Student World

Existují také možnosti znovuzrození, které zahrnují nejen černé díry, ale celé vesmíry. To je domněnka, se kterou se pracuje ve třídě kosmologických modelů, kterým se říká cyklické. Jeden z druhů cyklických modelů, vytvořený Paulem Steinhardtem z Princetonské univerzity a Neilem Turokem z ústavu Perimeter, toho dosahuje pomocí předpokladu, že se kosmologická konstanta snižuje až na nulu a pak klesá dál do výrazně záporných hodnot. Z důvodů, které tu nebudu vysvětlovat, to způsobí dramatické zhroucení celého vesmíru. Autoři této teorie ale tvrdí, že tím vše nekončí a dojde k jakémusi odpružení nebo odrazu, vesmír se začne znova rozpínat. Tento efekt by mohl být důsledkem kvantové gravitace, nebo by se vesmír mohl konečné singularitě vyhnout díky extrémní hodnotě temné energie.

Teoretické doklady o odrazu vesmíru od singularity vedoucí k novému rozpínání jsou ještě přesvědčivější než v případě singularit v černých dírách. Několik modelů kvantových efektů v blízkosti kosmologických singularit bylo zkoumáno v rámci smyčkové kvantové gravitace, a výsledky ukazují, že odraz je univerzální jev. Je však třeba upozornit, že se jedná jen o modely, které zatím vycházejí z velmi nesamozřejmých předpokladů. Tím klíčovým předpokladem je, že vesmír je prostorově stejnorodý, homogenní. Nejvíce jsme si jisti tím, že oblasti, které se při kolapsu odrazí a vytvoří nové vesmíry, budou právě oblasti vysoce uniformní, tj. oblasti bez gravitačních vln a černých děr.

V nejhorším případě se vysoce nehomogenní oblasti neodrazí a zhroutí se do singularit, kde se zastaví čas. I tento nepříznivý případ však má svoji světlou stránku, protože by poskytl princip výběru těch oblastí vesmíru, které se odrazí, a tudíž i reprodukují. Pokud se odrazí pouze homogenní části vesmíru, pak budou začátky nově vzniklých vesmírů těsně po odrazu také vysoce homogenní.

Z toho plyne předpověď: hned po odrazu je vesmír velmi homogenní – neexistují v něm žádné černé nebo bílé díry ani gravitační vlny, což je přesně to, co vidíme v našem vesmíru.

Má-li být scénář odrážejících se vesmírů vědecký, musí vyslovit alespoň jednu předpověď, pomocí které je možné tuto domněnku testovat. Existují alespoň dvě takové a souvisí se spektrem fluktuací v reliktním mikrovlnném záření. Charakter těchto fluktuací je často objasňován již zmíněnou inflací, krátkým obdobím extrémního nafukování vesmíru, ale to cyklický scénář vůbec nepotřebuje a poskytuje vlastní vysvětlení. Spektrum fluktuací, které zatím pozorujeme, se opakuje, ale mezi cyklickými modely a inflací existují dva rozdíly, které lze testovat již současnými nebo brzkými experimenty. Jedním z testů je, zda bude v reliktním mikrovlnném záření možno pozorovat gravitační vlny – inflace říká ano, a cyklický model říká ne. Cyklické modely také předpovídají, že reliktní mikrovlnné záření není zcela náhodné – řečeno odborně, předpovídají odchylky od Gaussova rozdělení.

Cyklické modely jsou příkladem toho, jak může předpoklad fundamentálního času – fundamentálního v tom smyslu, že nevznikl při velkém třesku, ale existoval již před ním – vést ke kosmologii schopné vyslovovat více předpovědí. Dalším příkladem jsou teorie, které předpokládají, že rychlost světla byla v raném vesmíru jiná, konkrétně o hodně vyšší. Tyto teorie s proměnlivou rychlostí světla si vybírají preferovaný koncept času způsobem, který porušuje principy teorie relativity. V důsledku toho nejsou moc populární, ale jsou příslibem vysvětlení fluktuací v reliktním mikrovlnném záření bez použití inflace.

