Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

VEĽKOOBCHODNÝ CENOVÝ INDEX

INFLÁCIA A HYPERINFLÁCIA

imaginárnom čase budú tvoriť celú rodinu mierne deformovaných gúľ, z ktorých každá korešponduje s históriou v reálnom čase, v ktorej je vesmír vo fáze inflácie po dlhý čas, ale nie donekonečna. Potom sa môžeme pýtať, ktorá z týchto prípustných histórií je najpravdepodobnejšia. Ukazuje sa, že histórie s najväčšou celkovou pravdepodobnosťou nie sú úplne hladké, ale majú drobné hrbolčeky a výmole (obr. 3.17). Záhyby na najpravdepodobnejších históriách sú ozaj nepatrné. Odchýlky od úplne hladkej plochy sú rádovo jedna ku stotisíc. Aj keď sú také nesmierne maličké, dokážeme ich spozorovať ako malé fluktuácie v mikrovlnovom žiarení, ktoré k nám prichádza z kozmu zo všetkých smerov. Družica COBE (Cosmic Background Explorer), ktorú vypustili v roku 1989, zhotovila mapu oblohy v oblasti mikrovĺn.

Rôzne farby predstavujú rôzne teploty, ale celá škála farieb od červenej po modrú predstavuje rozdiel v teplote približne iba jednu desaťtisícinu stupňa. Napriek tomu sú príslušné rozdiely hustoty medzi rôznymi oblasťami raného vesmíru dosť veľké na to, aby zvýšená príťažlivá sila v hustejších oblastiach nakoniec zastavila ich rozpínanie a prinútila ich opäť kolabovať vďaka svojej vlastnej gravitácii a vytvárať galaxie a hviezdy. Takže aspoň v princípe je mapa družice COBE náčrtkom všetkých štruktúr vo vesmíre.

Aké bude ďalšie správanie najpravdepodobnejších histórií vesmíru, ktoré sú kompatibilné s výskytom inteligentných bytostí?

Zdá sa, že tu existuje viacero možností v závislosti od toho, koľko hmoty vesmír obsahuje. Ak jej je viac ako určité kritické množstvo, príťažlivé pôsobenie medzi galaxiami bude ich rozbiehanie spomaľovať, až ho nakoniec zastaví. Potom sa galaxie začnú navzájom približovať, až sa všetky zrazia vo veľkom krachu, čo bude koniec histórie vesmíru v reálnom čase (pozri obr. 3.18).

Ak je koncentrácia hmoty vo vesmíre pod kritickou hodnotou, gravitácia bude príliš slabá na to, aby zabránila večnému vzájomnému vzďaľovaniu galaxií. Všetky hviezdy raz vyhoria a vesmír bude čoraz prázdnejší a chladnejší. A tak opäť veci budú spieť k svojmu zániku, ale menej dramatickým spôsobom. Tak či onak, vesmír bude existovať ešte dobrých pár miliárd rokov (obr. 3.19).

Podobne ako hmotu, môže vesmír obsahovať aj to, čomu hovoríme „energia vákua“, teda energiu prítomnú aj v zdanlivo prázdnom priestore. Podľa Einsteinovej slávnej rovnice E = mc2, má táto energia vákua svoju hmotnosť. Znamená to, že má aj gravitačný účinok na expanziu vesmíru. Je dosť pozoruhodné, že účinok energie vákua je opačný ako pôsobenie hmoty. Hmota rozpínanie pribrzďuje a môže ho nakoniec zastaviť, a dokonca obrátiť. Na druhej strane energia vákua spôsobuje zrýchlenie expanzie ako pri inflácii. Skutočne, energia vákua pôsobí práve ako kozmologická konštanta, spomenutá v 1. kapitole, ktorú Einstein v roku 1917 zaviedol do svojich pôvodných rovníc, lebo si uvedomil, že tieto rovnice nepripúšťajú riešenie predstavujúce stacionárny vesmír. Po Hubblovom objave expanzie vesmíru pohnútka na zavedenie tohto členu do rovníc pominula a Einstein kozmologickú konštantu zavrhol ako chybu.

