Brian Greene: Je náš vesmír jediným vesmírom?

Existuje viac ako jeden vesmír? V tejto vizuálne bohatej, akciou nabitej reči Brian Greene predvádza, ako nezodpovedané otázky fyziky (počnúc tou veľkou: Čo spôsobilo Veľký tresk?) viedli k teórii, že náš vlastný vesmír je iba jedným z mnohých v "multivesmíre".

Pred pár mesiacmi bola udelená

Nobelova cena za fyziku

dvom tímom astronómov

za objav, ktorý bol vyhlásený

za jeden z najdôležitejších

astronomických pozorovaní vôbec.

Dnes vám krátko opíšem, čo našli,

a poviem vám o vysoko kontroverznej schéme,

ktorá vysvetľuje ich objav,

a to,

že ďaleko za Zemou,

Mliečnou dráhou a inými vzdialenými galaxiami

môžeme zistiť, že náš vesmír

nie je jediným vesmírom,

ale namiesto toho

je súčasťou rozsiahleho komplexu vesmírov,

ktorý voláme multivesmír.

Myšlienka multivesmíru je čudná.

Myslím tým, že väčšina z nás vyrástla v presvedčení,

že slovo „vesmír“ znamená všetko.

A hovorím väčšina z prezieravosti, lebo moja

štvorročná dcéra ma počúvala rozprávať o týchto myšlienkach

odkedy sa narodila. A minulý rok som ju držal

a povedal som: „Sophia,

ľúbim ťa viac, ako čokoľvek vo vesmíre.“

A ona sa obrátila na mňa a povedala: „Ocko,

vo vesmíre alebo v multivesmíre?“

(Smiech)

Ale s výnimkou takejto nezvyčajnej výchovy,

je čudné predstaviť si

iné svety izolované od nášho,

väčšinou s podstatne inými vlastnosťami,

ktoré by sa právom nazývali vesmírmi.

Akokoľvek

špekulatívna je táto myšlienka,

mierim k tomu, aby som vás presvedčil,

že existuje dôvod, prečo to brať vážne,

nakoľko to môže byť pravda.

Porozprávam vám príbeh o multivesmíre v troch častiach.

V prvej časti

opíšem výsledky, ktoré vyhrali Nobelovu cenu

a poukážem na dômyselnú záhadu,

ktorú tieto výsledky odhalili.

V druhej časti

ponúknem riešenie tejto záhady.

Je založená na tzv. teórii strún

a na tomto mieste myšlienka multivesmíru

vstúpi do príbehu.

Nakoniec v tretej časti

opíšem kozmologickú teóriu

nazývanú inflácia,

ktorá spojí všetky časti príbehu.

OK, prvá časť. Začína sa v roku 1929,

keď si veľký astronóm Edwin Hubble

uvedomil, že vzdialené galaxie

sa ženú od nás preč,

čím preukázal, že samotný vesmír

sa rozpína, rozširuje sa.

Bolo to revolučné zistenie.

Prevládala verejná mienka, že

vesmír je statický.

Ale aj tak

tu bola jedna vec, ktorou si všetci boli istí --

rozširovanie sa musí spomaľovať.

Ako gravitačný ťah Zeme

spomaľuje stúpanie jablka vrhnutého nahor,

tak aj vzájomný gravitačný ťah

jednotlivých galaxií

musí spomaľovať

rozširovanie vesmíru.

Teraz sa presunieme do 90-tych rokov,

keď dva tímy astronómov,

ktoré som spomenul na začiatku,

boli inšpirované týmto argumentovaním,

aby zmerali mieru,

akou sa rozpínanie spomaľuje.

Usilovne

pozorovali početné

vzdialené galaxie,

čo im umožnilo zaznamenať,

ako sa miera rozpínania menila v čase.

Tu je to prekvapenie --

zistili, že rozpínanie sa nespomaľuje.

Namiesto toho zistili, že sa zrýchľuje,

ide rýchlejšie a rýchlejšie.

