Sciencemag.cz
Doporučujeme
Představa vesmírných prostor 10 na 50 větších, než je pozorovaný vesmír, je jistě ohromující. Teorie velkého sjednocení i teorie superstrun však v sobě skrývají ještě jednu zneklidňující možnost – náš vesmír by mohl zaniknout v obrovské katastrofě.
Od dávných časů se spekulovalo o tom, jak náš svět skončí – zda to bude v ohni, nebo ledu. Podle moderní astronomie je výstižnější představa ohnivého konce Země. Naše Slunce jednou vyčerpá svou zásobu vodíkového paliva a začne se rozpínat – vznikne astronomický objekt známý jako červený obr, jehož povrch dosáhne až dráhy Marsu. V důsledku toho se Země rozžhaví a vypaří ve sluneční atmosféře. Všechny atomy našich těl se stanou její součástí. (K této katastrofě dojde naštěstí až za několik miliard let.)
Teorie velkého sjednocení a teorie superstrun však předpovídají možnost daleko rozsáhlejší katastrofy, než je vypaření Země. Fyzika nás učí, že hmota se snaží zaujmout stav s nejnižší energií (tomuto stavu se říká „vakuum“). Už jsme užívali příkladu, že voda se vždy snaží téci ze svahu dolů. To ale nemusí platit, když řeku přehradíme hrází. Voda za hrází je teď ve stavu „falešného vakua“, který nepředstavuje absolutní minimum energie. Chtěla by prorazit hráz a téci dále řečištěm do stavu „pravého vakua“, jenže nemůže.
Za běžných okolností přehrada vodu ve stavu falešného vakua udrží. Podle kvantové mechaniky však existuje určitá pravděpodobnost, že voda udělá „kvantový skok“ a projde bariérou, aniž ji poruší. Podle principu neurčitosti nemůžeme vědět přesně, kde se voda nachází, a tak je určitá pravděpodobnost, že ji najdete tam, kde ji nečekáte, to znamená za hrází. Pro vodu je tato pravděpodobnost nepředstavitelně malá, ale v mikrosvětě se s takovou situací běžně setkáváme – říká se tomu „tunelový jev“.
To ale navozuje zneklidňující myšlenku: Co když celý náš vesmír sedí ve stavu falešného vakua, tedy ne ve stavu s nejnižší energií? Co když existuje jiný vesmír v nižším energetickém stavu a nastane náhlý kvantový skok? To by byla opravdová katastrofa. V tomto novém vakuu by se fyzikální a chemické zákony mohly velice lišit od těch, které dnes platí. Nemusela by existovat hmota, jak ji známe, a mohly by se objevit fyzikální a chemické zákony zcela nové. Často se říká, že fyzikální zákony jsou neměnné. Kdyby ale vesmír skutečně náhle přeskočil do stavu s nižší energií, mohly by se změnit k nepoznání. Jak by taková pohroma proběhla?
Jednoduchou analogii kvantového přechodu představuje var vody. Víte, že var nezasáhne najednou celý objem vody v nádobě, v různých bodech se tvoří bublinky, které se rychle rozpínají. Nakonec se bubliny spojí a voda se přemění v páru. Podobně by se při kvantovém přechodu do vakua s nižší energií mohly tvořit „bubliny“, které by se rozpínaly rychlostí blízkou nebo rovnou rychlosti světla. Uvnitř bublin by mohly panovat naprosto nezvyklé fyzikální a chemické zákony. Nevěděli bychom, kdy jimi budeme pohlceni. Vzhledem k obrovské rychlosti jejich rozpínání by nás astronomové nestačili varovat. Mohli bychom zrovna klidně prát prádlo a najednou by k Zemi dospěla bublina. V našem těle by to mohlo roztrhat samotné kvarky, ze kterých by vzniklo plazma jakýchsi subatomárních částic.
Této katastrofy se však asi nemusíme obávat. Vzhledem k tomu, že náš vesmír se už miliardy let jeví jako poměrně stabilní, můžeme doufat, že stavu s nejnižší energií už dávno dosáhl. Možnost existence jiných vesmírů však plně vyloučit nemůžeme.
Před velkým třeskem
Možnost nestability vesmíru je jistě zneklidňující, nese však v sobě něco pozitivního: naznačuje, co mohlo být před velkým třeskem. Už jsme se několikrát zmínili, že podle teorie superstrun měl vesmír původně deset rozměrů. Jenže tento desetirozměrný svět byl možná ve stavu falešného vakua, a proto byl nestabilní. A neměl-li nejmenší možnou energii, bylo jen otázkou času, kdy dojde ke „kvantovému přeskoku“ do stavu s energií nižší.
Dnes máme důvody věřit, že rozpínání vesmíru má svůj původ v daleko větším a mnohem explozivnějším procesu: rozpadu desetirozměrné struktury vesmíru. Podobně jako když se protrhne hráz, desetirozměrný prostoročas se najednou bouřlivě rozlomil a vytvořil dva různé vesmíry s nižší energií: šestirozměrný a čtyřrozměrný (ten náš). Prudkost této exploze mohla stačit k zajištění dostatku energie pro nastartování inflačního procesu. Rozpínání podle standardního modelu s velkým třeskem se objevilo až později, když se inflační expanze zpomalila a vesmír přešel do stavu popisovaného tradičním scénářem.
Čtyřrozměrný vesmír se rozpínal na útratu vesmíru šestirozměrného, který se smrskl na Planckovu délku. To je snad důvod, proč se nám vesmír jeví jako čtyřrozměrný – ostatních šest dimenzí je sice stále kolem nás, jenže jsou příliš malé, než aby se daly pozorovat. Jsme sice stále hodně daleko od experimentálního ověření tohoto obrazu, rychle se rozvíjející kosmologie nám však poskytuje řadu podivuhodných klíčů k porozumění povahy hmoty. Někteří fyzici se domnívají, že odpověď na mnoho otázek o našem vesmíru je skryta v substanci zvané „temná hmota“, snad nezáhadnější formě hmoty ve vesmíru.
Tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku: Hyperprostor
Vědecká odysea paralelními vesmíry, zakřiveným prostorem a desátým rozměrem
Argo a Dokořán, nové vydání 2021
O knize na stránkách vydavatele
První věc, která mě zarazila, je samozřejmost, s jakou předpokládá, že entropie je pravidlo fungující napříč vesmíry. Pak jsem to přestal číst.
Myslel jsem, že víme, že pravidla kvantového světa nelze aplikovat na makrosvět.Nebo pozorujeme, že občas třeba kafe je najednou vedle hrnku, nebo celej hrnek občas projde stolem ?