Odrazil se vesmír Velkým odrazem? Kredit: Harvard University / Chandra.

Náš vesmír se podle všeho rozpíná. Podle mainstreamových představ jde o důsledek Velkého třesku (Big Bang), tedy zrození vesmíru z ničeho ve víru zběsilé singularity nekonečně husté a nekonečně žhavé hmoty v nekonečně malém objemu. Potíž je v tom, že si nic takového neumíme ani vzdáleně představit. Na Velký třesk jsou krátké i rovnice vládnoucích fyzikálních teorií, a můžeme jen doufat, že se to zlepší, až dá někdo dohromady kompletní kvantovou teorii gravitace. Takže není divu, že jsou ohledně vzniku našeho vesmíru stále ve hře i jiné nápady.

Steffen Gielen. Kredit: Perimeter Institute.

Nová studie, za kterou stojí Steffen Gielen z Královské univerzity v Londýně a Neil Turok, ředitel kanadského Perimeter Institute for Theoretical Physics, a která se objevila ve Physical Review Letters, se hlásí k Velkému odrazu (Big Bounce). Podle této představy se dosluhující vesmír postupně zhroutí a těsně před zánikem se ve Velkém třesku odrazí do nové éry existence. A to by se mohlo nebo i nemuselo odehrávat stále dokola. Je to zatím hodně spekulativní záležitost, Gielen s Turokem teď ale tvrdí, že by Velký odraz doopravdy mohl fungovat. Podporu pro Velký odraz přitom našli ve kvantové mechanice.

Neil Turok. Kredit: Perimeter Institute.

Podle kosmologických pozorování tušíme, že úplně na počátku byl vesmír stejný na všech škálách. Fyzikální zákony, které tehdy fungovaly pro celý vesmír, tak fungovaly i v měřítku menším, než je velikost atomu. Říká se tomu konformní symetrie (conformal symmetry). Bylo to tak proto, že čerstvě zrozený vesmír byl velmi maličký. V dnešním vesmíru to tak ale není a kvantová mechanika, která popisuje jevy na nejmenších měřítcích, si nerozumí s obecnou relativitou, která má na starost ty největší škály.

Gielen a Turok vycházejí z toho, že fungování čerstvého vesmíru měla v popisu práce kvantová mechanika. A svými výpočty dospěli k závěru, že kvantové efekty známé z kvantové mechaniky dokázaly zabránit totálnímu kolapsu a sebezničení předchozího vesmíru na konci periody hroucení, tedy Velkého křachu (Big Crunch). Namísto toho se vesmír elegantně odrazil ve Velkém odrazu a přešel do období rozpínání.

Velký odraz. Kredit: New Scientist.

Podle Gielena nám kvantová mechanika vlastně docela často zachraňuje krk, s jistou nadsázkou, samozřejmě. Brání například elektronům ve zřícení na atomová jádra, což je pro tenhle vesmír velice užitečné. Bez atomů by tu bylo mnohem méně zábavy. Stejně tak ale prý kvantová mechanika zachraňuje malý vesmír před extrémy, jako jsou do singularity dotažené Velké třesky nebo Velké křachy.

Gielen s Turokem vyšli z konformační symetrie mladičkého vesmíru, který byl podle nich ovládaný kvantovou mechanikou a naplněný prakticky jen zářením, a na těchto předpokladech vystavěli matematický model vývoje vesmíru. A jejich model dospěl k závěru, že náš vesmír nevznikl z nepochopitelné singularity Velkého třesku, ale že se Velkým odrazem přepnul z hroucení do rozpínání, jaké pozorujeme dnes. Turok si pochvaluje, že mohli popsat nejranější okamžiky vesmíru s využitím jen minimálních a dobře obhajitelných předpokladů o hmotě ve vesmíru. Vědci si svůj model každopádně hýčkají, pracují na něm dál, a chystají se ho rozšířit o vznik struktur ve vesmíru, jako jsou například galaxie.

Video:  The Planck Scale II: Steffen Gielen (London)

Neil Turok Public Lecture: The Astonishing Simplicity of Everything


Literatura
Imperial College London 7. 7. 2016, Physical Review Letters 117: 021301, Wikipedia (Big Bounce).