Je to ako vrhnúť jablko nahor

a ono stúpa rýchlejšie a rýchlejšie.

Keby ste videli, že to nejaké jablko

dokáže, chceli by ste vedieť

prečo. Čo ho poháňa?

Podobne, výsledky astronómov

si isto zaslúžia Nobelovu cenu,

ale nastolili obdobnú otázku.

Aká sila poháňa všetky galaxie,

aby sa hnali jedna od druhej

čoraz väčšou rýchlosťou?

Nuž, najsľubnejšia odpoveď

pochádza zo starej Einsteinovej myšlienky.

Aby ste rozumeli, všetci sme

zvyknutí na to, že gravitácia je sila, ktorá

priťahuje objekty k sebe.

Ale v Einsteinovej teórii gravitácie,

všeobecnej teórii relativity,

gravitácia môže tiež veci od seba odtláčať.

Ako? Podľa Einsteinovej matematiky,

ak je priestor rovnomerne naplnený

neviditeľnou energiou,

niečo ako rovnomerná, neviditeľná hmla,

potom by gravitácia generovaná touto hmlou

bola odpudivá.

Odpudivá gravitácia

je práve to, čo potrebujeme na vysvetlenie pozorovaní.

Kvôli odpudivej gravitácii

neviditeľnej energie vo vesmíre --

voláme ju tmavá energia,

ale tu je biela, aby ste ju mohli vidieť --

jej odpudivá gravitácia

by spôsobila, že galaxie by na seba vzájomne tlačili,

poháňajúc rozpínanie, aby sa zrýchľovalo,

nie spomaľovalo.

Toto vysvetlenie

predstavuje veľký pokrok.

Ale sľúbil som vám záhadu,

tu, v prvej časti.

Nech sa páči.

Keď astronómovia prepočítali

koľko tmavej energie

musí byť napustenej do priestoru,

aby vysvetlili kozmické zrýchľovanie,

pozrite, na čo prišli.

Toto číslo je malé.

Vyjadrené v príslušnej jednotke,

je okázalo malé.

A záhadou je, ako vysvetliť toto zvláštne číslo.

Chceme, aby

vyplynulo zo zákonov fyziky,

ale zatiaľ nikto nenašiel spôsob ako.

Môžete si lámať hlavu,

malo by nám na tom záležať?

Možno vysvetliť to číslo

je iba technickým problémom,

technickým detailom, ktorý zaujíma expertov,

ale pre ostatných je nepodstatné.

Nuž, určite to je technický detail,

ale na niektorých detailoch naozaj záleží.

Niektoré poskytujú

okná do nezmapovaných oblastí reality

a toto zvláštne číslo môže byť takým oknom,

keďže jediný prístup, ktorý dosiaľ pokročil k jeho vysvetleniu,

evokuje možnosť existencie iných vesmírov --

myšlienka, ktorá vychádza najavo z teórie strún,

ktorou sa dostávam do druhej časti: teória strún.

Takže, záhadu tmavej energie

nepúšťajte z hlavy,

kým vám poviem

tri kľúčové veci o teórii strún.

Prvá -- čo to je?

Je to prístup, ktorým si uvedomíte Einsteinov sen

jednotnej teórie fyziky,

jediná dominantná teória,

ktorá by bola schopná opísať

všetky fungujúce sily vo vesmíre.

Hlavná myšlienka teórie strún

je celkom priamočiara.

Hovorí, že ak preskúmate

hocijaký kúsok hmoty čoraz viac do hĺbky,

najprv nájdete molekuly,

a potom atómy a subatómové častice. Ale ak by ste

mohli sondovať do menších rozmerov,

oveľa menších, ako dokážeme s existujúcou technológiou,

nájdete v časticiach niečo iné --

maličké, vibrujúce vlákna energie,

maličké, vibrujúce struny.

