Hubble Extreme Deep Field. Kredit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; HUDF09 Team.

Co si myslet o výzkumu, který zahrnuje úplně všechno ve vesmíru? I laikovi je na první pohled jasné, že studie, která nese název „All objects and some questions,“ vybočuje z řady. American Journal of Physics sice není bůhvíjak hvězdným časopisem ve svém oboru, ale nějaký impakt faktor má, takže to přinejmenším stojí za pozornost.

Fyzici Charley Lineweaver a Vihan Patel z Australian National University obsáhli ve své studii dosavadní termální historii vesmíru a všechny podstatné objekty, které se (při nevyhnutelném zobecnění) ve vesmíru objevily. Jejich závěry přinášejí i pozoruhodné, i když dost kontroverzní postřehy ke vzniku vesmíru i k jeho podstatě.

Charley Lineweaver. Kredit: Australian National University.

Jak uvádí Lineweaver, když asi před 13,8 miliardami let vznikl náš vesmír, byl nesmírně horký a prázdný, kromě polévky částic v té nejelementárnější podobě, alespoň pokud víme. Nebyly žádné protony či neutrony, natož atomy či molekuly. Dnešní vesmír je přitom plný takových i složitějších objektů. Podle Lineweavera se na to lze dívat tak, že s vychládáním původně velmi žhavého vesmíru všechny tyto objekty postupně kondenzovaly.

Badatelé analyzovali objekty ve vesmíru v rámci vztahu mezi teplotou a hustotou a vztahu mezi hmotností a velikostí. Výsledkem jejich úsilí je zřejmě doposud nejobsáhlejší diagram se všemi zásadními objekty ve vesmíru.

Patel k tomu dodává, že kromě unikátního pohledu na vývoj vesmíru jejich studie rovněž nastolila některé významné otázky. Například vymezili určité oblasti tohoto všeobjímajícího diagramu, které jsou pro objekty „zakázané.“

Diagram vztahu mezi velikostí a hmotností objektů ve vesmíru. Kredit: Lineweaver & Patel (2023), American Journal of Physics.

V některých částech by objekty musely mít vyšší hustotu než černé díry, v jiných by zase musely být tak malé, že by je „optika“ kvantové mechaniky zřejmě nemohla vnímat jako samostatné objekty. Tyto „zakázané zóny,“ a také hranice uvedeného diagramu představují podle autorů studie zásadní záhadu.

Jak říká Patel, na „dolním“ konci jejich diagramu všehomíra, kde se setkává obecná relativita s kvantovou mechanikou, se vyskytuje instanton, což je hypotetický nejmenší možný objekt, který odpovídá černé díře o Planckově (nejmenší možné) hmotnosti. Lineweaver s Patelem z toho vyvozují vznik vesmíru nikoliv jako singularity, ale právě jako instantonu. Laicky řečeno, bylo by to stále dost šílené, ale méně než singularita, protože když už nic, tak instanton má alespoň konečnou, nikoliv nekonečnou hmotnost a velikost.

Opačný konec Lineweaverova a Patelova diagramu je snad ještě zajímavější. Naznačuje totiž, že by náš vesmír za určitých okolností, tedy nutno říci nepravděpodobných okolností, mohl být nezměrnou černou dírou o nízké hustotě. V takovém případě by se kolem pozorovatelného vesmíru mohl vyskytovat horizont událostí, na který bychom se dívali poněkud netradičně zevnitř.

Jak ale badatelé zdůrazňují, pro tento fascinující a zároveň mrazivý scénář je nutné, aby pozorovatelný vesmír, jehož velikost dnes odhadujeme asi na 93 miliard světelných let, obklopoval Minkowského prostor s nulovou hustotou. To je podle většiny kosmologů (i podle Lineweavera) mylná představa. Takže, jak se zdá, Lineweaver a Patel krčí obočí nad vlastními výsledky a přemýšlejí, co to vlastně znamená.

Video: The Habitability of Planets, Galaxies and Universes - Dr Charley Lineweaver

Literatura

Australian National University 18. 10. 2023.

IFL Science 19. 10. 2023.

American Journal of Physics 91: 819–825.