Katedra fyziky FPV UKF v Nitre

Mýt o začiatku času (pokračovanie)

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ďalšia strana ->

[Určité podobnosti samozrejme plynú z toho, že v celom vesmíre platia tie isté fyzikálne zákony (aspoň v tej časti, ktorú vidíme). Aby sme použili znova prirovnanie, poznamenajme, že v každej kultúre, kde civilizácia dospela na úroveň merania času, je základná jednotka dĺžka jedného dňa a poznajú lunárny mesiac (ktorého trvanie je približne 28 dní) a to nezávisle od toho, či daná civilizácia sa vyvinula v starom svete (Sumer, Egypt, India a pod.), alebo v novom svete (Olmékovia, Mayovia, Aztékovia a pod.). To sa dá pochopiť napriek tomu, že tieto civilizácie sa vyvinuli nezávisle od seba.
Menej pochopiteľné by však bolo, keby v každej kultúre používali šestdesiatkovu sústavu ako v starom svete (alebo delili deň na 24 častí, oblohu na 12 častí - zverokruhov).]
Pokiaľ sa však pozeráme na veľmi vzdialené galaxie, takúto podobnosť vidíme všade a pritom jednotlivé oblasti (ktorých nie sú dva ale tisíce) na seba v okamihu, keď ich svetlo vyrazilo k nám, ešte vzájomne nemohli pôsobiť (pozri náš predchádzajúci článok o mikrovlnom reliktnom žiarení).

V inflačnom modeli sa galaxie (ich predchodcovia) sa nachádzali v okamihu big bangu v jednom bode. (obr: Samuel Velasco, kliknutím na obrázok pozrite v plnom rozlíšení).

Jedna z možných vysvetlení je, že všetky tieto nezávislé časti boli pri svojom zrode obdarené rovnakými vlastnosťami, to však problém nerieši, len presúva inam. Fyzici však uvažovali skôr o dvoch prirodzenejších možnostiach: Buď bol vesmír podstatne menší, alebo podstatne starší, než ako to predpokladá štandardná kozmológia. Obidva varianty pripúšťajú možnosť vzájomného pôsobenia všetkých regiónov vesmíru.
Najviac prijímaný model je, prvá alternatíva. Podľa nej vesmír v svojom rannom štádiu prešiel veľmi rýchlou expanziou (rozpínal sa veľmi rýchlo) - inflačná teória vzniku vesmíru. Pred touto fázou vývoja boli galaxie, prípadne ich predchodcovia v tak malej vzdialenosti od seba, že vzájomné pôsobenie medzi nimi vyrovnalo ich základné vlastnosti (hustota rozdelenia hmoty sa v značnej miere vyrovnala v celom vesmíre, až na menšie nerovnosti).
Podstata inflácie je, že rozpínanie vesmíru bolo tak rýchle, že ani svetlo s ním nedokázalo držať krok. Po skončení inflačného štádia sa rozpínanie vesmíru spomalilo a galaxie, ktoré počas inflácie sa veľmi vzdialili, začali sa postupne dostávať znova do vzájomnej interakcie (najprv susedné, potom tie vzdialenejšie). Fyzici pripisujú inflačný špurt potenciálnej energii, ktorá sa nahromadila v potenciálnej energii nového kvantového poľa veľmi krátko (10^-35 sekúnd) po big bangu.
V Einsteinovej všeobecnej teórii relativity každej energii prislúcha hmotnosť podľa slávneho vzťahu E = mc². V dôsledku toho také formy energie ako pokojová energia častíc aj ich kinetická energia vyvolávajú príťažlivé gravitačné pôsobenie. Tieto energie spomaľujú rýchlosť, s ktorou sa od seba galaxie vzďaľujú [zrovna tak, ako kameň, ktorý vyhodíte do výšky, najprv spomalí, potom dokonca začne padať naspäť].
Potenciálna energia však môže byť aj záporná a jej prítomnosť znižuje príťažlivé sily prameniace z pokojovej a kinetickej energie. Vytvára gravitačné odpudzovanie. Opačne, než príťažlivé sily, nespomaľuje ich rýchlosť, s ktorou sa galaxie vzďaľujú, ale naopak zrýchľuje (odpudivé sily). V spomínanom inflačnom štádiu, (záporná) inflačná energia spustila zrýchľujúce sa rozpínanie vesmíru.
Navrhnutý inflačný model v roku 1981 dokázal precízne vysvetliť širokú škálu pozorovaní (pozri pôvodný článok Alan-a H. Guth-a a Paul-a J. Steinhardt-a: "The Inflationary Universe" v Scientific American - máj 1984 a "Four Keys to Cosmology" zvláštny príspevok do februárového čísla Scientific American).
Zostal však nevyriešený rad teoretických problémov, počínajúc s otázkou čo je vlastne inflácia a kde inflácia získala tak obrovskú potenciálnu energiu.
Druhou a menej známou možnosťou riešiť záhadu homogenity a izotropie vesmíru je zbaviť model vesmíru počiatočnej singularity. Ak čas nevznikol v okamihu bangu, ak vzniku momentálne rozpínajúceho sa vesmíru predchádzala dlhé obdobie, bolo k dispozícii dostatok času, aby rozdelenie hmoty sa vyrovnalo, aby zanikli príliš veľké nerovnosti. Vedci znova preskúmali dôvody, ktoré ich viedli k prehláseniu existencie prvopočiatočnej singularity.
Jedna z najbežnejších predpokladov - platnosť teórie relativity - je tiež otázna. V blízkosti predpokladanej singularity by museli byť významné aj kvantové efekty, nie len gravitácia - dokonca kvantové efekty pravdepodobne dominovali. Štandardná teória relativity nepočíta s kvantovými efektmi vôbec. Ak prijmeme nevyhnutnosť existencie singularity, používanie štandardnej teórie relativity ide skoro isto za hranice jej platnosti.
Aby sme sa mohli dozvedieť, že čo sa skutočne odohralo pri bangu, musíme získať kvantovú teóriu gravitácie. S touto otázkou sa zaoberali teoretickí fyzici od dôb Einsteina (jeho vrátane), ale nedosiahol sa skoro žiadny výsledok až do polovice 80-ych rokov.

Evolúcia v revolúcii
Pri pokusu vytvoriť teóriu kvantovej gravitácie vznikli dva hlavné trendy.
V jednom sa v podstate zachovala Einsteinova teória, zmenila sa však procedúra, pomocou ktorej sa ju pokúšajú vnoriť do kvantového rámca (kvantová gravitácia založená na tzv. dráhových integráloch - pozri pôvodný článok Lee Smolin-a: "Atoms of Space and Time" v januárovom čísle Scientific American). Zástancovia dráhovej kvantovej gravitácie za posledné roky urobili veľký pokrok a získali hlboké pochopenie problematiky. Napriek všetkému ich prístup nie je dostatočne revolučný na rozriešenie základných problémov kvantovej gravitácie.
Podobnému problému čelil aj Enrico Fermi, keď vytvoril teóriu slabých jadrových síl v roku 1934. Všetky pokusy vytvoriť kvantový variant Fermiho teórie skončili biedne. To, čo bolo potrebné bola nie nová technika, ale hlboká modifikácia modelu, ktorá sa zrodila v teórii elektroslabých interakcií Sheldona L. Glashowa, Stevena Weinberga a Salama Abdula v druhej polovine šesťdesiatych rokov.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ďalšia strana ->

-AT-

< Späť -- Úvodná stránka -- Ďalší >