A tak ako aj struny na husliach,

môžu vibrovať v rôznych vzorcoch,

produkujúc rôzne hudobné tóny,

keď tieto maličké, základné struny,

vibrujú v rôznych vzorcoch,

produkujú rôzne druhy častíc --

takže elektróny, kvarky, neutrína, fotóny

a všetky ostatné častice

by boli zjednotené do jediného systému,

keďže by povstali z vibrujúcich strún.

Je to pôsobivý obraz,

istý druh kozmickej symfónie,

kde sa všetko bohatstvo,

ktoré vidíme vo svete okolo seba,

vynára z hudby,

ktorú tieto maličké struny dokážu zahrať.

Ale toto elegantné zjednotenie

si vyberá svoju daň,

pretože roky výskumu

ukázali, že matematika teórie strún až tak celkom nefunguje.

Má vnútorné nezrovnalosti,

pokiaľ neberieme

do úvahy niečo celkom neznáme --

dodatočné dimenzie vesmíru.

Všetci poznáme tri zvyčajné dimenzie vesmíru.

Môžete o nich uvažovať

ako o výške, šírke a hĺbke.

Ale teória strún hovorí, že pri fantasticky malých rozmeroch

existujú dodatočné dimenzie,

zvinuté do drobných rozmerov, takých malých,

že sme ich neobjavili.

Ale aj keď sú dimenzie skryté,

majú dopad na veci, ktoré môžeme pozorovať,

pretože tvar dodatočných dimenzií

obmedzuje to, ako môžu struny vibrovať.

A v teórii strún

vibrácia určuje všetko.

Takže hmotnosti častíc, veľkosti síl

a to najpodstatnejšie -- množstvo tmavej energie --

by boli určené

tvarom dodatočných dimenzií.

Takže ak poznáme tvar dodatočných dimenzií,

mali by sme byť schopní vypočítať tieto vlastnosti,

vypočítať množstvo tmavej energie.

Problémom je,

že nepoznáme

tvar dodatočných dimenzií.

Všetko, čo máme,

je zoznam kandidátskych tvarov

povolených matematikou.

Keď sa o týchto myšlienkach prvýkrát hovorilo,

existovalo okolo päť rôznych kandidátskych tvarov,

takže si môžete predstaviť,

ako ich analyzovali jeden po druhom,

aby sa určilo, či niektorý nemá

fyzikálne vlastnosti, ktoré pozorujeme.

Ale časom zoznam rástol,

nakoľko výskumníci objavili ďalšie kandidátske tvary.

Z piatich počet rástol na stovky a potom na tisícky...

Široká, ale stále zvládnuteľná zbierka na analýzu,

keďže koniec-koncov

absolventi potrebujú niečo robiť.

Ale potom zoznam ďalej rástol

na milióny a miliardy, až dodnes.

Zoznam kandidátskych tvarov

prudko narástol na 10 až 500.

Takže čo robiť?

Niektorých výskumníkov opustilo nadšenie a

usúdili, že kandidátskych tvarov bolo tak veľa

a každý vyvolal iné fyzikálne vlastnosti,

že teória strún by nedokázala urobiť

definitívne predpovede, overiteľné testom.

Ale iní sa chopili problému z opačnej strany a

priviedli nás k možnosti multivesmíru.

Ide o toto.

Možno je každý z týchto tvarov na rovnakej úrovni.

Každý z nich je skutočný

v tom zmysle,

že existuje veľa vesmírov,

každý s iným tvarom pre dodatočné dimenzie.

A tento radikálny návrh

má vážny dopad na našu záhadu:

množstvo tmavej energie odhalenej výsledkami, ktoré vyhrali Nobelovu cenu.

Pretože

ak existujú iné vesmíry,

a ak z tých vesmírov

každý má, povedzme, rôzny tvar pre dodatočné dimenzie,

potom fyzikálne vlastnosti každého vesmíru budú rôzne,

a predovšetkým

množstvo tmavej energie v každom vesmíre

bude rôzne.

Čo znamená, že záhada,

ako vysvetliť množstvo tmavej energie, ktoré máme teraz odmerané,

by nadobudla úplne iný charakter.

