Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

Teorémy, ktoré sme s Penrosom dokázali, ukazujú, že vesmír musel mať počiatok, nedávajú však veľa informácií o povahe tohto počiatku. Ukazujú, že vesmír vznikol vo veľkom tresku (big bangu), v stave, keď bol celý so všetkým, čo obsahoval, stlačený do jediného bodu s nekonečnou hustotou (do singularity). V tomto singulárnom bode Einsteinova všeobecná teória relativity zlyháva, preto nemôže poskytnúť odpoveď, akým spôsobom vesmír vznikol.

Človek má dojem, že počiatok vesmíru je zjavne mimo kompetencie vedy.

Toto nebol záver, nad ktorým by mali vedci jasať. Ako upozorňujem v 1. a 2. kapitole, príčina, že všeobecná teória relativity v blízkosti big bangu zlyháva, spočíva v tom, že neobsahuje princíp neurčitosti, prvok náhodilosti kvantovej teórie, s ktorým Einstein nesúhlasil, lebo vraj „Boh nehrá kocky“. Avšak všetko nasvedčuje tomu, že Boh je v skutočnosti veľký hráč. Vesmír si môžeme predstaviť ako obrovské kasíno, kde sa vrhá kockami alebo sa roztáča koleso rulety pri každej príležitosti. Môžete si myslieť, že prevádzkovať kasíno je veľmi riskantná činnosť, pretože vždy riskujete stratu peňazí, keď sa vrhajú kocky alebo sa roztáča ruleta. Po veľkom počte stávok sa výhry a straty spriemerujú do výsledku, ktorý možno predpovedať, aj keď výsledok akejkoľvek jednotlivej hry sa predpovedať nedá (obr. 3.8).

Majitelia kasín dokážu zabezpečiť, že sa šance spriemerujú v ich prospech. Preto sú majitelia kasín takí zámožní ľudia. Jedinou šancou, ako nad nimi zvíťaziť, je staviť všetky svoje peniaze na zopár vrhov kockami alebo roztočení rulety.

Rovnako je to s vesmírom. Pokiaľ je vesmír veľký ako teraz, existuje aj veľký počet vrhov kockami a výsledky sa spriemerujú na niečo, čo sa dá predpovedať. Preto pre veľké systémy platia klasické zákony fyziky. Keď je však vesmír veľmi malý, ako to bolo blízko big bangu, počet hodov kociek je malý a princíp neurčitosti sa stáva významným faktorom.

Pretože vesmír stále pokračuje v „hádzaní kociek“, aby videl, čo sa má následne stať, nemá iba jednu históriu, ako by si to mohol niekto myslieť. Namiesto toho musí mať všetky možné histórie, každú so svojou vlastnou pravdepodobnosťou. Musí medzi nimi byť história vesmíru, v ktorej maličký štátik Belize získal na olympijských hrách všetky zlaté medaily, hoci pravdepodobnosť takejto histórie je asi dosť malá.

Táto predstava, že vesmír má viaceré dejiny, môže vyznievať ako vedecká fantastika, ale dnes sa prijíma ako vedecký fakt. Sformuloval ju Richard Feynman, ktorý bol nielen veľký fyzik, ale aj skutočná osobnosť.

Teraz pracujeme na spojení Einsteinovej všeobecnej teórie relativity s Feynmanovou ideou rozličných histórií do úplne zjednotenej teórie, ktorá bude opisovať všetky deje vo vesmíre. Táto zjednotená teória nám umožní vypočítať, ako sa bude vesmír vyvíjať, ak vieme ako jednotlivé histórie začali. Samotná zjednotená teória nám ale nepovie, ako vesmír vznikol alebo aký bol jeho počiatočný stav. Na to potrebujeme niečo, čomu sa hovorí okrajové podmienky, pravidlá, ktoré nám hovoria, čo sa deje na hraniciach vesmíru, na okrajoch priestoru a času.

Ak by bola hranica vesmíru iba obyčajný bod priestoru a času, mohli by sme ho obísť a vyhlásiť oblasť za ním za časť vesmíru. Na druhej strane, ak by bola hranica vesmíru na akomsi zubatom ostrí, kde by sa priestor a čas zrútili a hustota látky by bola nekonečná, bolo by veľmi ťažké zadefinovať nejaké zmysluplné okrajové podmienky.

Tabuľa v Caltechu v čase Feynmanovej smrti v roku 1988 Richard Feynman

S kolegom Jimom Hartlom sme si však uvedomili, že tu existuje aj tretia možnosť. Možno vesmír nemá žiadnu hranicu v priestore ani v čase. Na prvý pohľad sa zdá, že to je v priamom rozpore s teorémami, ktoré sme s Penrosom dokázali a podľa ktorých vesmír musel mať počiatok, teda ohraničenie v čase. No ako sme v 2. kapitole vysvetlili, existuje ešte iný druh času, nazývaný imaginárny čas — druh času kolmý na náš bežný reálny čas, ktorého plynutie si všetci uvedomujeme. História vesmíru v reálnom čase určuje jeho históriu v imaginárnom čase a naopak, ale tieto dva druhy histórie môžu byť veľmi odlišné. Konkrétne, v imaginárnom čase vesmír nemusí mať nijaký počiatok alebo koniec. Imaginárny čas sa správa iba ako ďalší rozmer v priestore. Takto si možno histórie vesmíru v imaginárnom čase predstaviť ako zakrivené plochy, ako loptu, rovinu alebo sedlo, lenže so štyrmi rozmermi namiesto dvoch (pozri obr. 3.9).

(OBR. 3.9) HISTÓRIE VESMÍRU

Ak by sa histórie vesmíru správali v nekonečne ako sedlová plocha, bol by problém zadať, aké sú tam okrajové podmienky. Ak sú všetky histórie vesmíru v imaginárnom čase uzavre-tými plochami, ako je aj povrch Zeme, potom sa okrajové podmienky vôbec nemusia zadávať.

Ak by sa histórie vesmíru rozprestierali do nekonečna, podobne ako sedlovitá plocha alebo rovina, mali by sme problém zadať, aké sú v nekonečne okrajové podmienky. Požiadavke definovať okrajové podmienky v nekonečne sa však môžeme úplne vyhnúť, pokiaľ sú histórie vesmíru v imaginárnom čase uzavreté plochy, akou je napríklad povrch Zeme. Povrch Zeme nemá nijaké hranice alebo okraje. Neexistujú žiadne spoľahlivé správy o ľuďoch, ktorí by cez ne prepadli.

Ak by boli histórie vesmíru v imaginárnom čase skutočne uzavretými plochami, ako sme to s Hartlom navrhli, malo by to zásadný dosah na filozofiu aj na našu predstavu o tom, odkiaľ sme prišli. Vesmír by bol úplne sebestačný; nepotreboval by zvonka nič, čo by natiahlo jeho hodinový stroj a spustilo ho. Namiesto toho by všetko vo vesmíre bolo určené zákonmi vedy a hrou s kockami vnútri vesmíru. Môže to vyznieť trúfalo, ale to je to, v čo ja a mnohí iní vedci veríme.

Aj keď okrajovou podmienkou vesmíru je, že nemá žiadny okraj, nebude mať iba jedinú históriu. Bude mať mnohé histórie, ako to navrhoval Feynman. Bude existovať história v imaginárnom čase, zodpovedajúca každej možnej uzavretej ploche, a každá história v imaginárnom čase bude určovať históriu v reálnom čase. Takto máme pre vesmír prebytok možností. Čo však vybralo práve ten vesmír, v ktorom žijeme, zo súboru všetkých možných vesmírov? Jedna vec, ktorú si môžeme všimnúť, je, že mnohé potenciálne histórie vesmíru neprejdú fázou postupného formovania galaxií a hviezd, ktorá bola podstatná pre náš vlastný vývoj. Zatiaľ sa zdá nepravdepodobné, že sa živé bytosti môžu vyvinúť bez galaxií a hviezd, i keď to nie je vylúčené. Teda už holá skutočnosť, že existujeme ako bytosti, i ktoré si môžu položiť otázku „Prečo je vesmír taký, aký je?“, je obmedzenie na históriu, v ktorej žijeme. Z tejto skutočnosti totiž plynie, že naša história je jedna z malého počtu

histórií, v ktorých sa vyskytujú galaxie a hviezdy. To je príklad toho, čo sa nazýva antropický princíp. Antropický princíp hovorí, že vesmír musí byť viac-menej taký, aký ho vidíme, pretože ak by bol iný, nebol by tu nikto, kto by ho pozoroval (obr. 3.10). Mnoho vedcov neobľubuje antropický princíp, pretože sa zdá pomerne vágny a nemá dosť predikatívnej sily. Možno ho však presne