Co se stalo před Velkým třeskem?  
Nafoukla čerstvě zrozený vesmír kosmologická inflace? Anebo se dávná minulost vesmíru odehrála podle některé z alternativních teorií? Astrofyzici navrhují pátrat po signálech standardních hodin prvotního vesmíru.

Signály standardních hodin prvotního vesmíru v různých teoriích. Kredit: CfA/Zhong-Zhi Xianyu, Xingang Chen, Avi Loeb.
Signály standardních hodin prvotního vesmíru v různých teoriích. Kredit: CfA/Zhong-Zhi Xianyu, Xingang Chen, Avi Loeb.

Většina kosmologů se shodne na tom, že bezprostředně po Velkém třesku, tedy naprosto mizivý zlomek sekundy po Velkém třesku, došlo k nesmírně krátkému a nesmírně intenzivnímu nafouknutí vesmíru. Říká se tomu kosmologická inflace a vědci tímto fenoménem vysvětlují neobvyklou homogenitu dnešního vesmíru. Právě díky inflaci je vesmír, takový jaký je, tedy ve velkém měřítku homogenní a izotropní, což je samo o sobě dost překvapivé, vzhledem k fyzice Velkého třesku.

 

Xingang Chen. Kredit: Harvadr University.
Xingang Chen. Kredit: Harvadr University.

Jenomže s kosmologickou inflací je problém. Neznáme mechanismus, který by měl takové nafouknutí vesmíru spustit, ani mechanismus, který by ho potom zastavil. Teorie inflace občas čelí kritice a musí se vyrovnávat s neshodami vůči pozorováním. A jak to v podobných případech bývá, existují i alternativní teorie, které se bez inflace obejdou. Některé z těchto alternativ počítají s tím, že existoval vesmír před Velkým třeskem, který se smršťoval až do takzvaného Velkého odrazu (Big Bounce).

 

Další problémem inflace, kvůli kterému ji někteří fyzici bytostně nesnášejí, je její „gumovost“. Obrazně řečeno, pochopitelně. Žádoucí vlastností vědeckých hypotéz je jejich vyvratitelnost. Jinými slovy, měly by nabídnout „tvrdé“ předpovědi, které se buď zamítnou anebo nezamítnou. Podle toho pak příslušná hypotéza obstojí. Jenomže hypotézy kolem kosmologických událostí starých miliardy let se obecně špatně vyvracejí. A kosmologická inflace navíc projevuje velkou „přizpůsobivost“ díky které se vyrovnává s novými pozorováními a objevy. Kvůli tomu je ale velmi obtížné ji zkoušet vyvracet.

Avi Loeb. Kredit: Aviloeb / Wikimedia Commons.
Avi Loeb. Kredit: Aviloeb / Wikimedia Commons.


Jak si stěžuje slavný fyzik Avi Loeb z centra Center for Astrophysics / Harvard & Smithsonian (CfA), kosmologická inflace je v současné době ještě flexibilnější, než slečna z reklamy na půjčky. Podle Loeba je zřejmě úplně jedno, co kdo kde změří nebo pozoruje. Některý z inflačních modelů to vždycky v pohodě vysvětlí.
Ale ani inflace není všemocná. Xingang Chen, taktéž z centra CfA, a jeho kolegové, mezi nimi je i Avi Loeb, navrhli nový a slibný experimentální test pro kosmologickou inflaci. Výsledek tohoto testu by měl osvětlit záhadu toho, co bylo před Velkým třeskem. Jejich výzkum brzy zveřejní časopis Physical Review Letters, jako článek doporučený redakcí.

 

Chenův test se zaměřuje na vývoj velikosti původního vesmíru. Podle inflace se rozpínal, podle jiných teorií se zase před Velkým třeskem smršťoval a to buď pomaleji, nebo rychleji. Badatelé přitom využili takzvané standardní hodiny prvotního vesmíru (primordial standard clock). To jsou těžké elementární částice z prvotního vesmíru, které by měly existovat v každé z alternativních teorií a zároveň by měly oscilovat na pravidelné frekvenci, jako když tikají hodiny.

SPHEREx. Kredit: NASA / JPL.
SPHEREx. Kredit: NASA / JPL.


