Janna Levin: Zvuk vydávaný vesmírem

Kosmický prostor si představujeme jako tiché místo. Fyzička Janna Levin však říká, že vesmír má svůj zvukový doprovod - akustickou skladbu, která zachycuje nejdramatičtější události v kosmickém prostoru. (Černé díry například bubnují na časoprostor jako na buben). Máme tedy možnost vydat se na zvukovou procházku vesmírem, která rozšíří naše obzory.

Chtěla bych, abyste se na chvilku všichni zamysleli

nad prostou skutečností,

že, alespoň doposud,

nám většinu toho, co víme o vesmíru,

přineslo světlo.

Můžeme stát na Zemi a vzhlédnout k noční obloze

a vidět hvězdy pouhýma očima.

Slunce září v našem periferním vidění,

vidíme světlo odrážející se od Měsíce,

a od chvíle, kdy Galileo zamířil svůj primitivní dalekohled

na nebeská tělesa,

nám světlo přinášelo známý vesmír,

napříč celými věky vesmírné historie.

S našimi moderními dalekohledy

jsme byli schopni natočit

tenhle úžasný němý filmový snímek vesmíru -

tyto série obrázků,

které sahají zpět až do doby velkého třesku.

Vesmír však není němým filmem,

protože ve vesmíru nepanuje ticho.

Chtěla bych vás přesvědčit o tom,

že vesmír má svůj zvukový doprovod,

který je přehráván na kosmickém prostoru samotném.

Kosmický prostor se totiž může chvět jako buben.

Může vysílat jakousi zvukovou nahrávku

napříč vesmírem

zachycující průběh některých nejdramatičtějších událostí.

Chtěli bychom být schopni přidat

k té úžasné obrazové expozici

vesmíru, kterou máme,

i expozici akustickou.

A třebaže jsme doposud zvuky z kosmického prostoru nikdy neslyšeli,

během několika příštích let bychom určitě měli

slyšet hlasitěji, co se tam venku děje.

S tímto cílem

zachytit melodie vesmíru

obracíme tedy svoji pozornost

k černým dírám a k příslibu, který znamenají,

protože černé díry dokážou bubnovat na časoprostor

jako paličky na buben

a vyluzují velice zvláštní melodii.

Chtěla bych vám pustit některé naše odhady toho,

čemu se ta melodie bude podobat.

Černé díry jsou na pozadí tmavé oblohy tmavé.

Nemůžeme je vidět přímo.

Světlo nám je neukáže, alespoň ne přímo.

Můžeme je vidět nepřímo,

protože černé díry pustoší okolní prostředí.

Ničí hvězdy kolem sebe.

Víří vesmírný odpad v okolním prostoru.

Prostřednictvím světla je ale přímo neuvidíme.

Možná jednoho dne zahlédneme stín,

který může černá díra vrhat na velice jasném pozadí,

ale zatím se tak nestalo.

Černé díry je nicméně slyšet,

i když je není vidět,

protože bubnují na časoprostor jako na buben.

Za myšlenku, že kosmický prostor může zvučet jako buben,

vděčíme Albertu Einsteinovi, kterému vůbec vděčíme za tolik.

Einstein si uvědomil, že kdyby kosmický prostor byl prázdný,

kdyby vesmír byl prázdný,

vypadal by jako tenhle obrázek,

jen by tam asi chyběla ta užitečná mřížka, která je tady nakreslená.

Kdybychom volně padali kosmickým prostorem,

tak bychom i bez té užitečné mřížky

možná dokázali sami ten obrázek nakreslit,

protože bychom zjistili, že se pohybujeme v přímce,

v přímém směru bez odchylek

napříč vesmírem.

Einstein si rovněž uvědomil -

a to je podstata celého problému -

že pokud do vesmíru vložíte energii nebo hmotu,

kosmický prostor se zakřiví.

Předmět ve volném pádu

poletí například kolem slunce

a trajektorie jeho letu se odchýlí

podél přirozeného zakřivení kosmického prostoru.

To byla Einsteinova slavná obecná teorie relativity.

Dokonce i světlo se ohýbá podél těchto linií.