V tomto kontexte

zákony fyziky nedokážu vysvetliť jedno číslo pre tmavú energiu,

lebo neexistuje iba jedno číslo,

existuje veľa čísiel.

Čo znamená,

že sme sa pýtali nesprávnu otázku.

Správna otázka, ktorú sa treba pýtať, je:

prečo sa my, ľudia, nachádzame vo vesmíre

s konkrétnym množstvom tmavej energie, ktorú sme odmerali,

namiesto hociktorej inej možnosti,

ktorá tam vonku existuje?

A to je otázka, ktorá nás môže doviesť ďalej.

Pretože vo vesmíroch,

ktoré majú oveľa viac tmavej energie ako náš,

kedykoľvek sa hmota snaží zoskupiť do galaxií,

odpudivý tlak tmavej energie je taký silný,

že rozmetie zoskupenie na kúsky

a galaxie sa nesformujú.

A vo vesmíroch, ktoré majú oveľa menej tmavej energie,

tie sa zrútia naspäť do seba tak rýchlo,

že, galaxie sa opäť nesformujú.

A bez galaxií niet hviezd, niet planét

a niet šance

pre našu formu života,

aby existovala v týchto iných vesmíroch.

Takže sa ocitáme vo vesmíre

s konkrétnym množstvom tmavej energie, ktoré sme odmerali,

jednoducho preto, lebo náš vesmír má podmienky,

ktoré sú priaznivé pre našu formu života.

A to je tak všetko.

Záhada vyriešená,

multivesmír objavený.

Niektorým sa toto vysvetlenie zdá neuspokojivé.

Sme zvyknutí, že fyzika

nám dáva konečné vysvetlenia pre vlastnosti, ktoré pozorujeme.

Ale podstata je,

že ak vlastnosť, ktorú pozorujete,

môže a aj vezme na seba

širokú rozmanitosť rôznych hodnôt

naprieč širšiemu obzoru reality,

potom rozmýšľať o jednom vysvetlení

pre jednu konkrétnu hodnotu

je jednoducho zavádzajúce.

Raný príklad

pochádza od veľkého astronóma Johannesa Keplera,

ktorý bol posadnutý pochopením

iného čísla --

prečo je Slnko vzdialené od Zeme 93 miliónov míľ.

Na objasnení tohto čísla pracoval desaťročia,

ale nikdy neuspel a my vieme prečo.

Kepler sa pýtal

nesprávnu otázku.

Teraz vieme, že existuje veľa planét

v najrôznejších vzdialenostiach od ich hostiteľských hviezd.

Takže nádej, že zákony fyziky

vysvetlia jedno konkrétne číslo -- 93 miliónov míľ --

je jednoducho zvrátená.

Namiesto toho je správnou otázkou,

prečo sa my, ľudia, nachádzame na planéte

v tejto konkrétnej vzdialenosti,

namiesto ktorejkoľvek inej?

A znova je to otázka, na ktorú poznáme odpoveď.

Tie planéty, ktoré sú oveľa bližšie k hviezde ako Slnko,

by boli také horúce,

že naša forma života by neexistovala.

A planéty, ktoré sú oveľa ďalej od hviezdy,

sú také chladné,

že, znova, naša forma života by sa neujala.

Takže sa nachádzame

na planéte v tejto konkrétnej vzdialenosti

jednoducho preto, že poskytuje podmienky

nevyhnutné pre našu formu života.

A keď sa jedná o planéty a ich vzdialenosti,

toto je zjavne ten správny spôsob argumentácie.

Podstata je,

že keď sa jedná o vesmíry a tmavú energiu, ktorú obsahujú,

môže to byť tiež ten správny spôsob argumentácie.

Jeden kľúčový rozdiel je, samozrejme,

že vieme, že existujú ďalšie planéty,

ale zatiaľ som iba špekuloval o možnosti,

že môžu existovať iné vesmíry.

Takže, aby som to zhrnul,

potrebujeme mechanizmus,

ktorý vlastne dokáže vytvoriť iné vesmíry.

