strunami, bránami a dalšími podobnými nástroji sem a tam, ale zatím z toho matematického guláše nic skutečně objevného nevypadlo.

Třetí a v této vesmírné galerii můj poslední postřeh spočívá v závěrech soudobé kosmologické teorie, že náš vesmír se na samotném počátku velmi hbitě tzv. inflačně rozpínal, aby si pak asi dal nějakou pauzu, po níž se jeho rozpínání započalo znovu urychlovat. Dospějeme opět k nové inflaci? A co když je to jenom jakýsi „organismus“, který pulsuje jako srdce do té doby než dopulsuje? Jak bude vypadat následný bod na spirále našeho poznání? Bude obsahovat něco skutečně nového?

Otázky se sypou jako zrnka máku z makovice, ale čím dál tím větší část obyvatel této planety dnes řeší úplně jiné problémy. Někde na úrovni jednobuněčných organismů…

28.08.2014, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 16