A můžete se ohnout natolik,

že uvíznete na oběžné dráze kolem Slunce,

jak je tomu v případě Země, nebo jako Měsíc obíhá Zemi.

To jsou přirozená zakřivení kosmického prostoru.

Einstein si však neuvědomil skutečnost,

že kdybyste vzali naše Slunce

a zhustili ho do šesti kilometrů -

kdybyste vzali milionkrát větší hmotu, než má Země,

a zhustili ji do průměru šesti kilometrů,

vytvořili byste černou díru,

objekt, který má takovou hustotu,

že když se k němu světlo dostane příliš blízko, už nikdy neunikne -

temný stín na pozadí vesmíru.

Nebyl to Einsteinův objev,

přišel na to Karl Schwarzchild,

německý Žid za první světové války -

vstoupil do německé armády už jako úspěšný vědec

a působil na ruské frontě.

Ráda si představuji Schwarzchilda za války v zákopech,

jak propočítává balistické křivky pro dělostřeleckou palbu,

a pak, v přestávkách mezi tím,

počítá Einsteinovy rovnice -

a všechno tohle v zákopech.

Četl krátce předtím vydanou Einsteinovu

obecnou teorii relativity

a byl touto teorií nadšen.

Velice rychle přišel

na přesné matematické řešení,

které popisovalo velmi zvláštní jev:

zakřivení tak silná,

že bych do nich kosmický prostor stekl,

kosmický prostor sám by se zakřivil jako vodopád

a proudil by otvorem do díry.

Dokonce ani světlo by nedokázalo tomuto proudu uniknout.

Bylo by staženo dolů do díry stejně

jako všechno ostatní

a zbyl by zde pouhý stín.

Napsal tedy Einsteinovi

a řekl: "Jak vidíte,

válka se ke mně zachovala dostatečně milosrdně,

i přes silnou palbu.

Dokázal jsem se od toho všeho tady odpoutat

a procházet se zemí vašich nápadů."

Na Einsteina velice silně zapůsobilo jeho přesné řešení

a doufám, že i obětavost tohoto vědce.

Byl to skutečně vědec, který pilně pracoval v obtížných podmínkách.

Einstein pak Schwarzchildovu tezi přinesl

následující týden na Pruskou akademii věd.

Einstein se však vždy domníval, že černé díry jsou matematická úchylka.

Nevěřil, že v přírodě existují.

Domníval se, že příroda by nás ochránila před jejich vytvořením.

Trvalo desetiletí,

než se objevil název černá díra

a než si lidé uvědomili,

že černé díry jsou skutečnými astrofyzickými objekty -

že jsou vlastně smrtelným stádiem

velice masivních hvězd,

které se katastrofálně zhroutily

na konci svého života.

Naše Slunce se do černé díry nezhroutí.

Není na to dostatečně masivní.

Pokud bychom ale udělali takový imaginární pokus -

což Einstein dělal velice rád -

mohli bychom si představit,

že se Slunce zhustí do průměru šesti kilometrů,

a že se na jeho oběžné dráze bude pohybovat maličká Země,

možná takových třicet kilometrů

od slunce, které je černou dírou.

A tato Země se bude sama osvětlovat,

protože když zmizí Slunce, nebude zde žádný další zdroj světla -

nechme tedy naši malou Zemi, ať se osvětluje sama.

Uvědomili byste si, že by jste mohli umístit Zemi na bezpečnou oběžnou dráhu

pouhých třicet kilometrů

od této zhuštěné černé díry.

Tahle zhuštěná černá díra

by se vlastně rozlohou víceméně vešla na Manhattan.

Možná by se trošku přelila do řeky Hudson,

než by zničila Zemi.

O tomhle tedy ale v zásadě mluvíme.

Hovoříme o objektu, který byste mohli zhustit

na poloviční velikost rozlohy Manhattanu.

Posuneme tedy naši Zemi velmi blízko -

do vzdálenosti třicet kilometrů -

a povšimneme si, že naprosto bezpečně obíhá černou díru.

Existuje takový mýtus,

že černé díry pohlcují všechno ve vesmíru,

ale ve skutečnosti musíte být velice blízko, abyste do nich spadli.

