Neviditelný čert

Konečně přicházím s již dlouho avizovaným příspěvkem do Populárně naučného koutku na téma velký třesk čili zrod našeho vesmíru. Současný kosmologický model vychází z představy, že náš vesmír vznikl z ničeho a po krátké chvíli expandoval rychlostí vyšší, než je rychlost světla ve vakuu, tedy způsobem takříkajíc inflačním. Výsledkem této urychlené snahy našeho vesmíru je mimo jiné takzvané reliktní záření čili neměnný mikrovlnný šum přicházející k nám ze všech stran vesmíru. Někteří kosmologové tvrdí, že skrze ten „exkrementní“ šum se počátku našeho vesmíru alias velkého třesku dopátrat nemůžeme. To je dost oblíbený způsob, kterak svoji teorii alibisticky zaštítit. Nejen běžní lidé, ale i vědci mají tendenci zakopávat se do předem připravených pozic. Někdy je to dobrý nápad, povětšinou však dekadentní.

Svým způsobem navazuji na před drahnou dobou zde vypuštěný Úvod do fyzikálního modelování reality. K tomuto volnému pokračování jsem použil knížku Neznámý vesmír v 10 kapitolách od Stuarta Clarka. Původně jsem měl v úmyslu obsah tohoto zdroje zkomprimovat do jednoho článku. Trvalo mi hodně času, během něhož jsem knížku přečetl tam a zpět několikrát a popsal více jak deset papírků poznámkami, než jsem pochopil, že tudy cesta nevede – že bych to prostě nikdy nevypustil. Takže je to vlastně též „Úvod“, jelikož jsem přečerpal především úvodní část knížky, což jsem doplnil svými četnými vsuvkami. Další pokračování bude obsahovat některá upřesnění včetně zajímavých postřehů ze života fyziků a dalších zajímavostí, jimiž se tato knížka Stuarta Clarka doslova hemží.

Lucifer

21. března 2013 prezentovala Evropská kosmická agentura (ESA) na tiskové konferenci ve své pařížské centrále dlouho očekávaný snímek, jenž měl odpovědět na otázku, jak vznikl náš vesmír. Snímek pořídila kosmická sonda ESA nesoucí jméno Planck, podle německého fyzika Maxe Plancka, a trvalo jí dva a půl roku, než ho s mravenčí trpělivostí složila pixel po pixelu. Obrázek ukazoval, co bychom spatřili, kdyby naše oči namísto světla dokázaly vnímat mikrovlnné záření. Na první pohled na něm nebylo nic zvláštního, pouhý ovál z modrých a zlatých skvrn, ale přitom je to zřejmě ten nejdůležitější snímek vesmíru, jaký kdy byl pořízen.

Neměnný mikrovlnný šum přicházející ze všech stran vesmíru poprvé zachytila dvojice amerických radiotechniků (fyziků a astronomů), Arno Penzias a Robert Wilson, v roce 1964. Zpočátku se jim zdálo, že se jedná o výsledek trusu holubů hřadujících na stařičkém radiopřijímači. Holuby nejdříve odlifrovali někam hodně daleko, radiopřijímač vyčistili, jenže holubi se velice rychle vrátili zpět. Použili tedy mnohem tvrdší metodu a najali si muže s brokovnicí. Avšak ani když po tomto drastickém masakru přijímač opět vyčistili, šum nezmizel.

Nakonec z toho bylo mnohem více než holubí trus, totiž Nobelova cena za objev reliktního záření (kosmického mikrovlnného pozadí), nejstaršího záření ve vesmíru. Bylo vysláno pouhých 380 000 let poté, co se vesmír, jak se předpokládá, zrodil při tajuplné události, které astronomové říkají velký třesk. Ať už ten počátek byl či nebyl, jisté je, že reliktní záření reflektuje stav vesmíru, který se v onom čase dramaticky odlišoval od stavu, v jakém jej známe dnes. S jistou nadsázkou můžeme reliktní záření považovat za exkrement onoho exaltovaného stavu našeho vesmíru a původní vysvětlení s holubím trusem jako jakousi alegorickou předzvěst. Smrt holubů pak představuje vedlejší ztráty (collateral damage) čili neplánovanou oběť těchto opeřenců na oltář vědy.

