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)