Historie

Velký třesk

Čím jiným by mohl tento projekt začínat, než samotným počátkem prostoru a času, toho prostoru a času, jaký známe nyní, tedy velkým třeskem (z anglického Big Bang). Možná se vám zdá, že na velkém třesku není nic záhadného. Věřte, že je, a to mnohé. Velký třesk zdaleka není jedinou teorií vzniku vesmíru. Z hlediska dosavadních zkoumání je pouze tou nejpravděpodobnější teorií.

O co jde

Podle teorie velkého třesku vznikl celý náš současný vesmír v jediném okamžiku obrovským výbuchem nekonečně malého (tedy bez jakéhokoli rozměru), nekonečně hmotného (a tedy nekonečně hustého) a nepředstavitelně žhavého „něčeho“ (singulatity). Od té doby se náš vesmír neustále rozpíná a také chladne.

Jistě je nemožné si něco takového představit. Jak může být „něco“ nepředstavitelně malé (tedy vlastně „nic“) a přitom obsahovat všechnu hmotu a energii, kterou obsahuje současný vesmír? Jak si lze představit „něco“ (nekonečně hmotné „nic“) a přitom si nepředstavovat prostor? To jsou otázky, které jistě napadají každého člověka, snad jen vyjma kosmologů. Ti totiž (většinou) tvrdí, že před Velkým třeskem prostor ani čas neexistovaly a smysl podle nich začaly mít až s Velkým třeskem.

Jak vědci došli k teorii velkého třesku? Původně se myslelo, že Vesmír je stálý a neměnný. Myslel si to například i Albert Einstein až do roku 1929, kdy Edwin Hubble zjistil, že se galaxie vzhledem k Zemi vzdalují ve všech směrech rychlostmi přímo úměrnými jejich vzdálenosti. Potvrdil tím předchozí pozorování Carla Wilhelma Wirtze (roku 1918 změřil rudý posuv „mlhovin“, z nichž se později vyklubaly galaxie) a teorie Alexandra Fridmana (v letech 1922 – 1924 vytvořil kosmologický model, podle něhož vesmír nemůže být statický, ale musí se buď smršťovat nebo rozpínat) a Georgese Lemaîtra (roku 1927 zveřejnil názor, že vesmír začal „výbuchem prehistorického atomu“).

Na těchto základech vznikly dvě teorie. Jednou byla teorie stacionárního vesmíru Freda Hoyleho, Thomase Golda a Hermanna Bondieho (publikovaná v roce 1948), podle které se vesmír sice rozpíná, ale přitom se tvoří nová hmota, a tak vesmír vypadá v libovolném okamžiku vždy stejně. Druhou teorií je právě teorie Georgese Lemaîtra rozpracovaná (a v roce 1947 publikovaná) Georgem Gamowem a Ralphem Alpherem, podle které vesmír začal v konečném čase v minulosti a od té doby se neustále rozpíná. Slavný je Gamowův výrok: „Náš vesmír je vlastně obrovskou explozí, která pokračuje dodnes!“, který vlastně jednoduše shrnuje celý tento složitý model. Zajímavostí je, že této teorii dal jméno její odpůrce a tvůrce konkurenční teorie, Fred Hoyle. Ten o ní mluvil s pohrdáním jako o „teorii velkého bum“ (anglicky „big bang theory“). Teorie stacionárního vesmíru dostala smrtelnou ránu v roce 1965, kdy bylo Arno Penziasem a Robertem Wilsonem objeveno a popsáno reliktní záření (kosmické mikrovlnné pozadí), jež naopak teorie velkého třesku předpokládala.

Jistě vás bude zajímat, kdy k velkému třesku došlo. Dnes se předpokládá, že vesmír je starý 13,7 miliardy let (s odchylkou 0,2 miliardy na obě strany). Toto stáří vesmíru platí od roku 2003, kdy byla pomocí družice WMAP pořízena mapa kosmického mikrovlnného pozadí. Od té doby se ovšem tu a tam vynoří nějaká měření, která tento věk zpochybňují (alespoň na čas).

Tak například výsledky měření rychlosti průběhu jaderných reakcí v hvězdách z kulových hvězdokup naznačují, že by vesmír mohl být ještě o miliardu let starší. Na základě výsledků desetiletého pozorování a měření galaxie M33 se zdá, že Hubbleova konstanta (oficiálně dnes činí 71 km/s/Mpc s odchylkou v obou směrech 4 km/s/Mpc), která popisuje rozpínání vesmíru, by mohla být o 15% menší, a proto by mohl být vesmír starší (15,8 miliardy let).

Otázky

Každého jistě v této souvislosti napadá jedna základní otázka: Co bylo před velkým třeskem? Podle standardního modelu nebylo nic a až s velkým třeskem začalo vše – prostor i čas. A tehdy také vzniklo záření v (pro nás) neviditelném, ale i viditelném spektru (světlo). Teorie relativity nám říká, že nic není rychlejší, než světlo. Nemůžeme proto dohlédnout dál, než k velkému třesku, a to pouze teoreticky, protože světlo se vzdáleností (a tím i časem) slábne. V neviditelných spektrech nás navíc ruší už zmíněné mikrovlnné záření kosmického pozadí. Čím dále do minulosti se díváme, tím jsou naše pozorování nepřesnější. Jediné, co nám zbývá, jsou teorie a modely. Problém je, že ani současný matematický model velkého třesku (Lambda-CDM model) nedokáže popsat první zlomky sekundy po čase nula. Ty by snad mohla popsat některá z „teorií všeho“ (teorie, která by měla popsat zákony všech přírodních sil, energie a hmoty zároveň). Zatím nejnadějněji vypadá teorie superstrun, která jde dokonce dál, do záporného času, a popisuje jevy před velkým třeskem. Její teorie však zatím nejsou nijak ověřitelné. Standardní model zase nedokáže najít odpověď na to, zda byl velký třesk skutečným počátkem všeho nebo zda byl pouze počátkem nějaké nové etapy, před kterou již existovalo něco, co nedokážeme popsat.

Standardní teorie má podstatné kritické místo. Předpokládá, že před velkým třeskem neexistovala žádná hmota, neexistovaly žádné fyzikálněchemické procesy a prázdnota (nikoli časoprostorová) zůstávala neznámou dobu (pokud čas neexistoval, pak nevyjádřitelnou dobu) ve stabilním stavu. Potom nastal velký třesk. Jenže… Proč?

Pokud neexistovaly žádné procesy, žádné změny, žádný pohyb, kam se poděla kauzalita, kdy důsledek musí mít alespoň jednu příčinu? Kauzalita platí v klasické i relativistické fyzice a teorie velkého třesku je (zatím) relativistická. Relativistický fyzik smete obě otázky (co bylo před velkým třeskem a proč nastal velký třesk) rázně ze stolu – neexistoval čas, proto nelze fyzikálně popsat nic před existencí času. Takové otázky jsou pro něj irelevantní. Nikoli však pro kvantového fyzika.

Kvantová fyzika je totiž schopna popsat jevy i v prvních zlomcích sekundy velkého třesku a často dokonce i před ním. A tak se v poslední době rodí teorie toho, co mohlo předcházet velkému třesku. Zajímavé jsou například teorie mnoha vesmírů nebo už zmíněná teorie superstrun. Ta popisuje i jevy a stavy před velkým třeskem, kdy prostor a čas byly jakoby zrcadlovým odrazem našeho známého vesmíru. Vesmír před velkým třeskem byl podle této teorie zaplněn pouze řídce rozptýleným zářením a postupně se smršťoval. Ve chvíli, kdy dosáhl mezních hodnot (superstruna se nikdy nemůže zhroutit do nekonečně malého bodu), se opět začal ve velkém třesku rozpínat.

Na závěr by snad bylo nejlepší citovat Stephena Hawkinga: „Myslím, že pokaždé, když se začínáme zabývat počátky vesmíru, dobíráme se k čistě náboženským závěrům“. Kitty Ferguson, Stephen Hawking: Quest for a Theory of Everything, Bantam Books, 1992.

Odkazy

Vesmír, Velký třesk 1, Velký třesk 2, Teorie superstrun, Kosmologie 1, Kosmologie 2, Kauzalita