(Richard Goerg/Getty Images) „Posledná hviezda pomaly vychladne a zmizne. S jeho odchodom sa vesmír opäť stane prázdnotou, bez svetla, života alebo zmyslu.“
Tak varoval fyzik Brian Cox v nedávnom seriáli BBC Vesmír . Vyblednutie tejto poslednej hviezdy bude len začiatkom nekonečne dlhej temnej epochy. Všetku hmotu nakoniec pohltí príšerné čierne diery , ktoré sa zase vyparia do najslabších zábleskov svetla.
Priestor sa bude stále rozširovať smerom von, až kým aj to slabé svetlo nebude príliš roztiahnuté na interakciu. Aktivita sa zastaví.
Alebo bude? Je dosť zvláštne, že niektorí kozmológovia veria, že predchádzajúci, studený, temný prázdny vesmír, ako ten, ktorý leží v našej ďalekej budúcnosti, mohol byť zdrojom nášho vlastného. Veľký tresk .
Prvá vec
Ale skôr ako sa k tomu dostaneme, pozrime sa, ako prvýkrát vznikol „materiál“ – fyzická hmota. Ak sa snažíme vysvetliť pôvod stabilnej hmoty zloženej z atómov alebo molekúl, určite nič také nebolo pri Veľkom tresku – ani státisíce rokov potom.
V skutočnosti máme dosť podrobné pochopenie toho, ako sa prvé atómy vytvorili z jednoduchších častíc, keď sa podmienky dostatočne ochladili na to, aby bola komplexná hmota stabilná, a ako sa tieto atómy neskôr zlúčili do ťažších prvkov vo vnútri hviezd. Ale toto pochopenie nerieši otázku, či niečo vzniklo z ničoho.
Zamyslime sa teda ďalej. Prvé častice hmoty s dlhou životnosťou akéhokoľvek druhu boli protóny a neutróny, ktoré spolu tvoria atómové jadro. Tie vznikli približne jednu desaťtisícinu sekundy po Veľkom tresku.
Pred týmto bodom v skutočnosti neexistoval žiadny materiál v známom zmysle slova. Fyzika nám však umožňuje sledovať časovú os dozadu – k fyzikálnym procesom, ktoré predchádzali akejkoľvek stabilnej hmote.
Tým sa dostávame do tzv. veľká jednotná epocha '. Teraz sa už nachádzame vo sfére špekulatívnej fyziky, keďže v našich experimentoch nedokážeme vyprodukovať dostatok energie na skúmanie procesov, ktoré v tom čase prebiehali.
Pravdepodobnou hypotézou však je, že fyzický svet pozostával zo zmesi elementárnych častíc s krátkou životnosťou – vrátane kvarkov, stavebných kameňov protónov a neutrónov.
Bola tam hmota aj ' antihmota 'in približne rovnaké množstvá : každý typ hmotnej častice, ako napríklad kvark, má „zrkadlového obrazu“ antihmoty, ktorý je takmer identický sám so sebou a líši sa len v jednom aspekte.
Hmota a antihmota však pri stretnutí anihilujú v záblesku energie, čo znamená, že tieto častice boli neustále vytvárané a ničené.
Ako však tieto častice vôbec vznikli? Kvantová teória poľa nám hovorí, že aj vákuum, údajne zodpovedajúce prázdnemu časopriestoru, je plné fyzickej aktivity v podobe kolísania energie. Tieto výkyvy môžu spôsobiť vyskočenie častíc, ktoré však krátko nato zmiznú.
Môže to znieť skôr ako matematický vtip ako skutočná fyzika, ale takéto častice boli zaznamenané v nespočetných experimentoch.
Časopriestorový stav vákua kypí časticami, ktoré sa neustále vytvárajú a ničia, zjavne „z ničoho“. Ale možno nám toto všetko skutočne hovorí, že kvantové vákuum je (napriek svojmu názvu) skôr niečo ako nič.
Filozof David Albert má pamätne kritizovaný správy o veľkom tresku, ktoré sľubujú, že týmto spôsobom získajú niečo z ničoho.
Predpokladajme, že sa pýtame: odkiaľ vznikol samotný časopriestor? Potom môžeme pokračovať v otáčaní hodín ešte ďalej dozadu, do skutočne starovekého ' Planckova epocha “ – obdobie tak skoro v histórii vesmíru, že naše najlepšie fyzikálne teórie sa rozpadli.