Další scénář, jak přimět vesmír ke zrození nového, představil Roger Penrose. Zhruba řečeno přijímá scénář věčného boltzmannovského vesmíru s pevnou kosmologickou konstantou a pak se ptá, co se stane, až uplyne nekonečně dlouhý čas. (Jen Penrose může položit takovou otázku.) Spekuluje, že se po nějaké době všechny hmotné elementární částice, jako protony, kvarky a elektrony, rozpadnou a zůstanou jen fotony a další nehmotné částice. Pokud by k tomu došlo, neexistovalo by nic, co by mohlo zaznamenat nekonečné trvání věčnosti, protože fotony vzhledem k tomu, že cestují rychlostí světla, tok času vůbec nepociťují. Pro foton by byla věčnost pozdního vesmíru nerozeznatelná od velmi raného vesmíru. Jediný rozdíl by byl v teplotě. Teplotní rozdíl by to byl obrovský, ale jedná se jen o jedinou fyzikální škálu. Penrose tvrdí, že jedna taková škála není podstatná. V relačně popsaném plynu fotonů záleží jen na porovnáních věcí, které zrovna existují, neboli na jejich vzájemných poměrech – celkovou škálu prostě nelze detekovat. Pozdní vesmír plný plynu studených fotonů a dalších nehmotných částic se pak stává nerozeznatelným od horkého plynu stejných částic ve velmi raném vesmíru. Podle totožnosti nerozlišitelných je tedy pozdní vesmír také rodištěm nového vesmíru. Tento Penroseův scénář se ovšem spustí až po nekonečném čase, takže neřeší paradox Boltzmannova mozku. Předpovídá ale, že by se v pozůstatcích velkého třesku nacházely fosílie minulého vesmíru, ze kterých bychom o něm mohli shromáždit nějaké informace. I když je drtivá většina informací vymazána věčností strávenou v tepelné rovnováze, existuje jeden nosič informací, který se nikdy neznehodnotí, a tím je gravitační záření. Informace nesená gravitačními vlnami se také přenáší skrz odrazy cyklických modelů do nově se rozpínajícího vesmíru. Nejhlasitějšími signály, které gravitační vlny nesou, jsou obrazy srážek mezi mohutnými černými dírami, které se kdysi ukrývaly v jádrech dávno vyhaslých galaxií. Tyto srážky zčeří prostoročas a vlny se z nich po obloze šíří ve velkých kružnicích. Vlny putují navždy a přežijí i přechod do nového vesmíru. Penrose předpovídá, že v důsledku toho bychom měli tyto obří kružnice vidět i v reliktním mikrovlnném záření, jehož struktura se vytvořila ve velmi raném vesmíru. Toto by byly ony stíny událostí z předchozího vesmíru.

Kromě toho Penrose předpovídá, že bychom navíc měli vidět spoustu soustředných kružnic. Ty pocházejí z kup galaxií, ve kterých postupem času dochází ke srážkám více než jen jednoho páru černých děr. Je to překvapivá předpověď, která je značně odlišná od struktur, které pro reliktní mikrovlnné záření předpovídá většina ostatních scénářů. Pokud by bylo něco tak nepravděpodobného potvrzeno, muselo by to být chápáno jako důkaz scénáře, který takovou předpověď podal.

V době psaní této knihy se vedou spory o tom, zda se v reliktním mikrovlnném záření nacházejí, nebo nenacházejí Penroseovy koncentrické kružnice. Zase jednou se ale ukazuje, že kosmologické scénáře, ve kterých se náš vesmír vyvíjí z vesmírů před velkým třeskem, vyslovují předpovědi, které mohou být ověřeny nebo vyvráceny pozorováním. To se značně liší od scénářů, ve kterých je vesmír jen jedním z mnoha současně existujících světů – ty totiž žádné skutečné předpovědi nevyslovují a se vší pravděpodobností ani vyslovit nemohou.

Tento text je úryvkem z knihy

Lee Smolin: Znovuzrozený čas
Argo a Dokořán 2015
O knize na stránkách vydavatele

Poznámka PH: Knihu jako celek spíše nedoporučuji.

autor