Filozofi diskutovali o podstate „ničoty“, „ničho“, „ničho“, „prázdnoty“už tisíce rokov, ale čo o tom môže moderná veda povedať? Na túto otázku odpovie Martin Rees, astronóm Kráľovskej spoločnosti a profesor Emeritus kozmológie a astrofyziky na University of Cambridge. Vysvetľuje, že keď fyzici diskutujú o „niči“, znamená to prázdny priestor (vákuum). Môže sa to zdať celkom bežné, ale experimenty ukazujú, že prázdny priestor nie je naozaj prázdny - obsahuje tajomnú energiu, ktorá nám môže povedať niečo o osude vesmíru.
Rozhovor s Martinom Reesom v časopise The Conversation.
Nie je prázdny priestor rovnaký ako nič?
Prázdny priestor sa nám nezdá byť ničím. Analogicky sa voda môže javiť ako „nič“pre ryby - je to voda, ktorá zostane, keď odstránite všetko, čo pláva v mori. Rovnakým spôsobom sa v praxi ukazuje, že je prázdny priestor dosť zložitý.
Vieme, že vesmír je veľmi prázdny. Priemerná hustota priestoru je asi jeden atóm na každých desať metrov kubických - prostredie je omnoho zriedkavejšie ako akékoľvek vákuum, ktoré môžeme dosiahnuť na Zemi. Ale aj pri odstránení všetkej hmoty má vesmír určitú elasticitu, ktorá (ako sa nedávno potvrdilo) umožňuje šíriť sa cez neho gravitačné vlny - vlnky samotného priestoru. Okrem toho sme sa dozvedeli, že v samotnom prázdnom priestore existuje exotická forma energie.
O tejto vákuovej energii sme sa prvýkrát dozvedeli v 20. storočí s príchodom kvantovej mechaniky, ktorá vysvetľuje chovanie atómov a častíc v najmenšom meradle. Z toho vyplýva, že prázdny priestor pozostáva z poľa kolísania energie pozadia - čo dáva vlnám a virtuálnym časticiam život a teraz sa objavujú a miznú v ničom. Môžu dokonca vytvoriť malú silu. Ale čo biely priestor vo veľkom meradle?
Skutočnosť, že prázdny priestor vytvára veľké sily, bola objavená pred 20 rokmi. Astronómovia zistili, že rozširovanie vesmíru sa zrýchľuje. To bolo prekvapenie. Expanzia bola známa už viac ako 50 rokov, ale všetci si mysleli, že expanzia sa spomalí v dôsledku gravitačného ťahu, ktorý na seba vyvíjajú galaxie a iné štruktúry. Pre všetkých bolo preto veľkým prekvapením, že spomalenie v dôsledku gravitácie bolo kompenzované niečím, čo „tlačilo“expanziu. Ukázalo sa, že v samotnom prázdnom priestore existuje energia, ktorá vytvára druh odporu, ktorý preváži príťažlivosť gravitácie na týchto veľkých mierkach. Tento jav - temná energia - je najneuveriteľnejším prejavom skutočnosti, že prázdny priestor nie je pokrčený alebo prázdny. ďalejtáto skutočnosť určuje ďalší osud nášho vesmíru.
Propagačné video:
Existuje limit toho, čo sa môžeme naučiť? Na stupnici biliónov biliónov krát menšej ako atóm môžu kvantové fluktuácie v časopriestore spôsobiť vznik nielen virtuálnych častíc, ale aj virtuálnych čiernych dier. To je v medziach, ktoré nevieme pozorovať a pochopiť, ktoré, aspoň hypoteticky, musíme kombinovať teóriu gravitácie s kvantovou mechanikou - a to je neuveriteľne ťažké.
Tomu musí porozumieť niekoľko teórií, z ktorých najslávnejšia je teória strún. Ale žiadna z týchto teórií ešte nesúvisí so skutočným svetom - takže sú stále neopodstatnené. Myslím si, že takmer každý uzná, že samotný priestor má komplexnú štruktúru v malom rozsahu, kde sa stretávajú gravitačné a kvantové účinky.
Vieme, že náš vesmír má tri priestorové rozmery: môžete sa pohybovať doľava a doprava, dopredu a dozadu, hore a dole. Čas je ako štvrtá dimenzia. Existuje však silné podozrenie, že ak priblížite malý bod v priestore, kým nebudete mať pocit, že tento malý rozsah, zistíte, že to bude husto komprimovaný origami z piatich ďalších rozmerov, ktoré nevidíme. Ako keby ste sa pozerali na hadicu z diaľky a mysleli ste si, že to bola iba línia. Pri približovaní by ste videli, že jedna dimenzia je v podstate tri. Teória strún zahŕňa zložitú matematiku - rovnako ako konkurenčné teórie. Ale to je presne teória, ktorú potrebujeme, ak chceme pochopiť na najhlbšej úrovni čo najbližšie k prázdnote, ktorú si vieme predstaviť: samozrejme prázdny priestor.