Badatelé jsou přesvědčeni, že tikání těchto standardních hodin prvotního vesmíru se otisklo do struktury původních velmi jemných nepravidelností mladičkého vesmíru, z nichž se za miliardy let vývoje stala struktura vesmíru na těch největších měřítcích. Vtip je v tom, že různé teorie o vývoji prvotního vesmíru předpovídají různé signály zmíněných standardních hodin.


Chen a spol. spočítali, jak by měly vypadat signály standardních hodin prvotního vesmíru v neinflačních teoriích vývoje prvotního vesmíru. Zároveň doporučují, jak je hledat v pozorováních vesmíru. Pokud by se například podařilo objevit signály odpovídající smršťujícímu se vesmíru, tak by to podle autorů studie mohlo skoncovat s celou kosmologickou inflací.

 

Zmíněné signály mohou být objeveny v různých souborech dat, počínaje reliktním mikrovlnným zářením vesmíru, až po uspořádání galaxií ve vesmíru. S hledáním prý můžeme začít už teď, ale dostatečné množství dat by měly přinést až přístroje nové generace, jako bude americký pozemní Velký celooblohový dalekohled LSST nebo infračervené vesmírné teleskopy, jako evropský Euclid nebo americký SPHEREx.

Video:  ITC Luncheon October 29, 2015.


Literatura

Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 25. 3. 2019, arXiv:1809.02603.

Datum: 28.03.2019
Tisk článku

Jak postavit vesmír - Od velkého třesku po konec vesmíru - Gilliland Ben
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 319 Kč
Jak postavit vesmír - Od velkého třesku po konec vesmíru
Gilliland Ben
Související články:

Prošel náš vesmír perfektním kosmologickým Velkým odrazem?     Autor: Stanislav Mihulka (13.07.2016)
Jsou na obloze stopy předcházejících vesmírů?     Autor: Stanislav Mihulka (16.08.2018)
Na počátku byl Velký třesk a pak inflace. Ale jak to ověřit?     Autor: Stanislav Mihulka (29.09.2018)



Diskuze:

Tvrdil jsem zde na oslu pod jiným nickem

Karel Ralský,2019-03-30 20:20:10

dávno před Hawkinem(před mnoha lety) že se informace v černé díře "spíše to nazvěme singularitou(přechodem do jiné časové či rozměrové dimenze)" neztratí, tedy ani částečná informace o růstu takže k vývinu v náš vesmír, možná "živý" mohl trvat téměř neomezeně dlouho, od neřízeného"relativně rychlého( desítky či stovky miliónů let) pádu energie" k prodlouženému s výrobou hmoty, gravitace, hmotě která poznala sama sebe(život podle člověka) a
druhotných černých singularit, k téměř nepostřehnutelnému plynutí do atraktoru v našem vesmíru.

Odpovědět

Jak jsem psal již dříve

Karel Ralský,2019-03-29 22:46:53

jako laik píši že se bude snižovat "váha" a "zvyšovat kmitočet hypotetické frekvence" ale ne proto že byl velký třesk ale proto že se "řítíme ve spirále" k okraji horizontu událostí zatím 13 miliard let.
Hmota se chová, jako by byla živá(třeba rostlina) a vytváří nejen hmotu, ale i prostor s efektem těžkých hvězd a
druhotných černých děr tím, že se mírně vrací v čase vytvářející gravitaci(atomy s obíhajícími částicemi ale i hmotou okolo sebe planety hvězdy)
aby tak zabránila nevyhnutelnému pádu do atraktoru.
Vesmír je tak vyvážený proto, že jiný by dávno zanikl protože neroste podle jistého algoritmu růstu, jako náš vesmír.

Odpovědět

Nějak mi ten čas nesedí

Jan Lomikel,2019-03-28 19:12:18

nejsem fyzik zrovna brilantní. Jenže "čas před Velkým třeskem" je podle mne nesmysl. Počátek času je totožný z prvním okamžikem VT. Před VT čas neexistoval.Stejně jako bychom se ptali jak se bude chovat nějaká látka při teplotě dejme tomu -400°C - taková teplota nexistuje.Nebo: Jak se bude chovat chroust poletí-li dvojnásobnou rychlostí světla. Samozřejmě nebude, nesmysl, taková rychlost taky neexistuje. Ale ten čaa by to chtělo uvést v nějaký soulad se zákony fyzikálními. Nebo začneme dělit nulou a skončíme v Bohnicích.

