Když 17. března (2014) astronom John Kovac ze slavného Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) prezentoval první přesvědčivý doklad primordiálních gravitačních vln, které zčeřily předivo časoprostoru během dramatické epizody kosmologické inflace, nepatrný mžik po Velkém třesku, tak celý vesmír ztichl, na okamžik se zastavil a s úžasem naslouchal. Je to velkolepý úspěch astrofyziků od jižního pólu, kteří loví data v antarktické pustině, navzdory globálnímu oteplování obklopeni ledem a třeskutým mrazem. Samozřejmě, ve skutečnosti zatím jde o nepřímé pozorování gravitačních vln, které ještě bude nutné pořádně ověřit ze všech stran. Ale je to skvělé, globální civilizace potřebuje podobné úspěchy, víc než kdy jindy. Zároveň je nutné počítat s tím, že objev takového významu nevyhnutelně dramaticky zasáhne stávající kosmologické teorie. Jako když střelíte brokovnicí do hejna vrabců. Některé teorie o vzniku a fungování všehomíra ve zdraví přežijí a dokonce rozkvetou, řada dalších ale bohužel skončí. První jízda na gravitačních vlnách historie okamžitě rozpoutala jarní kosmologický masakr.
Tentýž den, tedy 17. března, už visel na arXiv.org článek Davida Marshe z kanadského Perimeter Institute for Theoretical Physics ve Waterloo, Ontario a jeho spolupracovníků, v tomto ohledu nemilosrdný. Měření Kovacova týmu na teleskopu BICEP2 z jižního pólu podle Marshe a spol. prakticky vylučují téměř celou třídu kosmologických modelů, které vysvětlují inflaci a také povahu temné hmoty prostřednictvím hypotetických částic axionů. Marc Kamionkowski z Johns Hopkinsovy univerzity v Baltimore, Maryland souhlasí, že některé modely s axiony to teď mají spočítané, protože podle nich inflace fungovala na nižších energiích, než na jaké ukazují data BICEP2. A nejde prý jen o axionové modely. Podle Kamionkowského pozorovaný otisk gravitačních vln ve skutečnosti rázně vylučuje i spoustu dalších teorií, včetně některých představ o vlastnostech energetického pole, které mělo pohánět kosmologickou inflaci. Kamionkowski připouští, že přebujelé hejno kosmologických modelů teď dramaticky prořídne.
Podle Maxe Tegmarka z MIT prožíváme velkolepý jarní masakr, po němž v astrofyzice nezůstane skoro ani kámen na kameni. Andrei Linde ze Stanfordu, jeden z původních autorů konceptu kosmologické inflace, den po oznámení průlomu v pozorování BICEP2 před nabitým obecenstvem v MIT prohlásil, že by data BICEP2 měla zlikvidovat asi 90 procent inflačních modelů. Mnoho těchto modelů totiž nezahrnuje tvorbu odhalitelných gravitačních vln. Uvedená pozorování naopak velmi pěkně souhlasí s chaotickou inflací, relativně jednoduchým modelem inflace, který Linde vymyslel před 30 lety. I po takové době je ale chaotická inflace rozhodně sexy. V tomhle modelu inflace vlastně nikdy neskončila. Zastavila se jenom v určitých ohraničených oblastech všehomíra a okolo nich sviští pořád dál a dál. Co je nanejvýš pozoruhodné, chaotická inflace by mohla stvořit nejenom náš důvěrně známý vesmír, ale vlastně celý mnohovesmír (multiverse) s mnoha vesmíry jako je ten náš, vždy s vlastním nastavením fyzikálních zákonů.
To, že mnohovesmír zůstává ve hře, je prostě paráda. Masakr je ale masakr a tak nejspíš naopak budeme muset oželet rozkošnou kosmologickou teorii cyklického vesmíru (cyclic universe). Cyklický model vesmíru v novém pojetí je produktem bránové kosmologie a předpokládá opakované Velké třesky, které odpaluje srážení bránových světů na M bránách, plujících ve vícerozměrném prostoru světů (bulk). Potíž je v tom, že v cyklickém vesmíru nevznikají pozorované gravitační vlny. Jeden z autorů cyklického vesmíru bránové kosmologie, Paul Steinhardt z Princetonu, veřejně uznal porážku a cyklický vesmír ve stávající podobě pohřbil, pokud se výsledky BICEP2 potvrdí. Jako správný astrofyzik se ale nevzdává a můžeme se vsadit, že už promýšlí nějaký model cyklického vesmíru s gravitačními vlnami.
Podle Franka Wilczeka z MIT teď mají problém i strunoví teoretici, protože prý strunové modely v kosmologii vedou k inflaci o nižších energiích, něž jaké vyplývají z dat BICEP2, stejně jako v případě axionů. Strunová teoretička Eva Silverstein ze Stanfordu to ale považuje za nesmysl a souhlasí s ní i Andrei Linde. Strunové teorie prý zůstanou divokého jarního masakru v kosmologii ušetřeny. Každopádně jsme teď uprostřed astrofyzikální revoluce a můžeme se jen těšit, co zajímavého se vynoří z víření chaosu nad ruinami mrtvých hypotéz.
O zasvěcený komentář k průlomovému pozorování jsme požádali Pavla Bakalu, odborníka na obecnou teorii relativity a chování hmoty a záření v blízkosti černých děr a neutronových hvězd, z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě.
Gravitační vlny, jedna z klíčových předpovědí obecné teorie relativity, jsou mysteriózní záležitostí. Úsilí a náklady vynaložené na interferometrické gravitační detektory jsou enormní a přesto pokusy o přímou detekci gravitačních vln zůstávají neúspěšné. Nepřímá pozorování gravitačního vyzařování relativistických binárních systémů s pulsary se přitom zdají být velmi přesvědčivé. Detekce polarizačních b-módů v CMB se v tomto kontextu jeví jako další a navíc nezávislá nepřímá detekce gravitačních vln, tentokrát ovšem vznikajících ve velmi rané fázi evoluce univerza. To je hodně dobrá zpráva pro obecnou relativitu v klasické podobě, pro kterou by neexistence vln křivosti prostoročasu znamenala vážný, snad i smrtící problém.
Stejně tak kosmologický model inflačního rozfouknutí raného vesmíru, který primordiální gravitační vlny předpovídá, a návazný koncept mnohovesmíru teď poprvé získávají tolik potřebnou výraznou observační podporu. Nalezený vzor polarizace mikrovlnného pozadí je velice působivý, detekovaný signál je ovšem přirozeně slabý a v analýze dat prozatím nelze zcela vyloučit nějakou systematickou chybu. Opatrnost je tedy na místě. Velmi zajímavé však je, že pozorovaný efekt je asi dvojnásobně silnější oproti predikcím současných teoretických modelů.
Zdá se tedy, že skutečně poprvé pozorujeme projevy kvantové gravitace v raném vesmíru!
BICEP2 Press Conference - March 17, 2014. Kredit: CfAPress.
Possibly greatest discovery in history of science casts doubt on M theory-Preliminary report/review. Kredit: Guthrie Prentice.
http://www.youtube.com/watch?v=Xv7hBa_0P-4
Literatura
Nature News 21. 3. 2014, arXiv:1403.4216, Wikipedia (Multiverse, Brane cosmology).
Zrození vesmíru ve 4D černé díře jako rozmarná letní story
Autor: Stanislav Mihulka (13.08.2014)
Diskuze:
