Obsah
- 1 Beyond Time: Jaký byl vesmír před velkým třeskem
- 2 Jaký byl Vesmír?
- 3 Co se stane s entropií
- 4 Model velkého odrazu
- 5 Model „spícího“ vesmíru
- 6 Model „Multivesmíru“
- 7 Co se stalo před Velkým třeskem: čas, který jde zpět a zrcadlový vesmír
- 8 Pouze teorie
- 9 Fyzika se mění
- 10 Okamžik symetrie
- 11 Kus časoprostoru
- 12 Nezměrný koncept
Beyond Time: Jaký byl vesmír před velkým třeskem
Teoretickí fyzici a kosmologové musí hledat odpovědi na nejzákladnější otázky: „Proč jsme tady?“, „Kdy se objevil vesmír?“ a „Jak se to stalo?“ Navzdory zjevné důležitosti nalezení odpovědí na tyto otázky však existuje otázka, která je všechny ve svém zájmu zastiňuje: „Co se stalo před Velkým třeskem?
Vesmír je příliš málo prozkoumán.
Jaký byl Vesmír?
Buďme upřímní: na tuto otázku nemůžeme odpovědět. Nikdo nemůže. Ale nikdo nám nezakazuje na toto téma spekulovat a uvažovat o několika zajímavých předpokladech? S tím souhlasí například Sean Carroll z California Institute of Technology. Minulý měsíc se Carroll zúčastnil pololetního setkání Americká astronomická společnost, kde navrhl několik „předexplozních“ scénářů, jejichž „konečným akordem“ by mohl být vzhled našeho vesmíru. Opět jsou to jen spekulace, nikoli teorie, takže to prosím mějte na paměti.
„V té době, abych tak řekl, fyzikální zákony, které známe, ještě neplatily, protože ‚tenkrát‘ neexistovaly,“ říká Carroll.
„Když fyzici říkají, že nemají ponětí, co se tehdy stalo, myslí to se vší vážností. Tato část historie je v naprosté temnotě,“ souhlasí Peter Voigt, teoretický fyzik z Kolumbijské univerzity.
Jednou z nejpodivnějších vlastností našeho vesmíru je, že má velmi nízkou úroveň entropie. Tento pojem má mnoho výkladů, ale v tomto případě mluvíme o míře neuspořádanosti. A v případě Vesmíru je více řádu než nepořádku. Představte si bombu naplněnou pískem. Bomba exploduje a miliardy miliard zrnek písku, které obsahuje, se rozptýlí různými směry – před vámi je v podstatě model velký třesk.
„Jen místo očekávaného chaotického rozptylu se tato zrnka písku, představující hmotu našeho Vesmíru, okamžitě promění v mnoho hotových „pískových hradů“, vytvořených nějakým neznámým způsobem a bez cizí pomoci,“ říká Stefan Countryman, absolvent. student na Kolumbijské univerzitě.
Velký třesk mohl (a možná měl) mít za následek vysokou úroveň entropie hmoty ve formě nerovnoměrně rozložené hmoty. Místo toho však vidíme hvězdné systémy, galaxie a celé kupy galaxií navzájem propojené. Vidíme řád.
Všechny nejnovější zprávy ze světa špičkových technologií najdete také ve Zprávách Google.
Co se stane s entropií
Navíc je důležité tomu rozumět entropie, nebo nepořádek, se může časem jen zvětšit – stejný hrad z písku se dříve nebo později a bez vnější pomoci opět rozpadne na mnoho zrnek písku. Navíc, jak zdůrazňuje Carroll, naše pozorování času přímo souviselo s úrovní entropie od samého počátku vesmíru. Samotnou entropii lze přitom považovat za jakousi časově závislou fyzikální vlastnost, která má pouze jeden směr – do budoucnosti.
Entropie se tedy podle fyzikálních zákonů může jen zvyšovat, ale její současná úroveň ve vesmíru je velmi nízká. Podle Carrolla to může znamenat jen jednu věc: raný vesmír měl ještě nižší úroveň, to znamená, že vesmír měl být ještě organizovanější a uspořádanější. A to zase může dát podnět k myšlence, co se vlastně stalo s naším vesmírem před Velkým třeskem.
„Je mnoho lidí, kteří věří, že raný vesmír byl velmi jednoduchý, nezajímavý a nevýrazný systém. Jakmile však k této otázce přidáte entropii, perspektiva se okamžitě změní a vy si uvědomíte, že v tomto případě jsou věci, které je třeba vysvětlit,“ pokračuje Carroll.
I když dáme entropii stranou, stále budeme mít další stejně důležité aspekty, které je třeba nějak přizpůsobit našemu současnému Vesmíru, ve kterém žijeme. Navíc se v některých případech zdá nízká úroveň entropie méně významná než v jiných. Proto se pokusíme zvážit tři nejoblíbenější předpoklady o tom, co se mohlo stát s vesmírem před velkým třeskem.
Model velkého odrazu
Tak to bylo. Nebo nebylo.
Nízká úroveň entropie našeho Vesmíru je podle jedné hypotézy způsobena tím, že samotný jeho vznik byl výsledkem kolapsu určitého „předchozího“ Vesmíru. Tato hypotéza tvrdí, že náš vesmír mohl vzniknout v důsledku rychlého smršťování („odskoku“) řízeného komplexními účinky kvantové gravitace (singularity), což zase dalo vzniknout Velkému třesku. To zase může naznačovat, že můžeme žít se stejným úspěchem jak v libovolném bodě nekonečné sekvence vznikajících vesmírů, tak naopak v „první iteraci“ vesmíru.
Tento hypotetický model vzniku vesmíru se někdy nazývá model „velkého odrazu“. První zmínka o tomto termínu pochází již z 60. let, ale tento model se stal víceméně vytvořenou hypotézou až v 80. a na počátku 90. let.
Mohl by Big Rip vést k novému Velkému třesku?
Mezi méně významnými body sváru má model Big Rebound také zjevné nedostatky. Například myšlenka kolapsu do singularity odporuje Einsteinově obecné teorii relativity – pravidlům, podle kterých funguje gravitace. Fyzici se domnívají, že efekt singularity může existovat uvnitř černých děr, ale fyzikální zákony, které známe, nám nemohou poskytnout mechanismus, který by vysvětlil, proč by „jiný vesmír“ po dosažení singularity měl dát vzniknout Velkému třesku.
„V obecné relativitě neexistuje nic, co by naznačovalo, že nový vesmír ‚odskočí‘ v důsledku singularity,“ říká Sean Carroll.
To však není jediný velký sporný bod. Faktem je, že model „Big Rebound“ implikuje přítomnost přímočarého plynutí času s klesající entropií, nicméně, jak bylo uvedeno výše, entropie s časem pouze roste. Jinými slovy, podle fyzikálních zákonů, které známe, je vznik odrazujícího se vesmíru nemožný.
Aby vám neuniklo nic zajímavého ze světa špičkových technologií, přihlaste se k odběru našeho zpravodajského kanálu na Telegramu. Tam se dozvíte spoustu nového.
Další vývoj modelu vedl ke vzniku hypotézy, že čas ve Vesmíru může být cyklický. Ale zároveň model stále není schopen vysvětlit, jak bude současná expanze Vesmíru nahrazena jeho kompresí. To však nutně neznamená, že model Big Rebound je zcela špatný. Je docela možné, že naše současné teorie o tom jsou prostě nedokonalé a ne zcela promyšlené. Koneckonců, fyzikální zákony, které nyní máme, byly odvozeny tak, aby vyhovovaly limitům, do kterých můžeme vesmír pozorovat.
Model „spícího“ vesmíru
„Možná před Velkým třeskem byl vesmír velmi kompaktní, pomalu se vyvíjející statický prostor,“ teoretizují fyzici jako Kurt Hinterbichler, Austin Joyce a Justin Khoury.
Tento „předexplozní“ vesmír musel mít metastabilní stav, to znamená být stabilní, dokud se neobjeví ještě stabilnější stav. Analogicky si představte útes, na jehož okraji je balvan ve stavu vibrací. Jakýkoli kontakt s balvanem způsobí jeho pád do propasti nebo – což je bližší našemu případu – způsobí Velký třesk. Podle některých teorií by „předexplozní“ vesmír mohl existovat v jiné podobě, například ve formě zploštělého a velmi hustého prostoru. V důsledku toho toto metastabilní období skončilo: prudce se rozšířilo a získalo tvar a stav toho, co vidíme nyní.
„Model spícího vesmíru má však také své problémy,“ říká Carroll.
„Také předpokládá, že náš vesmír má nízkou úroveň entropie, ale nevysvětluje, proč tomu tak je.“
Hinterbichler, teoretický fyzik z Case Western Reserve University, však výskyt nízké entropie nevidí jako problém.
„Jednoduše hledáme vysvětlení dynamiky, k níž došlo před Velkým třeskem, které vysvětluje, proč vidíme to, co vidíme nyní. Zatím je to to jediné, co nám zbývá,“ říká Hinterbichler.
Carroll se však domnívá, že existuje další teorie vesmíru „před výbuchem“, která může vysvětlit nízká úroveň entropie, dostupné v našem vesmíru.