Táto éra nastala len jednu desaťmilióntinu z bilióntiny bilióntiny z bilióntiny sekundy po Veľkom tresku. V tomto bode sa samotný priestor a čas stali predmetom kvantových fluktuácií.
Fyzici zvyčajne pracujú oddelene s kvantovou mechanikou, ktorá vládne mikrosvetu častíc, a s všeobecná relativita , čo platí na veľkých, kozmických mierkach. Ale aby sme skutočne pochopili Planckovu epochu, potrebujeme kompletnú teóriu kvantovej gravitácie, ktorá by ich spojila.
Stále nemáme dokonalú teóriu kvantovej gravitácie, ale existujú pokusy – napr teória strún a slučková kvantová gravitácia . V týchto pokusoch sa obyčajný priestor a čas zvyčajne vnímajú ako vznikajúce, ako sú vlny na povrchu hlbokého oceánu.
To, čo zažívame ako priestor a čas, je produktom kvantových procesov fungujúcich na hlbšej, mikroskopickej úrovni – procesov, ktoré nám ako tvorom zakoreneným v makroskopickom svete nedávajú veľký zmysel.
V Planckovej epoche sa naše bežné chápanie priestoru a času rozpadá, takže sa už nemôžeme spoliehať ani na naše bežné chápanie príčiny a následku.
Napriek tomu všetky kandidátske teórie kvantovej gravitácie opisujú niečo fyzické, čo sa dialo v Planckovej epoche – nejaký kvantový predchodca bežného priestoru a času. Ale kde bolo že pochádzať z?
Aj keď kauzalita už neplatí bežným spôsobom, stále by bolo možné vysvetliť jednu zložku vesmíru Planckovej epochy z hľadiska inej. Žiaľ, v súčasnosti ani naša najlepšia fyzika úplne nedokáže poskytnúť odpovede. Kým neurobíme ďalší pokrok smerom k „teórii všetkého“, nebudeme môcť dať žiadnu definitívnu odpoveď.
V tejto fáze môžeme s istotou povedať len to, že fyzika doteraz nenašla žiadne potvrdené prípady niečoho, čo by vzniklo z ničoho.
Cykly takmer z ničoho
Aby sme skutočne odpovedali na otázku, ako mohlo niečo vzniknúť z ničoho, museli by sme vysvetliť kvantový stav celého vesmíru na začiatku Planckovej epochy.
Všetky pokusy o to zostávajú veľmi špekulatívne. Niektoré z nich apelujú na nadprirodzené sily ako napr dizajnér . Ale iné kandidátske vysvetlenia zostávajú vo sfére fyziky – ako napríklad multivesmír, ktorý obsahuje nekonečné množstvo paralelných vesmírov, alebo cyklické modely vesmíru, ktorý sa rodí a znovu sa rodí.
Nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 2020 Roger Penrose navrhol jeden zaujímavý, ale kontroverzný model pre cyklický vesmír nazývaná „konformná cyklická kozmológia“.
Penrose bol inšpirovaný zaujímavým matematickým spojením medzi veľmi horúcim, hustým, malým stavom vesmíru – ako to bolo pri Veľkom tresku – a extrémne studeným, prázdnym, rozšíreným stavom vesmíru – aký bude v ďalekej budúcnosti. .
Jeho radikálna teória na vysvetlenie tejto korešpondencie je, že tieto stavy sa stávajú matematicky identickými, keď sa dostanú na svoje hranice. Hoci by sa to mohlo zdať paradoxné, úplná absencia hmoty mohla viesť k vzniku všetkej hmoty, ktorú vidíme okolo seba v našom vesmíre.
Z tohto pohľadu Veľký tresk vzniká takmer z ničoho. To je to, čo zostalo, keď sa všetka hmota vo vesmíre spotrebovala na čierne diery, ktoré sa zase prevarili na fotóny – stratené v prázdnote.
Celý vesmír teda vzniká z niečoho, čo je – nazerané z inej fyzickej perspektívy – tak blízko, ako sa človek nemôže dostať k ničomu. Ale to nič je stále niečo. Je to stále fyzický vesmír, akokoľvek prázdny.
Ako môže byť ten istý stav chladným, prázdnym vesmírom z jednej perspektívy a horúcim hustým vesmírom z inej? Odpoveď spočíva v zložitom matematickom postupe nazývanom „konformná zmena mierky“, geometrická transformácia, ktorá v skutočnosti mení veľkosť objektu, ale necháva jeho tvar nezmenený.
Penrose ukázal, ako môže byť studený hustý stav a horúci hustý stav spojený takouto zmenou mierky, aby sa zhodovali s tvarmi ich časopriestorov – hoci nie s ich veľkosťami.
Je pravda, že je ťažké pochopiť, ako môžu byť dva objekty identické týmto spôsobom, keď majú rôzne veľkosti – ale Penrose tvrdí, že veľkosť ako koncept prestáva dávať zmysel v takýchto extrémnych fyzikálnych prostrediach.
V konformnej cyklickej kozmológii smer vysvetlenia ide od starého a studeného k mladému a horúcemu: existuje horúci hustý stav kvôli studený prázdny stav. Ale toto „pretože“ nie je známe – o príčine, po ktorej v čase nasleduje jej následok. V týchto extrémnych stavoch prestáva byť relevantná len veľkosť, ale aj čas.
Studený hustý stav a horúci hustý stav sú v skutočnosti umiestnené v rôznych časových osách. Studený prázdny stav by pokračoval navždy z pohľadu pozorovateľa vo svojej vlastnej časovej geometrii, ale horúci hustý stav, ktorý vytvára, efektívne obýva novú časovú os ako celok.
Môže pomôcť porozumieť horúcemu hustému stavu, ktorý vzniká zo studeného prázdneho stavu nejakým nekauzálnym spôsobom. Možno by sme mali povedať, že horúci hustý stav vychádza z , alebo je uzemnený v , alebo realizovaný podľa studený, prázdny stav.
Toto sú výrazne metafyzické myšlienky, ktoré boli skúmali filozofi vedy najmä rozsiahle v kontexte kvantovej gravitácie kde sa zdá, že sa rúca obyčajná príčina a následok. Na hraniciach nášho poznania sa fyzika a filozofia stávajú ťažko rozoznateľné.
Experimentálny dôkaz?
Konformná cyklická kozmológia ponúka niektoré podrobné, aj keď špekulatívne odpovede na otázku, odkiaľ sa vzal náš Veľký tresk. Ale aj keď je Penroseova vízia potvrdená budúcim pokrokom kozmológie, mohli by sme si myslieť, že by sme stále neodpovedali na hlbšiu filozofickú otázku – otázku, odkiaľ sa vzala samotná fyzická realita.
Ako vznikol celý systém cyklov? Potom konečne skončíme s čistou otázkou, prečo je niečo a nie nič – jedna z najväčších otázok metafyziky.
Ale zameriavame sa tu na vysvetlenia, ktoré zostávajú v oblasti fyziky. Existujú tri široké možnosti hlbšej otázky, ako začali cykly.
Nemohlo to mať vôbec žiadne fyzické vysvetlenie. Alebo by mohli existovať nekonečne sa opakujúce cykly, z ktorých každý je vesmírom sám o sebe, pričom počiatočný kvantový stav každého vesmíru je vysvetlený nejakou vlastnosťou vesmíru predtým. Alebo môže existovať jeden jediný cyklus a jeden jediný opakujúci sa vesmír, pričom začiatok tohto cyklu je vysvetlený nejakou črtou jeho vlastného konca.
Posledné dva prístupy sa vyhýbajú potrebe akýchkoľvek nezavinených udalostí – a to im dáva osobitú príťažlivosť. Fyzikou by nič nezostalo nevysvetlené.
Penrose predpokladá sled nekonečných nových cyklov z dôvodov čiastočne spojených s jeho vlastnou preferovanou interpretáciou kvantovej teórie. V kvantovej mechanike existuje fyzikálny systém v superpozícii mnohých rôznych stavov súčasne, a keď ho meriame, náhodne si „vyberie jeden“.
Pre Penrosea každý cyklus zahŕňa náhodné kvantové udalosti, ktoré sa vyvinú iným spôsobom - čo znamená, že každý cyklus sa bude líšiť od tých pred ním a po ňom. To je vlastne dobrá správa pre experimentálnych fyzikov, pretože nám to môže umožniť nahliadnuť do starého vesmíru, ktorý dal vznik tomu nášmu, prostredníctvom slabých stôp alebo anomálií v zvyšku žiarenia z Veľkého tresku, ktorý videl Planckov satelit.