A to ma privádza k záverečnej, tretej časti.

Pretože takýto mechanizmus bol nájdený

kozmológmi, ktorí sa snažili pochopiť Veľký tresk.

Viete, keď rozprávame o Veľkom tresku,

často si predstavujeme

nejaký kozmický výbuch,

ktorý stvoril náš vesmír

a spôsobil, že sa vesmír rozpína.

Ale je tu malé tajomstvo.

Veľký tresk vynecháva niečo dosť podstatné --

samotný tresk.

Hovorí nám, ako sa vesmír vyvíjal po tresku,

ale nehovorí o tom,

čo by mohlo tresk poháňať.

A táto medzera bola konečne zaplnená

rozšírenou verziou teórie o Veľkom tresku.

Nazýva sa inflačná kozmológia

a identifikovala konkrétny druh paliva,

ktorý vyvolal prirodzené

rozpínanie vesmíru.

Palivo je založené na tzv. kvantovom poli,

ale jediný detail, na ktorom nám záleží,

je ten, že toto palivo sa osvedčilo za také výkonné,

že je prakticky nemožné

vyčerpať ho,

čo v inflačnej teórii znamená,

že Veľký tresk, ktorý umožnil vznik nášho vesmíru,

nie je pravdepodobne jednorázová záležitosť.

Namiesto toho palivo vytvorilo nielen náš Veľký tresk,

ale tiež by vytvorilo nespočetne veľa iných Veľkých treskov,

ktoré by umožnili vznik svojim izolovaným vesmírom,

s tým, že náš vesmír by sa stal iba jednou bublinou

vo veľkolepom kozmickom bublinkovom kúpeli vesmírov.

A keď to spojíme s teóriou strún,

tu je obraz, ku ktorému nás to dovedie.

Každý z týchto vesmírov má dodatočné rozmery.

Dodatočné rozmery nadobúdajú najrôznejšie tvary.

Rôzne tvary majú rôzne fyzikálne vlastnosti.

A ocitáme sa v jednom vesmíre namiesto druhého

jednoducho preto, že iba v našom vesmíre

sú fyzikálne vlastnosti, ako napríklad množstvo tmavej energie,

v správnom množstve, aby sa mohla ujať naša forma života.

A toto je ten pôsobivý, ale vysoko kontroverzný obraz

širšieho kozmosu,

ku zváženiu ktorého nás priviedli

prelomové pozorovania a teórie.

Zostáva nám jedna veľká otázka --

mohli by sme niekedy dokázať

existenciu iných vesmírov?

Dovoľte mi opísať

jeden spôsob, ktorý by sa jedného dňa mohol uplatniť.

Inflačná teória

má už teraz silnú podporu pozorovania.

Nakoľko teória predpovedá,

že Veľký tresk bol taký intenzívny,

že ako sa vesmír rýchlo zväčšoval,

drobné, kvantové vibrácie z mikrosveta

sa roztiahli do makrosveta, pričom

zanechali zreteľný otlačok naprieč vesmírom --

obrazec mierne teplejších

a mierne chladnejších miest,

ktoré boli v súčasnosti pozorované výkonnými teleskopmi.

A ak ideme ešte ďalej, ak existujú iné vesmíry,

teória predpovedá, že môžu

príležitostne kolidovať.

A ak do nášho vesmíru vrazí iný,

kolízia by vytvorila

ďalší jemný obrazec

teplotných odchýlok naprieč vesmírom,

ktorý by sme mohli jedného

dňa objaviť.

A akokoľvek exoticky tento obrazec vyzerá,

jedného dňa môže byť založený

na pozorovaniach a

dokázať tak existenciu iných vesmírov.

Skončím

s neobyčajnou implikáciou

všetkých týchto myšlienok

pre veľmi ďalekú budúcnosť.

Viete, zistili sme,

že náš vesmír nie je statický,

že vesmír sa rozpína,

že to rozpínanie sa zrýchľuje

a že môžu existovať iné vesmíry.

