Janna Levin: Zvuk, ktorý vydáva vesmír

Vesmír považujeme za tiché miesto, ale fyzička Janna Levin hovorí, že vesmír má soundtrack, akustickú skladbu, kde sa zaznamenávajú všetky dramatické udalosti vo vesmíre. (Čierne diery napríklad udierajú na časopriestor ako na bubon.) Zvuková prechádzka vesmírom, ktorá je zrozumiteľná a rozširuje myseľ.

Chcem vás požiadať, aby ste sa všetci na chvíľu zamysleli

nad veľmi jednoduchým faktom,

že absolútna väčšina toho,

čo o vesmíre vieme,

k nám prichádza vo forme svetla.

Môžeme stáť na Zemi a pozerať na nočnú oblohu

a vidieť hviezdy voľným okom.

Slnko spaľuje naše periférne videnie,

vidíme svetlo, ktoré sa odráža od Mesiaca

a odkedy Galileo namieril svoj prvý teleskop

na nebeské telesá,

známy vesmír k nám prichádza vo forme svetla

naprieč nesmiernymi vekmi histórie kozmu.

Našimi modernými teleskopmi

sme schopní zbierať časti

tohto ohromujúceho vesmírneho nemého filmu,

túto sériu fotografií,

ktoré siahajú až k Veľkému tresku.

Vesmír však nie je nemý film,

pretože vesmír nie je nemý.

Rada by som vás presvedčila,

že vesmír má soundtrack

a že ten soundtrack sa hrá v samotnom vesmíre,

pretože vesmír môže kmitať ako bubon.

Naprieč celým vesmírom

môže vydávať istý druh nahrávky

o niektorých z najdramatickejších udalostí počas toho, ako odvíjajú.

Teraz by som pridala

k úžasnej vizuálnej skladbe,

ktorú o vesmíre máme,

aj akustickú skladbu

a aj keď sme zvuky z vesmíru doteraz nikdy nepočuli,

naozaj by sme mali v priebehu nasledujúcich pár rokov

začať zvyšovať hlasitosť toho, čo sa tam hore deje.

V rámci tejto ambície

zachytávania piesní z vesmíru

zameriame našu pozornosť

na čierne diery a prísľub, ktorý sa v nich skrýva,

pretože čierne diery môžu udierať na časopriestor

podobne ako paličky na bubon

a majú veľmi charakteristickú pieseň,

ktorú by som vám rada prehrala a ktorá bola vytvorená na základe niektorých našich predpovedí,

ako taká pieseň bude vyzerať.

Čierne diery sú tmavé objekty na tmavom pozadí oblohy.

Nemôžeme ich vidieť priamo.

Neprináša nám ich svetlo, teda aspoň nie priamo.

Môžeme ich vidieť nepriamo,

pretože čierne diery spôsobujú vo svojom okolí skazu.

Ničia hviezdy okolo seba.

Trosky vo svojom okolí rozvíria,

ale k nám sa priamo prostredníctvom svetla nedostanú.

Jedného dňa možno uvidíme tieň,

ktorý môže čierna diera vrhať na veľmi jasné pozadie,

ale zatiaľ sme to nevideli,

a predsa je možné čierne diery počuť,

aj keď ich nie je možné vidieť

a je to tak preto, lebo na časopriestor udierajú ako na bubon.

Za myšlienku, že vesmír sa môže rozozvučať ako bubon,

vďačíme Albertovi Einsteinovi, ktorému vďačíme za veľa.

Einstein si uvedomil, že keby bol vesmír prázdny,

ak by bol vesmír prázdny,

vyzeralo by to ako na tomto obrázku,

snáď okrem pomocnej mriežky, ktorá je na ňom nakreslená.

Keby sme však vesmírom voľne padali,

dokonca aj bez tejto pomocnej mriežky,

možno by sme ju mohli nakresliť sami,

lebo by sme si všimli, že sme išli po rovných čiarach,

ničím nevychýlenými priamymi cestami

vesmírom.

Einstein si tiež uvedomil,

a to je to jadrom veci,

že ak do vesmíru umiestnite energiu alebo hmotu,

tá zakriví vesmír

a ak by voľne padajúci predmet prechádzal,

povedzme, okolo Slnka,

odklonil by sa

pozdĺž prirodzených zakrivení v priestore.

Bola to Einsteinova veľkolepá všeobecná teória relativity.