Ako môžeme v súčasnom chápaní vysvetliť, že celý náš vesmír sa z ničoho nič nerozširuje? Mohlo by to skutočne začať malým kolísaním energie vákua?
Niektoré záhadné prechody alebo fluktuácie môžu náhle viesť k tomu, že časť priestoru sa začala rozširovať, ako niektorí teoretici veria. Výkyvy obsiahnuté v kvantovej teórii by mohli triasť celým vesmírom, keby boli stlačené do dostatočne malých mierok. To sa malo stať asi za 10 (do -44) sekúnd - toto je Planckov čas. Na týchto mierkach sú čas a priestor vzájomne prepojené, takže myšlienka tikajúcich hodín nemá zmysel. Môžeme extrapolovať náš vesmír s vysokou mierou istoty späť do nanosekundy as vysokou pravdepodobnosťou sa vrátime bližšie k Planckovmu času. Ale potom naše odhady už nie sú platné - fyzika v tomto rozsahu je nahradená inou, zložitejšou teóriou.
Ak by to mohlo byť tak, že kolísanie v nejakej náhodnej časti prázdneho priestoru dalo životu vesmír, prečo sa to isté nemôže stať inej časti prázdneho priestoru - a dať život paralelným vesmírom v nekonečnom mnohovrstevné?
Myšlienka, že náš Veľký tresk nie je jediný a že to, čo vidíme prostredníctvom našich ďalekohľadov, je malý kúsok fyzickej reality, je medzi fyzikmi celkom populárna. A existuje mnoho verzií cyklického vesmíru. Len pred 50 rokmi sa objavili silné dôkazy o tom, že sa Veľký tresk dokonca stal. Odvtedy však existujú špekulácie, že by mohol byť iba epizódou v cyklickom vesmíre. Existuje tiež tendencia pochopiť, že fyzická realita je oveľa väčšia ako objem priestoru a času, ktorý môžeme cítiť, a to ani pri najsilnejších ďalekohľadoch.
Preto nevieme, či tam bol jeden Veľký tresk alebo ich bolo veľa - existujú scenáre, ktoré predpovedajú veľa Veľký tresk a scenáre, ktoré jeden predpovedajú. Myslím, že by sme si ich mali všetky preštudovať.
Aký je koniec vesmíru?
Najjednoduchšou predpoveďou pre vzdialenú budúcnosť je to, že vesmír sa bude rozširovať rýchlejšie a rýchlejšie, čím bude chladnejší a bude prázdnejší. Častice v ňom sa môžu rozpadnúť a nekonečne sa rozpúšťajú v prázdnote. Môžeme sa ocitnúť v obrovskom objeme priestoru, ale bude ešte viac prázdny ako teraz. Toto je jeden zo scenárov. Existujú iní, ktorí predpovedajú „zvrátenie“smeru temnej energie, od odporu k príťažlivosti, v dôsledku čoho budeme skomprimovaní do hustého bodu.
Existuje tiež Roger Penroseova myšlienka, že vesmír sa bude naďalej rozširovať a bude sa stále viac riediť, ale ak nejako obsahuje fotóny, častice svetla, objekty v ňom sa prekalibrujú a priestor sa nejakým spôsobom stane generátorom nového Veľkého tresku. … Bude to veľmi exotická verzia starého cyklického vesmíru - ale nepýtajte sa ma, prosím, na vysvetlenie Penroseových myšlienok.
Ako ste si istí, že veda jedného dňa odhalí tajomstvo toho, čo je toto „nič“? Aj keby sme dokázali, že vesmír vznikol z podivnej fluktuácie vo vákuovom poli, nemali by sme sa čudovať, odkiaľ toto vákuové pole pochádza?
Veda sa snaží poskytnúť odpovede, ale zakaždým, keď ich nájdeme, vyvstávajú nové otázky - nikdy nebudeme mať úplný obraz. Keď som začal robiť výskum koncom 60. rokov, existovali pochybnosti o tom, že existuje vôbec Veľký tresk. Teraz už niet pochýb a môžeme s presnosťou asi 2% povedať, že vesmír bol rovnaký 13,8 miliárd rokov až do prvej nanosekundy. Toto je veľký pokrok. Je smiešne optimistické veriť, že v najbližších 50 rokoch vyriešime ťažké otázky, čo sa deje v kvantovej alebo „inflačnej“ére.
Samozrejme však vyvstáva ďalšia otázka: koľko vedy bude ľudskému mozgu zrozumiteľné? Je možné, že matematika strunovej teórie je v istom zmysle správnym popisom reality, nikdy ju však nedokážeme dostatočne pochopiť, aby sme ju mohli otestovať proti akémukoľvek skutočnému pozorovaniu. Potom budeme možno musieť počkať, kým sa objavia niektorí ľudia, aby sme získali úplnejšie porozumenie.
Ilja Khel