Thomas Hertog: O pôvode času

Page 1


Otázka pôvodu ukrýva pôvod otázky.

François Jacqmin

8. DOMA VO VESMÍRE

PREDSLOV

dvere kancelárie stephena hawkinga boli olivovozelené , a hoci sa nachádzali hneď vedľa rušnej spoločenskej miestnosti, Stephen mal rád, keď zostávali mierne odchýlené. Zaklopal som a vošiel. Zrazu akoby som sa preniesol do sveta, v ktorom neplynie čas a vládne rozjímanie.

Stephen Hawking pokojne sedel za stolom, umiestneným priamo oproti vchodu. Hlavu, pre jeho telo príliš ťažkú na to, aby ju udržal rovno, podopierala opierka na invalidnom vozíku. Stephen pomaly zdvihol oči a pozdravil ma prívetivým úsmevom, vyzeralo to, akoby na mňa celý čas čakal. Jeho ošetrovateľka mi ponúkla miesto vedľa neho a ja som kútikom oka mrkol na obrazovku počítača na stole. Na monitore krúžil šetrič obrazovky, ktorý hlásal: Smelo zájsť tam, kam sa ani Star Trek neodváži.

Bola polovica júna 1998 a my sme sa nachádzali v labyrinte podzemných chodieb DAMTP, slávnej Katedry aplikovanej matematiky a teoretickej fyziky v Cambridgei. Katedra DAMTP sídlila vo vŕzgajúcej viktoriánskej budove v areáli Old Press na brehu rieky Cam a takmer tri desaťročia predstavovala Stephenov základný tábor, centrum jeho vedeckých dobrodružstiev. Práve tu, pripútaný na invalidný vozík a neschopný pohnúť čo i len prstom, sa oduševnene snažil podriadiť vesmír svojej vôli.

Stephenov kolega Neil Turok mi povedal, že majster by ma rád videl. Práve Turokov pútavý predmet, ktorý bol súčasťou chýrneho pokročilého štúdia matematiky na DAMTP, podnietil v tom období môj záujem o kozmológiu. Ako sa zdalo, Stephen sa dopočul o mojich

vynikajúcich výsledkoch na skúškach a chcel zistiť, či by som bol dobrým kandidátom na doktoranda pod jeho vedením. Stephenova zaprášená kancelária plná kníh a vedeckých prác mi pripadala útulná. Mala vysoké stropy a veľké okno, ktoré, ako som neskôr zistil, nechával otvorené aj počas mrazivých zimných dní. Na stene vedľa dverí visela fotografia Marilyn Monroe, pod ňou zarámovaná a podpísaná fotka Hawkinga, ako hrá poker s Einsteinom a Newtonom na holografickej palube vesmírnej lode Enterprise. Na stene po našej pravici viseli dve tabule, celkom popísané matematickými symbolmi. Na jednej bol iba nedávny výpočet týkajúci sa Neilovej a Stephenovej najnovšej teórie vzniku vesmíru, ale kresby a vzorce na druhej tabuli bolo možné datovať až do začiatku osemdesiatych rokov. Nemohli to byť jeho posledné rukou písané poznámky? xii | preface

cozy to me. It had high ceilings and a large window that, I would later find out, he kept open even on freezing cold winter days. On the wall next to the doorway was a picture of Marilyn Monroe; below it a framed and signed photograph of Hawking playing poker with Einstein and Newton on the holodeck of the Enterprise. Two blackboards filled with mathematical symbols occupied the wall to our right. One featured a recent calculation to do with Neil and Stephen’s latest theory of the origin of the universe but the drawings and formulas on the second one appeared to date from the early 1980s. Could they be his last handwritten scrawls?

Obrázok 1. Táto tabuľa visela v kancelárii Stephena Hawkinga na Cambridgeskej univerzite ako pamiatka na konferenciu o supergravitácii, ktorú zvolal v júni 1980. Tabuľa je plná čmáraníc, kresieb a rovníc a je rovnako umeleckým dielom, ako aj pohľadom do abstraktného sveta teoretických fyzikov. Hawking je nakreslený v strede pri spodnom okraji, chrbtom k nám.1 (Pozri farebnú prílohu, obr. 10.)

Figure 1. This blackboard hung in Stephen Hawking’s office at the University of Cambridge as a memento from a conference on supergravity he convened in June 1980. Filled with doodles, drawings, and equations, it is as much a work of art as a glimpse into the abstract universe of theoretical physicists. Hawking is drawn in the center near the bottom, with his back toward us.1 (See color version, plate 10 in the insert.)