Model „Multivesmíru“
Vznik nových vesmírů z „rodičovského vesmíru“
Hypotetický multivesmírný model se vyhýbá spadu spojenému s poklesem entropie, jako tomu bylo v případě modelu Big Bounce, a poskytuje vysvětlení pro jeho dnešní nízké úrovně, říká Carroll. Pochází z myšlenky „inflace“, dobře přijímaného, ale neúplného modelu vesmíru. Termín „inflace“ a první vysvětlení tohoto modelu navrhl v roce 1981 fyzik Alan Guth, který v současnosti pracuje na Massachusetts Institute of Technology. Podle tohoto modelu se vesmír po Velkém třesku dramaticky rozšířil. Tak prudce, že se rychlost této expanze ukázala být vyšší rychlost světla. Podle kvantové mechaniky se v prostoru neustále vyskytují náhodné, jemné fluktuace energie. V určitém okamžiku inflačního období dosáhly vrcholy těchto fluktuací svého maxima a způsobily výskyt galaxií, dutin a rozsáhlých nízkoentropických struktur, které dnes pozorujeme ve vesmíru.
Samotný inflační model byl vyvinut na základě pozorování kosmického mikrovlnného záření na pozadí, nejstaršího typu záření, které se objevilo jen několik set tisíc let po velkém třesku. Vědci se domnívají, že inflační model dokonale předpovídá jeho existenci.
Přijďte na náš speciální telegramový chat. Vždy je s kým diskutovat o novinkách ze světa špičkových technologií.
Jedna hypotéza je, že multivesmír může být výsledkem inflace. Předpoklad říká, že existuje jeden velmi, velmi velký vesmír, který čas od času dává vzniknout kompaktnějším vesmírům. Navíc mezi těmito vesmíry není možná žádná forma komunikace. Marcus Wu z PBS Nova vysvětluje:
„Na začátku 80. let fyzici došli k závěru, že inflace může mít povahu nekonečna, zastaví se pouze v některých oblastech vesmíru a vytvoří jakési uzavřené „kapsy“. Mezi těmito „kapsami“ však inflace pokračuje a postupuje rychleji než rychlost světla. Na druhé straně se „kapsy“ izolované od sebe nakonec stanou vesmíry.
Carroll je nejvíce ohromen tímto modelem, ačkoli jeho vlastní navrhovaný model se poněkud liší od toho, co je popsáno výše:
„Toto je jen jedna verze teorie multivesmíru, ale hlavní rozdíl je v tom, že ‚rodičovský vesmír‘ může mít vysokou úroveň entropie a dává vzniknout vesmírům s nízkou úrovní entropie,“ říká Carroll.
Podle tohoto modelu existoval před Velkým třeskem nějaký velký rozpínající se prostor, ze kterého se zrodil náš a nekonečné množství dalších vesmírů. Jiné vesmíry jsou mimo naši schopnost je detekovat a mohly se zformovat před i po našem vesmíru.
Je třeba poznamenat, že v současné době je to jeden z nejoblíbenějších modelů. Přesto to vědci samozřejmě vnímají jinak. Někteří tuto myšlenku podporují, jiní s ní naopak zcela nesouhlasí. Vezmeme-li si ale za příklad Petera Voighta z Kolumbijské univerzity, může teorie Multivesmíru, ač vypadá z populárně-vědeckého hlediska velmi atraktivně, fyziky zlenivět a donutit je přestat hledat odpovědi na ty nejzákladnější otázky, a to i v případě, že by se na ně mohl vztahovat. například proč jsou v našem vesmíru fyzikální konstanty přesně takové, jaké jsou, přisuzující vše variabilitě?
„Teoretici spekulují o možnosti nekonečného počtu vesmírů a možná nakonec přijdeme s jasnými modely, které vysvětlí, proč se hodnoty (jako základní vlastnosti částic, které pozorujeme) mohou od sebe v jakémkoli daném vesmíru lišit. “ říká Vojta.
Voight se obává, že jednoho dne bude ústřední otázkou vědy v této oblasti, jaké štěstí máme, že se nacházíme v tomto náhodném vesmíru, kde se věci dějí tak, a ne jinak, navzdory nekonečné rozmanitosti možností, takže se této myšlenky teorie“
Jak to můžeme shrnout? Mnoho fyziků dostává zaplaceno za to, aby se hádali a psali knihy, ve kterých se snaží popsat jak Velký třesk a model „předvýbuchového“ Vesmíru jsou schopni vysvětlit to, co dnes vidíme, ačkoli oni sami nevědí a vlastně ani nemohou vědět, proč tomu tak je. Faktem je, že i přes velká zjednodušení jak v matematických modelech, tak ve vysvětlení, nejsme o nic blíže ke správné odpovědi a stále máme na toto téma mnoho úvah, dokud nedojdeme k požadovanému výsledku.
