Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dokážou inteligentní bytosti ovládat své stroje i při teplotách blízkých absolutní nule? A dokážou vysílat a přijímat informaci?
Dějství třetí: degenerovaná éra
Ve třetím dějství (mezi 15 a 39 /míněno stáří vesmíru řádově 10 na 15 až 10 na 39 let/) se energie hvězd zcela vyčerpá. Zdánlivě věčný proces jaderného spalování vodíku a pak helia dospěje ke konci a zbudou po něm jen mrtvé nukleární odpadky v podobě bílých trpaslíků, neutronových hvězd a černých děr. Hvězdy na nebi pohasnou a vesmír se ponoří do temnoty.
V tomto třetím období teploty silně klesnou, protože hvězdy přijdou o svůj jaderný pohon. Všechny planety kroužící kolem mrtvých hvězd zmrznou. I kdyby Země zůstala neporušena, na jejím povrchu se utvoří ledová krusta. Inteligentní formy života si budou muset hledat nový domov.
Zatímco obří hvězdy žijí jen několik milionů let a hvězdy slunečního typu spalující vodík existují miliardy let, maličké červené trpasličí hvězdy mohou zářit biliony let. Mělo by proto teoretický smysl zkusit převést Zemi na oběžnou dráhu kolem malého červeného trpaslíka. Nejbližší hvězdný soused Země je Proxima Centauri. Shodou okolností jde o červenou trpasličí hvězdu vzdálenou pouze 4,3 světelné roky. Váží jen 15 procent hmotnosti Slunce a září čtyřistakrát slaběji. Proto by planeta kolem ní musela kroužit velmi blízko, aby zachytila dostatek jejího slabého světla. Kdyby měla Země od hvězdy získat stejné množství energie, musela by obíhat dvacetkrát blíž než dnes kolem Slunce. Jakmile by se ale na zmíněné dráze nacházela, získávala
by energii dlouhé biliony let. Jako poslední budou ve vesmíru spalovat jaderné palivo červení trpaslíci.
Nakonec ale i oni pohasnou a zčernají. Za sto bilionů let také poslední červené hvězdy zaniknou.
Dějství čtvrté: éra černých děr
Ve čtvrtém dějství (mezi 40 a 100) bude jediným zdrojem energie pomalé vypařování černých děr. Jacob Bekenstein a Stephen Hawking ukázali, že černé díry vlastně nejsou úplně černé, ale vyzařují velice malé množství energie. Tento proces se nazývá vypařování. (Ve skutečnosti je vypařování černých děr tak pomalé, že ho zatím nelze experimentálně pozorovat. Z dlouhodobého hlediska však určuje osud černých děr.)
Vypařující se černé díry žijí různě dlouho. Černé minidíry o velikosti protonu mohou vydávat 10 gigawattů, a to po dobu srovnatelnou s existencí sluneční soustavy. Černé díry o hmotnosti Slunce se budou vypařovat 10 na 66 let. Černá díra vážící tolik jako celá kupa galaxií by se vypařila za 10 na 117 let. Když se proces vypařování přiblíží ke konci, dojde k explozi. Není vyloučeno, že inteligentní život se nakonec shromáždí kolem vypařujících se černých děr – podobně jako bezdomovci kolem skomírajících ohníčků – a bude zachytávat jimi vydávané slabé teplo, aby se trochu zahřál.
Dějství páté: doba temna
V pátém dějství (více než 101) vesmír vstoupí do období temna. Veškeré zdroje tepla budou již vyčerpány. Vesmír se pomalu přiblíží tepelné smrti, protože teplota bude klesat k absolutní nule. Atomy se prakticky zastaví. Možná se rozpadnou i protony a zbude jen moře fotonů se slabou polévkou slabě interagujících částic (neutrin, elektronů a pozitronů, jejich antičástic). Vesmír možná vyplní nový druh „atomů“ zvaných pozitronium, v nichž budou kolem sebe obíhat pozitrony a elektrony.
Podle spekulací některých fyziků by tyto „atomy“ tvořené elektrony a pozitrony mohly tvořit stavební prvky inteligentního života, který by přežil i v tomto období kosmického temna. Je tu však řada téměř nepřekonatelných problémů. Pozitroniový atom má dnes téměř stejnou velikost jako běžný atom. V temné éře vesmíru však bude mít velikost 10 na 12 megaparseků, tedy milionkrát víc než dnes pozorovaný vesmír. I kdyby tyto „atomy“ v éře temna vznikly, byly by větší než celý dnešní svět. Vesmír ovšem bude v té době tak ohromný, že se do něj tyto gigantické atomy pozitronia pohodlně vejdou. Vlivem jejich velikosti by se jakákoli případná „chemie“ odehrávala na gigantických časových škálách naprosto nesrovnatelných s čímkoli, co dnes známe.