Nesmírně zajímavé je nicméně to, že z našeho úhlu pohledu

můžeme vždy vidět Zemi.

Nemůže se za černou dírou skrýt.

Část světla ze Země do ní spadne,

ale část se odrazí kolem ní a vrátí se k nám.

Za černou dírou tedy nemůžete nic ukrýt.

Pokud by to bylo v seriálu Battlestar Galactica [Hrdinové z galaxií]

a bojovali byste proti Cylonům,

tak se neschovávejte za černou dírou.

Viděli by vás.

Naše Slunce se tedy do černé díry nezhroutí -

není na to dost masivní.

V naší galaxií je jsou ale desítky tisíc černých děr.

Pokud bychom zatměli Mléčnou dráhu,

vypadala by takhle.

Viděli bychom stín té černé díry

na pozadí stovky miliard hvězd

v Mléčné dráze a jejích svítících prachových stop.

Kdybychom padali směrem k této černé díře,

viděli bychom, jak se kolem ní odráží všechno to světlo,

a mohli bychom dokonce začít přecházet do toho stínu

a vlastně si ani nevšimnout, že se něco zásadního děje.

Kdybychom nahodili motory a snažili se odtamtud dostat, dopadlo by to špatně,

protože by se nám to nepovedlo,

stejně jako nedokáže uniknout světlo.

Třebaže je ale černá díra zvenku tmavá,

není tmavá uvnitř,

protože všechno světlo z galaxie do ní může spadnout za námi.

A i když by relativizující úkaz známý jako dilatace času způsobil,

že by se naše hodiny zdánlivě zpomalily

ve srovnání s galaktickým časem,

pořád by se zdálo, že vývoj celé galaxie

byl zrychlen a vystřelen přímo proti nám

těsně předtím, než by nás černá díra rozdrtila.

Byla by to podobná zkušenost jako zdánlivá smrt,

kdy vidíte světlo na konci tunelu,

ale tohle je zkušenost definitivní smrti.

(Smích)

A není možné nikomu říci

o tom světle na konci tunelu.

Nikdy předtím jsme sice podobný stín černé díry neviděli,

ale černé díry je nicméně možné slyšet,

i když je není vidět.

Představte si nyní situaci, která je z astrofyzického hlediska reálná -

představte si dvě černé díry, které prožily dlouhý společný život.

Možná byly na počátku hvězdami

a zhroutily se do dvou černých děr,

z nich každá má desetkrát větší hmotu než Slunce.

Zhustíme je tedy do průměru šedesáti kilometrů.

Budou se možná otáčet

několiksetkrát za vteřinu.

Na konci svého života

se budou navzájem obíhat takřka světelnou rychlostí.

Urazí tedy vzdálenost tisíců kilometrů

ve zlomku vteřiny.

Když se takto přemísťují, tak nejen zakřivují kosmický prostor,

ale rovněž za sebou zanechávají

zvučící prostor,

skutečnou vlnu na časoprostoru.

Kosmický prostor se smršťuje a roztahuje,

když vychází z těchto černých děr

bubnujících na vesmír.

Cestují vesmírem

rychlostí světla.

Tato počítačová simulace

je výsledkem práce skupiny zabývající se relativitou v laboratoři NASA Goddard.

Trvalo téměř třicet let, než kdokoli na světě dokázal tento problém vyřešit.

Snažila se o to i tato skupina.

Vidíme zde dvě černé díry, které se navzájem obíhají,

a zase jsou tady ta šikovně zakreslená zakřivení.

A pokud to vidíte - je to dost slabě vidět -

ale pokud tam vidíte vyzařovat červené vlny,

tak to jsou gravitační vlny.

Jsou to skutečné zvuky záchvěvů kosmického prostoru

a budou vycházet z těchto černých děr rychlostí světla,

postupně utichat a spojovat se

do jedné rotující, tiché černé díry

v závěrečné fázi.

Kdybyste stáli dostatečně blízko,

ve vašich uších by rezonovalo

smršťování a roztahování kosmického prostoru.

Skutečně byste slyšeli ten zvuk.

