Hawkingovo krocení multiversa

na důvěryhodnější a potenciálně testovatelnou teorii.

Odborný časopis Journal of High Energy Physics zveřejnil článek podepsaný Stephenem Hawkingem, který 14. dubna zemřel ve věku 76 let. Se spoluautorem, profesorem Thomasem Hertogem z KU Leuven, tedy Katolické univerzity v belgické Lovani, v článku vysvětlují svoji představu o původu vesmíru, jež může pozměnit současné hypotézy o existenci tzv. multiversa - mnohočetných lokálních vesmírů uvnitř inflačního všehomíru. Oba významní vědci, opírajíc se o teorii strun, tvrdí, že vesmír je konečný a mnohem jednodušší, než jaký nabízejí některé současné teorie velkého třesku. Profesor Hertog, jehož práci podpořila Evropská rada pro výzkum, novou teorii již prezentoval na konferenci v Cambridgi v červenci loňského roku, u příležitosti 75. narozenin profesora Hawkinga.

Profesor Thomas Hertog a profesor Stephen Hawking, 27. 1. 2015 Kredit: KU Leuven

Současné teorie velkého třesku předpovídají, že náš vesmír se zrodil v procesu inflace - krátké, ale rychlostí enormní, exponenciální expanze následující po počátečním „Big Bangu“, tedy Velkému třesku – okamžiku vzniku času, prostoru a uvolnění obrovské energie. Zastánci multiversa mají za to, že jakmile k inflaci dojde, v některých oblastech se díky kvantovým jevům nikdy nezastaví, takže z globálního kosmického hlediska je věčná. Pozorovatelná část našeho vesmíru je vlastně jen šťastné, pohostinné zákoutí, v němž překotná inflace skončila, díky čemuž se mohly vytvořit hvězdy a galaxie. Náš „kapesní“ sub-vesmír, jakých může prý být doslova bezpočet.

"Teorie věčné inflace předpokládá, že z globálního hlediska je celý vesmír podobný nekonečnému fraktálu s mozaikou různých kapesných vesmírů oddělených rozpínajícím se oceánem," řekl v jednom z interview Hawking. "Místní zákony fyziky a chemie se mohou lišit od jednoho kapesního vesmíru k druhému, jež dohromady tvoří multiversum. Ale nikdy jsem nebyl jeho fanouškem. Jestliže je rozsah různých vesmírů v multiversu velmi velký, nebo dokonce nekonečný, teorii nelze testovat."

Ve svém novém článku Hawking a Hertog tvrdí, že tato koncepce věčné inflace jako teorie velkého třesku je chybná. "Problémem obvyklého popisu věčné inflace je to, že předpokládá existenci kosmického pozadí, které se vyvíjí podle Einsteinovy teorie obecné relativity a kvantové efekty vnímá jako malé fluktuace roztroušené v něm," vysvětluje Hertog. "Nicméně, dynamika věčné inflace smazává oddělení klasické fyziky od kvantové. V důsledku toho se Einsteinova teorie ve věčné inflaci rozplyne."

Hawking: "Předpovídáme, že náš vesmír je na tom největším měřítku poměrně hladký a celkově konečný. Takže to není fraktální struktura,".

Žijeme v jednom z mnoha vesmírů? Kredit: A. Linde

Teorie věčné inflace, kterou Hawking a Hertog předkládají, je založena na teorii strun, což je oblast teoretické fyziky, která se pokouší uvést v soulad gravitaci a obecnou relativitu s kvantovou fyzikou pomocí popisu základních složek vesmíru jako malých vibrujících strun. Autoři vychází z představy, že vesmír je velký, složitý hologram a fyzikální realita může být v určitých trojdimenzionálních prostorech matematicky zredukována do dvoudimenzionálních projekcí na plochu. Holografický koncept využili k odbourání časového rozměru věčné inflace. Tak ji mohli popsat, aniž by se museli spoléhat na teorii relativity. Nová teorie věčnou inflaci redukuje na bezčasový stav definovaný na povrchu prostoru na počátku času. "Když budeme sledovat vývoj našeho vesmíru pozpátku, v určitém okamžiku dospějeme k prahu věčné inflace, kde naše známé pojetí času ztratí jakýkoli význam," uvedl Hertog.

Hawkingova dřívější teorie eliminující hranice počítala s tím, že pokud se vrátíte v čase zpět k počátku vesmíru, ten se zmenší a uzavře jako koule (*). Nynější prací se od dřívějšího přesvědčení odklonil. "Teď tvrdíme, že v naší minulosti existuje hranice," uvedl Hertog. S Hawkingem vypracovali novou teorii ve snaze získat hodnověrnější představu o globální struktuře vesmíru. Předpověděli, že náš vesmír, který vyvstal z věčné inflace na tehdejší hranici, je konečný a mnohem jednodušší než nekonečná fraktální struktura předpovězená starší teorií. Pokud tyto výsledky potvrdí i další práce, výrazně to ovlivní představu o multiversu. "Nejdeme až k jednomu, jedinečnému vesmíru, ale naše poznatky významně snižují rozsah možných vesmírů multiversa," řekl Hawking. Díky tomu je nová teorie lépe testovatelná a její důsledky předvídatelnější.

Hertog je nyní hodlá studovat na menším vesmírném měřítku, v časoprostoru dosažitelném astronomickými dalekohledy. Je přesvědčen, že případné prvotní gravitační vlny – čeřiny v časoprostoru – tvořené na výstupu z věčné inflace, představují nejslibnější nepřímý důkaz pro testování správnosti modelu. V důsledku rozpínání našeho vesmíru od doby jeho vzniku by takové gravitační vlny měly mít velmi dlouhé vlnové délky přesahující rozsah současných detektorů LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Ale mohla by je zachytit plánovaná evropská eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) nebo odhalit budoucí přesnější měření kosmického mikrovlnného pozadí.

*Poznámka redakce: V tomto případě zapomeňme na lidskou představivost založenou na fyzikální realitě, v níž žijeme. V případě jednoho jedinečného vesmíru jeho rané stadium není v nějaké „prázdnotě“ pohozenou „kuličkou“, na kterou lze – teoreticky – nahlédnout zvenčí. Mimo vesmír jako celek neexistuje prostor a čas.

Článek je překladem mediální zprávy vydané britskou Cambridžskou universitou. Renomovanost zdroje žel nepřispěla k srozumitelnosti a pravděpodobně ani k přesnosti textu. Volně dostupný je i (pro laika těžko stravitelný) originální odborný článek (S. W. Hawking, Thomas Hertog. A smooth exit from eternal inflation? Journal of High Energy Physics, 2018; 2018 (4) DOI: 10.1007/JHEP04(2018)147)