Zvětšit obrázek

Jak by asi vypadala černá hyperdíra? Kredit: NASA.

Převládající kosmologický koncept fungování vesmíru, tedy Lambda-CDM model, obstojně popisuje fungování vesmíru od Velkého sjednocení sil, k němuž nejspíš došlo 10 na mínus 43 až 10 na mínus 36 sekundy po Velkém třesku. Pro onen zbývající kratičký okamžik předtím doposud nemáme použitelnou teorii. Obecná relativita tam vidí nepředstavitelnou singularitu s nekonečnými hustotami. Možná by si s tím poradila kvantová gravitace, ta je ale ještě stále v nedohlednu. Prozatím na nás z Velkého třesku zírají draci a pochopení okolností vzniku vesmíru představuje jednu z největších výzev soudobé fyziky. Proč k němu vlastně došlo? A proč se při něm vytvořil vesmír, který je tak velice teplotně uniformní? Odpovědí na druhou z otázek bývá kosmologická inflace, která by nesmírně nafoukla původně malý a teplotně uniformní kousek vesmíru.

Niayesh Afshordi.
Kredit: Perimeter Institute.

Astrofyzik Niayesh Afshordi z kanadského Hraničního institutu teoretické fyziky ve Waterloo, Ontario a jeho kolegové to ale nepovažují za vyhovující. Velký třesk byl podle nich tak nesmírně chaotický, že by se nejspíš nenašel ani malý kousek dostatečně homogenního vesmíru, ze kterého mohla kosmická inflace vyčarovat vesmír v dnešní podobě. Namísto singularity Velkého třesku nabízejí pozoruhodný koncept zrození vesmíru v gravitačním pekle černé hyperdíry ze čtyřrozměrného vesmíru. Těžko říct, jestli je taková představa méně šílená nežli Velký třesk, podle Afshordiho a spol. ale řeší některé problémy, s nimž si koncept singularity Velkého třesku neví rady.

Zvětšit obrázek

Gia Dvali. Kredit: CCPP.

Badatelé vycházejí z poněkud kontroverzního modelu DGP, který v roce 2000 společnými silami navrhli Dvali, Gabadadze a Porati. Ten popisuje bránovou kosmologii, v níž je náš vesmír trojrozměrnou (3D) membránou, vznášející se v prostoru světů (anglicky bulk) o čtyřech prostorových rozměrech (4D). Podle Afshordiho týmu by v prostoru světů mohly být místní 4D hvězdy různých velikostí. Pokud by byly veliké, tak by také vybuchovaly jako supernovy a nakonec se hroutily do 4D černých děr. Takže by vlastně šlo o hyperhvězdy a černé hyperdíry.

Zvětšit obrázek

Slavný dřevoryt Circle Limit III od M.C. Eschera, který znázorňuje hyperbolickou geometrii. Kredit: M.C. Escher (1959), Wikimedia Commons.

Zatímco v našem 3D vesmíru tvoří hranici černé díry 2D sférická plocha horizontu událostí, ve 4D bulku by horizont událostí měl podobu trojrozměrného objektu – hypersféry. Když Afshordi s kolegy modeloval zánik 4D hvězdy v prostoru světů, tak vyšlo najevo, že by vyvržený materiál exploze 4D supernovy mohl vytvořit 3D bránu obklopující 3D hypersférický horizont událostí, která by se pozvolna rozšiřovala. Celý náš slavný vesmír by mohl být takovou 3D bránou a to, čemu říkáme rozpínání vesmíru, by ve skutečnosti byl projev toho, jak brána roste. Vědci nadšeně měří rozpínání vesmíru a na jeho počátku hledají Velký třesk, podle Afshordiho to ale může být jenom honba za přeludem.

Model vzniku našeho vesmíru ve chřtánu čtyřrozměrné černé díry i vcelku nenásilně vysvětluje jeho uniformní teplotu. Prostor světů by totiž už mohl existovat nesmírně, možná nekonečně dlouho. A to je bohatě dostačující pro vyrovnání teploty v jeho jednotlivých částech. Pro náš vesmír by pak nebylo těžké zdědit již hotovou homogenitu teploty. Afshordi a spol. ale přiznávají, že i jejich model má jisté slabiny. Když ESA letos zveřejnila data o reliktním záření, která naměřila sonda Planck, tak se ukázalo, že výsledky pěkně sedí na standardní model Velkého třesku s kosmologickou inflací. Předpovědi modelu se 4D černou dírou se od Planckových dat odchylují o zhruba 4 procenta. Afshordiho tým na tom prý ale pracuje. Gia Dvali, jeden z autorů DGP modelu z přelomu tisíciletí, Afshordiho práci chválí navzdory nesrovnalostem s tím, že se úspěšně vyhýbá zlovolné singularitě Velkého třesku. Data sondy Planck prý jen dokazují, že kosmologická inflace doopravdy proběhla a neříkají nic o tom, jak a proč se to stalo. Pokud by náš vesmír byl 3D branou, tak by se její inflace mohla odvíjet od pohybu brány skrz vícerozměrnou realitu.

O vyjádření k zajímavému konceptu vesmíru z černé hyperdíry jsme požádali Pavla Bakalu z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě:

Zvětšit obrázek

Pavel Bakala. odborník na obecnou teorii relativity a chování hmoty a záření v blízkosti černých děr a neutronových hvězd, člen týmu LOFT „Strong gravity“. Kredit: Hvězdárna a planetárium Ostrava.

Myšlenka o vzniku a existenci našeho vesmíru v nitru černé díry existující v jiném vesmíru není nikterak nová a objevila se i ve scifi literatuře. Představa kolapsu 4D hvězdy v rámci jedné z variant bránové kosmologie a našeho vesmíru jako 3D brány formované horizontem událostí vícerozměrné černé díry ji dodává nový lesk a dosti silnou argumentaci ve formě řešení některých palčivých otázek standardní kosmologie, jako jsou např. problém plochosti, neexistence magnetických monopólů a singularita v počátku času. Určitě je užitečné tuto ideu dále rozvíjet a studovat. Na druhé straně je zřejmé, že kosmologické problémy jsou takto poněkud odsouvány do hypotetického vícerozměrného vesmíru, což je postup, který ctitelům principů Occamovy břitvy asi příliš nebude konvenovat.

Nelze se také ubránit dojmu, že jednou z hlavních motivací autorů je vytáhnout z rukávu ad hoc nový kosmologický model, který by podpořil fyzikální smysl mezi teoretiky supestrun tak oblíbené AdS/CFT korespondence Juana Maldaceny z roku 1997 (Anti de Sitter/Conformal Field Theory correspondence), čili teoretického konstruktu spojujícího klasickou teorii gravitace definovanou v anti-de Sitterově prostoročasu o hyperbolické (či Lobačevského) geometrii s kvantovou teorii pole definovanou na jeho hranici. Autoři toto ovšem poctivě přiznávají jako jednu z atraktivních vlastností modelu.

Literatura: Nature News 13. 9. 2013, arXiv:1309.1487, Wikipedia (Big Bang, DGP model, AdS/CFT correspondence).