Teória veľkého tresku a kozmická inflácia
Je zaujímavá predstava, že veľký tresk vytvoril vesmír. Práve to hovorí Einsteinova teória, ktorá je základom učebnicovej kozmológie. Súčasný učebnicový obraz však naznačuje, že pred veľkým treskom bola vo vývoji vesmíru iná fáza. Ak definujeme veľký tresk ako horúcu a hustú fázu, z ktorej sa vesmír akoby vynáral pred 13,8 miliardami rokov, táto skoršia fáza sa nazýva inflácia.
Podľa našich predstáv sa pred tým vesmír exponenciálne rýchlo zväčšoval – zdvojnásoboval sa a zdvojnásoboval. Čísla sú neuveriteľné: ak by sme začali s vesmírom menším ako jeden atóm, bol by omnoho väčší než celý pozorovateľný vesmír (s 350 miliardami galaxií) za menej než milióntinu milióntiny milióntiny milióntiny milióntiny sekundy. Keď táto mimoriadne rýchla expanzia skončila, všetka energia, ktorá ju poháňala, sa uvoľnila do priestoru, zahriala ho a vytvorila častice hmoty, z ktorých sme vytvorení my a všetko, čo vidíme na oblohe. To je to, čo vnímame ako veľký tresk.
Záhadná energia a predhistória vesmíru
Na začiatku bola nekonečne hustá, drobná guľa hmoty, ktorá sa začala rozpínať a nakoniec by vytvorila atómy, molekuly, hviezdy a galaxie, ktoré vidíme dnes. Ale čo bolo pred veľkým treskom? V akom stave bol vesmír predtým?
Vesmír prešiel ohromujúcou kozmickou expanziou, pričom sa jeho veľkosť zdvojnásobila najmenej 80-krát v zlomku sekundy. Túto rýchlu infláciu poháňala záhadná forma energie, ktorá prenikala prázdnym priestorom. Ponechala vesmír pustý a chladný, a až potom sa objavili horúce a husté podmienky veľkého tresku.
Teória večnej inflácie a mnohovesmír
Niektoré teórie naznačujú, že inflácia sa nezastavuje naraz, ale po častiach. Vždy, keď sa zastaví, vzniká vesmír. Tieto teórie, nazývané teóriami večnej inflácie, naznačujú, že možno nejde len o náš vesmír – tú časť, ktorú môžeme vidieť – ale mohlo by existovať mnoho vesmírov, možno až nekonečný počet, a mohli by vznikať neustále.
Ak kozmická inflácia správne popisuje, čo sa stalo pred veľkým treskom, môže konečnú odpoveď na otázku, odkiaľ sme prišli, posunúť mimo dosahu vedy. Problém je v tom, že nevieme nič o tom, čo prišlo pred infláciou, a je pochybné, že sa to niekedy dozvieme.
Existujú teórie, ktoré naznačujú, že môže existovať viac ako jeden vesmír, potenciálne až nekonečný počet. Je to ohromujúca myšlienka, však?
Konštanty prírody a dokonalý vesmír
Mal by som dodať ešte jednu vec: ak je to pravda, niektoré z týchto teórií tvrdia, že to, čo nazývame konštantami prírody – veci ako gravitačná sila, rýchlosť svetla, hmotnosť častíc – sa môžu medzi vesmírmi líšiť. Potom si kladieme otázku: Prečo je náš vesmír taký dokonalý pre život? Prečo hviezdy vytvárajú uhlík a kyslík, prvky, ktoré potrebujete pre život? Prečo je všetko tak dokonale vyvážené, aby existovali živé bytosti?
Odpoveďou v týchto prípadoch je, že existuje každý vesmír, každá možná kombinácia prírodných zákonov v rôznych vesmíroch. Dôvod, prečo vidíme vesmír, ktorý nám umožňuje existovať, je zrejmý. Mohli by sme sa opýtať: Aká je pravdepodobnosť? Odpoveďou pri nekonečnom počte vesmírov je, že je to nevyhnutné, pretože existuje každý možný druh vesmíru.
Zdôrazňujem, že tieto úvahy sú veľmi špekulatívne. Ale prvá vec, ktorú som povedal o inflácii – predstava, že pred veľkým treskom prebehla exponenciálne rýchla expanzia – nie je špekulatívna. Je to hlavný prúd kozmológie. Myšlienka, že by to mohlo viesť k viacerým vesmírom, je viac špekulatívna, ale stále je vedecky platná a existujú ľudia, ktorí ju skúmajú. Opäť ide o aktívnu oblasť výskumu.
Alternatívne teórie k inflácii
Inflácia nám hovorí, že obdobie pred veľkým treskom bolo mimoriadne chladné a prázdne, iba s prázdnym priestorom. Tento prázdny priestor niesol energiu, ktorá rozťahovala vesmír do obrovskej veľkosti a do počiatočného stavu pred veľkým treskom. Existujú však aj alternatívne teórie ku kozmologickej inflácii, ktoré nám hovoria, čo spôsobilo počiatočné podmienky vedúce k veľkému tresku.
Existuje teória, že vo vesmíre môžu byť dodatočné dimenzie. Predstavte si, že žijeme iba na liste papiera. Potom sú teórie, kde tu je náš vesmír, ktorý sa vznáša, a môže existovať ďalší vesmír, ktorý sa vznáša. Existuje teda viac priestorových dimenzií a my sme len na liste, ktorý sa vznáša vo väčšom mnohovesmíre.