A to všetko podrobným preskúmaním

nejasných bodov hviezdneho svetla

prichádzajúceho k nám zo vzdialených galaxií.

Ale keďže sa rozširovanie zrýchľuje,

vo veľmi vzdialenej budúcnosti

sa budú galaxie vzďaľovať tak ďaleko a tak rýchlo,

že ich nebudeme schopní vidieť --

nie kvôli technologickým obmedzeniam,

ale kvôli zákonom fyziky.

Svetlo, ktoré tieto galaxie emitujú,

aj keď cestuje najväčšou rýchlosťou, rýchlosťou svetla,

nebude schopné prekonať

čoraz väčšiu priepasť medzi nami.

Takže astronómovia v ďalekej budúcnosti

nebudú pri pohľade do hlbokého vesmíru

vidieť nič, iba nekonečný priestor

statickej, atramentovo-čiernej tichosti.

A prídu k záveru,

že vesmír je statický a nemenný

a obývaný jedinou centrálnou oázou

hmoty, ktorú obývajú --

obraz kozmosu,

o ktorom rozhodne vieme, že je nesprávny.

Možno budúci astronómovia budú mať záznamy

zo skorších dôb

napríklad z našej,

ktoré svedčia o rozpínajúcom sa kozmose,

ktorý je plný galaxií.

Ale budú títo budúci astronómovia

veriť takým starobylým vedomostiam?

Alebo budú veriť

v čierny, statický, prázdny vesmír,

ktorý odhalia ich súčasné pozorovania?

Obávam sa, že skôr to druhé.

Znamená to, že žijeme

v mimoriadne privilegovanej dobe,

keď sú niektoré hlboké pravdy o kozmose

stále na dosah

ľudského ducha bádania.

No zdá sa, že to nemusí byť vždy tak.

Lebo súčasní astronómovia,

ktorí natáčajú výkonné teleskopy na oblohu

zachytili hŕstku čisto informatívnych fotónov --

čo je istý druh kozmického telegramu,

ktorý putuje miliardy rokov.

A správa, ktorá sa ozýva vekmi, je jasná.

Niekedy si príroda stráži svoje tajomstvá

neprekonateľným zovretím

fyzikálnych zákonov.

Inokedy nám skutočnou povahou reality

máva pred očami.

Ďakujem veľmi pekne.

(Potlesk)

Chris Anderson: Brian, ďakujem ti.

Rozsah myšlienok, o ktorých si rozprával,

je závratný, osviežujúci, neuveriteľný.

Čo si myslíte

o tom, kde sa kozmológia nachádza dnes,

z historického aspektu?

Sme podľa vás uprostred niečoho historicky nezvyčajného?

BG: Ťažko povedať.

Keď zistíme, že astronómovia ďalekej budúcnosti

nemusia mať dostatok informácii, aby veci odhalili,

prirodzená otázka je, že možno sme už v tej pozícii

a niektoré závažné, zásadné vlastnosti vesmíru

už unikli našej schopnosti pochopiť,

kvôli tomu, ako sa kozmológia vyvíja.

Takže z tohto uhla pohľadu

si možno vždy budeme klásť otázky,

no nikdy nebudeme schopní plne ich zodpovedať.

Na druhej strane, teraz dokážeme pochopiť,

aký starý je vesmír.

Môžeme sa dozvedieť,

ako chápať údaje z mikrovlnného žiarenia kozmického pozadia,

ktoré bolo zaznamenané pred 13,72 miliárd rokmi --

dokonca môžeme v súčasnosti výpočtami predpovedať,

ako to bude vyzerať a zhoduje sa to.

Pánafera! To je úžasné.

Takže na druhej strane, je to jednoducho neuveriteľné, kam sme sa dostali,

ale ktovie, na aké prekážky možno narazíme v budúcnosti.

CA: Zostávate tu ešte niekoľko dní.

Možno niektorý z týchto rozhovorov bude pokračovať.

Ďakujem. Ďakujem, Brian.
(BG: S radosťou.)

(Potlesk)