Možno to však chyba vôbec nebola. Ako opisujeme v 2. kapitole, vieme, že kvantová teória vedie k priestoročasu vyplnenému kvantovými fluktuáciami. Podľa teórie supersymetrie sa nekonečné kladné a záporné energie fluktuácií základných stavov vynulujú medzi časticami s rôznym spinom. Nedá sa však očakávať, že sa kladné a záporné energie vynulujú úplne a že tam nezostane malý zvyšok energie vákua, pretože vesmír sa nenachádza v supersymetrickom stave. Jediným prekvapením je, že energia vákua je natoľko tesne pri nulovej hodnote, že sme ju pred nejakým časom vôbec neregistrovali. Možno je to ďalší príklad antropického princípu. V histórii s väčšou energiou vákua by sa nevytvorili galaxie, a tak by ani nemohli obsahovať bytosti, ktoré by sa mohli pýtať: „Prečo má energia vákua práve pozorovanú hodnotu?“

Množstvo hmoty a energie vákua vo vesmíre sa môžeme pokúsiť určiť z rôznych pozorovaní. Môžeme uviesť ich výsledky na grafe, kde je hustota hmoty vynesená na vodorovnej osi a energia vákua na zvislej osi. Prerušovaná čiara označuje hranicu oblasti, v ktorej sa mohol vyvinúť inteligentný život (obr. 3.20).

Na tomto diagrame sú zakreslené oblasti týkajúce sa pozorovania supernov, vytvárania kôp a mikrovlnového kozmického pozadia. Našťastie všetky tri oblasti majú spoločný prienik. Ak hustota hmoty a energia vákua ležia v tomto prieniku, znamená to, že sa expanzia vesmíru po dlhom období spomaľovania začala opäť zrýchľovať. Zdá sa, že inflačné rozpínanie môže byť prírodný zákon.

V tejto kapitole sme videli, ako sa dá pochopiť správanie obrovského vesmíru pomocou vyjadrenia jeho histórie v imaginárnom čase, ktorá je drobnou, mierne sploštenou guľou. Je ako Hamletova orechová škrupinka. Tento orech však má v sebe zašifrované všetko, čo sa deje v reálnom čase. Takže Hamlet mal úplnú pravdu. Mohli by sme byť uzatvorení v orechovej škrupinke, a aj tak sa považovať za pánov nekonečného priestoru.

ĽUDSKÉ POKOLENIE CHCELO VŽDY OVLÁDAŤ budúcnosť, alebo aspoň predpovedať, čo sa stane. To je dôvod, prečo je astrológia taká populárna. Astrológia tvrdí, že udalosti na Zemi majú súvis s pohybmi planét po oblohe. Toto je vedecky testovateľná hypotéza, alebo bola by, keby astrológovia išli s kožou na trh a vyslovovali konkrétne predpovede, ktoré by sa dali overiť. Oni však majú rozum a svoje predpovede formulujú tak nejasne, že sa dajú považovať za splnené, nech sa to skončí akokoľvek. Tvrdenia typu, že „osobné vzťahy sa môžu prehĺbiť“ alebo „budete mať finančne výhodnú príležitosť“ nemožno nikdy vyvrátiť.

Skutočný dôvod, prečo väčšina vedcov neverí astrológii, nie je vo vedeckom dôkaze alebo v jeho absencii, ale v tom, že astrológia nie je zlučiteľná s inými teóriami, ktoré boli overené experimentom. Keď Kopernik a Galileo objavili, že planéty obiehajú okolo Slnka, a nie okolo Zeme, a Newton objavil zákony, ktorými sa tento pohyb riadi, stala sa astrológia úplne neprijateľným učením. Prečo by mali mať polohy vzdialených planét na nebeskom pozadí akékoľvek korelácie s makromolekulami na malej planéte, ktoré samy seba nazvali inteligentný život (obr. 4.1)? Práve v toto nás astrológia nabáda veriť. Pre niektoré teórie opisované v tejto knihe neexistuje nijaký experimentálny dôkaz, rovnako ako pre astrológiu, ale veríme im, pretože sú v súlade s teóriami, ktoré boli úspešne overené.