Zvětšit obrázek

Vládlo při Velkém odrazu přízračné pole? Kredit: A. Corichi, J.P. Ruiz.

Všudypřítomným a takřka hmatatelným pozůstatkem pradávné minulosti našeho vesmíru je reliktní mikrovlnné záření. Podle standardního modelu vývoje vesmíru se tohle záření oddělilo od hmoty přibližně 380 tisíc let po Velkém třesku a dnes k nám přichází ze všech stran. Od svého vyzáření postupně vychládá. Původně mělo teplotu kolem 3 000 K, dnes má cca 2,73 K. Potíž je v tom, že reliktní záření celého vesmíru působí velice homogenním dojmem. Když by vesmír vznikl pozvolným zvětšováním z jednoho bodu, tedy z místa Velkého třesku, tak bychom takový obrázek nečekali. Vzdálené oblasti vesmíru by se spíš měly výrazně lišit, jenže neliší.

Zvětšit obrázek

Paul Steinhardt. Kredit: Princeton University.

Nejpopulárnějším vysvětlením všude víceméně stejného vesmíru je kosmologická inflace. Jednoduše řečeno, pár mžiků po vzniku vesmíru došlo k velmi krátkému ale zároveň nesmírně intenzivnímu zrychlení rozpínání vesmíru. Jako by někdo vesmír bleskurychle nafoukl, takže najednou byl 10 na 78 krát větší, nežli předtím. A díky takové kosmologické inflaci by měl být vesmír všude víceméně stejný. Nějakou strukturu v těch největších měřítcích náš vesmír má, tu ale vysvětlujeme jemnými kvantovými fluktuacemi ve velice ranném vesmíru.

Zvětšit obrázek

Dotek přízraku v cyklickém vesmíru. Kredit: Newscientist.

Okolo samotné kosmologické inflace se ovšem točí celá řada nejasností. Stále například netušíme, co vlastně inflaci způsobilo. Oborníci sice někdy mluví o hypotetickém poli či částici jménem inflaton, tím ale jen dávají najevo svou bezradnost. Inflaci si zjevně neoblíbil ani Paul Steinhardt z Princetonu, který s kolegy už řadu let coby propaguje model cyklického vesmíru. V jejich představách se dosluhující vesmír postupně smrští, projde Velkým křachem, a pak se ve Velkém třesku odrazí do nové éry existence. Dohromady se tomu říká Velký odraz (Big Bounce). Vycházejí přitom z bránové kosmologie, v níž Velké křachy následované Velkými třesky způsobuje periodické srážení M‑brán ve vícerozměrném vesmíru. Extrémní stlačení celého vesmíru během Velkého křachu vysvětluje, proč je všude víceméně stejný. A pozorované velké struktury ve vesmíru zase mohly vyrůst z nepatrných kvantových fluktuací, které prošly skrz celý Velký odraz.

Zvětšit obrázek

Mapa reliktního záření v podání sondy Planck. Kredit: ESA & Planck Collaboration.

Pro vědce není až tak těžké namodelovat, co se děje před a po Velkém odrazu. Problém je ale s tím, co se děje přímo během něj, jinými slovy, co se stane mezi Velkým křachem a Velkým třeskem. Některé modely cyklického vesmíru trvají na tom, že se vesmír musí zhroutit až do singularity. K rozumnému popisu takové singularity ale potřebujeme fungující kvantovou teorii gravitace, která, jak známo, doposud není k mání. Steinhardt a spol. teď proto navrhují, že předtím, než se vesmír při Velkém odrazu zhroutí do singularity, ho jisté, doposud neznámé pole nakopne opačným směrem. Autoři mluví o přízračném poli (ghost field), což není jen básnění pod vlivem již tak dost přízračné bránové kosmologie, ale podivuhodný termín teoretické fyziky. Ta označuje jako zlé duchy (bad ghosts) negativní pole, v nichž má kinetická energie záporné znaménko. Z našeho pohledu je takové přízračné pole sice fyzikálně nerealistické, jeho výhoda ale spočívá v matematické jednoduchosti. Steinhardt a spol. se k němu uchýlili proto, aby snížili náročnost svých výpočtů. Realističtější energetické pole by fungovalo také, bylo by ale mnohem obtížnější ho modelovat.

Podle představ autorů studie by přízračné pole mělo být nesmírně slabé, takže se nijak neprojevuje, až na dobu Velkého odrazu, kdy je vesmír nesmírně malý a hustý. Přízračné pole by při Velkém odrazu nasměrovalo vesmír k Velkému třesku, aniž by vygumovalo drobné kvantové fluktuace. Někteří odborníci jsou nadšeni. Podle Burta Ovruta z Pensylvánské univerzity ve Filadelfii je důležité, že alternativy ke kosmologické inflaci žijí a že se jim docela dobře daří. Samotný Steinhardt nicméně nezastírá, že i jejich koncept má mouchy. Tak trochu ironicky, stejně jako v případě inflace, ani u přízračného pole není vůbec jasné, co by vlastně mělo být zač. O něco víc se snad v této věci dozvíme po detailní analýze dat evropské sondy Planck, která nám poskytla doposud nejjemnější mapu reliktního mikrovlnného záření vesmíru. Když v mapě reliktního záření například najdeme stopy po primordiálních gravitačních vlnách, tak si můžeme být dost jistí, že pozorujeme ozvěnu Velkého třesku s ním související kosmologické inflace.

Literatura

NewScientist 23. 10. 2013, Physical Review D 88: 083509, Wikipedia (Cosmic microwave backround, Inflation/ cosmology, Cyclic model, General ghosts in theoretical physics).