Samozřejmě by se nepříjemně smršťovala a roztahovala i vaše hlava,

takže byste měli možná problémy pochopit, co se děje.

Chtěla bych Vám teď přehrát

zvuk, který očekáváme.

Tohle je od mojí skupiny -

naše počítačová simulace je o něco méně efektní.

Představte si lehčí černou díru

padající do velice těžké černé díry.

Zvuk, který slyšíte,

je lehká černá díra bubnující na kosmický prostor

pokaždé, když se přiblíží.

Když se vzdálí, je až moc potichu.

Ale tady se řítí jako palička

a doslova rozštípne kosmický prostor,

když ho rozechvěje jako buben.

Dokážeme předpovědět, co to bude za zvuk.

Víme, že během svého pádu dovnitř

stále zrychluje a je stále hlasitější.

A nakonec

uslyšíme, jak ten malý spadl do toho většího.

(Bušení)

Pak to zmizí.

Nikdy jsem to neslyšela takhle nahlas - je to mnohem dramatičtější.

Doma je to tak trošku zklamání.

Je to takové cink, cink, cink.

Tady je další zvuk od mojí skupiny.

Ne, neukazuji vám žádné obrázky,

protože černé díry za sebou nezanechávají

stopy po inkoustu, které by nám mohly pomoci,

a kosmický prostor není namalovaný,

abyste tam mohli vidět ta zakřivení.

Kdybyste ale prolétali vesmírem na vesmírných prázdninách

a slyšeli jste tohle,

tak byste sebou měli hnout.

(Smích)

Dostat se daleko od toho zvuku.

Obě černé díry se pohybují.

Obě černé díry se k sobě přibližují.

V tomto případě jsou obě hodně rozkmitané.

A pak splynou v jedno.

(Bušení)

A je to pryč.

Tenhle cvrkot je velmi typický pro splývání černých děr,

to zacvrlikání na konci.

Takový je tedy náš odhad toho,

co uvidíme.

Naštěstí jsme v bezpečné vzdálenosti v Long Beach v Kalifornii.

Někde ve vesmíru určitě

splynuly dvě černé díry.

A prostor kolem nás určitě

zvučí

poté, co urazil možná milión světelných let, milión let

rychlostí světla, než se k nám dostal.

Ten zvuk je však příliš tichý na to, aby ho kdokoli z nás slyšel.

Na Zemi jsou vyvíjeny velice užitečné experimentální projekty -

jeden se jmenuje LIGO -

které zachytí odchylky

ve smršťování a roztahování kosmického prostoru

menší než zlomek atomového jádra

v oblasti o rozloze čtyř kilometrů.

Je to nesmírně ambiciózní experiment,

který dosáhne zvýšené citlivosti

za několik málo let - aby tyto odchylky zachytil.

Existuje rovněž návrh kosmické mise,

která bude, doufejme, spuštěna během následujících deseti let

a která se jmenuje LISA.

LISA bude schopna vidět supermasivní černé díry -

černé díry, které mají milionkrát či miliardkrát

větší hmotu než Slunce.

Na tomto snímku z Hubbleova dalekohledu vidíme dvě galaxie.

Zdá se, jako by ustrnuly v jakémsi vzájemném obětí.

Obě mají pravděpodobně

ve svém středu supermasivní černou díru.

Nejsou však strnulé,

ve skutečnosti splývají.

Tyto dvě černé díry do sebe narážejí

a v horizontu miliard let splynou.

Není ve schopnostech našeho lidského vnímání

zachytit tak dlouho znějící melodii.

LISA však může spatřit konečné stádium

dvou supermasivních černých děr

v uplynulé historii vesmíru,

posledních patnáct minut předtím, než se do sebe zhroutily.

A nejsou to jen černé díry,

ale rovněž každé větší narušení pořádku ve vesmíru -

a největší ze všech je velký třesk.

Když se tento výraz poprvé objevil, měl posměšný nádech -

něco jako: "No, kdo by věřil na velký třesk?"

Nyní se ale zdá, že je vlastně technicky přesnější,

protože to možná byl třesk -

možná se tam ozval nějaký zvuk.