Ticho prerušilo jemné klikanie. Stephen začal hovoriť. Keďže pred viac ako desiatimi rokmi prišiel po tracheotómii po zápale pľúc o prirodzený hlas, komunikoval prostredníctvom digitalizovaného počítačového hlasu. Bol to pomalý a namáhavý proces. Zvyškom síl v atrofovaných svaloch slabučko klikal na zariadenie,

A soft clicking broke the silence. Stephen had started talking. Having lost his natural voice in a tracheotomy following a bout of pneumonia more than a decade before, he now communicated through a disembodied computer voice. This was a slow, laborious process. Mustering the last bit of force in his atrophied muscles, he exerted a feeble pressure on a clicking device, much like a computer mouse, which had been placed carefully in the palm of his right hand. The screen fitted to an arm of his wheelchair lit up, establishing a virtual lifeline between his mind and the outside world.

najviac pripomínajúce asi počítačovú myš, ktoré mal jemne vložené v dlani pravej ruky. Obrazovka pripevnená na ramene jeho invalidného vozíka sa rozsvietila a vytvorila virtuálne spojenie medzi jeho mysľou a vonkajším svetom.

Stephen používal počítačový program s názvom Equalizer, ktorý mal zabudovanú databázu slov a syntetizátor reči. Zdalo sa, že v elektronickom slovníku Equalizera sa orientuje inštinktívne – rytmicky klikal myšou, ktorá akoby tancovala podľa jeho mozgových vĺn. V programovej ponuke na obrazovke sa zobrazilo niekoľko často používaných slov a písmená abecedy. Databáza programu obsahovala žargón teoretickej fyziky a program predvídal voľbu jeho ďalšieho slova, pričom v dolnom riadku vždy zobrazil ponuku piatich možností. Nanešťastie bol výber slov založený na elementárnom vyhľadávacom algoritme, ktorý nedokázal rozlíšiť medzi všeobecnou konverzáciou a teoretickou fyzikou, čo niekedy viedlo k veľmi zábavným výsledkom, od „kozmického mikrovlnného rizota“ až po „extra sexuálne dimenzie“.

Na obrazovke, hneď pod možnosťami programu sa objavilo: Andrei tvrdí. Plný napätia som ticho čakal a úpenlivo som dúfal, že pochopím všetko, čo bude nasledovať. O minútu alebo dve neskôr Stephen nasmeroval kurzor na ikonu „Speak“ v ľavom hornom rohu obrazovky a povedal svojím elektronickým hlasom: Andrei tvrdí, že existuje nekonečné množstvo vesmírov. To je nehorázne.

A bolo to tu – Stephenov úvodný výstrel.

Andrei bol slávny americko-ruský kozmológ Andrei Linde, jeden zo zakladateľov kozmologickej teórie inflácie, ktorá bola postulovaná začiatkom osemdesiatych rokov 20. storočia. Podľa tejto teórie, ktorá zdokonaľovala teóriu Veľkého tresku, sa vesmír začal krátkym výbuchom superrýchlej expanzie – teda inflácie. Linde neskôr teóriu trochu rozšíril o extravagantné tvrdenie, že inflácia nevytvorila jeden, ale mnoho vesmírov.

Dovtedy som za vesmír považoval všetko to, čo existuje okolo nás. Ale čo to vlastne znamená? Podľa Lindeho schémy by to, čo sme doteraz nazývali „vesmírom“, bol len kúsok z oveľa väčšieho „multivesmíru“. Vesmír vnímal ako obrovskú rozľahlú plochu nespočetných menších vesmírov, ktoré ležia ďaleko za svojimi obzormi, ako ostrovy v stále sa zväčšujúcom oceáne. Kozmológov čakala riadne divoká jazda. Stephenovi, ktorý bol zo všetkých z nich najdobrodružnejší, to rozhodne neušlo.

„Prečo by sme sa mali zaujímať o iné vesmíry?“ spýtal som sa.

Stephenova odpoveď bola záhadná: „Pretože vesmír, ktorý pozorujeme, sa zdá byť navrhnutý,“ povedal. Potom, keď pokračoval v klikaní, doplnil: „Prečo je vesmír taký, aký je? Prečo sme tu?“

Nikto z mojich učiteľov fyziky nikdy nehovoril o fyzike a kozmológii takto metafyzicky.

„Nie je to skôr téma pre filozofiu?“ nadhodil som.

