VZNIK VESMÍRU

VELKÝ TŘESK

Jistě znáte termín "Velký třesk", který se vyskytuje snad v každém populárně-naučném článku o vesmíru. Toto slovní spojení navozuje pocit gigantického výbuchu po kterém se objevily hvězdy a planety... Takové tvrzení není pravdivé a samotný termín se v astronomii a fyzice prakticky nepoužívá. Ve čtyřicátých letech minulého století přišel americký fyzik G.Gamow s domněnkou o časovém počátku vesmíru, tedy s naprosto novátorskou myšlenkou, která vyvracela dosavadní představy o statickém vesmíru. Teorii o časově neměnném vesmíru podporoval i guru tehdejší fyziky A.Einstein a tak není divu, že Gamowova myšlenka nebyla brána vážně a vědci se takové teorii (i samotnému Gamowovi) posmívali. Britský astrofyzik F.Hoyle si v jedné přednášce pro BBC vzal na mušku jeho teorii o počátku vesmíru a nazval ji "big bang", což je sice překládáno jako "velký třesk", ale původně bylo toto slovní spojení myšleno hanlivě, něco jako "mnoho povyku pro nic" či "třesky plesky". Ale teorie byla nakonec přijata a potvrzena, ovšem paradoxně si také ponechala svůj posměvačný název. Po tomto odbočení se vraťme k vesmíru a berme tedy slova "velký třesk" pouze jako teorii o vzniku vesmíru, nikoli jako akt vzniku vesmíru.

SINGULARITA

Zrod vesmíru se udál v okamžiku, který se jazykem fyziky nazývá "singularita". Tento moment, singularitu, nemá význam fyzikálně zkoumat, neboť právě v okamžiku singularity vznikla veškerá hmota, čas i prostor, z čehož lze odvodit, že "vznikla" také samotná fyzika a potažmo fyzikální zákony. Mluví-li kosmolog o vzniku vesmíru, mluví zásadně o jakkoli minimálním avšak nenulovém časovém intervalu po singularitě. Smíříme-li se s časovým počátkem vesmíru a nebudeme-li si klást otázky "co bylo před singularitou ?" (ponechme je teologům a filosofům), můžeme celkem jednoduše začít s chronologickým popisem vývoje vesmíru. Singularita je rovna nule na imaginární časové ose a my se v současnosti nacházíme v bodě cca 13,7 miliardy let od tohoto počátku. Vše co se událo mezi těmito body na časové ose se dozvíte v části o vývoji vesmíru. Ještě je třeba odskočit k druhému aspektu vzniku vesmíru. V intencích kosmologie jsme vyřešili otázku "kdy vznikl vesmír", ale vtírá se otázka "z čeho vznikl ?". Kdo tuší nějakou záludnost, tuší správně... Vesmír vznikl z ničeho, z vakuua

VAKUUM

Filosofické "nic" je takový termín, který intuitivně používáme v běžném životě. Fyzika má pro "nic" svůj termín - vakuum. V kterékoli reálné části vesmíru nalézáme hmotu ve dvou základních podobách: částice (kvarky a leptony) a pole (gravitony, fotony, gluony a intermediální bosony). V praxi nelze sice dosáhnout absolutního vakua, ale udělejme si nyní myšlenkový experiment s absolutně dokonalými přístroji:

uzavřeme určitou část prostoru ideálními, naprosto nepropustnými stěnami, a k takovéto "krabici" připojme dokonalou vývěvu, kterou odsajeme veškerou látku. Hmota uvnitř má nulovou hustotu, ale nevzniká vakuum, protože se uvnitř nachází elektromagnetické záření (fotony), řídící se Planckovým zákonem pro danou teplotu prostředí. Protože klidová hmotnost fotonů je nulová, neporušuje se zde ani nulová hustota.
k odstranění elmg. záření použijeme dokonalé chladící zařízení a "krabici" ochladíme na absolutní nulu (-273,15 oC) a měli bychom tedy po tomto kroku získat absolutní vakuum, ale...
i po uskutečnění takto ideálního experimentu budou však v "krabici" neustále přítomny fyzikálně zjistitelné částice - virtuální páry částic a antičástic a "nulové" elektromagnetické záření; toto prostředí se pak nazývá fyzikální vakuum

Moderní fyzika navíc zjistila, že fyzikální vakuum se může vyskytovat v různých fázích, tj. s různými hustotami "vakuové" energie - fyzikální vakuum se může vyskytovat v různých skupenstvích, lišících se navzájem hustotou energie - množství energie v jednotkovém objemu prostoru. Fáze s vyšším obsahem této energie se nazývá falešné vakuum a na pomyslné vertikální časové ose se nachází nejblíže bodu nula, bodu odpovídajícího singularitě, na rozdíl od "pravého" vakua v současném vesmíru, které se nalézá asi uprostřed myšlené osy. Fyzikální vakuum je stav hmoty, při němž neustále vznikají páry částic a antičástic, které anihilací opět zanikají. Na okamžik se v takové soustavě porušuje zákon zachování energie a hmoty, ale toto porušení je natolik krátké, že není v možnostech fyziky jej potvrdit ani vyvrátit. Porušení uvedeného zákona se řídí Heisenbergovým principem neurčitosti, který popisuje kvantově-mechanické jevy. Pro vakuum lze princip formulovat tak, že součin "velikosti" porušení zákona zachování energie násobené dobou, po níž takové porušení trvá musí být menší než Planckova konstanta. Z čehož plyne, že pokud je teorie fyzikálního vakua správná, existují dvě možnosti:

pokud bude porušení rovno nule, pak může trvat nekonečně dlouho, neboť nula krát nekonečně veliké číslo dává opět nulu, tedy hodnotu nižší než Planckovu konstantu.
existuje i varianta, při které "dovolíme" porušit fyzikální princip o zachování energie. Hodnota Planckovy konstanty je 6,6.10-34, takže bude-li porušení o velikosti 1 joulu, nesmí trvat déle než 6,6.10-34 sekund, 10 J pak odpovídá intervalu 6,6.10-35 s atd. Dodejme, že moderní technologie jsou schopny měřit časové intervaly max. o velikostech 6,6.10-22 s, takže nelze potvrdit ani vyvrátit možnost porušení zákona zachování energie a hmoty.

Ještě poznámku k falešnému vakuu: jedná se o stav vesmíru s velice vysokou hustotou energie a je ovládáno dokonale souměrnou supersilou - supergravitací, která je naprosto inertní a sterilní.

FÁZOVÝ PŘECHOD

K dokončení teorie o zrodu vesmíru chybí poslední hledisko. Odpověděli jsme si na otázky "kdy" a "z čeho" vznikl vesmír a chybí tedy poslední logická otázka: "jak ?". Falešné vakuum je velice nestabilní díky své vysoké hustotě energie a má přirozenou tendenci dostat se do "vyrovnaného" stavu, zbavit se "přetlaku". Přirozenému přechodu od supersymetrického stavu k méně symetrickému zabraňuje právě supergravitace. Nyní nastává okamžik s "půjčením" energie na velice krátký časový interval, o čemž jsem se zmínil o několik řádek výše. Díky principu neurčitosti si tedy falešné vakuum vypůjčí několik joulů energie na tak malý okamžik, aby součin těchto veličin byl nižší než je hodnota Planckovy konstanty. Falešné vakuum tak tedy postoupí do méně symetrického a současně tedy do stabilnějšího stavu. Ovšem, méně symetrický stav od stavu supersymetrického se liší, jak jsem řekl, hustotou energie a rozdíl energie se musí jakýmkoliv způsobem projevit! Lze tedy shrnout vše předchozí do jedné věty: vesmír se zrodil z rozdílu energie falešného a obyčejného fyzikálního vakua, resp. fázové přechody z falešného vakua na současné vakuum uvolnilo tolik energie, že dalo vzniknout částicím a poli současného vesmíru a ještě energie postačuje pro rozpínání vesmíru.

následující část: VÝVOJ VESMÍRU