Samo reliktní záření se svou 13.7 miliardy let starou historií představuje nejstarší obraz vesmíru, jaký jsem na těchto vlnových délkách schopni zachytit. V té době neexistovaly ani planety ani hvězdy, pouze obří oblak atomů vyplňující celý vesmír. Skvrny na snímku Planckovy sondy ukazují jemné odchylky hustoty záření. Jak vesmírné hodiny odtikávaly čas, gravitace každou hustější oblast stahovala ještě těsněji k sobě, až se z nich nakonec zrodily první hvězdy.

Hvězdy jsou mezi sebou gravitačními silami vázány v rotujících seskupeních, kterým říkáme galaxie. Galaxie jsou navzájem spojené gravitací do takzvaných galaktických kup a kupy jsou zase napjaty prostorem jako vlákna, která vytvářejí kosmickou síť. Celá tato velkolepá struktura vzešla z nepatrných odchylek hustoty, viditelných na snímku kosmického mikrovlnného pozadí. Tyto odchylky jsou základním východiskem počítačových programů, modelů, které napodobují vývoj vesmíru.

Kosmologické modely samy o sobě jsou matematické recepty, založené na fyzikálních zákonech, k nimž jsou přidány vesmírné „ingredience“. Základním fyzikálním zákonem pro kosmologii je gravitace. Ingredience standardního kosmologického modelu jsou dány šesti parametry. První dva vycházejí ze skvrnitosti mikrovlnného pozadí. Jedním je amplituda skvrn a druhý má co do činění s objemem prostoru, v němž se tyto rozdíly vyskytují. Další dva parametry souvisí s tím, co vesmír obsahuje. A ty jsou velmi diskutabilní.

Ukázalo se, že aby standardní kosmologický model zdárně fungoval, bylo třeba připustit, že běžné atomy, z nichž jsou složeny hvězdy, planety a život, netvoří více než 4% vesmírné hmoty. Zbývajících 96% tvoří formy hmoty a energie, jež dosud neznáme. A navíc se ukázalo, že tento neznámý materiál, který kosmologové nazvali temnou hmotou a temnou energií, neumíme přímo zachytit. V zájmu záchrany standardního kosmologického modelu byla vypracována řada metod, jak se k důkazu existence těchto obrovských neviditelných čili temných přívažků našeho vesmíru dopracovat. Žádný z nich se zatím se svým úkolem jednoznačně nevypořádal.

Pátý parametr standardního kosmologického modelu se týká doby, kdy vznikaly hvězdy, a šestým parametrem je rychlost rozpínání vesmíru. Hlavně ten poslední má na základě astronomických pozorování dost velkou souvislost s potřebou záplatovat standardní kosmologický model temnou hmotou a energií. A nejsou to záplaty drobného střihu.

Kromě výchozích předpokladů, jako jsou třeba výše zmíněné temné ingredience, je třeba použít jisté matematické fígle, které je nutné do modelu zabudovat, aby se choval jako model matematický. Pokud by byl byť jeden jediný z předpokladů špatně, pak bude špatně celý model a vše, co jsme si mysleli, že o vesmíru víme, se zhroutí jako domeček z karet.

Ani po desetiletích teoretické práce a experimentů nikdo nebyl schopen detekovat jediný kousek temné hmoty. Stopy, které máme z různých detektorů po celém světě, jsou jednak zmatené a jednak si navzájem protiřečí. Temná energie je ještě záhadnější. Z fyziky, jak jí dnes rozumíme, se nevynořil jediný rozumný kandidát. Některé z moderních hypotéz, jako je teorie supersymetrie v částicové fyzice, byly koncipovány speciálně pro to, aby temnou energii vyloučily. Takže je možné, že temná hmota ani temná energie neexistují. Třeba jsou to pouhé fantomy, které vznikly z našeho nedostatečného porozumění vesmíru. Pokud tomu tak je, bude třeba standardní kosmologický model opustit.