Dokonca aj svetlo by sa na tejto ceste ohýbalo

a vy sami sa môžete ohnúť tak veľmi,

že vás to zachytí na obežnej dráhe okolo Slnka,

podobne, ako je na nej Zem, alebo Mesiac okolo Zeme.

Sú to prirodzené zakrivenia priestoru

Čo si však Einstein neuvedomil bolo to,

že keby ste vzali Slnko

a stlačili by ste ho na objekt s priemerom šiestich kilometrov,

teda vzali by ste miliónkrát objem Zeme

a stlačili by ste ho do priemeru šiestich kilometrov,

vytvorili by ste čiernu dieru,

objekt taký hustý,

že ak by svetlo skĺzlo príliš blízko, už by nikdy neuniklo,

teda tmavý tieň na vesmírnom pozadí.

Nebol to Einstein, kto si to uvedomil,

ale bol to Karl Schwarzschild,

ktorý bol nemeckým židom v 1. svetovej vojne,

Do nemeckej armády vstúpil už ako skvelý vedec

a pracoval na ruskom fronte.

Rada si predstavujem Schwarzschilda vo vojne a v zákopoch,

ako vypočítava balistické trajektórie pre paľbu z kanónov

a popritom

vypočítava Einsteinove rovnice,

ako sa to zvyčajne robieva v zákopoch.

Čítal Einsteinovu nedávno publikovanú

všeobecnú teóriu relativity

a bol touto teóriou uchvátený.

Veľmi rýchlo prišiel

s presným matematickým riešením,

ktoré opisovalo niečo veľmi výnimočné:

zakrivenie také silné,

že priestor sa doňho vlieval,

priestor sám sa zakrivil ako vodopád,

ktorý vteká do hrdla diery

a dokonca ani svetlo z tohto prúdu nemohlo uniknúť.

Svetlo by bolo stiahnuté dole touto dierou,

rovnako ako hocičo iné

a ostal by len tieň.

Napísal Einsteinovi

a povedal: „Ako uvidíte,

vojna bola ku mne zhovievavá,

napriek ťažkej streľbe.

Bol som schopný dostať sa z toho všetkého

a kráčať krajinou vašich myšlienok."

Na Einsteina urobilo dojem jeho presné riešenie

a dúfam, že aj zanietenie vedca.

Takto vyzerá ťažko pracujúci vedec v drsných podmienkach.

O týždeň predstavil Schwarzschildovu myšlienku

Pruskej akadémii vied,

ale Einstein si vždy myslel, že čierne diery boli matematickou zvláštnosťou.

Neveril, že v prírode existujú.

Myslel si, že príroda by nás pred ich vytváraním uchránila.

Prešli desaťročia,

kým sa zaviedol termín čierna diera

a ľudia si uvedomili,

že čierne diery sú skutočnými astrofyzikálnymi objektmi.

V skutočnosti sú štádiom smrti

veľmi masívnych hviezd,

ktoré sa katastroficky zrútili samy do seba

na konci svojho života.

Naše Slnko sa do čiernej diery nezrúti.

Nie je na to dostatočne veľké,

ale ak by sme spravili malý myšlienkový experiment,

aké rád robil aj Einstein,

mohli by sme si predstaviť,

že by sme mali Slnko stlačené na objekt s priemerom šiestich kilometrov

a na jeho obežnú dráhu by sme umiestnili malú Zem,

asi 30 km

od Slnka v podobe čiernej diery.

Mala by vlastné osvetlenie,

pretože keď teraz Slnko zmizlo, nemáme žiadny ďalší zdroj svetla.

Nechajme teda našu malú Zem seba samú osvetľovať

a uvedomili by ste si, že môžete umiestniť Zem na šťastnú obežnú dráhu

aj 30 km

od tejto stlačenej čiernej diery.

Táto stlačená čierna diera

by sa vlastne viac-menej zmestila na Manhattan.

Možno by sa trochu z nej dostalo do rieky Hudson predtým,

ako by zničila Zem.

V podstate je to však to, o čom hovoríme.

Hovoríme o objekte, ktorý môžete stlačiť

na polovicu plochy Manhattanu.

Presunieme teda túto Zem veľmi blízko,

30 km od čiernej diery

a všimneme si, že bez problémov okolo nej obieha.

Existuje určitý mýtus,

že čierne diery pohltia všetko vo vesmíre,

ale v skutočnosti sa musíte dostať do ich tesnej blízkosti, aby ste do nich spadli.

