Filozofové diskutovali o povaze „nicoty“, „nic“, „nic“, „prázdnoty“tisíce let, ale co o tom může moderní věda říci? Na tuto otázku odpoví Martin Rees, astronom Královské společnosti a profesor Emeritus kosmetologie a astrofyziky na University of Cambridge. Vysvětluje, že když fyzici diskutují o „nic“, znamená to prázdný prostor (vakuum). Může to vypadat docela obyčejně, ale experimenty ukazují, že prázdný prostor není opravdu prázdný - obsahuje tajemnou energii, která nám může říci něco o osudu vesmíru.
Rozhovor s Martinem Reesem představený časopisem The Conversation.
Není prázdný prostor stejný jako nic?
Prázdný prostor se nám nezdá jako nic. Analogicky se voda může zdát rybám „nic“- je to voda, která zůstává, když odstraníte všechno ostatní, co se vznáší v moři. Stejně tak se v praxi ukazuje, že prázdný prostor je docela obtížný.
Víme, že vesmír je velmi prázdný. Průměrná hustota prostoru je asi jeden atom na každých deset metrů krychlových - prostředí je mnohem vzácnější než jakékoli vakuum, které můžeme na Zemi dostat. Ale i se odstraněnou veškerou hmotou má vesmír určitou pružnost, která (jak bylo nedávno potvrzeno) umožňuje šířit se gravitačními vlnami - vlnkami samotného prostoru. Navíc jsme se dozvěděli, že v samotném prázdném prostoru existuje exotická forma energie.
Nejprve jsme se o této vakuové energii dozvěděli ve 20. století s příchodem kvantové mechaniky, která vysvětluje chování atomů a částic v nejmenším měřítku. Z toho vyplývá, že prázdný prostor sestává z pole fluktuací v pozadí energie - což dává vlnám a virtuálním částicím život, nyní a poté se objevují a mizí do ničeho. Mohou dokonce vytvořit malou sílu. Ale co bílé místo ve velkém měřítku?
Skutečnost, že prázdný prostor vytváří rozsáhlou sílu, byla objevena před 20 lety. Astronomové zjistili, že expanze vesmíru se zrychluje. To bylo překvapení. Expanze byla známa více než 50 let, ale všichni si mysleli, že se expanze zpomalí v důsledku gravitačního tahu, který na sebe vyvíjejí galaxie a další struktury. Pro každého tedy bylo velkým překvapením, že zpomalení způsobené gravitací bylo kompenzováno něčím, co „tlačilo“expanzi. Ukázalo se, že v samotném prázdném prostoru existuje energie, která vytváří jakýsi odpor, který převáží přitažlivost gravitace na těchto velkých měřítcích. Tento jev - temná energie - je nejneuvěřitelnějším projevem skutečnosti, že prázdný prostor není pomačkaný nebo prázdný. Dále,tato skutečnost určuje další osud našeho vesmíru.
Propagační video:
Existuje limit toho, co se můžeme naučit? V měřítku bilionů bilionůkrát menších než atom mohou kvantové výkyvy v časoprostoru způsobit nejen virtuální částice, ale také virtuální černé díry. To je v mezích, které nemůžeme pozorovat a pochopit, které, alespoň hypoteticky, musíme kombinovat teorii gravitace s kvantovou mechanikou - a to je neuvěřitelně obtížné.
Tomu musí rozumět několik teorií, z nichž nejslavnější je teorie strun. Ale žádná z těchto teorií dosud nesouvisí se skutečným světem - takže jsou stále neopodstatnění. Myslím, že téměř každý pozná, že prostor sám o sobě má složitou strukturu v malém měřítku, kde se setkávají gravitační a kvantové efekty.
Víme, že náš vesmír má tři prostorové rozměry: můžete se pohybovat doleva a doprava, dopředu a dozadu, nahoru a dolů. Čas je jako čtvrtá dimenze. Existuje však silné podezření, že pokud zvětšíte malý bod v prostoru, dokud neucítíte tento malý rozsah, zjistíte, že to bude hustě komprimovaný origami z pěti dalších dimenzí, které nevidíme. Jako byste se z dálky dívali na hadici a mysleli si, že je to jen čára. Když se přiblížíte, uvidíte, že jedna dimenze je v podstatě tři. Teorie strun zahrnuje komplexní matematiku - stejně jako konkurenční teorie. Ale to je přesně teorie, kterou potřebujeme, pokud chceme pochopit na nejhlubší úrovni nejblíže prázdnotě, kterou si lze představit: zřejmě prázdný prostor.
Jak můžeme v našem současném chápání vysvětlit, že celý náš vesmír se z ničeho nerozšiřuje? Mohlo to opravdu začít malým kolísáním energie vakua?
Některé záhadné přechody nebo výkyvy by mohly náhle vést k tomu, že část prostoru se začala rozšiřovat, jak někteří teoretici věří. Kolísání, které je vlastní kvantové teorii, by mohlo otřást celým vesmírem, kdyby bylo stlačeno do dostatečně malých měřítek. To se mělo stát asi za 10 (do -44) sekund - to je Planckův čas. Na těchto stupnicích jsou čas a prostor vzájemně propojeny, takže myšlenka tikání hodin nedává smysl. Můžeme extrapolovat náš vesmír s vysokou mírou jistoty zpět do nanosekundy as velkou pravděpodobností se vrátíme blíže k Planckovu času. Ale poté už naše odhady již nejsou platné - fyzika v tomto měřítku je nahrazena jinou, složitější teorií.
Pokud by to mohlo být tak, že fluktuace v nějaké náhodné části prázdného prostoru dala životu vesmír, proč se nemůže totéž stát s jinou částí prázdného prostoru - a dát život paralelním vesmírům v nekonečném multivesmíru?
Myšlenka, že náš Velký třesk není jediný a že to, co vidíme skrz naše dalekohledy, je malý kus fyzické reality, je mezi fyziky docela oblíbená. A existuje mnoho verzí cyklického vesmíru. Jen před 50 lety se objevily silné důkazy o tom, že se Velký třesk dokonce stal. Od té doby však existují spekulace, že by mohl být pouze epizodou v cyklickém vesmíru. Existuje také tendence pochopit, že fyzická realita je mnohem větší než objem prostoru a času, který můžeme cítit, a to iu nejsilnějších dalekohledů.
Nemáme tedy ponětí, jestli tam byl jeden Velký třesk nebo jich bylo mnoho - existují scénáře, které předpovídají mnoho Velkých třesků a scénáře, které předpovídají jeden. Myslím, že bychom je měli všechny studovat.
Jaký je konec vesmíru?
Nejjednodušší předpovědí pro vzdálenou budoucnost je to, že vesmír se bude dále rozšiřovat rychleji a rychleji, bude chladnější a prázdnější. Částice v něm se mohou rozpadat a nekonečně se rozpustí v prázdnotě. Můžeme se ocitnout v obrovském prostoru, ale bude ještě prázdnější, než je nyní. Toto je jeden ze scénářů. Existují jiní, kteří předpovídají „obrácení“směru temné energie, od odporu k přitažlivosti, v důsledku čehož budeme stlačeni do hustého bodu.
Existuje také Roger Penroseova myšlenka, že vesmír se bude i nadále rozšiřovat a bude se stále více zředit, ale nějak - pokud v něm není nic kromě fotonů, částic světla - objekty v něm budou rekalibrovány a prostor se nějakým způsobem stane generátorem nového Velkého třesku … Bude to velmi exotická verze starého cyklického vesmíru - ale prosím, neptejte se mě, abych vysvětlil Penroseovy myšlenky.
Jak jste si jisti, že věda jednoho dne odhalí tajemství toho, co to „nic“není? I kdybychom dokázali, že vesmír vznikl podivnou fluktuací ve vakuovém poli, neměli bychom se ptát, odkud toto vakuové pole pochází?
Věda se snaží poskytnout odpovědi, ale pokaždé, když je najdeme, vyvstávají nové otázky - nikdy nebudeme mít úplný obraz. Když jsem začal dělat výzkum na konci šedesátých let, existovaly pochybnosti o tom, že existuje vůbec velký třesk. Nyní již není pochyb a můžeme s přesností asi 2% říci, že vesmír byl stejný po 13,8 miliard let, až do první nanosekundy. To je velký pokrok. Je směšně optimistické věřit, že v příštích 50 letech vyřešíme obtížné otázky toho, co se děje v kvantové nebo „inflační“éře.
Ale samozřejmě vyvstává další otázka: kolik vědy bude lidskému mozku pochopitelné? Je možné, že matematika strunné teorie je v jistém smyslu správným popisem reality, ale nikdy ji nedokážeme pochopit natolik dobře, abychom ji mohli otestovat proti jakémukoli skutečnému pozorování. Možná budeme muset počkat, až se objeví někteří lidé, abychom získali lepší porozumění.
Ilya Khel