Kvantová simulace vesmíru. Vlevo nahoře začátek, vpravo konec, vlevo dole detail, zobrazují hmotu o váze asi 20 kg. Kredit: Jens Niemeyer, University of Göttingen.

Dnešní vesmír je doopravdy rozlehlý, plný hvězd, galaxií, plynu, prachu a podobných věcí. Nic moc nenasvědčuje tomu, že kdysi byl zřejmě velký tak, že byste ho bez potíží nevědomky zašlápli. První okamžiky čerstvě zrozeného vesmíru byly nesmírně bouřlivé, extrémní, důležité a odehrály se na velmi skromném prostoru, alespoň z dnešního pohledu. Modelovat takový vesmír přitom vůbec není snadné.

Jens Niemeyer / University of Göttingen.

Jens Niemeyer z německé Georg-August-Universität Göttingen a jeho kolegové pozoruhodným způsobem analyzovali okamžiky mladičkého vesmíru, které následovaly po stále velmi záhadné epizodě velkolepého nafouknutí kosmologickou inflací, která zřejmě proběhla v době 10^-36 až 10-32 sekundy po Velkém třesku. Jejich výsledky přitom ukazují, že už tehdy, když vesmír ze všeho nejvíc připomínal kvantovou pec, která zešílela, vznikaly struktury, které ovlivnily další osud vesmíru a jeho dnešní podobu.

Niemeyerův tým namíchal exotický drink simulací pohybu částic s kvantovým gravitačním modelováním. Jejich kvantová simulace byla nastavená tak, že hmota o celkové váze asi 20 kilogramů byla nacpána do prostoru o velikosti 10^-20 metru, což odpovídá době, kdy bylo vesmíru asi tak 10^-24 sekundy. Jak trefně poznamenává Niemeyer, celá jejich slavná simulace by se v reálu vešla do jediného protonu – a to asi tak milionkrát. Podle něj jde o nejpodrobnější simulaci doposud nejmenší oblasti ve vesmíru, jakou kdo kdy zatím udělal.

Georg-August-Universität Göttingen, logo.

Badatelé se soustředili na vývoje bezprostředně po inflaci vesmíru. Jejich kvantová simulace ukázala, že když se v té době vynořovaly částice z pěny kvantových vln, tak při tom dočasně vznikala hala hmoty (inflation halos), která byla natolik hustá, že ohýbala samotný časoprostor. Zároveň tato hala mohla přispívat ke vzniku primordiálních černých děr, pokud existovaly. Inflační hala měla mít jen extrémně jepičí život a velice brzy by se vypařila do změti elementárních částic. Jejich existence by ale zřejmě nezůstala bez následků.

Autoři studie jsou přesvědčeni, že tyto struktury v extrémně mladém vesmíru, jejich vznik, pohyby i vzájemné interakce, musely vytvářet šum gravitačních vln. Kvantová simulace vesmíru by měla přispět k odhadnutí podoby takového primordiálního signálu. Není vyloučeno, že se stále vlní vesmírem, a že bychom ho mohli detekovat. Uvidíme, jestli někdy gravitační astronomové vyloví takový signál z nezměrného vesmírného oceánu.

Literatura

Georg-August-Universität Göttingen 24. 3. 2021.

Physical Review D 103: 063525.