Odpovědět


Re: Nějak mi ten čas nesedí

Jiri Naxera,2019-03-28 20:50:31

Opatrně s těmi kategorickými tvrzeními. :-)
Současné fyzika popisuje Vesmír nějakej ten zlomek sekundy po BB a dál, nemá dost dat, ale dokázala by popsat i tu inflaci jestli byla (otázkou je jestli správně) - to jsme někde na 10^-35s, ale naprosto se vyhroutí až kolem Planckova času (tak 10^46s po BB *)). Mezitím se mohlo ale nemuselo udát spousta událostí, pokud ano, spoustu by určitě šlo popsat, ale ten Planckův čas je natvrdo problém.

Co se dělo před ním, jestli byl BB, případně jestli vůbec existoval čas a prostor je jiná otázka, na kterou by měla dát odpověď (zatím neexistující) teorie kvantová gravitace.
Bez ní opravdu nelze tvrdit nic, ani to co říkáte Vy, ani pravý opak. Prostě nevíme.

*) čas po BB rozumějte jako čas od té chvíle, do které pokud bychom extrapolovali stávající fyziku, tak by v té chvíli byl Vesmír bodový.

Odpovědět


Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Palo Fifunčík,2019-03-29 07:44:37

Keď je reč o BB , väčšinou sa popisuje ako vzniká zo superhustej " praformy " začiatku hmoty , lokalizovanej do solitárneho "bodu" . V tejto suvislosti špekulujem nad velkosťou tohto bodu . Ja som sa zatial nedočítal o tom , ako rozsiahly by tento superhustý začiatok mohol byť ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Peter Somatz,2019-03-29 11:27:03

Singularita podla VTR nema rozmer, teda je to nekonecne maly bod.
Co ma zase do cinenia s nasou skvelou matematikou, kde sme sa
rozhodli zaviest realne resp. komplexne cisla,
kde ked nejaky fyzik povie, ze podla neho je najmensie mozne
"fyzikalne" cislo napr. 10e-35, tak matematik mu povie ze ale ved 10e-36
je este 10x mensie, a tak dookola. Problem je, ze papier to znesie,
ved na tom je zalozena matematicka analyza, ale priroda za nasou
hrubou abstrakciou nestiha a tak pri urcitych hraniciach "meni"
kvalitu/fyzikalne zakony, co pre nas znamena vymysliet novu teoriu.

Cim hlbsie sa clovek nori do mikrosveta, tym su veci zlozitejsie
a je dost pravdepodobne, ze s aktualnou matematikou si nevystacime.
Toto je pekna stranka: https://scaleofuniverse.com/
Pri 10e-16 uz su dlzky nepotvrdene. Medzi 10e-24 (neutrino) a 10e-35
je 11 radov, kde akoze nic nie je. Ale tipol by som si, ze tam urcite
nieco "zije", len netusime co. Mozno prave superhuste "ciernodierove atomy",
alebo este mensie "vesmirne atomy" vzniknuvsie ako dosledok novej kvality pri extremnych gravitaciach.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Palo Fifunčík,2019-03-29 12:59:13

To že singularita rozmer nemá , je možno diskutabilné v tom , že napríklad u čiernej diery môže byť táto singularita práve ohraničená priestorom za /alebo pod?/ horizontom udalostí ? Pozoruhodné na prvotnej singularite BB je práve to , že z miesta , kde sa nedá použiť alebo či definovať nejaká platnosť nám známeho fyzikálneho zákona /zákonov/ sa s plynutím času toto udeje ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

František Dobrota,2019-03-29 17:50:23

Když nemá rozměr nemůže být nekonečně malá. Není ani velká ani malá - prostě nemá rozměr.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Pavel Hudecek,2019-03-29 20:53:45

Žádný fyzik nepoví nic o nejmenším možném čísle. Číslo může být jakékoli. Jakmile ale k němu dáme jednotku, tak se limity začnou objevovat. Ve Vašem případě je tou jednotkou metr. Kdyby to byl palec, budou odpovídající čísla asi 40x větší, s mílí budou naopak poněkud menší.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Jiri Naxera,2019-03-30 10:47:12

