Je současný model vesmíru správný?

Když pohlédneme na noční oblohu a spatříme hvězdné nebe, naše srdce se naplní úžasem. Těžko věřit, že to nad námi je jen hromada neživé hmoty svázaná fyzikálními zákony, beze smyslu a účelu se pohybující sem a tam.

Raný vesmír musel být velmi homogenní, izotropní a plochý. Jeho hus­tota musela být velmi blízká kritické hustotě. Kdyby byla trochu větší, zhroutil by se sám do sebe dříve, než by v něm mohly vzniknout hvězdy, galaxie a podmínky vhod­né pro život. Kdyby byla trochu menší, musel by se navždy rozpínat. Hmota, v něm obsažená, by se rychle vzdálila od sebe a místo hvězdných shluků hmoty by následovala tepelná smrt vesmíru.

Kosmické mikrovlnné záření k nám přichází ze všech směrů se stejnou teplotou. To je podivné, protože to by znamenalo, že různé části vesmíru, které nejsou příčinně spojeny, si udržovaly, nezávisle na sobě, stejnou teplotu po dobu mnohem delší, než jsme schopni vy­světlit. Proto fyzikové přišli s ideou, že se vesmír musel na počátku velmi rychle rozpínat. Jako by někdo fouknul do pomačkaného sáčku, jeho stěny se propnuly, záhyby se vyhladily a on se stal plochým. Tomuto modelu se říká inflační.

Podle teorie inflace měl vesmír, pár sekund po svém vzniku, exponenciálně růst. Když se toto období prudké inflace zastavilo, byl vesmír vyplněn horkým zářením a plazmatem. Jak chladl, začala se vytvářet baryonová hmota, objevily se nám známé inte­rakce a částice. Chladná hmota postupně začala dominovat nad energií záření. Vesmír se stal průhledným. Pozůstatky záření z té doby nazýváme reliktním a jeho teplota je dnes pouhých 2,73 K. Toto záření má spektrum záření absolutně černého tělesa a přichází k nám ze všech směrů.

Nepatrné kvantové fluktuace v rozložení hmoty na počátku ves­míru způsobily, že se původně skoro homo­genní vesmír začal působením gravitační sily lokálně zahušťovat. Vytvo­řila se oblaka plynu, které daly vzniknout hvězdám a galaxiím. K tomu, aby mohl být vesmír plochý, musí mít dostatek hmoty. Astro­nomická pozoro­vání však ukázala, že viditelné hmoty je ve vesmíru hrozně málo. Určitě ne dost, aby hustota vesmíru byla blízko kritické mezi ani, aby vysvětlila velikost gravitačních sil mezi galaxiemi.

Svítící hmota představuje jen 1 % hmoty, kterou by vesmír měl mít. Množství hmoty atomární povahy dá dohromady pouze 4 % celkové potřebné hmoty. Pro vysvětlení chování pohybu hvězd a galaxií musíme předpokládat, že v jejich okolí existuje obrovské množství hmoty, která není vidět – tzv. temná hmota, o jejíž podstatě nemáme žádnou představu. Tato temná hmota nám dá dalších 23 % energie potřebné pro to, aby vesmír mohl být plochý.

Zbývá nám nalézt 73 % neznámé energie. Tu nazývají vědci temnou energií. Tato energie má souviset s tzv. kosmologickou konstantou v Einsteinových rovnicích obecné teorie relativity. Podle nich tato energie vytváří záporný tlak a tak ovlivňuje rychlost rozpínání vesmíru, čímž způsobuje, že se časoprostor na velkých vzdá­lenostech rozpíná rychleji, než se očekávalo.

Vesmír je podle vědců jen hromadou neživé hmoty a život sám je pouhá bezvýznamná anomálie, která se zcela jistě nikdy více a nikde jinde už nebude opakovat. Je to malá nic ne­znamenající oáza uprostřed nekonečné pouště. Přesto, kdyby měl vesmír jen trochu jiné vlast­nosti, zřejmě bychom tu nebyli. Náš vesmír je totiž kupodivu velmi antropický. Kdyby byl jiný, zřejmě by tu nebyl nikdo, kdo by ho mohl pozorovat.

Podle současných poznatků astrofyziky se zdá, že i když náš vesmír vzešel z velkého třesku neskončí velkým křachem v nějaké singularitě, z níž vzešel, ale skončí tepelnou smrtí. Kdybychom to mohli pozorovat, viděli bychom, že hvězdy a galaxie, které dnes můžeme vidět na nočním nebi, se postupně vytratí za námi pozorovatelný horizont a obloha potemní. Nejdéle bychom mohli po­zorovat ty objekty, které udrží v naší blízkosti pohromadě gravitace. Celý vesmír by však pomalu a nezadržitelně chladl.

Černé díry v centrech galaxií se postupně vypaří. Entropie vesmíru bude stále víc růst. Žádná organizovaná hmota nebude schopna existovat. Informace už nebude možno zpracová­vat. Je možné, že se časem rozpad­nou i nukleony tvořící atomy a ve vesmíru zbude jen stále chladnější záření. Jeho energie bude nakonec tak malá, že se již nebude jednat o reálné částice světla ale spíše o objekty kvantového mikrosvěta, které budou principem neurčitosti rozma­zány po celém nekonečném prostoru.

Současný model vesmíru nejeví příliš „krásy“. Na počátku byl vesmír, podle něj, sice homogenní, izotropní a plochý, což by se dalo považovat za formu fyzikální krásy, ale vysvětlení plochosti a izo­tropie kazí poměrně nehezká představa inflace. Hustota vesmíru blízká kritické hustotě má svůj fyzikální půvab. Představa temné energie, která mění rychlost roz­pínání vesmíru a jeho rozpí­nání urychluje, už tak krásná není. Vesmír se rozpíná chvíli prudce, pak pomalu a potom se zase začíná rychlost jeho rozpínání zrychlovat. To není ani příliš hezké ani moc elegantní. Umře-li vesmír tepel­nou smrtí, je otázkou, zda místo něj může vzniknout nějaký jiný vesmír s podmínkami vhod­nými pro existenci života, jak ho známe.

Fyzikálních modelů vesmíru je možno vytvořit celou řadu. Sám jsem se kdysi o jeden pokusil (zde).Najdete-li model, který je v souladu s realitou, ještě to neznamená, že je správný či jediný možný. Může být více či méně násilně upraven, aby vyhověl pozoro­váním použitím různých předpokladů a umělých konstrukcí. Vždy tedy může existovat lepší, elegantnější a jednodušší model, který dokáže popsat známou realitu stejně dobře nebo i lépe. Otázkou také je, zda je vesmír takový, jaký se nám jeví.

Fyzikální model vesmíru by byl mnohem pěknější a zajímavější, kdyby hustota vesmíru odpovídala přesně kritické hustotě, vesmír byl plochý a rovněž, kdyby Einsteinova konstanta byla rovna nule a chování vesmíru bylo ve své podstatě jednoduché (včetně matematického popisu). Pak bychom měli další důvod žasnout nad vesmírem, v němž žijeme, a ptát se, co je příčinou této elegance. Vesmír by se nám jevil smysluplnější.

Je možné, že náš vesmír je čtyřrozměrnou černou dírou? Pak by teplota na jejím povrchu byla jasně definována a nemuseli bychom vymýšlet žádné podivné teorie inflace. Hmotnost takového vesmíru by záležela na jeho velikosti. Nemuseli bychom se pak ptát, proč má vesmír právě tak velikou hmotnost, jakou pozorujeme. Model vesmíru by se dal vystavět mimořádně jednoduše a v jednoduchosti je skrytá elegance.

Víme, že existuje jednoznačná současnost, kterou pozorujeme. Budoucnost je pro nás skryta v mnohosti možných budoucích historií. Jsme si však jisti, že minulost, kterou nejsme schopni pozorovat, se nerozpadá do mnoha možných historií vedoucích k stejnému výsledku? Opravdu může existovat vesmír bez pozorovatele? Není-li na počátku a konci vesmíru příto­men pozorovatel, existuje realita v tomto období v jedné nebo ve všech možných historiích? Existovala by vůbec možnost, jak rozlišit mezi minulostí a budoucností? Nepropadla by se budoucnost do minulosti?

Vesmír, který není schopen reálné existence bez pozorovatele, nepotřebuje mít ani přesně definované počáteční podmínky k tomu, aby se ve vesmíru vyvinul život. Je možné, že ani jiný vesmír než antropický možný není. Představa vesmíru nebo nekonečně mnoha vesmírů, kde existuje realita, tak jak ji známe, bez přítomnosti pozorovatele nemá zřejmě fyzikální smysl. To si ale většina lidí a to dokonce i vědců a fyziků neuvědomuje. Proto v současné době ustrnul pokrok ve fyzice. Fyzika si žádá nové paradigma zahrnující roli vědomí, ale myšlení fyziků na něj ještě není připraveno.

Viz také: Antropický princip, Má existence vesmíru význam?