Penrose a jeho spolupracovníci veria možno zbadali tieto stopy už pripisujú vzory v Planckových údajoch žiareniu zo supermasívnych čiernych dier v predchádzajúcom vesmíre. Ich tvrdené pozorovania však boli spochybňované inými fyzikmi a porota zostáva mimo.
Nekonečné nové cykly sú kľúčom k Penrosovej vlastnej vízii. Existuje však prirodzený spôsob, ako previesť konformnú cyklickú kozmológiu z viaccyklovej na jednocyklovú formu. Fyzická realita potom pozostáva z jediného cyklovania cez Veľký tresk do maximálne prázdneho stavu v ďalekej budúcnosti – a potom znova dookola k tomu istému Veľkému tresku, čím vzniká úplne rovnaký vesmír znova.
Táto posledná možnosť je v súlade s inou interpretáciou kvantovej mechaniky, ktorá sa nazýva interpretácia mnohých svetov. Interpretácia mnohých svetov nám hovorí, že zakaždým, keď meriame systém, ktorý je v superpozícii, toto meranie nevyberá náhodne stav. Namiesto toho je výsledok merania, ktorý vidíme, len jednou možnosťou – tou, ktorá sa odohráva v našom vlastnom vesmíre.
Všetky ostatné výsledky meraní sa odohrávajú v iných vesmíroch v multivesmíre, ktorý je efektívne odrezaný od nášho vlastného. Takže bez ohľadu na to, aká malá je šanca, že sa niečo stane, ak to má nenulovú šancu, potom sa to stane v nejakom kvantovom paralelnom svete.
V iných svetoch sú ľudia ako vy, ktorí vyhrali v lotérii, alebo boli zmietnutí do oblakov šialeným tajfúnom, alebo sa spontánne vznietili, alebo urobili všetky tri naraz.
Niektorí ľudia veria takýmto paralelným vesmírom môžu byť tiež pozorovateľné v kozmologických údajoch, ako odtlačky spôsobené zrážkou iného vesmíru s naším.
Kvantová teória mnohých svetov dáva nový pohľad na konformnú cyklickú kozmológiu, hoci nie taký, s ktorým Penrose súhlasí. Náš Veľký tresk môže byť znovuzrodením jedného kvantového multivesmíru, obsahujúceho nekonečne veľa rôznych vesmírov, ktoré sa vyskytujú spoločne. Všetko možné sa stane - potom sa to stane znova a znova a znova.
Staroveký mýtus
Pre filozofa vedy je Penroseova vízia fascinujúca. Otvára nové možnosti vysvetlenia Veľkého tresku, pričom naše vysvetlenia presahujú bežnú príčinu a následok. Je to preto skvelý testovací prípad na skúmanie rôznych spôsobov, akými môže fyzika vysvetliť náš svet. Zaslúži si viac pozornosti filozofov.
Pre milovníka mýtov je Penroseova vízia krásna. V Penroseovej preferovanej viaccyklovej forme sľubuje nekonečné nové svety zrodené z popola ich predkov. Vo svojej jednocyklovej forme je to nápadné moderné opätovné privolanie starovekej myšlienky ouroboros alebo svetového hada.
V severskej mytológii je had Jörmungandr dieťaťom Lokiho, šikovného podvodníka, a obra Angrboda. Jörmungandr konzumuje svoj vlastný chvost a vytvorený kruh udržuje rovnováhu sveta. Ale mýtus o ouroboros bol zdokumentovaný po celom svete – vrátane starovekého Egypta.
Ouroboros jedného cyklického vesmíru je skutočne majestátny. Vo svojom bruchu obsahuje náš vlastný vesmír, ako aj každý jeden z podivných a úžasných alternatívnych možných vesmírov, ktoré umožňuje kvantová fyzika – a v bode, kde sa jeho hlava stretáva s chvostom, je úplne prázdny, no zároveň prúdi energiou pri teplotách stotisíc miliónov miliárd biliónov stupňov Celzia.
Dokonca aj Loki, menič tvarov, by bol ohromený. 
Alastair Wilson , profesor filozofie, University of Birmingham .
Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok .