Sciencemag.cz
Doporučujeme
Z 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… Budeme se zabývat otázkou, zda fyzikální zákony umožňují únik do paralelního světa.
Viz také: Budoucnost vesmíru a inteligence
Postavit obrovské urychlovače
Jak bychom mohli vyrobit stroj, který by nás dokázal dopravit mimo vesmír? Lze vůbec doufat, že nám pokročilá technologie někdy v budoucnu umožní dosáhnout Planckovy energie? Podle definice k tomu dojde tehdy, až civilizace dosáhne úrovně typu III. Její vědci si budou moci hrát s červími dírami a nashromáždit dostatek energie potřebné k otevření průchodů v prostoročase.
Vyspělá civilizace to může udělat dokonce několika způsoby. Jak jsme již uvedli, možná je náš vesmír membránou v hyperprostoru vzdálenou jen pár milimetrů od paralelního světa. Pak by připravovaný urychlovač LHC už za pár let mohl přítomnost tohoto paralelního vesmíru detekovat. Až dosáhneme úrovně civilizace typu I, získáme technologie umožňující studovat povahu sousedního paralelního světa. Myšlenka kontaktu s jiným vesmírem tedy nemusí být úplně ztřeštěná.
Uvažme také pesimistickou variantu, totiž že efekty kvantové gravitace se projevují až při planckovských energiích, které jsou biliardkrát vyšší než výkon urychlovače LHC. K dosažení tak vysokých energií by civilizace typu III musela postavit částicový urychlovač astronomických rozměrů. V trubici každého urychlovače je subatomárním částicím dodávána energie. Dráha částic se ohýbá mohutnými magnety a má tvar kružnice. Čím větší je její poloměr, tím vyšších energií lze dosáhnout. Urychlovač LHC má průměr 27 kilometrů, což odpovídá maximu energie, které může dosáhnout civilizace typu 0.7.
Civilizace typu III však bude moci sestrojit urychlovač o velikosti sluneční soustavy, anebo dokonce ještě větší – sahající až k blízkým hvězdám. Pak by teoreticky mohla urychlovat svazek subatomárních částic na Planckovu energii. Jak jsme zmínili, už dnes se provádějí experimenty s laserovými urychlovači částic. Za pár let by měl být k dispozici stolní urychlovač, na kterém by fyzikové na vzdálenosti pouhého metru dosahovali energie 200 GeV (200 miliard elektronvoltů). Seřazením mnoha podobných urychlovačů za sebe by bylo v zásadě možné dosáhnout energií, při nichž se prostoročas stává nestabilním.
Při vcelku konzervativním předpokladu, že budoucí urychlovače dodají částicím na jednom metru energii 200 GeV, by byl planckovský urychlovač dlouhý 10 světelných let. To je příliš i na civilizace typu I a II, avšak civilizace typu III by takový úkol hravě zvládla. Tak obří urychlovač by mohl být buď kruhový (čímž by se jeho velikost poněkud zmenšila), anebo přímý. Ve druhém případě by sahal dál, než jsou nejbližší hvězdy.
Jednou z možností by byl urychlovač posílající částice po kruhové dráze v pásu asteroidů. Nepotřeboval by žádné drahé trubice, protože vakuum v kosmickém prostoru je lepší než vakuum, které uměle vyrábíme zde na Zemi. Civilizace by ale musela postavit obří magnety a rozmístit je v pravidelných intervalech na měsíce a asteroidy ve sluneční soustavě – případně i mimoni. Ty by svazek částic periodicky ohýbaly a urychlovaly. V blízkosti měsíce či asteroidu by magnety mírně změnily směr svazku. (Stanice by ho také fokusovaly, poněvadž svazek by se sám od sebe rozbíhal.)
Postupně by se zakřivil do oblouku, který by se blížil kruhové dráze. Můžeme si také představit dva svazky vyslané ve sluneční soustavě proti sobě, jeden by obíhal po směru hodinových ručiček, druhý naopak. Při srážce obou paprsků by se energie blížila planckovským hodnotám. (Lze spočítat velikost magnetického pole potřebného k ohnutí tak mohutného svazku částic. Leží zcela mimo naše dnešní možnosti. Vyspělá civilizace by ale například mohla generovat mohutné pulzy pomocí výbuchů energie konvertované v cívkách na magnetické pole. Takové titánské výbuchy magnetické energie by se uvolňovaly vždy jen jednou, protože cívky by se úplně zničily. Magnety by tedy musely být rychle nahrazeny novými, a to dřív, než svazek částic znovu přiletí.)
