Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

Nakoniec sa človek dostane k najmenšej bábike, ktorá sa už nedá ďalej rozobrať. Táto najmenšia matrioška sa vo fyzike nazýva Planckova dĺžka. Aby sme prenikli k ešte kratším rozmerom, boli by potrebné častice s takou veľkou energiou, že by sa museli zrútiť do čiernych dier. Nevieme presne, čo je fundamentálnou Planckovou dĺžkou v M-teórii, ale možno je taká malá ako milimeter vydelený stotisícom miliárd miliárd miliárd. Neuvažujeme zatiaľ o budovaní časticových urýchľovačov, ktoré dokážu skúmať hmotu na takých malých vzdialenostiach. Museli by byť väčšie ako slnečná sústava a je nepravdepodobné, že by boli podobné projekty pri súčasnej ekonomickej situácii schválené (obr. 7.5).

Existuje však nová, vzrušujúca idea, ktorá nám azda pomôže ľahšie (a lacnejšie) objaviť aspoň nejakých drakov v M-teórii. Ako

sme vysvetlili v 2. a 3. kapitole, v sústave matematických modelov M-teórie má priestoročas desať alebo jedenásť rozmerov. Až donedávna sa myslelo, že všetkých šesť alebo sedem dodatočných dimenzií je zvinutých do veľmi malej oblasti. Podobalo by sa to na ľudský vlas (obr. 7.6).

Ak sa pozriete na ľudský vlas cez zväčšovacie sklo, zbadáte, že má hrúbku, ale pri pozorovaní voľným okom sa javí iba ako čiara s dĺžkou bez ďalšieho rozmeru. S priestoročasom to môže byť podobné: na úrovni ľudských či atomárnych dĺžkových mier, alebo aj na úrovni jadrovej fyziky sa môže priestoročas javiť ako štvorrozmerný a takmer plochý. Ak by sme sa však prostredníctvom častíc s extrémne vysokou energiou dostali na veľmi krátke vzdialenosti, uvideli by sme, že priestoročas má desať alebo aj jedenásť rozmerov.

Ak by boli všetky dodatočné dimenzie veľmi malé, bolo by ich veľmi ťažké pozorovať. Avšak nedávno bola predložená hypotéza, že jeden alebo aj viac dodatočných rozmerov môže byť značne veľkých, alebo aj nekonečných. Tento nápad má veľkú výhodu (prinajmenšom pre pozitivistu, ako som ja) v tom, že môže byť testovateľný budúcou generáciou urýchľovačov častíc alebo citlivými meraniami gravitačnej sily na malých vzdialenostiach. Takéto merania by mohli teóriu buď vyvrátiť, alebo existenciu ďalších rozmerov experimentálne potvrdiť.

Veľké dodatočné dimenzie sú novým vzrušujúcim pokrokom pri hľadaní konečného modelu alebo teórie. Keby existovali, znamenalo

by to, že žijeme vo svete tvorenom bránou, teda na štvorrozmernej ploche alebo bráne vo viacrozmernom priestoročase.

Hmota a negravitačné sily, akou je napríklad elektrická sila, by boli obmedzené na bránu. Takto by sa všetko, čo nie je spojené s gravitáciou, správalo, akoby to bolo v štyroch dimenziách. Špeciálne by elektrická sila pôsobiaca medzi jadrami atómov a elektrónmi obiehajúcimi okolo nich klesala so vzdialenosťou takým spôsobom, že by sa stabilita atómov zachovala a elektróny by nepopadali na jadrá (obr. 7.7).

To by bolo v súlade s antropickým princípom, podľa ktorého musí byť vesmír uspôsobený na jestvovanie inteligentného života: ak by totiž neexistovali stabilné atómy, neboli by sme tu ani my a nemohli by sme pozorovať vesmír, ani sa pýtať, prečo sa nám javí ako štvorrozmerný.

Na druhej strane by gravitácia vo forme zakriveného priestoru prenikala celým viacrozmerným priestoročasom. To znamená, že gravitácia by sa prejavovala inak ako ostatné sily, ktoré poznáme: keďže by pôsobila v dodatočných dimenziách, klesala by so vzdialenosťou rýchlejšie, ako by sme očakávali (obr. 7.8).

Keby gravitačné pôsobenie klesalo rýchlejšie až po astronomickú škálu vzdialeností, zbadali by sme to na dráhach planét. V skutočnosti by boli nestabilné, ako sme spomenuli v 3.

kapitole: planéty by museli buď popadať na Slnko, alebo uniknúť do tmavého a chladného medzihviezdneho priestoru (obr. 7.9).

To by sa však nestalo, ak by sa dodatočné rozmery končili na inej bráne, nie veľmi vzdialenej od brány, na ktorej žijeme. Potom by sa gravitácia na škále vzdialeností väčších ako vzdialenosť brán nebola schopná voľne šíriť, ale bola by čo do výsledného efektu obmedzená na našu bránu rovnako ako elektrické sily a klesala by so vzdialenosťou vhodným tempom na to, aby mohli existovať planetárne dráhy (obr. 7.10).

Na druhej strane na vzdialenostiach menších ako je odstup medzi bránami by sa gravitácia menila rýchlejšie. V laboratóriu sa medzi ťažkými objektmi presne namerala veľmi malá gravitačná sila,

ale experimenty, ktoré sa robili doteraz, neboli schopné zachytiť účinky brán vzdialených menej ako pár milimetrov. Teraz sa

uskutočňujú nové merania na takýchto krátkych vzdialenostiach (obr. 7.11).

V tomto bránovom svete by sme žili na jednej bráne, ale neďaleko by existovala iná, „tieňová“ brána. Pretože svetlo by bolo obmedzené na brány a nešírilo by sa priestorom medzi nimi, nemohli by sme tento tieňový svet vidieť. Mohli by sme ale registrovať gravitačné pôsobenie hmoty na tieňovej bráne. V našej bráne by sa takéto sily javili ako pochádzajúce zo zdrojov, ktoré by boli skutočne „tmavé“, keďže by sa dali odhaliť jedine vďaka svojim gravitačným účinkom (obr. 7.12). A skutočne, na vysvetlenie rýchlostí, ktorými obiehajú hviezdy okolo stredu našej Galaxie, je, zdá sa, nutné predpokladať, že v Galaxii je viac hmoty, než koľko jej pozorujeme.

Túto chýbajúcu hmotu môžu tvoriť niektoré exotické typy častíc z nášho sveta, ako sú napríklad WIMPy (z anglického Weakly Interacting Massive Particles — slabo interagujúce masívne častice), alebo axióny (veľmi ľahké elementárne častice). Ale chýbajúca hmota by mohla byť tiež dôkazom existencie tieňového sveta vyplneného látkou. Možno obsahuje nie príliš bystré ľudské bytosti,

čo žasnú nad hmotou, ktorá akoby chýbala v ich svete, aby sa dali vysvetliť dráhy tieňových hviezd okolo stredu tieňovej galaxie (obr. 7.13).

Namiesto toho, že by dodatočné rozmery končili na druhej bráne, je tu aj možnosť, že sú síce nekonečné, ale veľmi zakrivené, pričom sa podobajú na sedlo (obr. 7.14). Lisa Randallová a Raman Sundrum ukázali, že tento typ zakrivenia by pôsobil dosť podobne ako nejaká druhá brána: gravitačné pôsobenie objektu na bráne by bolo obmedzené na malé okolie brány a nešírilo by sa v dodatočných