Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

Podľa hypotézy „bez hraníc“, opísanej v 3. kapitole, spontánny vznik bránového sveta by mal históriu v imaginárnom čase, ktorá by bola ako orechová škrupinka: bola by to teda štvorrozmerná guľa ako povrch zemegule, ale s dvoma rozmermi navyše. Dôležitý rozdiel je ten, že orechová škrupinka v 3. kapitole bola v podstate dutá: štvorrozmerná sféra nebola hranicou ničoho a všetkých ďalších šesť alebo sedem rozmerov priestoročasu, ktoré predpovedá M-teória, bolo zvinutých dokonca na menší rozmer ako orechová škrupinka. Avšak v obraze nového bránového sveta by orechová škrupina bola plná: bráne, na ktorej žijeme, by prislúchala história v imaginárnom čase, ktorou by bola štvorrozmerná guľa ako hranica päťrozmernej bubliny, so zvyšnými piatimi alebo šiestimi rozmermi zvinutými do veľmi malej oblasti (obr. 7.18).

Táto história brány v imaginárnom čase by určovala jej históriu v reálnom čase. V reálnom čase by brána expandovala v zrýchlenom inflačnom režime, ako sme opísali v 3. kapitole. Najpravdepodobnejšou históriou bubliny v imaginárnom čase by bola dokonale hladká a guľatá orechová škrupinka. Zodpovedala by však bráne, ktorá by sa v reálnom čase inflačným spôsobom rozpínala večne. Na takejto bráne by sa nevytvorili galaxie, a preto by sa nemohla vyvinúť ani inteligentná forma života. Na druhej strane, histórie v imaginárnom čase, ktoré by neboli úplne hladké a

okrúhle, by mali o niečo menšiu pravdepodobnosť výskytu, ale zodpovedali by v reálnom čase takému správaniu, v ktorom brána mala spočiatku fázu inflačne zrýchleného rozpínania, ale neskôr sa začala spomaľovať. Počas tejto etapy spomalenej expanzie mohli vznikať galaxie a mohol sa vyvinúť aj inteligentný život. Takto podľa antropického princípu, spomínaného v 3. kapitole, budú to iba orechové škrupinky s mierne drsným povrchom, ktoré budú pozorovať inteligentné bytosti, kladúce si otázku, prečo nebol vznik vesmíru dokonale hladký.

Keď sa brána rozpína, bude objem viacrozmerného priestoru vnútri nej narastať. Nakoniec bude z toho obrovská bublina obklopená bránou, na ktorej žijeme. Ale skutočne žijeme na bráne? Podľa princípu holografie, ktorý sa spomínal v 2. kapitole, informácia o tom, čo sa odohráva v určitej oblasti priestoročasu, môže byť zakódovaná na hranici tejto oblasti. Tak si možno myslíme, že žijeme v štvorrozmernom svete, pretože sme tieňmi vrhnutými na bránu, ktoré odrážajú dianie vnútri bubliny. Avšak z pozitivistického hľadiska sa človek nemôže pýtať, čo je skutočnosť, brána či bublina? Oboje sú matematickými modelmi, ktoré opisujú pozorovania. Človek si môže slobodne zvoliť najvhodnejší model.

Čo je z vonkajšej strany brány? Existuje niekoľko možností (obr. 7.19).

1. Možno zvonku brány neexistuje nič. Aj keď bublina pary má okolo seba vodu, je to iba pomocná analógia k predstave vzniku vesmíru. Možno si predstaviť matematický model, ktorým je brána s viacrozmerným vnútrom, zvonku ktorej nie je absolútne nič, ani prázdny priestor. Dá sa vypočítať, čo takýto matematický model, v ktorom neberieme do úvahy okolie, predpovedá.

2. Je možný aj matematický model, v ktorom je vonkajšok bubliny prilepený na vonkajšiu stranu podobnej bubliny. Matematicky je tento model v skutočnosti rovnocenný možnosti, o ktorej bola reč vyššie, keď okolo bubliny neexistuje nič, ale je tu psychologický rozdiel: ľudia sa cítia šťastnejší, keď ich umiestnime do stredu priestoročasu, a nie na jeho okraj; pre pozitivistu sú ale možnosti 1 a 2 rovnaké.

3. Bublina sa môže rozpínať do priestoru, ktorý nie je zrkadlovým obrazom toho, čo je vnútri bubliny. Táto možnosť sa líši od oboch alternatív preberaných vyššie a podobá sa viac na prípad vriacej vody. Mohli by sa vytvárať a expandovať aj ďalšie bubliny. Ak by sa zrazili a splynuli s bublinou, na

ktorej žijeme, dôsledky by mohli byť katastrofické. Tvrdí sa dokonca, že samotný veľký tresk bol snáď dôsledkom zrážky brán.

Takéto modely bránového sveta sú horúcou témou výskumu. Sú veľmi špekulatívne, ale ponúkajú nové druhy fyzikálneho správania sa, ktoré možno overiť pozorovaniami. Mohli by napríklad vysvetliť, prečo je gravitácia taká slabá. Gravitácia by mohla byť veľmi silná vo fundamentálnej teórii, ale šírenie sa gravitačnej sily do dodatočných rozmerov by viedlo k tomu, že na škále veľkých vzdialeností na našej bráne by bola už slabá.

Dôsledkom toho by Planckova dĺžka, najmenšia vzdialenosť, do ktorej sa môžeme dostať bez vytvorenia čiernej diery, bola oveľa väčšia než by sme predpokladali podľa slabého účinku gravitácie na našej štvorrozmernej bráne. Najmenšia matrioška by nakoniec nebola až taká drobnučká a mohla by byť v dosahu časticových urýchľovačov budúcnosti. V skutočnosti sme už najmenšiu matriošku — fundamentálnu Planckovu dĺžku — mohli objaviť, ak by USA nezakúsili záchvat pocitu vlastnej chudoby v roku 1994 a nezrušili výstavbu Supravodivého superurýchľovača (SSC — Superconducdng Super Collider), aj keď bol už spolovice postavený. Iné urýchľovače častíc, ako LHC (Large Hadron Collider — Veľký hadrónový urýchľovač) v Ženeve sú teraz vo výstavbe (obr. 7.20).

Pomocou výsledkov z nich a ďalších pozorovaní, akým je napríklad výskum mikrovlnového žiarenia kozmického pozadia, možno budeme schopní rozhodnúť, či žijeme na bráne, alebo nie. Ak áno, bude to pravdepodobne preto, že antropický princíp si vyberá modely brán z obrovskej ZOO vesmírov, ktoré pripúšťa M-teória. Celkom dobre by sme mohli parafrázovať Mirandu zo Shakespearovej hry Búrka:

Ó krásny bránový svet,

že máš takých tvorov!

To je vesmír v orechovej škrupinke.

Absolútna nula

Najnižšia možná teplota, pri ktorej látky neobsahujú žiadnu tepelnú energiu; je to približne -273 °C alebo 0 na Kelvinovej stupnici.

Absolútny čas

Myšlienka, že môžu existovať univerzálne hodiny. Einsteinova teória relativity ukázala, že žiaden takýto pojem existovať nemôže.

Amplitúda

Maximálna výška vrcholu (hrebeňa) vlny, alebo maximálna hĺbka jej údolia.

Antičastica

Každý druh hmotných častíc má zodpovedajúcu antičasticu. Keď sa častica zrazí so svojou antičasticou, obe anihilujú a zanechajú po sebe len energiu.

Antropický princíp

Myšlienka, že vesmír vidíme taký aký je, pretože ak by bol v akomkoľvek ohľade odlišný, neboli by sme tu, aby sme ho mohli vidieť.

Atóm

Základná jednotka bežnej hmoty, zložená z nepatrného jadra (pozostávajúceho z protónov a neutrónov) a z elektrónov obiehajúcich okolo neho.