Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

dimenziách donekonečna. Preto, takisto ako v modeli s tieňovou bránou, by bol pokles gravitačného poľa na veľkej škále vzdialeností taký, aby sa dali vysvetliť dráhy planét a laboratórne merania gravitačnej sily, ale na krátkych vzdialenostiach by sa gravitácia menila prudšie.

Existuje však podstatný rozdiel medzi týmto Randallovej-Sundrumovým modelom a modelom s tieňovou bránou. Telesá, ktoré sa pohybujú pôsobením gravitácie, vysielajú gravitačné vlny, malé sčerenia krivosti, ktoré sa šíria priestoročasom rýchlosťou svetla. Podobne ako elektromagnetické svetelné vlny, aj gravitačné vlny by mali prenášať energiu. Túto predpoveď potvrdili pozorovania dvojitého pulzaru PSR1913+16.

Ak skutočne žijeme na bráne v priestoročase s dodatočnými rozmermi, gravitačné vlny generované pohybom telies po bráne by postupovali do iných dimenzií. Ak by tam bola druhá tieňová brána, gravitačné vlny by sa odrazili späť a uviazli by medzi dvoma bránami. Na druhej strane, ak by existovala iba jediná brána a dodatočné rozmery by pokračovali bez obmedzenia ako v modeli Randallovej a Sundruma, gravitačné vlny by mohli úplne uniknúť a odčerpať energiu z brány nášho sveta (obr. 7.15).

Zdalo by sa, že neplatí jeden zo základných princípov fyziky — zákon zachovania energie —, ktorý hovorí, že celkové množstvo energie zostáva nezmenené. Toto tvrdenie sa však zdá byť porušené len preto, že náš pohľad je obmedzený na dianie na bráne. Anjel, ktorý by mohol vidieť dodatočné dimenzie, by zistil, že energia je stále tá istá, iba viac rozptýlená.

Gravitačné vlny, ktoré vznikajú vzájomným obehom hviezd, by mali vlnové dĺžky omnoho dlhšie ako je polomer krivosti sedla v dodatočných rozmeroch. Znamenalo by to, že by mali tendenciu obmedzovať sa na malé okolie brány — ako gravitačná sila — a nešírili by sa príliš po dodatočných rozmeroch, ani by neodnášali veľa energie z brány. Na druhej strane, gravitačné vlny, ktoré by boli kratšie ako je škála, na ktorej sú zakrivené dodatočné rozmery, by ľahko unikli z blízkeho okolia brány.

Jedinými zdrojmi väčšieho množstva krátkych gravitačných vín sú pravdepodobne čierne diery. Čierna diera na bráne pokračuje ako čierna diera aj do dodatočných rozmerov. Ak je čierna diera malá, bude takmer guľová; t. j., bude siahať asi tak ďaleko do dodatočných rozmerov, aká je jej veľkosť na bráne. Na druhej strane, veľká čierna diera na bráne pokračuje mimo nej ako „čierny lievanec“, ktorý je

Dve kompaktné neutrónové hviezdy ktoré sa k sebe približujú po špirálach

obmedzený na blízke okolie brány a má omnoho menšiu hrúbku (v dodatočných rozmeroch) ako šírku (na bráne) (obr. 7.16).

Ako sme objasnili v 4. kapitole, podľa kvantovej teórie čierne diery nie sú úplne čierne: vysielajú častice a žiarenie všetkého druhu ako horúce telesá. Častice a žiarenie typu svetla postupujú pozdĺž brány, pretože hmota a negravitačné sily, ako je elektrostatická interakcia, sú obmedzené na bránu. Avšak čierne diery vysielajú aj gravitačné vlny, ktoré nie sú obmedzené na bránu, ale šíria sa aj v dodatočných dimenziách. Ak bude čierna diera veľká a bude vyzerať ako lievanec, gravitačné vlny zostanú neďaleko brány. To znamená, že čierna diera bude strácať energiu (a preto aj hmotu podľa vzťahu E = mc2) tak rýchlo, ako by sa očakávalo pre čiernu dieru v štvorrozmernom priestoročase. Čierna diera sa preto bude pomaly vyparovať a zmršťovať, až kým sa nestane menšou, ako je polomer krivosti dodatočných dimenzií, ohnutých do tvaru sedla. V tomto okamihu začnú gravitačné vlny vyžarované čiernou dierou voľne unikať do dodatočných dimenzií. Pre obyvateľa brány čierna diera — alebo tmavá hviezda, ako ju nazýval Michell (pozri 4. kapitolu) — vyzerá akoby vysielala tmavé žiarenie, ktoré nemôžeme pozorovať priamo na bráne, ale prítomnosť ktorého je zrejmá z toho, že čierna diera stráca hmotu.

Znamenalo by to, že konečný záblesk žiarenia z vyparujúcej sa čiernej diery by sa zdal menej intenzívny než v skutočnosti bol. To by mohol byť dôvod, prečo sme nepozorovali záblesky gama žiarenia, ktoré by mohli byť pripísané umierajúcim čiernym dieram, aj keď iné, prozaickejšie vysvetlenie znie, že neexistuje mnoho čiernych dier s dostatočne malou hmotnosťou, aby sa stačili vypariť počas trvania vesmíru.

Žiarenie z čiernych dier bránového sveta vzniká kvantovými fluktuáciami častíc na bráne a mimo nej, ale brány, ako všetko vo vesmíre, budú tiež podliehať kvantovým fluktuáciám. Tie môžu spôsobiť, že sa brány spontánne objavia i zmiznú. Kvantový vznik brány sa bude tak trochu podobať tvorbe bubliniek pary vo vriacej vode. Voda v kvapalnom skupenstve sa skladá z miliárd molekúl H2O natesnaných dokopy pomocou väzieb medzi najbližšími susedmi. Keď vodu zahrievame, molekuly zrýchľujú svoj pohyb a

navzájom do seba narážajú. Pri týchto zrážkach občas získajú také vysoké rýchlosti, že skupina molekúl unikne zo svojich väzieb a vytvorí malú bublinu pary obkolesenú vodou. Bublina bude potom narastať, alebo sa zmršťovať náhodným spôsobom, vďaka tomu, že viac molekúl prechádza z kvapaliny do pary, alebo naopak. Väčšina malých bubliniek pary skolabuje opäť na kvapalinu, ale zopár ich bude narastať až po určitý kritický rozmer, za ktorým už bude ich ďalšie zväčšovanie prakticky nevyhnutné. To sú tie veľké expandujúce bubliny, ktoré pozorujeme vo vriacej vode (obr. 7.17).

Správanie bránových svetov bude podobné. Princíp neurčitosti umožňuje takým svetom vynoriť sa z ničoho ako bubliny, ktorých povrch tvorí brána a ich vnútro je viacrozmerný priestor. Veľmi malé bubliny majú tendenciu zrútiť sa opäť do ničoty, ale bubliny, ktoré sa už vďaka kvantovým fluktuáciám dostali za určitý kritický rozmer, budú so značnou pravdepodobnosťou pokračovať vo svojom raste. Ľudia (takí ako my) žijúci na bráne, teda na povrchu bubliny, si budú myslieť, že sa vesmír rozpína. Je to ako s galaxiami nakreslenými na povrchu balónika, ktorý nafukujeme. Galaxie sa od seba navzájom vzďaľujú, ale ani jedna sa nedá považovať za stred expanzie. Zostáva dúfať, že neexistuje nikto s kozmickým špendlíkom, čo by takúto bublinu prepichol.