„Filozofia je mŕtva,“ vyhlásil Stephen, oči mu zažiarili a bol pripravený pustiť sa do debaty. Ja som až taký pripravený nebol, ale nemohol som sa ubrániť dojmu, že na to, že sa Stephen zriekol filozofie, ju vo svojej práci využíval hojne – a mimoriadne tvorivo.

stephen mal v sebe čosi čarovné. Hoci sa sotva mohol pohnúť, vdýchol do nášho rozhovoru poriadnu dávku života. Vyžaroval z neho magnetizmus a charizma, aké som vídal len zriedka. Jeho široký úsmev a výrazná tvár, zároveň srdečná a hravá, spôsobili, že aj jeho robotický hlas znel veľmi osobne a dokázal ma vtiahnuť hlboko do vesmírnych záhad, o ktorých uvažoval.

Podobne ako delfská veštica ovládal umenie vtesnať nesmierne veľa do pár slov. Výsledkom bol jedinečný spôsob myslenia a rozprávania o fyzike a, ako budem opisovať, celkom nový pohľad na fyziku. Táto jeho stručnosť však zároveň znamenala, že aj drobná chyba pri klikaní, ako napríklad jeden vynechaný zápor „ne-“, mohla viesť k frustrácii a zmätku. Často sa to aj stávalo. V to popoludnie mi však neprekážalo, že som sa ponoril do chaosu, a bol som vďačný, že mi Stephenovo prehľadávanie možností v Equalizeri poskytlo čas na zváženie vlastných odpovedí.

Vedel som, že keď Stephen povedal, že vesmír sa zdá byť navrhnutý, mal na mysli fakt, že sa po svojom búrlivom zrode ukázal byť priam veľkolepo nastavený na umožnenie života – hoci aj o miliardy rokov v budúcnosti. Táto príhodná skutočnosť takým alebo onakým spôsobom trápila mysliteľov po celé stáročia, pretože sa javil jasne daný. Akoby gény života a vesmíru boli navzájom prepletené, akoby vesmír od samotného počiatku vedel, že jedného dňa bude naším domovom. Čo si máme myslieť o odhalení tohto záhadného zámeru? Je to jedna z hlavných otázok, ktoré si ľudia kladú o vesmíre, a Stephen hlboko cítil, že

kozmologická teória by sa k tomu mala vyjadriť. Vyhliadka – alebo nádej –, že sa mu podarí rozlúsknuť hádanku vesmírneho dizajnu, bola skutočným hnacím motorom jeho práce.

To bolo samo osebe výnimočné. Väčšina fyzikov sa radšej vyhýba takýmto zložitým, zdanlivo filozofickým otázkam. Prípadne sú presvedčení, že sa jedného dňa ukáže, že jemne prepracovaná architektúra vesmíru vyplýva z elegantného matematického princípu, ktorý je samotným jadrom teórie všetkého. Ak by to tak bolo, zjavný dizajn vesmíru by sa zdal byť šťastnou náhodou, náhodným dôsledkom objektívnych a neosobných prírodných zákonov.

Ale Stephen ani Andrei rozhodne neboli bežní fyzici. Zdráhali sa staviť na krásu abstraktnej matematiky, no cítili, že to podivuhodné detailné vyladenie vesmíru, ktoré viedlo k vzniku života, sa dotýka hlbokého problému v koreňoch fyziky. Neuspokojili sa s jednoduchým uplatňovaním prírodných zákonov, snažili sa nájsť širší pohľad na fyziku, ktorý zahŕňal aj spochybňovanie samotného pôvodu zákonov. To ich viedlo k uvažovaniu o Veľkom tresku, pretože pravdepodobne už pri zrode vesmíru sa načrtlo jeho zákonom podobné usporiadanie. A práve v otázke zrodu sa Stephen a Andrei výrazne rozchádzali.

Andrei si predstavoval vesmír ako gigantický balónovitý priestor, v ktorom mnohé veľké tresky bez prestávky vytvárajú nové vesmíry, každý s vlastnými fyzikálnymi vlastnosťami, akoby boli len niečo viac ako naše miestne vesmírne počasie. Podľa neho by sme nemali byť prekvapení, že sa nachádzame vo vzácnom vesmíre vhodnom pre život, pretože je zrejmé, že nemôžeme existovať v jednom z mnohých vesmírov, kde život možný nie je. Akýkoľvek dojem, že za tým všetkým je veľký plán, by bol v Lindeho multivesmíre ilúziou, ktorá vyplýva z nášho obmedzeného pohľadu na vesmír.

