Až donedávna byly dotazy na dobu před Velkým třeskem považovány téměř za tabu. Obecná teorie relativity totiž až tam nedosáhne. Pro T=0 dostaneme nuly, nekonečna a chyby (error), proto z tohoto vědeckého pohledu otázka na okamžik počátku Velkého třesku a dobu před ním nedává smysl.

 

V 80. a 90.letech min. století se objevila nová teorie nazvaná „smyčková kvantová gravitace“ (LQG, Loop Quantum Gravity). Jejím zakladatelem je Abhay Ashketar (University of Pennsylvania, Philadelphia), fyzik indického původu. Dalšími průkopníky jsou Lee Smolin, Carlo Rovelli, John Baez, Ch.Isham, Martin Bojowald. Kde se vzal název této teorie? Podle vědeckého týmu vesmír na submikroskopické úrovni již není homogenní, ale má jemnozrnnou strukturu, která se podobá drátěné středověké košili – je tvořena bezpočtem vzájemně propojených „smyček“ („prstenců“) Planckových rozměrů (pouhých 10^-35 m), proto „smyčková teorie kvantové gravitace“.

 

Planckova délka a čas vyjadřují hranici platnosti klasických zákonů fyziky. Pro vzdálenost menší než Planckova délka (10^-35 m) a časový interval kratší než Planckův čas (10^-43 s) prostor a čas ztrácejí své známé vlastnosti kontinua a začínají se projevovat jejich kvantové vlastnosti. Kdybychom atom zvětšili na velikost naší Galaxie, pak kvantová smyčka by nebyla větší než lidská buňka. Proto není překvapením, že se prostoročas jeví zcela spojitý, podobně jako drátěná košile pozorovaná z velké vzdálenosti.

 

Nyní fyzici Alejandro Corichi (Universidad Nacional Autónoma de México, Michoacan, Mexiko) a  Parampreet Singh (Perimeter Institute for Theoretical Physics, Ontario, Kanada) vyvinuli zjednodušený model LQG, který dává zajímavou odpověď: vesmír před Velkým třeskem možná vypadal jako náš.

 

Jejich studie bude publikována v Physical Review Letters (Corichi, Alejandro, and Singh, Parampreet: “Quantum bounce and cosmic recall.” Arxiv:0710.4543v2).

 

„Význam tohoto konceptu je v tom, že dává odpověď na otázku, co se stalo vesmíru před Velkým třeskem,“ řekl Singh. „Řešili jsme, co zůstávalo záhadou pro jiné modely, jestli na druhé straně Velkého třesu je kvantová pěna nebo klasický prostoročas. Například, kdyby tam byla kvantová pěna, nemohli bychom mluvit o prostoročasu, o čase, atd. Naše studie ukazuje, že vesmír na druhé straně je velmi klasický jako ten náš.“

 

Jejich teorie staví na předchozím výzkumu, ale s některými důležité rozdíly. Vloni fyzik Martin Bojowald (Penn State) použil zjednodušenou verzi LQG, aby ukázal, že by mohl existovat vesmír „na druhé straně“ Velkého třesku. I když tento model „produkoval“ platnou matematiku, žádná pozorování našeho aktuálního vesmíru nemohla vést k pochopení stavu vesmíru před Velkým třeskem, protože z té doby se nic se neuchovalo. Bojowald to popsal jako jakousi „kosmickou ztrátu paměti“.

 

Ale Corichi a Singh modifikovali zjednodušenou teorii LQG další aproximací klíčové rovnice nazvanou „kvantové omezení“. Použitím nové verze nazvané sLQG vědci ukazují, že relativní kolísání objemu a hybnosti v „minulém“ vesmíru se zachovalo i přes Velký třesk.

 

„Toto znamená, že dvojče vesmíru bude mít stejné fyzikální zákony a především stejnou představu o čase jako je ta naše,“ řekl Singh. „Fyzikální zákony se nemění, protože vývoj je vždy jednotný, což je nejlepší způsob, jak se může kvantový systém vyvíjet. Bude vypadat stejně jako dvojčata viděná zdálky; nelze je rozeznat.“

 

Znamená to, že náš dnešní vesmír, zhruba 13,7 miliard let po Velkém třesku, by mohl mít mnoho stejných vlastností jako vesmír 13,7 miliard před Velkým třeskem. Jinými slovy náš vesmír má svůj zrcadlový obraz s Velkým třeskem jako osou souměrnosti.

 

„Všechny hlavní rysy budou ve vesmíru stejné jako před Velkým třeskem,“ řekl Singh. „Budou stejné dynamické rovnice i Einsteinova rovnice. Náš model předpovídá, že to nastává v době, kdy je vesmír 100krát větších než Planckův rozměr. Stejný bude obsah materiálu i vývoj. Protože se vesmír před třeskem smršťuje, bude to vypadat, jako kdybychom si přetáčeli náš vesmír pozpátku.“

 

Corichi a Singh vypočítali, že změna v relativních fluktuacích způsobených třeskem je menší než 10^-56, číslo které se stává dokonce ještě menším pro vesmíry, které narostou do velikosti větší než 1 megaparsec (náš vesmír je někde mezi 3 000 a 6 000 Mpc; 1 Mpc = 3 262 000 sv.l. = 3×10¹⁹ km).

 

Jak vědci vysvětlují, identické dvojče vesmíru nemusí nutně znamenat, že každý jednotlivý detail obou vesmírů je identický. Např. to neznamená, že by tam existovaly osoby, která by už žily náš život.

 

„Kdybychom byli schopni dívat se na určité mikroskopické vlastnosti velmi výkonným mikroskopem, pak bychom mohli vidět rozdíly. Stejně jako mají dvojčata různé otisky prstů nebo jedno má mateřské znaménko a druhé ne nebo mají různé odchylky v DNA,“ řekl Singh. [Rozlišovací schopnost mikroskopu by musela odpovídat Planckovu rozměru.]

 

Singh vysvětluje, že stále ještě zůstává mnoho otázek týkajících se detailů možného vesmíru před Velkým třeskem.

„Největší otázkou je, jestli tyto vlastnosti přežijí, když uvážíme celou situaci,“ řekl. „Např. rádi bychom věděli, jestli některé struktury z předcházejícího vesmíru – jako galaxie – zanechají nějakou stopu v novém rozpínajícím se vesmíru, a jestli vznikne identická struktura nebo jen "podobná". Např. se může stát, že v předchozím vesmíru byly galaxie tvořeny rozdílným způsobem, proto může být i distribuce galaxií na "druhé straně" rozmanitější. Na tuto otázku budeme schopni odpovědět v době, kdy porozumíme těmto modelům.“

 

Model Corichiho a Singha by nám dokonce mohl říct, jak bude budoucí vesmír vypadat. Závisí to na rychlosti rozpínání našeho aktuálního vesmíru – což nakonec rozhodne o jeho osudu. Existuje možnost, že zobecněný model předpoví znovu zhroucení našeho vlastního vesmíru.

„Takový vesmír bude mít mnoho třesků z jednoho života do druhého,“ řekl Singh. „Existuje zde možnost, že tyto vesmíry budou identické.“

 

Zdroj: Physorg

Odborný článek autorů Corichi, Alejandro, Singh, Parampreet byl přijat do tisku a vyjde pod názvem: “Quantum bounce and cosmic recall.” Arxiv:0710.4543v2.