Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt
Image credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

Inflatonové pole a vývoj vesmíru

Nalijte se nový hrnek kávy a dejte ho znova do pokoje. Je velice nepravděpodobné, že skončí se stejnou teplotou, jaká je uvnitř mrazáku někde v Japonsku.
Dva objekty, které nejsou a nikdy nebyly v kontaktu, objekty a místa, která o sobě ani nevědí, nemají důvod dospět do stavu o stejné teplotě. To zní jako rozumný závěr, ne? Tak rozumný, že by měl platit i v kosmickém prostoru.
Aby dvě protilehlé oblasti nočního nebe měly po samostatné oddělené existenci trvající 13,8 miliardy let přesně touž teplotu −270,42 °C, musely být někdy, v nějaké dřívější etapě vývoje vesmíru, v kontaktu. To ale není možné: uvážíme- li stáří vesmíru a rychlost jeho expanze, jsou tyto oblasti příliš vzdálené od sebe na to, aby se někdy mohly dotýkat. Leda že by v minulosti došlo k něčemu velice zvláštnímu. Například by se něco muselo pohybovat rychleji než světlo.
Bohužel to žádný signál (čímž je míněno cokoliv, co může přenášet informaci z jednoho místa na druhé) nemůže. Jelikož nemluvíme o kvantovém procesu, tak signál (ať už jím je cokoliv) nesmí překročit rychlost světla. To je zakázáno. Nicméně reliktní záření má teplotu, jakou má – všude příliš stejnou na to, aby k tomu mohlo dojít náhodou. Jak je to možné?

Možná že sám prostoročas – vesmír sám jako takový – se někdy v minulosti pohyboval rychleji než světlo. A právě to jste viděli, když jste cestovali zpět v čase a dostali jste se až za velký třesk, když jste se ocitli v tzv. inflační fázi vesmíru, kdy vesmír byl plný infl atonového pole.
S moderní podobou inflační fáze raného vesmíru přišli v osmdesátých letech americký teoretický fyzik Alan Guth, ruský kosmolog Alexej Starobinskij a rusko-americký teoretický fyzik Andrej Linde. Jádrem jejich teorie je představa, že kdysi dávno, dokonce před tím, než začaly existovat záření a hmota a všechno to, co dneska známe, za viditelným vesmírem, za velkým třeskem, byl vesmír vyplněn polem působícím odpudivou antigravitační silou. Toto pole bylo tak mimořádně silné, že vyvolalo období extrémně rychlé expanze, která rozehnala různé oblasti raného vesmíru na všechny strany rychlostí mnohem větší, než je rychlost světla, takže i tehdy sousedící části vesmíru vypadají dneska příliš vzdálené na to, aby se kdy mohly dotýkat. (To není v rozporu s Einsteinovým postulátem o nepřekročitelnosti rychlosti světla, protože to byl sám prostoročas, který se rozpínal rychleji než rychlostí světla, nikoliv signál, který by se jím šířil. Dva objekty vzdalující se od sebe rychlostí převyšující rychlost světla spolu nemohou jakkoliv komunikovat.)
Takže tohle byl důvod, proč se představa inflatonového pole objevila. Ale je takové pole reálné? Můžeme – tak jako v případě ostatních polí – detekovat jeho fundamentální částice?
Pokud inflatonové pole skutečně existovalo, většina jeho částic už dávno zmizela (když odstartovala velký třesk), nicméně zcela by nevymizely. Inflatonové pole by stále ještě mělo existovat a vyplňovat celý vesmír; mělo by přebývat ve své nejnižší energetické podobě – jako vakuum, které zřídkakdy v sobě najde dost energie, aby došlo k excitaci jeho částic.
Zatím inflatony (jak se částice tohoto pole jmenují) detekovány nebyly. Nicméně mnoho fyziků je přesvědčeno, že inflační scénář v té či oné podobě proběhnout musel, a jelikož mně osobně se ta představa líbí, tak ji berme vážně a podívejme se, jak by vypadala historie vesmíru obsahujícího takovéto pole.
Inflatonové pole nejdříve obratně oddělilo různé části viditelného vesmíru tak důkladně, že se už spolu nikdy nedostaly do kontaktu – a nejspíš už ani nikdy nedostanou, i když v minulosti spolu sousedily.
Pak došlo k velkému třesku a vzniku všech polí a částic a nosičů síly, které se zrodily z obrovského množství energie uvolněné při rozpadu infl atonového pole, jež se následně zklidnilo.
Načež začalo rozpínání vesmíru. Normální rozpínání. Ne ta superrychlá fáze. Inflatonové pole zcela nezmizelo, ale při „zažehnutí“ velkého třesku přišlo o příliš mnoho energie, takže do vývoje vesmíru po dlouhých osm miliard let nezasáhlo.
Osm miliard po velkém třesku, po osmi miliardách trvalého rozpínání vesmíru, se hmota, k jejímuž zrození dalo inflatonové pole podnět, natolik „zředila“, že se vakuum inflatonového pole znova probudilo a došlo k dramatickému efektu: antigravitační síla inflatonového pole začala urychlovat rozpínání vesmíru.
Právě za experimentální ověření tohoto zrychlení dostali v r. 2011 Perlmutter, Schmidt a Riess Nobelovu cenu. Vliv inflatonového pole na nynější chování vesmíru samozřejmě není srovnatelný s tím, jak toto pole „rozfouklo“ vesmír na všechny strany během „inflační fáze“ před velkým třeskem. Přesto může mít inflatonové pole rozhodující vliv na budoucnost naší reality.

Tento text je úryvkem z knihy:
Christophe Galfard: Vesmír jako na dlani
Cesta prostorem, časem a ještě dál

Argo a Dokořán, 2016
O knize na stránkách vydavatele

obalka_knihy

Poznámka PH: Jedná se o krajně popularizační práci, tj. kdo čte jiné popularizační knihy o fyzice/kosmologii, zde se nic nového nedoví.

Osobnostní poruchy mohou být výhodné

Orangutani a alternativní strategie. Lidé se snaží psychopaty léčit, orangutani naštěstí k doktorovi nemusí. Zvířata …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close