„Je důležité nejen předkládat teorie a hypotézy. Mnohem důležitější je přimět lidi, aby pochopili, že ve skutečnosti my sami ještě nerozumíme tomu, o čem mluvíme. To vše je zatím jen v rovině domněnek, ale doufám, že se nám dříve nebo později podaří najít správnou odpověď, která bude vyhovovat všem,“ říká Carroll.
Co se stalo před Velkým třeskem: čas, který jde zpět a zrcadlový vesmír
Velký třesk je obecně považován za počátek všeho: zhruba před 13,8 miliardami let se pozorovatelný vesmír začal rozpínat. Ale co se stalo předtím, zůstává záhadou. Hi-Tech hovoří o nejzajímavějších scénářích.
Přečtěte si „Hitech“ v
První věc, kterou musíte pochopit, je, co vlastně byl Velký třesk. Jak již dříve napsal Hi-Tech, jde o explozi v doslovném smyslu slova. Je to také okamžik v čase, nikoli bod v prostoru, poznamenává Sean Carroll, teoretický fyzik z Kalifornského technologického institutu ve své knize Velký obraz: Původ života, význam a samotný vesmír.
Pouze teorie
Není možné přesně říci, jaký byl vesmír během Velkého třesku. S jistotou můžeme říci jen to, že to bylo velmi husté, ale to se postupem času změnilo.
Nikdo také přesně neví, co se ve vesmíru stalo až do 1. sekundy po velkém třesku, kdy se ochladilo natolik, že se protony a neutrony srazily a slepily dohromady. Většina vědců se však domnívá, že v této době prošel procesem exponenciální expanze (inflace). To vysvětluje, proč je dnes hmota tak rovnoměrně rozložena po celém vesmíru.
Fyzika se mění
Je možné, že před Velkým třeskem byl vesmír nekonečným pásem superžhavého, hustého materiálu, který zůstal v ustáleném stavu, dokud z nějakého důvodu nenastal Velký třesk. Tento superhustý vesmír by se mohl řídit zákony kvantové mechaniky a fyziky v extrémně malém měřítku. V okamžiku velkého třesku ji tedy nahradila klasická fyzika, která se stala hlavním motorem evoluce Vesmíru.
Okamžik symetrie
Jedna myšlenka je, že Velký třesk není začátkem času, ale spíše okamžikem symetrie. Až do tohoto okamžiku existoval jiný vesmír totožný s naším, ale s rostoucí entropií směrem k minulosti spíše než k budoucnosti.
Zvyšující se entropie nebo rostoucí nepořádek v systému ve světě, jak jej známe, je v podstatě šípem času v akci. Proto se v zrcadlovém vesmíru čas pohybuje opačným směrem. Zastánci této teorie také naznačují, že další vlastnosti známého vesmíru mění místa v zrcadlovém světě. Například fyzik David Sloan na vědeckém blogu Oxfordské univerzity napsal, že chiralita (neboli asymetrie) v molekulách a iontech bude v opačné orientaci než v našem Vesmíru.
Kus časoprostoru
Podle jiné teorie je možná Vesmír, jak ho známe, potomkem jiného, mateřského vesmíru, ze kterého byl odtržen kus časoprostoru.
Je to podobné jako u radioaktivního rozpadu: když se jádro rozpadne, uvolní alfa nebo beta částici. Mateřský vesmír mohl udělat totéž, věří fyzici. Pravda, místo částic chrlí nekonečné množství dceřiných vesmírů. Takové dětské vesmíry jsou „doslova paralelními vesmíry a nijak se vzájemně neovlivňují ani neovlivňují.
Nezměrný koncept
Je pozoruhodné, že pro Stephena Hawkinga byl Velký třesk jediným okamžikem, na kterém záleželo. Všechny události až do tohoto kritického bodu byly podle něj prostě neměřitelné, a tudíž neurčité. Jen čas a prostor jsou důležité, vědec vždy zdůrazňoval. „Čas a prostor jsou konečné, ale nemají žádné hranice, žádné počáteční body, žádné koncové body, stejně jako planeta Země je konečná, ale nemá žádný konec,“ vysvětlil v rozhovoru pro National Geographic StarTalk v roce 2018.
„Protože události předcházející Velkému třesku nemají žádné pozorovací důsledky, lze je z teorie vyloučit a lze předpokládat, že čas začíná Velkým třeskem,“ argumentoval Hawking. Možná má pravdu. Vědci se však stále nevzdávají naděje, že zjistí, co se stalo před začátkem času.
Čtěte více