Kromě těchto ohromných technických problémů narážíme i na teoretickou otázku, jestli neexistuje horní mez energie, které může svazek částic dosáhnout. Částice by se totiž srážely s fotony reliktního mikrovlnného záření o teplotě 2,7 kelvinů, a ztrácely by tím energii. Mohly by ztrácet tolik energie, že by je nebylo možné dále urychlovat. Tento problém teprve budeme muset ověřit experimentálně. (Některé již zaznamenané kosmické paprsky ale příslušnou teoretickou mezní hodnotu převyšují, což na úvahy a výpočty vrhá stín pochybností.) Kdyby tomu tak bylo, stavba celého zařízení by se ještě více prodražila. Dráha svazku by se musela obklopit vakuovou trubicí a odstínit od reliktního záření. V daleké budoucnosti ovšem bude zmíněný problém menší, protože teplota reliktního záření dále poklesne.
Sestrojit implozní mechanismy
Můžeme si také představit jiná zařízení založená na implozi vyvolané laserovými paprsky. V přírodě vznikají nesmírné teploty a tlaky právě při rychlém kolapsu umírající hvězdy. Může za to gravitace, která má všude přitažlivý charakter, takže kolaps je stejnoměrný. Hvězda se stlačí rovnoměrně a uprostřed dosáhne nepředstavitelných hustot.
Je velmi obtížné dosáhnout něčeho podobného zde na Zemi. Například vodíková bomba musí být navržena a vyrobena s přesností švýcarských hodinek, aby se její aktivní složka lithium deuterid stlačila na teploty desítek milionů stupňů. Jen za takových podmínek je splněno Lawsonovo kritérium a rozběhne se jaderná fúze. (Toho je dosaženo výbuchem štěpné jaderné bomby a soustředěním rentgenových paprsků z výbuchu na lithium deuterid umístěný v blízkosti výbuchu.) Takový proces je ale explozivní a nedá se nijak řídit.
Veškeré pokusy stlačit vodíkový plyn pomocí magnetického pole zatím selhaly především proto, že stlačení není rovnoměrné. Nikdy jsme v přírodě nepozorovali magnetický monopól. Magnetická pole včetně zemského jsou dipólové povahy, a proto jsou nehomogenní. Když se jimi pokoušíme stlačit plyn, je to jako když rukama mačkáme nafouklý balónek. Když ho na jednom konci stlačíme, na druhé straně se vyboulí.
Jadernou fúzi bychom mohli zažehnout a řídit také pomocí baterie laserových paprsků uspořádaných sféricky kolem malého množství deuteria v centru. Například v Národní laboratoři Livermore postavili mohutné laserové fúzní zařízení, na němž simulují výbuchy jaderných bomb. Silný svazek laseru je vyslán vodorovným tunelem. Na jeho konci ho pečlivě nastavená zrcadla odrazí do přesně radiálních paprsků, které se soustřeďují v maličké deuteriové peletě.
Její povrch se okamžitě vypaří, takže peleta imploduje. Teplota ohromně stoupne a uvnitř pelety proběhne jaderné slučování (celé zařízení však daleko více energie spotřebuje, než vyrobí, a tak není komerčně využitelné.) Můžeme si ale představit, že pokročilá civilizace typu III vybuduje lasery na asteroidech a měsících různých planetárních soustav. Ty současně vypálí svazky laserového světla, které se soustředí v jediném bodě. Vyvine se tak vysoká teplota, že by prostor a čas mohl ztratit stabilitu.
Neexistuje žádná teoretická horní mez pro energii laserového svazku. Jsou tu ale technické problémy spojené se stavbou mimořádně výkonných laserů. Jde především o stabilitu materiálu, v němž laserový svazek vzniká. Při vysokých energiích se přehřívá a trhá. (To lze obejít stavbou jednorázových laserů, které generují paprsek jadernou explozí, krátce nato se ovšem zničí.) Cílem radiálně soustředěných laserových paprsků je zahřát centrální oblast a vytvořit v ní falešné vakuum, anebo stlačit soustavu desek, takže by Casimirovým jevem vznikla záporná energie. K tomu je nutné stlačit sférické desky do velikosti Planckovy délky (tedy 10 na –35 m). Když uvážíme, že velikosti atomů jsou zhruba 10 na –9 m a velikosti protonů v jádře 10 na –15 m, musí být stlačení desek obrovské. Dodaný výkon je v podstatě neomezený, a tak jde hlavně o to, aby aparatura zůstala při kompresi stabilní dostatečně dlouhou dobu. (Jelikož Casimirův jev způsobí také vzájemné přitahování desek, budeme na ně muset přidat elektrické náboje, které deskám zabrání ve zhroucení.) Teoreticky se uvnitř sférických desek vytvoří červí díra, která spojí náš umírající svět s daleko mladším a žhavějším vesmírem.
Postavit stroj s warpovým pohonem
Klíčovou roli při konstrukci výše popsaných zařízení sehraje schopnost překonávat obrovské mezihvězdné vzdálenosti. Jednou z možností je použít stroj poháněný Alcubierrovým warpovým motorem, který poprvé navrhl v roce 1994 fyzik Miguel Alcubierre. Warpový pohon nemění topologii prostoru tak, že by vytvořil červí díru, a tou by umožnil projít do hyperprostoru.
Prostě jen stlačuje prostor před námi a pak ho za námi zase zvětšuje. Představte si, že kráčíte po koberci ke stolu. Můžete ale také chytit stůl do lasa a přitáhnout si ho k sobě. Koberec se shrne. Nemusíte kráčet daleko, protože prostor před vámi se zkrátil.
Připomeňme, že sám prostor se může zvětšovat i nadsvětelnou rychlostí (rozpínající se prázdný prostor totiž nepřenáší žádnou informaci). A podobně by bylo teoreticky možné pohybovat se rychleji než světlo, kdyby se prostor nadsvětelnou rychlostí zmenšoval. Takto bychom mohli cestovat ke hvězdám a nemuseli přitom téměř ani opustit Zemi. Stačilo by jen smršťovat prostor před sebou a potom ho za sebou opět roztahovat. Necestovali bychom až k Alfě Centauri, ale přinesli bychom si Alfu Centauri k nám.
Alcubierre ukázal, že jde o přípustné řešení Einsteinových rovnic, neboli že je v souladu s fyzikálními zákony. Nic ovšem není zadarmo. K warpovému pohonu kosmické lodi bychom museli použít ohromné množství záporné i kladné energie. (Kladná energie by sloužila ke stlačení prostoru před lodí a záporná energie by ho za lodí zase zvětšovala.) Kdybychom měli pomocí Casimirova efektu vyrobit zápornou energii, musely by být příslušné desky vzdáleny jen 10 na –35 metru, což je běžnými prostředky nemožné. Ke stavbě takové kosmické lodi bychom museli sestrojit obrovskou kouli a umístit do ní pasažéry. Podél jejího rovníku bychom rozmístili zápornou energii. Lidé uvnitř by se nepohybovali, ale prostor před bublinou by se smršťoval rychleji než světlo. Pasažéři by z koule vystoupili u jiné hvězdy.
Ve svém původním článku se Alcubierre zmínil, že toto řešení by nás nejen mohlo dopravovat ke hvězdám, ale dalo by se použít i k cestování v čase. Dva roky nato fyzik Allen E. Everett ukázal, že cestu v čase by opravdu bylo možné realizovat pomocí dvou kosmických lodí s warpovým pohonem. Princetonský fyzik Gott k tomu říká: „Vypadá to, že tvůrce seriálu Star Trek Gene Roddenberry měl vážně pravdu, když napsal i díly, ve kterých se cestuje v čase!“
Následný rozbor provedený ruským fyzikem Sergejem Krasnikovem však v řešení odhalil technický problém. Krasnikov ukázal, že vnitřek kosmické lodi je oddělený od vnějšího světa, přičemž tuto hranici nemůže překročit žádný signál. To znamená, že lidé uvnitř nemohou nijak ovládat směr letu. Dráha musí být naplánována předem, což je nepříjemné. Nelze otočit kormidlem a změnit trasu k jinému cíli. Pomocí těchto hypotetických kosmických lodí bychom nicméně mohli vytvořit síť „železničních tratí“ ke hvězdám – mezihvězdný dopravní systém, v němž by se lodě s warpovým pohonem pohybovaly podle pravidelného jízdního řádu. Kosmické lodě by létaly nadsvětelnou rychlostí mezi stanicemi s pravidelnými časy odletu a příletu. Gott píše: „Budoucí supercivilizace možná vytvoří buď warpové tratě mezi hvězdami, po nichž se budou pohybovat kosmické koráby, anebo spojení skrze červí díry. Síť warpových tras může být dokonce snazší než spojení červími dírami, protože k warpovému pohonu stačí měnit již existující prostor, zatímco červí díry do vzdálených oblastí by bylo nutné uměle vytvořit.“
Ale protože by se takové kosmické lodě pohybovaly jen uvnitř našeho známého světa, nedalo by se jich použít k úniku do jiného vesmíru. I tak by nám však Alcubierreův pohon mohl pomoci vybudovat zařízení k opuštění našeho vesmíru. Například by se dal použít k výrobě Gottem navržených srážejících se kosmických strun, jež by vyspělé civilizaci umožnily přesun do minulosti, kdy byl vesmír mnohem teplejší a pohostinnější.
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
> Neexistuje žádná teoretická horní mez pro energii laserového svazku.
To není tak docela pravda. I pro energii platí omezení rychlosti světla.
Naivní demonstrace: teplota hmoty spočívá v tom, že hmota kmitá. Toto kmitání můžeme zvyšovat dokavad nedosáhneme toho, že částice se v tom kmitu budou pohybovat ruchlostí C. To samé platí o frekvenci záření, etc.