Kosmolog Tony Rothman píše: „A tak nakonec po 10 na 117 letech bude vesmír tvořen elektrony a pozitrony obíhajícími kolem sebe po ohromných drahách, neutriny a fotony zbylými po rozpadech baryonů, pár zbloudilými protony z pozitronových anihilací a černými dírami. Neboť tak je to napsáno v knize osudu.“
Může inteligence přežít?
Vědci diskutují o tom, zda by inteligentní život dokázal přežít i smrtící podmínky panující ve vesmíru na konci velkého zmrazení. Ačkoli se může zdát nesmyslné uvažovat o inteligenci přežívající v pátém dějství kosmických dějin, kdy teploty všude klesnou k absolutní nule, fyzikové vedou na toto téma velmi živou debatu.
Diskuse se soustředí na dvě hlavní otázky. Za prvé: Dokážou inteligentní bytosti ovládat své stroje i při teplotách blízkých absolutní nule? Podle zákonů termodynamiky přechází energie samovolně z teplejších objektů na studenější, čehož je dnes možné využít ke konání užitečné mechanické práce.
Mechanickou práci lze například získat v tepelném stroji, který má teplou i studenou část. Čím větší je teplotní rozdíl obou částí, tím větší je účinnost stroje. Právě na tomto principu fungovaly stroje, které poháněly vpřed průmyslovou revoluci, především parní stroj a lokomotiva. Na první pohled to vypadá, že tepelný stroj nemůže v pátém dějství historie vesmíru vykonávat žádnou práci, protože teploty budou všude stejné.
Druhá otázka zní: Dokážou inteligentní formy života vysílat a přijímat informaci? Podle teorie informace je nejmenší informační jednotka, kterou lze předat, úměrná teplotě. Když poklesne k absolutní nule, možnost zpracovávat informace se výrazně sníží. Až se vesmír silně ochladí, ubude bitů informací, které se dají předat.
Freeman Dyson s dalšími fyziky analyzoval fyzikální problémy, s nimiž by se musel inteligentní život vypořádat v umírajícím vesmíru. Zajímalo je, zda neexistuje chytrý způsob, jak by bylo možné přežít i tehdy, až teplota poklesne k absolutní nule.
Když se teplota v celém vesmíru začne snižovat, mohou se inteligentní tvorové nejprve pokusit pomocí genetického inženýrství snížit vlastní tělesnou teplotu. Pak by mohli daleko účinněji zpracovávat zmenšující se dodávky energie. Nakonec ale jejich tělesná teplota dosáhne hodnoty, kdy se voda mění v led. V tento okamžik mohou inteligentní stvoření opustit křehká těla
z masa a krve a vtělit se do robotických schránek. Mechanická těla dokážou odolávat chladu mnohem lépe než lidské maso a kosti. Ale i stroje se musí řídit zákony termodynamiky a teorie informace. Život by byl velice těžký i pro roboty.
I když inteligentní bytosti opustí robotická těla a přemění se v čisté vědomí, problém se zpracováním informací se tím nevyřeší. Jedinou možností, jak při neustále klesajících teplotách přežít, je „myslet pomaleji“. Podle Dysona budou myslící formy života i nadále schopny uvažovat, pokud prodlouží dobu potřebnou ke zpracování informací a budou si uchovávat energii pomocí hibernace. Ačkoli mohou přejít miliardy let, „subjektivní čas“ zůstane z hlediska jejich vnímání stejný. Nevšimnou si žádného rozdílu. I nadále budou schopni přemítat nad vážnými problémy, měřeno objektivním časem jim to však bude trvat mnohem déle. Dyson optimisticky uzavírá, že takto bude moci inteligentní život zpracovávat informace a „myslet“ do nekonečna. I jediná myšlenka může zabrat biliony let, ale podle subjektivního vnímání bude vše probíhat normálně.
Pomaleji myslící inteligence se možná stane svědkem kosmického kvantového přechodu. Takové změny stavu vesmíru (například zrození dceřinného kosmu) se obvykle odehrávají na počátku světa. Další mohou nastat za biliony let a jsou pouze hypotetické. Jestliže se však v pátém dějství biliony let subjektivně stlačí do „několika sekund“, mohou inteligentní bytosti zaznamenávat bizarní kvantové události. Vcelku běžně by mohly pozorovat zrod nových vesmírů anebo kvantové přeskoky do paralelních světů.
Ve světle nedávného objevu zrychlující se expanze vesmíru fyzikové přezkoumali předchozí Dysonovu práci, a rozpoutali tím novou debatu, která vede ke zcela opačným závěrům, totiž že inteligentní život nutně zanikne. Fyzikové Lawrence Krauss a Glenn Starkman uzavírají: „Před miliardami let byl vesmír příliš horký na to, aby v něm existoval život. Za mnoho eónů bude tak mrazivý a chladný, že ani sebedůmyslnější život nepřežije.“
Podle Dysonových původních předpokladů bude teplota reliktního mikrovlnného záření z dnešní hodnoty 2,7 kelvinů stále klesat, takže inteligentní stvoření by z něj dokázaly získávat užitečnou práci. Krauss a Starkman však poukazují na to, že ve vesmíru s kosmologickou konstantou nebude teplota klesat věčně, jak předpokládal Dyson. Dosáhne jisté mezní nejnižší hodnoty zvané Gibbons–Hawkingova teplota (zhruba 10 na –29 stupňů). Jakmile jí bude dosaženo, teplota celého vesmíru se vyrovná a inteligentní život nebude schopen z teplotních rozdílů extrahovat užitečnou energii. Když se teplota vesmíru zcela vyrovná, nebude možné zpracovat ani žádnou informaci. (V 80. letech se zjistilo, že některé kvantové systémy, jako například Brownův pohyb v kapalinách, mohou sloužit jako základ počítačů fungujících i při extrémně nízké teplotě. I když teplota okolí klesne velmi hluboko, budou takové počítače stále pracovat a spotřebovávat čím dál méně energie. Pro Dysona to byla dobrá zpráva. Věc má ale háček. Systém musí splňovat dvě podmínky: musí být v rovnováze s okolím a nikdy nesmí informaci ztratit. Jestliže se však vesmír rozpíná, není rovnováha možná, protože záření se rozřeďuje a vlnové délky se protahují. Jelikož se zrychlující se vesmír proměňuje příliš rychle, systém s ním nemůže rovnováhu udržet. Požadavek neztrácení informace zase znamená, že inteligentní bytosti nesmějí nic zapomínat. Budou tedy odsouzeny znovu a znovu prožívat staré vzpomínky. „Věčnost by se stala vězením, nikoli neustále se vzdalující hranicí tvořivosti a bádání. Možná by to byla nirvána, byl by to však život?“ ptají se Krauss se Starkmanem.)
Můžeme to shrnout takto: Pokud se kosmologická konstanta blíží k nule, dokáže inteligentní život „myslet“ nekonečně i v chladnoucím vesmíru po mocí hibernace a pomalejšího myšlení. Ale ve vesmíru, který zrychluje svoji expanzi, to není možné. Každý inteligentní život je podle fyzikálních zákonů odsouzen k záhubě.
Z této kosmické perspektivy vidíme, že podmínky příhodné pro život v dnešní podobě představují jen prchavou epizodu v daleko větším obraze vesmírné historie. Jen na krátké období v něm panují „ty správné“ teploty umožňující život – ani žhavé, ani mrazivé.
Odchod z vesmíru
Smrt je možné definovat jako úplný konec zpracování informace. Každý inteligentní druh ve vesmíru se poté, co začne chápat fundamentální přírodní zákony, bude muset vypořádat s problémem definitivní smrti vesmíru a inteligentního života v něm.
Naštěstí zbývá dost času nahromadit energii, která nám umožní vydat se na pouť do jiného vesmíru. Jak uvidíme v příští kapitole, existují různé možnosti. Budeme se zabývat otázkou, zda fyzikální zákony umožňují únik do paralelního světa.
Tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku
Paralelní světy. Putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru
Argo a Dokořán, nové vydání 2022
O knize na stránkách vydavatele
Nějak mi nesedí, že ve vesmíru by běžel nějaký jednotný čas. (Možná v 19. století).
Asi by bylo opravdu lepší z úvah o vesmíru pojem „čas“ vyloučit.