Veľmi pôsobivý je však fakt, že z nášho pohľadu

môžeme Zem stále vidieť.

Za čiernu dieru sa nemôže schovať.

Časť svetla zo Zeme spadne dnu,

ale nejaké sa k nám dostane naokolo.

Za čiernou dierou teda nemôžete nič schovať.

Ak by toto bol seriál Hviezdna loď Galactica

a bojovali by ste proti Cylonom,

neskrývajte sa za čiernu dieru.

Môžu vás vidieť.

Naše slnko sa do čiernej diery nezrúti.

Nie je na to dostatočne obrovské,

ale v našej galaxii existujú desiatky tisíc čiernych dier

a ak by jedna z nich mala zatieniť našu Mliečnu cestu,

vyzeralo by to takto.

Videli by sme tieň tejto čiernej diery

na pozadí stoviek miliárd hviezd

v Galaxii Mliečna cesta a jej svietiacich pruhov prachu.

Ak by sme mali padať k tejto čiernej diere,

videli by sme všetko to svetlo, ktoré k nám putuje okolo nej

a mohli by sme dokonca začať prechádzať do tohto tieňa

a naozaj si nevšimnúť, že sa udialo niečo dramatické.

Bolo by zlé, ak by sme sa pokúsili naštartovať naše rakety a dostať sa odtiaľ,

pretože by sme už nemohli,

podobne, ako aj svetlo.

Aj keď je čierna diera zvonku tmavá,

vnútri tmavá nie je,

lebo všetko svetlo z galaxie môže spadnúť za nami

a hoci napriek relativistickému efektu známemu ako dilatácia času

by sa zdalo, že naše hodiny spomaľujú

relatívne ku galaktickému času,

vyzeralo by to tak, akoby sa evolúcia galaxie zrýchlila

a bola na nás vystrelená tesne predtým,

ako by nás čierna diera rozdrvila na smrť.

Bolo by to ako zážitok blízko smrti,

keď môžete vidieť svetlo na konci tunela,

ale je to úplný smrteľný zážitok.

(Smiech)

Neexistuje nijaký spôsob, ako niekomu povedať

o svetle na konci tunela.

Nikdy sme nevideli tieň čiernej diery podobný tomuto,

ale čierne diery je možné počuť,

aj keď ich nie je možné vidieť.

Predstavte si, že vezmete astrofyzikálne realistickú situáciu.

Predstavte si dve čierne diery, ktoré spolu žili dlhý život.

Možno začali ako hviezdy

a zrútili sa do dvoch čiernych dier

a každá z nich by mala 10-násobný objem Slnka.

Teraz ich stlačíme na priemer 60 km.

Môžu sa otáčať

niekoľko stokrát za sekundu.

Na konci svojich životov

budú okolo seba rotovať takmer rýchlosťou svetla.

Prejdú tisícky kilometrov

za zlomok sekundy.

Počas toho nielenže zakrivujú priestor,

ale za sebou zanechávajú

rezonovanie priestoru,

skutočnú vlnu časopriestoru.

Priestor sa stláča a naťahuje počas toho,

ako vychádza z týchto čiernych dier,

ktoré udierajú na vesmír.

Ďalej do univerza sa pohybujú

rýchlosťou svetla.

Táto počítačová simulácia

vznikla vďaka Goddardovmu stredisku vesmírnych letov NASA.

Trvalo takmer 30 rokov, kým niekto na svete vyriešil tento problém.

Toto je jedna z tých skupín.

Znázorňuje dve čierne diery na vzájomnej obežnej dráhe

a opäť s nakreslenými pomocnými krivkami.

Ak to vidíte, je to vidieť trochu slabo,

ale ak vidíte červené vlny, ktoré odtiaľ vychádzajú,

tak to sú gravitačné vlny.

Sú to doslova zvuky rezonovania priestoru

a z týchto čiernych dier budú putovať rýchlosťou svetla

počas toho, ako budú odznievať

a na konci dňa sa spoja

do jednej otáčajúcej sa tichej čiernej diery.

Ak by ste stáli dostatočne blízko,

vaše ucho by rezonovalo

stláčaním a rozpínaním sa priestoru.

Ten zvuk by ste doslova počuli.

Samozrejme, vaša hlava by sa beznádejne stláčala a rozpínala,

takže by ste mohli mať problémy s pochopením toho, čo sa deje,

ale rada by som vám prehrala zvuk,

ktorý tu predpokladáme.

Tento pochádza z mojej skupiny

a ide o trochu menej fascinujúce počítačové modelovanie.

Predstavte si ľahšiu čiernu dieru,

ako padá do veľmi ťažkej čiernej diery.

Zvuk, ktorý počujete,

je ľahká čierna diera, ktorá udiera na priestor zakaždým,

keď sa priblíži.

Keď sa dostane ďaleko, je veľmi tichá,

ale prichádza ako palička,

doslova treskne do priestoru

a rozkmitá ho ako bubon.

Dokážeme predvídať, ako tento zvuk bude vyzerať.

Vieme, že počas jej pádu

sa zrýchľuje a zvyšuje hlasitosť

a nakoniec

budeme počuť, ako tento malý chlapík spadne do toho veľkého chlapíka.

(Búchanie)

Potom zmizne.

Nikdy som to tak nahlas nepočula a je to naozaj dramatickejšie.

Doma to tak vzrušujúco neznie.

Je to niečo ako bim, bim, bim.

Toto je ďalší zvuk, ktorý vytvorila moja skupina.

Nie, neukážem vám žiadne obrázky,

pretože čierne diery za sebou nezanechávajú

pomocnú atramentovú stopu

a priestor nie je namaľovaný

a neukazuje vám zakrivenia.

Keby ste však mali plávať vesmírom na vesmírnej dovolenke

a počuli by ste toto,

chceli by ste sa odtiaľ pohnúť.

(Smiech)

Mali by ste sa dostať preč od tohto zvuku.

Obe čierne diery sa pohybujú.

Obe čierne diery sa k sebe navzájom približujú.

V tomto prípade obe pomerne silno kmitajú

a potom sa spoja.

(Búchanie)

Teraz to zmizlo.

Toto cvrlikanie je pre čierne diery veľmi charakteristické,

teda to, že na konci dochádza k cvrlikaniu.

Je to naša predpoveď toho,

čo uvidíme.

Našťastie sa nachádzame v bezpečnej vzdialenosti v Long Beach v Kalifornii

a dve čierne diery sa vo vesmíre

určite už spojili.

Vesmír okolo nás určite

rezonuje

po prejdení možno milióna svetelných rokov alebo milióna rokov

rýchlosťou svetla, kým sa k nám dostane.

Tento zvuk je však príliš tichý, aby ho ktokoľvek z nás počul.

Na Zemi sa budujú zariadenia pre významné experimenty.

Jeden z nich sa nazýva LIGO

a bude zisťovať odchýlky

v stláčaní a rozpínaní priestoru

menších ako zlomok jadra atómu

v dĺžke viac ako 4 km.

Je to pozoruhodne ambiciózny experiment

a jeho citlivosť sa v priebehu ďalších pár rokov zvýši,

aby tieto odchýlky odhalil.

Existuje aj plánovaná vesmírna misia,

ktorá, dúfajme, odštartuje v priebehu ďalších desiatich rokov

a volá sa LISA.

LISA bude môcť vidieť supermasívne čierne diery,

čo sú čierne diery miliónkrát alebo miliárdkrát

masívnejšie ako Slnko.

Na tomto zábere z Hubblovho vesmírneho teleskopu vidíme dve galaxie.

Vyzerajú, akoby zamrzli v nejakom objatí

a každá z nich má vo svojom jadre zakotvenú

supermasívnu čiernu dieru.

Nie sú však zamrznuté,

ale v skutočnosti sa spájajú.

Tieto dve čierne diery do seba narážajú

a spoja sa v priebehu miliardy rokov.

Je za možnosťami nášho ľudského vnímania,

aby sme takú dlhú pieseň zachytili.

LISA však môže vidieť tieto záverečné etapy

dvoch supermasívnych čiernych dier

skôr v histórii vesmíru

a to posledných 15 minút predtým, ako spadnú jedna do druhej.

Nie sú to len čierne diery,

ale je to aj hocijaké veľké narušenie vo vesmíre

a najväčším je Veľký tresk.

Keď sa tento výraz zaviedol, bol posmešným,

ako napríklad: „Ach, kto by už len veril vo Veľký tresk?"

Teraz to v skutočnosti môže byť technicky presnejšie,

pretože môže dochádzať k trieskaniu

a môže dochádzať k vydávaniu zvukov.

Táto animácia mojich priateľov v Proton Studios

znázorňuje pohľad na Veľký tresk zvonku.

Nikdy by sme to v skutočnosti nechceli spraviť. Chceme byť vnútri vesmíru,

lebo nič také ako existencia mimo vesmíru neexistuje.

Predstavte si teda, že ste vnútri Veľkého tresku.

Je všade, je okolo vás

a priestor chaoticky kmitá.

Prejde 14 miliárd rokov

a táto pieseň stále znie všade okolo nás.

Vytvárajú sa galaxie

a generácie hviezd v týchto galaxiách.

Okolo jednej hviezdy,

najmenej jednej hviezdy,

je obývateľná planéta.

Tu sme my a horúčkovito budujeme zariadenia pre tieto experimenty,

robíme výpočty, píšeme počítačové kódy.

Predstavte si, že pred miliardou rokov

sa zrazili dve čierne diery.

Táto pieseň znie vesmírom

celý ten čas.

Ani sme tu neboli.

Približuje sa stále viac a viac.

Pred 40 000 rokmi sme stále kreslili jaskynné maľby.

Je to ako: „Rýchlo, postavte svoje zariadenia."

Tá pieseň je stále bližšie a bližšie a v roku dvetisíc...,

nech je už akýkoľvek,

keď budú naše detektory konečne citlivejšie,

ich postavíme, tieto prístroje zapneme

a bum, zachytíme ju, prvú pieseň z vesmíru.

Ak by sme mali zachytiť Veľký tresk,

znel by takto.

(Šumenie) Je to strašný zvuk.

Je to doslova definícia hluku.

Je to biely šum a znie úplne chaoticky.

Je však pravdepodobne všade okolo nás,

ak medzitým nezmizol

vďaka nejakému inému procesu vo vesmíre.

Ak by sme ho zachytili, pre naše uši to bude hudba,

pretože to bude tichá ozvena

okamihu nášho stvorenia,

stvorenia vesmíru, ktorý môžeme pozorovať.

Počas niekoľkých nasledujúcich rokov

budeme teda schopní trochu zvýšiť hlasitosť tohto soundtracku

a reprodukovať vesmír v audiopodobe.

Ak by sme zachytili tieto najranejšie okamihy,

doviedlo by nás to omnoho bližšie

k pochopeniu Veľkého tresku,

a to nás privádza rovnako bližšie

ku kladeniu jedných z najťažších a najťažšie pochopiteľných otázok.

Ak by sme spustili film nášho vesmíru odzadu,

vedeli by sme, že v našej minulosti sa udial Veľký tresk

a možno by sme mohli dokonca počuť aj jeho kakofonický zvuk.

Bol však náš Veľký tresk jediným Veľkým treskom?

Mám na mysli to, že sa musíme pýtať: „Stalo sa to aj predtým?

Stane sa to znova?"

Myslím tým to, že v duchu čelenia výzve konferencií TED

opäť vzbudiť údiv,

si môžeme klásť otázky, aspoň počas tejto poslednej minúty,

ktoré by nám mohli uniknúť navždy.

Musíme sa však pýtať:

„Je možné, že náš vesmír

je len vrcholom nejakej väčšej histórie

alebo je možné, že sme len vetvou multivesmíru,

kde mala v minulosti každá vetva svoj vlastný Veľký tresk

a možno majú niektoré z nich čierne diery, ktoré bubnujú

a možno sú niektoré bez nich,

možno niektoré majú formy života schopné vnímať a niektoré sú možno bez nich,

nie v našej minulosti ani v našej budúcnosti,

ale sú s nami v podstate nejako spojené?"

Musíme si teda klásť otázku: "Ak existuje multivesmír,

sú v nejakom fliačiku tohto multivesmíru

nejaké bytosti?

Tu sú moje bytosti z multivesmíru.

Existujú v multivesmíre ďalšie bytosti,

ktoré rozmýšľajú o nás

a premýšľajú nad svojim vlastným pôvodom?

Ak existujú,

viem si ich predstaviť podobne ako nás,

ako počítajú, píšu počítačový kód,

stavajú zariadenia,

snažia sa zachytiť aj ten nezreteľný zvuk

svojho pôvodu

a premýšľajú o tom, kto ďalší je tam hore.

Ďakujem. Ďakujem.

(Potlesk)