Když na začátku zmíněná tisková konference ESA začala, všichni byli na trní. Aby ukázal, jak je událost důležitá pro celou agenturu, jako první se ujal slova generální ředitel ESA Jean-Jacque Dordain. Zasmušilým hlasem lámanou angličtinou oznámil, že sonda Planck objevila „téměř dokonalý“ vesmír. Co ale myslel tím „téměř dokonalý“? Vysvětlení už nechal na profesoru George Efstathiouovi z Cambridgeské univerzity. Tento přední kosmolog kdysi zastával na Oxfordu stejnou funkci jako Edmond Halley, slavný astronom ze 17. století.

Efstathiou řekl, že mapa sondy Planck je neuvěřitelně skvělá, ale nezdůvodnil proč a místo toho vykládal o základech kosmologie. Když prezentoval výsledky, v podstatě jen drobně doplnil to, co všichni věděli, jako třeba nezbytnou existenci temné hmoty a temné energie. Pak prohlásil, že standardní kosmologický model velice dobře odpovídá tomu, co zjistila sonda Planck. V podobě dovětku však z něho vypadlo: „Je tu ovšem několik skutečností, kvůli kterým jsme výsledky popsali jako vesmír téměř dokonalý.“ Jako by se nechumelilo, podložil tento výrok vysvětlením, že na největším kosmickém měřítku jsou teplotní fluktuace menší, než se očekávalo, a že takové chování je ve standardním kosmologickém modelu neproveditelné. A ještě to, že průměrná fluktuace teplot na jedné straně oblohy je větší než na druhé, což opět standardní model vylučuje.

Summa summarum

Standardní kosmologický model se nedokáže obejít bez všelijakých obezliček v podobě neviditelných záplat hmoty a energie pokrývající podstatnou část našeho vesmíru či vědomě vynucených matematických fíglů, a přesto stále naráží na nepochopení vesmíru. Matematickými obezličkami v podobě dodatečných neviditelných a nezměřitelných prostorových rozměrů žongluje strunová teorie završena supersymetrickou ingrediencí, jež sice nemá temnou hmotu a temnou energii v plánu, ale jejich nepřítomnost de facto řeší podobným způsobem. Ještě tady máme standardní kvantový model, který zatím šlape jako hodinky, ale mnozí jeho interpreti si též zahrávají s nejrůznějšími imaginacemi za obzorem reality. Jaká je tedy skutečná realita?

Absurdní představa, že skutečnou realitu v nejbližších letech popíšeme Teorií všeho, už tady byla mnohokrát. Věroučné teorie a náboženské fantasmagorie si s tím zahrávaly již před tisíci lety. Na přelomu předminulého a minulého století vědci došli k závěru, že vše je hotovo a naše teorie stačí už jen tak trošku doladit. Uplynulo pár let a kvantová fyzika či teorie relativity s tím zacloumala nebetyčným způsobem, jehož výsledkem byla obrovská vědeckotechnická revoluce.

Výsledky kosmologického modelování se nás tak nějak pragmaticky nedotýkají. Byl-li velký třesk či nebyl, byl-li tady počátek našeho vesmíru či nebyl, je vůbec nějaký absolutní počátek všeho a není-li těch vesmírů nekonečně mnoho či má-li smysl hovořit o nekonečnu anebo o nule… – to jsou otázky, které si můžeme klást u dobrého vína v dobré společnosti, anebo když se z ní vrátíme krátce před spaním. Se skutečnou realitou to má společného asi jako voda s vodkou…

Přesto však je třeba říct, že tento alarmující stav kosmologického modelu nás může přimět k radikální změně základů naší fyziky. To může mít za následek objevení něčeho, o čem jsme zatím neměli ani páru a nastartovat další vědeckotechnickou revoluci. Anebo mentální, jelikož v tomto směru jsme zatím ještě hodně pozadu – až někde na úrovni pravěku.

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017

20.11.2017, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 10