Kolísání vakua může způsobit vytvoření virtuálních proto-vesmírů, které jsou za určitých podmínek schopny přejít z virtuálního stavu do skutečného.
Fyzici se již mnoho let pokoušejí vybudovat kvantovou teorii gravitace - zatím, bohužel, bez úspěchu. Téměř všichni souhlasí s tím, že taková teorie by měla kombinovat Einsteinovu relativistickou teorii gravitace s kvantovou mechanikou, což je velmi, velmi obtížný úkol.
Kvantová mechanika se všemi jejími paradoxy však popisuje vlastnosti objektů, které existují v nezakřiveném newtonovském prostoru. Budoucí teorie gravitace by měla rozšířit pravděpodobnostní kvantově-mechanické zákony na vlastnosti samotného prostoru (přesněji časoprostor), deformované podle rovnic obecné teorie relativity. Jak to provést pomocí přísných matematických výpočtů, nikdo zatím neví.
Studené narození
Cesty k takové unii však lze vymyslet na kvalitativní úrovni a zde se objevují velmi zajímavé vyhlídky. Jeden z nich považoval slavný kosmolog, profesor na arizonské univerzitě Lawrence Krauss ve své nedávno vydané knize „Vesmír od nic“(„Vesmír od ničeho“). Jeho hypotéza vypadá fantasticky, ale v žádném případě není v rozporu se zavedenými fyzikálními zákony.
Předpokládá se, že náš vesmír vznikl z velmi horkého počátečního stavu s teplotou řádově 1032 kelvinů. Je však možné si představit chladný zrození vesmírů z čistého vakua - přesněji z jeho kvantových výkyvů. Je dobře známo, že takové fluktuace vytvářejí velké množství virtuálních částic, které doslova nevznikly z ničeho a následně zmizely beze stopy. Podle Kraussa jsou fluktuace vakua v zásadě schopné vést ke stejně pomíjivým proto-vesmírům, které za určitých podmínek přecházejí z virtuálního stavu do skutečného.
Propagační video:
Vesmír bez energie
Co je potřeba? První a hlavní podmínkou je, že embryo budoucího vesmíru musí mít nulovou celkovou energii. V tomto případě to není nejen odsouzeno k téměř okamžitému zmizení, ale naopak může existovat po libovolně dlouhou dobu. Je to způsobeno tím, že podle kvantové mechaniky by součin nejistoty v energii objektu nejistotou v jeho životnosti neměl být menší než konečná hodnota - Planckova konstanta.
Oddělení základních interakcí v našem raném vesmíru mělo povahu fázového přechodu. Při velmi vysokých teplotách byly základní interakce kombinovány, ale při ochlazení pod kritickou teplotu nedošlo k separaci (to lze porovnat s podchlazením vody). V tu chvíli energie skalárního pole spojená se sjednocením překročila teplotu vesmíru, která dala poli podtlak a způsobila kosmologickou inflaci. Vesmír začal expandovat velmi rychle a v okamžiku porušení symetrie (při teplotě asi 1028 K) se jeho rozměry zvětšily 1050krát. V tuto chvíli také skalární pole spojené se sjednocením interakcí zmizelo a její energie byla přeměněna na další expanzi vesmíru.
Jakmile je energie objektu přísně rovna nule, je známa bez jakýchkoli nejasností, a proto může být doba jeho života nekonečně dlouhá. Z tohoto důvodu jsou dvě nabitá tělesa umístěná ve velmi velkých vzdálenostech přitahována nebo odpuzována jeden od druhého. Interagují prostřednictvím výměny virtuálních fotonů, které se díky své nulové hmotnosti šíří na jakoukoli vzdálenost. Naopak, bozony měřících vektorů nesoucí slabé interakce, kvůli jejich velké hmotnosti, existují pouze asi 10-25 sekund, v důsledku čehož tyto interakce mají velmi malý poloměr.
Jaký druh vesmíru, byť embryonální, s nulovou energií? Jak profesor Krauss vysvětlil Populární mechanice, není o tom nic mystického: „Energie takového vesmíru sestává z pozitivní energie částic a záření (a možná také skalárních vakuových polí) a negativní potenciální energie gravitace. Jejich součet se může rovnat nule - matematika to umožňuje. Je však velmi důležité, aby taková energetická bilance byla možná pouze v uzavřených světech, jejichž prostor má pozitivní zakřivení. Plochý a ještě otevřenější vesmír takový majetek nevlastní “.
K fázovému přechodu došlo ve vývoji vesmíru třikrát: při teplotě 10 až 28 stupňů K (velké sjednocení interakcí se rozpadlo), 10 až 15 stupňů K (rozklad elektrospeakční interakce) a 10 až 12 stupňů K (kvarky se začaly sjednocovat do hadronů).
Zázraky inflace
Co se stane, pokud kvantové fluktuace vakua způsobí vznik virtuálního vesmíru s nulovou energií, který kvůli kvantovým šancím získal nějaký čas na život a vývoj? Závisí to na jeho složení. Pokud je vesmír vesmíru naplněn hmotou a zářením, nejprve se rozšíří, dosáhne své maximální velikosti a zhroucení v gravitačním kolapsu, který existoval jen nepatrný zlomek sekundy. Další věcí je, zda jsou v prostoru skalární pole, která mohou spustit proces inflační expanze. Existují scénáře, ve kterých tato expanze nejen zabrání gravitačnímu zhroucení vesmíru „bublin“, ale také jej změní v téměř plochý a neomezený svět. Čas jejího života tedy také nesmírně roste - téměř do nekonečna. Tím pádem,malý virtuální vesmír se stává skutečným - obrovským a dlouhověkým. I když je jeho věk konečný, může výrazně překročit současný věk našeho vesmíru. Proto se zde mohou objevit hvězdy a hvězdokupy, planety a dokonce i to, co sakra není legrace, inteligentní život. Plnohodnotný vesmír, který vznikl doslova z ničeho - to jsou zázraky, které je inflace schopna!
Alexey Levin