Fluktuácie vákua môžu spôsobiť vznik virtuálnych proto-vesmírov, ktoré sa za určitých podmienok môžu presunúť z virtuálneho stavu do skutočného.
Fyzici sa už mnoho rokov snažia vybudovať kvantovú teóriu gravitácie - zatiaľ, bohužiaľ, bez úspechu. Takmer všetci súhlasia s tým, že takáto teória by mala kombinovať Einsteinovu relativistickú teóriu gravitácie s kvantovou mechanikou, čo je veľmi, veľmi náročná úloha.
Kvantová mechanika so všetkými jej paradoxmi však opisuje vlastnosti objektov, ktoré existujú v newtonovskom priestore bez zakrivenia. Budúca teória gravitácie by mala rozširovať pravdepodobnostné kvantovo-mechanické zákony na vlastnosti samotného priestoru (presnejšie časopriestor), zdeformované podľa rovníc všeobecnej relativity. Ako to urobiť pomocou prísnych matematických výpočtov, zatiaľ nikto nevie.
Chladný pôrod
Spôsoby, ako sa dá takáto únia spojiť, sa však dajú vymyslieť na kvalitatívnej úrovni, a tu sa objavujú veľmi zaujímavé vyhliadky. Jedného z nich považoval slávny kozmológ, profesor na arizonskej univerzite Lawrence Krauss vo svojej nedávno uverejnenej knihe „Vesmír od ničoho“(„Vesmír od ničoho“). Jeho hypotéza vyzerá fantasticky, ale v žiadnom prípade nie je v rozpore so zavedenými fyzikálnymi zákonmi.
Predpokladá sa, že náš vesmír vznikol z veľmi horúceho počiatočného stavu s teplotou rádovo 1032 kelvinov. Je však možné si predstaviť chladný zrod vesmíru z čistého vákua - presnejšie z jeho kvantových fluktuácií. Je dobre známe, že takéto kolísania generujú veľké množstvo virtuálnych častíc, ktoré doslova nevznikli z ničoho a následne zmizli bez stopy. Podľa Kraussa sú fluktuácie vákua v zásade schopné viesť k rovnako pominuteľným proto-vesmírom, ktoré za určitých podmienok prechádzajú z virtuálneho stavu do skutočného.
Propagačné video:
Vesmír bez energie
Čo je na to potrebné? Prvou a hlavnou podmienkou je, že embryo budúceho vesmíru musí mať nulovú celkovú energiu. V tomto prípade to nie je odsúdené na takmer okamžité zmiznutie, ale naopak, môže existovať ľubovoľne dlho. Je to spôsobené skutočnosťou, že podľa kvantovej mechaniky by výsledok neistoty v energii objektu podľa neistoty počas jeho životnosti nemal byť menší ako konečná hodnota - Planckova konštanta.
Oddelenie základných interakcií v našom ranom vesmíre malo charakter fázového prechodu. Pri veľmi vysokých teplotách sa kombinovali základné interakcie, ale po ochladení pod kritickú teplotu nedošlo k separácii (to sa dá porovnať s podchladením vody). V tomto okamihu energia skalárneho poľa spojená so zjednotením prekročila teplotu vesmíru, ktorý dotoval pole podtlakom a spôsobil kozmologickú infláciu. Vesmír sa začal veľmi rýchlo rozširovať a v momente zlomenia symetrie (pri teplote asi 1028 K) sa jeho rozmery zväčšili 1050 krát. V tomto okamihu zmizlo aj skalárne pole spojené so zjednotením interakcií a jeho energia sa zmenila na ďalšie rozširovanie vesmíru.
Akonáhle sa energia objektu presne rovná nule, je známa bez akýchkoľvek pochybností, a preto môže byť doba jeho života nekonečne dlhá. Z tohto dôvodu sú dve nabité telá umiestnené vo veľmi veľkých vzdialenostiach navzájom priťahované alebo odpudzované. Interagujú prostredníctvom výmeny virtuálnych fotónov, ktoré sa vďaka svojej nulovej hmotnosti šíria na akúkoľvek vzdialenosť. Naopak, bozóny kalibračného vektora nesúce slabé interakcie kvôli svojej veľkej hmotnosti existujú iba asi 10-25 sekúnd, v dôsledku čoho majú tieto interakcie veľmi malý polomer.
Aký druh vesmíru, aj keď embryonálny, s nulovou energiou? Ako vysvetlil profesor Krauss pre Populárnu mechaniku, nie je o tom nič mystické: „Energia takéhoto vesmíru sa skladá z pozitívnej energie častíc a žiarenia (a možno aj skalárnych vákuových polí) a negatívnej potenciálnej energie gravitácie. Ich súčet sa môže rovnať nule - to umožňuje matematika. Je však veľmi dôležité, aby takáto energetická rovnováha bola možná iba v uzavretých svetoch, ktorých priestor má kladné zakrivenie. Plochý a ešte otvorenejší vesmír taký majetok nevlastní “.
K fázovému prechodu došlo vo vývoji vesmíru trikrát: pri teplote 10 až 28 stupňov K (veľké zjednotenie interakcií sa rozpadlo), 10 až 15 stupňov K (rozklad elektrospeakcie) a 10 až 12 stupňov K (kvarky sa začali spájať do hadrónov).
Zázraky inflácie
Čo sa stane, ak kvantové fluktuácie vákua spôsobia vznik virtuálneho vesmíru s nulovou energiou, ktorý vďaka kvantovým šanci získal nejaký čas na život a vývoj? Závisí to od jeho zloženia. Ak je vesmír vesmíru naplnený hmotou a žiarením, najprv sa rozšíri, dosiahne svoju maximálnu veľkosť a zrúti sa v gravitačnom zrútení, ktoré existovalo iba nepatrnú zlomok sekundy. Ďalšou vecou je, či sú v priestore skalárne polia, ktoré môžu spustiť proces inflačnej expanzie. Existujú scenáre, v ktorých táto expanzia nielen zabraňuje gravitačnému zrúteniu „bublinového“vesmíru, ale tiež ho premení na takmer plochý a neobmedzený svet. Čas jej života teda tiež nesmierne rastie - takmer do nekonečna. To znamená,malý virtuálny vesmír sa stáva skutočným - obrovským a dlhovekým. Aj keď je jeho vek konečný, môže výrazne prekročiť súčasný vek nášho vesmíru. Preto sa tu môžu objaviť hviezdy a zhluky hviezd, planéty a dokonca aj to, čo do pekla nie je vtip, inteligentný život. Plnohodnotný vesmír, ktorý vznikol doslova z ničoho - to sú zázraky, ktoré je inflácia schopná!
Alexey Levin