Tahle animace od mých přátel z Proton Studios

nabízí pohled na velký třesk zvenku.

Něco takového bychom nikdy nechtěli - chceme být uvnitř vesmíru,

protože stát mimo vesmír nelze.

Představte si tedy, že jste uvnitř velkého třesku.

Je všude, všude kolem vás,

a celý kosmický prostor se chaoticky chvěje.

Uběhne čtrnáct miliard let

a ta melodie pořád zní všude kolem nás.

Vznikají galaxie

a v nich celé generace hvězd.

A u jedné hvězdy,

minimálně jedné hvězdy,

je obyvatelná planeta.

A my tady horečně vyvíjíme ty experimenty,

děláme výpočty, píšeme počítačové kódy.

Představte si, že se před miliardou let

srazily dvě černé díry.

Tato melodie zvučí kosmickým prostorem

celou dobu od té chvíle.

My jsme tu tehdy ještě ani nebyli.

Stále se přibližuje a přibližuje.

Před 40 000 lety jsme pořád ještě malovali po stěnách jeskyní.

Zní to jako: pospěšte si, vybudujte ta svá zařízení.

Pořád se přibližuje a přibližuje a v roce dva tisíce něco,

ať už to bude kdykoliv,

kdy už naše detektory konečně dosáhnou zvýšené citlivosti -

je postavíme, zapneme přístroje

a, bum, zachytíme ji - první kosmickou melodii.

Kdybychom zachytili velký třesk,

znělo by to takhle.

(Šum) Je to strašlivý zvuk.

Je to přímo definice hluku.

Je to bílý šum, je to takové chaotické drnčení.

Nejspíš je ale všude kolem nás,

pokud již nebylo přehlušeno

nějakým jiným vesmírným dějem.

Pokud bychom jej zachytili, byla by to hudba pro naše uši,

protože by to byla tichá ozvěna

okamžiku našeho stvoření,

stvoření našeho pozorovatelného vesmíru.

Během příštích několika let

ten zvukový doprovod budeme schopni trošku vylepšit,

nabídnout zvukovou nahrávku vesmíru.

Pokud však zachytíme ty nejstarší okamžiky,

přiblížíme se tak mnohem více

porozumění velkému třesku,

čímž se dostaneme mnohem blíže k tomu,

abychom si položili některé z vůbec nejtěžších, nejhůře uchopitelných otázek.

Kdybychom si pustili film o našem vesmíru pozpátku,

víme, že se v naší minulosti odehrál velký třesk,

a možná uslyšíme i jeho ohlušující zvuk,

byl však náš velký třesk jediným velkým třeskem?

Musíme se ptát, jestli se něco podobného stalo už předtím.

Stane se to znovu?

V duchu výzvy, kterou nám ukládá TED,

abychom znovu probudili svoji zvědavost,

si můžeme pokládat otázky, minimálně během téhle poslední minuty,

na něž, upřímně řečeno, možná nikdy nenalezneme odpověď.

Ale musíme se ptát.

Je možné, že náš vesmír

je jen ozdobným přívěškem nějakého delšího dějinného příběhu?

Nebo, je možné, že jsme jen jednou z rovin mnohovesmíru -

každá rovina má ve své minulosti svůj vlastní velký třesk -

někde černé díry bubnují na bubny,

a někde ne -

někde možná existuje vědomý život, a někde ne -

ani v naší minulosti, ani v naší budoucnosti,

ale přesto v zásadě nějak propojené s námi?

Pokud existuje mnohovesmír, tak se musíme ptát,

zda jsou v jiné části tohoto mnohovesmíru

také bytosti?

Tady jsou moje mnohovesmírné bytosti.

Existují v mnohovesmíru jiné bytosti,

které přemýšlejí o nás

a o svém vlastním původu?

Pokud ano,

dokáži si je představit jako nás,

jak počítají, píší počítačové kódy,

budují zařízení,

snaží se zachytit ten nejslabší zvuk

vypovídající o jejich původu

a přemýšlejí o tom, kdo tu kromě nich ještě je.

Děkuji vám. Děkuji vám.

(Potlesk)