Student World

Úvodní varování Pavel Houser: Po dvou vcelku pochopitelných Lubošových komentářích tentokrát následuje text pro otrlé :-)…. Podle standardniho modelu velkeho tresku bez inflace trva vesmir konecnou dobu, a to tak, ze kdyz se z nejakeho bodu X (udalosti) v minulosti podivate na vsechny udalosti, ktere mohly danou udalost X ovlivnit (nejvyse rychlosti svetla), nakonec dojdete k tomu, ze pouze nektere oblasti prostoru v case t=0 (velky tresk) mohly danou udalost ovlivnit.

Jsou to ty udalosti "uvnitr" minuleho svetelneho kuzele bodu X. Proto neni duvod ocekavat, aby byly udalosti ve zbytku vesmiru, ktery je kauzalne oddeleny, korelovane s vlastnostmi v danem bode X. Presto experimentalni mereni ukazuji, ze teplota vesmiru (kterou dnes rozmelnene merime jako teplotu reliktniho zareni v ruznych smerech) byla uplne stejna i v techto castech vesmiru, ktere na sebe nemohly pusobit – s presnosti na setiny promile.
To zni podivne. Jak se mohly oddelene oblasti vesmiru dohodnout na teplote? Spolecnou teplotu obvykle docilite vymenou tepla, ale na to nebylo dost casu.

Inflace tohle resi tak, ze Penrosuv diagram, ktery zdeformuje casoprostor tak, aby byly zachovany kauzalni vztahy a sireni svetla stale odpovidalo sikmym caram pod uhlem 45 stupnu (obvykle se kresli jen 1 prostorova a 1 casova dimenze), je pro vesmir s inflaci v podstate nekonecne dlouhy (pokud inflace trva nekonecne dlouho), a proto bylo dost casu na to, aby se sladila teplota. Minimalni doba inflace, ktera resi potrebne problemy, je 60 e-foldingu (e-folding je jednotka casu, za kterou se vesmir zvetsi e-krat, celkove tedy narostl nejmene e^{60} krat, ale Linde rad mluvi i o e^{1000} krat – neni tezke takova velka cisla dostat "z niceho").

Krome toho inflace prirozene vytvari exponencialne velke oblasti temer prazdneho a plocheho prostoru, ktere pozorujeme kolem a ktere se dost tezko daji intuitivne pochopit jinak. Modely bez inflace take obecne predpovidaji, ze bychom meli videt hromadu magnetickych monopolu ve svete kolem nas – magneticke monopoly vzniknou jako topologicky netrivialni "uzly" v kalibracnim poli. Inflace je rozredi priblizne na jeden monopol na jeden objem viditelneho vesmiru.
Inflace resi radu takovych problemu, a jedine, co potrebuje, je skalarni pole, ktere ma potencialni energii, ktera zacina nahore (v pozitivni hustote energie), kde je temer plochou funkci skalarniho pole (a vesmir tam stravi hodne casu, a pri tom se inflacne rozpina), a nakonec se ten potencial ukonci minimem, kam se vesmir postupne skutali na konci. Z fluktuaci skalarniho pole kolem minima se vytvori zarodek prvotni hmoty procesem zvanym reheating (znovuzahrati).
Inflace zanecha otisky na detailech nehomogenit reliktniho zareni, a ty lze merit, a jista mereni odpovidaji predpovedi inflace, ackoliv to nestaci jako definitivni dukaz.

Závěrečné otázky k našemu rozhovoru:
Otázka: Jak je to s rozpínáním? Bude trvat navěky, nebo je náš vesmír cyklický?

Od roku 1998 se skutecne zda, ze se rozpinani zrychluje. Nejprijatelnejsim vysvetlenim je kladna kosmologicka konstanta, ktera by mela za nasledek rozpinani vesmiru naveky – takze by vesmir skoncil "tepelnou smrti" v totalnim rozredeni a chladu.

Otázka: Jak chápat Hawkingovy úvahy o tom, že k Velkému třesku došlo v imaginárním čase?

My pouzivame imaginarni cas temer ke vsem vypoctum. Zjednodusuje to veci – je to pro vetsinu lidi matematicky trik, ktery umozni casoprostor nahradit obycejnym euklidovskym 4rozmernym casoprostorem se signaturou ++++.
Hawking chtel imaginarnimu casu dat vice fyzikalni ulohu, ale v podstate neuspel; jeho knizky trochu prodavaji myslenky o imaginarnim case, ktere neprodal ve vedecke komunite. Nas svet je samozrejme prirozene -+++, ma odlisnou signaturu casu, a tak se alespon snazil Hawking zasadit imaginarni cas k velkemu tresku. Odvodil z toho par nesmyslnych zaveru, ktere pak nastesti odvolal. Napriklad tvrdil, ze je psychologicka sipka casu korelovana se sipkou casu ve smeru rozpinani vesmiru. Tohle by znamenalo, ze pokud se vesmir prestane rozpinat, tak najednou zacnes vnimat cas pozpatku. To bylo naprosto silene tvrzeni – vzdyt ani nejde uplne presne definovat okamzik, kdy se rozpinani zmeni na smrstovani, a pritom potrebujes zmenit zakony mikrofyziky radikalnim zpusobem a uplne presne v jeden okamzik. Hawking tedy uznal, ze v tomto pripade se myslil a chybu odvolal.
Takova odvolana predpoved ale uvadi v nemilost i celou jeho myslenku "realnosti" imaginarniho casu. Hawking zde zrejme mel i "nabozenskou" motivaci, proste chtel zlikvidovat jakekoliv pocatecni podminky – posledni misto, kde se muze skryvat Buh.

Otázka: Jak je to s termodynamickou interpretací Velkého třesku? Pokud entropie stále narůstá, pak by velký třesk měl být stavem velmi uspořádaným. To mi nehraje s plynem/plazmou o téměř nekonečně vysoké teplotě?

Proc by vesmir v dobe velkeho tresku mel byt extremne
usporadany? Byl to totalni bordel. Entropie – chapana bezne jako logaritmus mnozstvi mikrostavu, ktere vypadaji z makroskopickeho pohledu stejne – nebyla nulova; ackoliv v podstate nulovou entropii (ale take spojenou s totalne chladnym vesmirem) si berou na jazyk ty ruzne modely ekpyrotickych vesmiru, kde pred velkym treskem je era studenych rovnobeznych bran, ktere se pomalu pritahuji a smeruji k velke pocatecni explozi.

Za velkeho tresku byl vesmir sice horky, ale celkova entropie byla stale mensi nez dnes. Nova entropie a vubec nove stupne volnosti se objevovaly spolu s tim, jak se vesmir rozpinal. (Hustota entropie mohla byt obrovska, ale vesmir byl silene maly a celkova entropie vyjde mensi nez dnes.)
Navic – usporadanost znamena nejake specilani podminky. Podle soucasne kosmologie by ale mely byt tyto podminky naopak genericke – tedy naopak velmi obecne, ktere nic specialniho nepredpokladaji.
Jeste jinak receno, jde o podminky svym zpusobem maximalizujici entropii (to neznamena, ze takova entropie je nekonecna – entropie musi byt vzdycky mensi nez jista mez, v nejjednodussich kontextech je to velikost povrchu oblasti v Planckovych jednotkach lomeno ctyrmi, ale tento odhad je prave v kontextu kosmologie treba vyladit).

autor Pavel Houser