Potom sa môžete opýtať, čo sa stane, keď do seba narazia. Jedna z teórií o tom, čo spôsobilo veľký tresk, je, že to bola zrážka dvoch takýchto listov alebo „brán“, ako sa nazývajú. Keď do seba narazia a oddelia sa, zohrievajú sa a vzniká niečo, čo vyzerá ako veľký tresk na tomto liste priestoru a času. To je ďalšia teória o tom, čo sa stalo pred veľkým treskom – zrážajúce sa brány, ktoré vytvárajú veľké tresky v teóriách mnohovesmíru.
Experimentálny základ kozmologických teórií
Tieto tvrdenia sa môžu zdať mimoriadne špekulatívne a odtrhnuté od reality, ale v skutočnosti majú za sebou matematické zdôvodnenie. Navyše teórie opisujúce veľmi raný stav vesmíru majú experimentálnu podporu.
Úžasné je, že teraz robíme merania. Experimentálnym základom pre toto všetko je niečo, čo sa nazýva kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia alebo CMB. Môžeme sa pozrieť na oblohu a vidieť najstaršie svetlo vo vesmíre, ktoré sa uvoľnilo 380 000 rokov po veľkom tresku, keď sa vesmír dostatočne ochladil na to, aby sa vytvorili atómy. V tom momente sa vesmír stal priehľadným a toto svetlo odvtedy putuje vesmírom.
V súčasnosti máme na obežnej dráhe európsky satelit nazvaný Planck, ktorý robí detailné snímky tohto svetla. V tomto svetle je ako detský obrázok vesmíru, ako ultrazvukový sken dieťaťa. Môžete sa pozrieť na vesmír, aký bol v jeho najranejších dňoch, a vidieť rôzne štruktúry a vlastnosti tohto svetla. Tie vám dávajú stopu o tom, čo sa stalo úplne na začiatku času, na začiatku vesmíru. A práve tam tieto teórie získavajú svoju experimentálnu podporu.
Spájanie fyzikálnych teórií
Dvojitými piliermi modernej fyziky sú Einsteinova všeobecná teória relativity a kvantová teória. Aby sme pochopili, ako vznikol veľký tresk a čo mu predchádzalo, je nevyhnutné spojiť Einsteinovu teóriu s kvantovou teóriou. Iba ak získame takúto teóriu, budeme môcť odpovedať na základné otázky v kozmológii, ako napríklad: čo je priestor, čo je čas, čo je vesmír a odkiaľ pochádza.
Veľkosť pozorovateľného vesmíru a čo je za ním
Najvzdialenejšie objekty vo vesmíre sú vzdialené 47 miliárd svetelných rokov, čo znamená, že veľkosť pozorovateľného vesmíru je 94 miliárd svetelných rokov. Ak sa pýtate, ako môže byť pozorovateľný vesmír väčší ako čas, ktorý svetlu trvá prekonať vek vesmíru, odpoveďou je, že vesmír sa medzitým rozširoval. To spôsobuje, že veľmi vzdialené objekty sú od nás ďalej, než naznačuje čas cestovania ich svetla.
Väčšina vedcov sa domnieva, že celý vesmír siaha ďaleko za pozorovateľný vesmír. Ale je niečo za hranicami celého vesmíru?
Pravdepodobne nie. Máme silné podozrenie, že náš vesmír by mohol byť nekonečný. Dokonca aj časť vesmíru, o ktorej vieme, že existuje, určite presahuje to, čo môžeme vidieť.
Prečo to hovorím? Keď sa nad tým zamyslíte, vesmír, aspoň naša časť, existuje už 13,8 miliardy rokov. To znamená, že svetlo malo len 13,8 miliardy rokov na to, aby cestovalo z častí, ktoré môžeme vidieť, do nášho oka. Takže môžeme vidieť len tak ďaleko, ako malo svetlo čas cestovať. Ale myslíme si, že je toho oveľa viac, pretože sme urobili merania toho, ako je vesmír zakrivený a aká je jeho štruktúra. Nepochybne presahuje tú malú bublinu, ktorú môžeme vidieť.
Ako ďaleko siaha, je ďalšia veľká otázka. Nevieme, ale mohol by byť nekonečný.
Ako skončí vesmír?
Berúc do úvahy najnovšie objavy a merania vo fyzike, pokúsili sme sa odpovedať na otázky, čo bolo pred veľkým treskom, aký veľký je náš pozorovateľný vesmír a čo leží za hranicou toho, čo môžeme vidieť. Ale nezabúdame na niečo? Dôležitá otázka, ktorá prirodzene vyplýva po tom, čo spochybníme začiatok všetkého: ako vesmír skončí?
Súčasný najlepší odhad je, že sa bude navždy rozširovať. Dôvodom je skutočnosť, že vesmír sa v skutočnosti rozširuje zrýchlene, čo je veľká záhada. Pred týmto objavom sme si mysleli, že gravitácia je vždy príťažlivá, takže by sme mali mať všetky tieto galaxie vo vesmíre a vesmír sa od veľkého tresku rozširuje, a preto by sa mal prinajmenšom spomaľovať. Existovala dokonca otázka, či je v ňom dostatok hmoty, aby ho spomalila natoľko, že sa zastaví a znova skolabuje.
Tento nový objav, že vesmír sa zrýchlene rozširuje, naznačuje, že bude pokračovať v zrýchľovaní, pokiaľ sa neobjaví nová fyzika, ktorej nerozumieme, a tak sa bude jednoducho rozširovať navždy.
Obrázky: AI, Zdroj: ScienceTime24