Matematika s tím problém nemá žádný, problém má fyzika, v tom že se v té oblasti špatně experimentuje a nikdo neví jakým směrem za SM/OTR se vydat,případně jak nějakou novou teorii ověřit.
Jinak omezení rozměrů není v tom, že nic menšího není. Vzpomeňte na Heisenbergovy relace neurčitosti a něco podobného aplikujte na souřadnice - a jste u nekomutativní geometrie. Nebo prostě vemte nějaký rozměr, spočítejte energii jakou se na něj musíte koukat, když je to kráva jako letadlo, stačí metrové radiové vlny, u buněk už potřebujete viditelné světlo, a u Planckovy škály zjistíte, že potřebujete alepoň Planckovu energii abyste viděl dostatečné detaily. No a když jí dosáhnete, tak vám v tom místě vznikne černá mikrodíra která celé měření zničí - proto se říká že podle současných znalostí nic pod Planckovou škálou není.

ad jiná teorie, ono je to spíš limitní případ. Neexistující teorie QG/ToE platí pro všechno. Když je to dost málo zakřivené, pak je to buď velké a těžké a platí tam OTR, nebo je to malé a pak tam platí SM.
Pak když je to velké a málo těžké, tak z OTR vypadne klasická Newtonova teorie gravitace.
Když je to ne úplně malé, tak z kvantového SM vypadne klasická mechanika, elektromagnetismus apod. prostě ta fyzika co se učí na střední.

Odpovědět


Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Pavel Hudecek,2019-03-29 21:01:24

Když je v nějaké fyzikální teorii takovýto "bod", nebo-li singularita, tak to neznamená, že to tak je, ale jen že zatím neznáme mechanizmus, který tu velikost limituje. Každý soudný fyzik tedy singularitu interpretuje jako "je to malé, ale vůbec nevíme, jak moc malé".

Odpovědět


Re: Re: Re: Nějak mi ten čas nesedí

Jiri Naxera,2019-03-30 10:26:56

Protože, jak píšu,je to je extrapolace teorií které známe do oblasti, kde matematicky víme, že nemohou v té podobě platit, takže cokoli se o téhle oblasti dočtete je jen spekulace.

Odpovědět


Re: Nějak mi ten čas nesedí

Pavel Hudecek,2019-03-29 15:59:51

První verze BB předpokládá počátek času na počátku rozpínání. Této verze se důsledně drží věřící astronomové (u nás např. Grygar). Ostatní (u nás např. Kulhánek) už dost dávno dávají přednost verzím s PBB (pre-big-bang) fází, která probíhala před tímto okamžikem a tyto verze nic jako počátek času neobsahují.

Odpovědět


Re: Nějak mi ten čas nesedí

John Mccain,2019-04-10 15:53:30

Protože BB je nesmysl jak Brno :)) Je to absolutní sci-fi pohádka kterou věda nemá a ani nemůže mít nějak podloženou. Vznik Vesmíru jednoduše nedokáží vysvětlit tak plácnou cokoliv protože to stejně nemůže nikdo vyvrátit. Na počátku neexistoval žádný malý nebo velký "bod" nebo "kulička" nebo jakákoliv hmotná forma jednoduše proto, protože čas i prostor je definován hmotou samotnou! Tudíž nic hmotného před stvořením Vesmíru nemohlo existovat někde a někdy. Jediná možnost je, že Vesmír (tj. časoprostor) který je definován "hmotou" je úplně něco jiného než si myslíme. Protože samotná "hmota" je něco uplně jiného než si většina materialistických vědců myslí ;))

Odpovědět

falzifikovatelnost?

Petr Petr,2019-03-28 07:52:50

Když si človék zagooglí, tak už to (parakticky sám) ten Chen prosazuje od roku 2011.
https://www.ast.cam.ac.uk/sites/default/files/talk_archive/StandardClocks_140521_Cambridge_IoA.pdf
Nejsem si ale jist, zda to pomůže s falzifikovatelností inflační teorie, jak píší
https://arxiv.org/pdf/1809.02603.pdf

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace