Multivesmír aneb Kolik vesmírů existuje… ve vesmíru? (2.)
Co když vesmír, kde žijeme, není jediný? Vědci stojí na pokraji objevu, který by mohl odkrýt existenci mnohovesmíru, v němž je náš kosmos jen jedním z mnoha
Reálně se totiž před námi rýsuje možnost, že náš vesmír není jediný – že žijeme v nevelké části vesmíru vesmírů, tzv. mnohovesmíru. Šlo by jistě o ten nejpřekvapivější objev v dějinách. Ostatně o tom jsme se rozepsali v první části článku.
Deset na pětistou vesmírů
Fyzici se již dlouho snaží vytvořit teorii všeho, která by zahrnula všechny čtyři základní fyzikální síly, tedy elektromagnetickou, slabou jadernou a silnou jadernou sílu a gravitaci. Taková teorie by vyřešila základní problém současné fyziky, protože by smířila obecnou relativitu a kvantovou mechaniku. Nejznámějším kandidátem na teorii všeho je už zmiňovaná M-teorie, která zastřešuje teorie superstrun.
Z teorií superstrun vyplývá, že základní proměnné ve vesmíru mohou být nastaveny v takřka nepředstavitelném počtu možných kombinací. Někdy se uvádí 10500 kombinací a podobně fantastické hodnoty, což bývá důvodem ke kritice superstrunových teorií. Poslední dobou se však někteří teoretičtí fyzikové domnívají, že právě s tímto ohromným množstvím možných nastavení vesmíru jsme na správné stopě. Teorie superstrun nám podle jejich představ „sdělují“, že někde kolem nás existuje 10500 různých vesmírů a každý z nich představuje jednu inflační bublinu v mnohovesmíru. Odborníci tomuto gigantickému množství potenciálních kombinací kosmických parametrů někdy říkají krajina teorie strun („string theory landscape“).
Zní to fantasticky: mnohovesmír přeplněný ohromnou spoustou vesmírů, včetně toho našeho. Podle Matthewa Johnsona z kanadského Perimeter Institute se možná nikdy s určitostí nedozvíme, zda bubliny jiných kosmů existují, či nikoliv. Se štěstím bychom však přece jen mohli nějaké stopy nalézt. Kdyby totiž některé bubliny inflačních vesmírů vznikly v těsné blízkosti našeho rodícího se kosmu, mohly by se v počátečních fázích navzájem ovlivnit a zanechat o tom důkazy. Johnson a jeho kolega v roce 2007 navrhli, že by po srážce sousedních bublin mohly zůstat kruhové stopy. Při takové kolizi rozpínajících se vesmírů by vznikaly jasné a horké prstence fotonů a my bychom snad mohli najít jejich „otisky“. V roce 2011 tedy oba vědci prošli starší data ze sondy WMAP, která měřila reliktní záření před observatoří Planck. Žádné kruhové stopy však neobjevili.
Svědectví sondy Planck
Na sklonku minulého roku se objevila zajímavá studie, jejímž autorem je Ranga-Ram Chary z týmu, který zpracovává data ze sondy Planck. Chary nehledal stopy po jiných vesmírech v samotném reliktním záření, ale postupoval opačně. Velmi zjednodušeně řečeno vzal kompletní data o mikrovlnném záření oblohy, jež získala zmíněná observatoř, a reliktní záření od nich „odečetl“. Následně „odečetl“ i všechny další známé fenomény, jako jsou hvězdy, mezihvězdný prach a plyn.
Podle předpokladů nemělo nakonec z uvedených dat zůstat prakticky nic, jen slabý náhodný šum. Jenomže něco zbylo. V jistém rozsahu frekvencí mikrovlnného záření se objevily nápadně jasné oblasti záření, které tam podle všech teorií neměly být. Chary se domnívá, že by mohlo jít o hledané stopy po „šťouchancích“ našeho vesmíru se sousedními bublinami. Ne každý však s takovými výsledky souhlasí a sám Chary přiznává, že se jedná o vzrušující, ale zároveň dost nejistý nápad. Podobné objevy podle něj vyžadují pádné důkazy, proto vědec pracuje na vyloučení dalších možností, které by jeho zjištění vysvětlovaly.
Temný proud jako důkaz
Podle standardních kosmologických modelů by měl být pohyb kup galaxií vzhledem k reliktnímu záření náhodný, měl by tedy probíhat všemi možnými směry. Jenže v roce 2008 popsal tým Alexandera Kashlinského z NASA’s Goddard Space Flight Center na základě analýzy dat ze sondy WMAP zvláštní jev, který vědci nazvali temný proud („dark flow“). Zjistili totiž, že mnohé kupy galaxií směřují rychlostí přinejmenším 600 km/s k relativně malému okrsku oblohy v souhvězdí Kentaura!
V porovnání s rychlostí světla nejde o nijak závratnou hodnotu. Přesto objev vyvolal velký ohlas, protože jakákoliv nápadná odchylka od předpovězeného náhodného pohybu kup galaxií si žádá vysvětlení. Mnozí odborníci nevěří, že kontroverzní temný proud existuje. Když vědci v roce 2013 zkoumali data o reliktním záření ze sondy Planck, žádný temný proud nenašli. Jakmile pak ovšem stejná data pečlivě prozkoumal Kashlinsky se svým týmem, důkazy jeho existence prý objevili. Zatím se tedy jedná o remízu.
Pokud by však byl temný proud reálný, museli bychom objasnit jeho příčiny. Nabízí se odpověď, že by mohl být výsledkem působení gravitace něčeho, co se nachází vně našeho kosmu – například cizího vesmíru. Temný proud by pak dokazoval, že existuje mnohovesmír. Podle Kashlinského jde o nejjednodušší vysvětlení.
Pomohou nám urychlovače?
Někteří vědci se domnívají, že k objevení mnohovesmíru nemusíme studovat reliktní záření z počátků kosmu ani sledovat pohyby kup galaxií vzdálených miliardy světelných let. Pomoc bychom mohli najít mnohem blíž, třeba ve Velkém hadronovém urychlovači (Large Hadron Collider – LHC) v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN). Teoretická fyzička Laura Mersini-Houghtonová z University of North Carolina spolu s dalšími kolegy zkoumala, jak by mohla případná existence mnohovesmíru ovlivnit dlouho hledaný a nedávno skutečně objevený Higgsův boson. Jedná se o elementární částici ze standardního modelu částic, která hraje klíčovou roli ve vysvětlení původu hmotnosti ostatních elementárních částic.
Výpočty týmu Laury Mersini-Houghtonové ukazují, že Higgsův boson by mohl souviset s mnohem těžší a dosud neznámou částicí, jež existuje v mnohovesmíru. Na její přímou detekci bychom museli mít výrazně výkonnější urychlovač než LHC. Kdybychom však potvrdili, že je Higgsův boson nízkoenergetickým partnerem vysokoenergetické částice, získali bychom tak podstatný kousek do skládačky mnohovesmíru.
TIP: Temná hmota: Najdeme podstatu odvrácené strany kosmu?
Ne každý fyzik je mnohovesmírem nadšený. Někteří považují celou popsanou myšlenku za pouhé zbožné přání teoretiků, jimž došly nápady. Podle Petera Woita z newyorské Columbia University dospěli zastánci mnohovesmíru k příliš komplikovaným závěrům, které nelze ověřit. Ani příznivci zmíněné teorie si obvykle nemyslí, že bychom někdy mohli do některého z cizích kosmů proniknout, neboť by tam mohly fungovat velmi odlišné fyzikální zákony. Nemusíme však litovat: Už samotná představa, že žijeme v jednom z vesmírů nezměrného mnohovesmíru, je dostatečně zajímavá.
Reliktní záření
Reliktní záření nebo též kosmické mikrovlnné pozadí je velmi chladné elektromagnetické záření, které k nám přichází z vesmíru ze všech směrů. Pravděpodobně vzniklo 380 tisíc let po Velkém třesku, kdy se od hmoty oddělilo záření o teplotě přibližně 3 000 °C. Jedná se tudíž o otisk tehdejší podoby kosmu. Vesmír v té době vychladl natolik, že se volné elektrony spojily s atomovými jádry, přičemž vznikly atomy vodíku a helia. Hmota se stala pro záření průhlednou. Od toho okamžiku reliktní záření stále chladne – dnes jeho teplota činí přibližně −270 °C.
Jak probíhala inflace?
Vesmír se sice rozpíná neustále, kosmologická inflace však podle všeho představovala pořádné drama. Pokud k ní opravdu došlo, byla neuvěřitelně krátká. Podle odborníků započala asi 10−36 sekundy po Velkém třesku a trvala zhruba do 10−33 až −32 sekundy. To znamená, že skončila ani ne během první kvintiliontiny (10−30) sekundy po Velkém třesku. V naprosto nepatrném časovém úseku se tak kosmos zvětšil 1050×, z velikosti pouhého bodu na obrovský útvar.
Mechanismus kosmologické inflace zůstává stále záhadou, a část vědců k ní proto zaujímá rozporuplný postoj. Pokud by však byla reálná, řešila by mnoho významných kosmologických otázek: například proč je vesmír ve všech směrech skoro stejný, homogenní.