Stephen zasa tvrdil, že Lindeho rozšírenie vesmíru na multivesmír je metafyzická fantázia, ktorá nič nevysvetľuje, hoci som cítil, že to nevie celkom dokázať. Napriek tomu ma zaujalo a vzrušilo, že najvýznamnejší svetoví kozmológovia, hoci sa v názore na tieto základné otázky výrazne rozchádzajú, o nich diskutujú s toľkým zápalistým presvedčením.

„Neodvoláva sa Linde na antropický princíp, podmienku našej existencie, aby nám z multivesmírov vybral biologicky prívetivý vesmír?“ vyskúšal som.

POZNÁMKA AUTORA

Moje početné rozhovory so Stephenom v priebehu dvadsiatich rokov sú verne a pravdivo votkané do príbehu. Stephenove citáty, ktoré sa objavili aj v publikovanej podobe, uvádzam v poznámkach.

KAPITOLA 1

PARADOX

Es könnte sich eine seltsame Analogie ergeben, daß das Okular auch des riesigsten Fernrohrs nicht größer sein darf, als unser Auge.

Mohli by sme uviesť zvláštnu analógiu, podľa ktorej okulár aj toho najväčšieho ďalekohľadu nesmie byť väčší ako ľudské oko.

Ludwig Wittgenstein, Vermischte Bemerkungen koniec deväťdesiatych rokov 20. storočia bol vyvrcholením zlatého desaťročia objavov v kozmológii. Kozmológia – veda, ktorá sa odvažuje skúmať vznik, vývoj a osud vesmíru ako celku – bola dlho považovaná za oblasť nekonečných špekulácií a v tomto období akoby konečne dozrela. Vedci na celom svete prejavovali nadšenie z veľkolepých pozorovaní, ktoré prinášali sofistikované satelity na obežnej dráhe Zeme, ale aj prístroje na jej povrchu. Tieto objavy zmenili našu predstavu o vesmíre na nepoznanie. Zdalo sa, akoby sa s nami vesmír zrazu rozprával. Pre teoretikov to predstavovalo poriadne ostrú previerku ich hypotéz, pretože museli obmedziť špekulácie a spresniť predpovede svojich modelov.

V kozmológii odhaľujeme minulosť. Kozmológovia sú cestovatelia v čase a ich teleskopy predstavujú stroje času. Keď sa pozeráme do hlbokého vesmíru, hľadíme do dávnej minulosti, pretože svetlo zo vzdialených hviezd a galaxií prešlo milióny alebo dokonca miliardy rokov, kým sa dostalo k nám. Už v roku 1927 belgický kňaz a astronóm Georges Lemaître predpovedal, že vesmír sa v kontexte takých veľkých časových úsekov musí rozpínať. No až v deväťdesiatych rokoch 20. storočia umožnila pokročilá technológia teleskopov sledovať históriu rozpínania vesmíru.

Táto história však priniesla niekoľko prekvapení. Napríklad v roku

1998 astronómovia zistili, že rozpínanie vesmíru sa začalo zrýchľovať približne pred piatimi miliardami rokov, hoci všetky známe formy hmoty sa priťahujú, a preto by mali práveže rozpínanie spomaľovať.

Fyzici odvtedy uvažujú, či toto zvláštne vesmírne zrýchlenie nie je spôsobené Einsteinovou kozmologickou konštantou, neviditeľnou tmavou energiou podobnou éteru, ktorá spôsobuje, že gravitácia skôr odpudzuje ako priťahuje. Jeden astronóm to pekne vystihol, keď skonštatoval, že vesmír vyzerá ako Los Angeles: jedna tretina je hmota a dve tretiny sú energia.

Je zrejmé, že ak sa teraz vesmír rozpína, v minulosti musel byť viac stlačený. Ak si prehráte históriu vesmíru naopak – samozrejme, len v podobe matematického experimentu –, zistíte, že všetka hmota bola kedysi veľmi husto nabalená na seba a mala veľmi vysokú teplotu, pretože hmota sa pri stláčaní zahrieva a vyžaruje. Tento prvotný stav je známy ako horúci Veľký tresk (v orig. Hot Big Bang). Astronomické pozorovania od zlatých deväťdesiatych rokov minulého storočia určili vek vesmíru – teda čas, ktorý uplynul od Veľkého tresku – na 13,8 miliardy rokov, plus-mínus 20 miliónov.

európska vesmírna agentúra (ESA), ktorá sa chcela dozvedieť o zrode vesmíru viac, vypustila v máji 2009 satelit, ktorý mal zrealizovať najpodrobnejšie a najambicióznejšie skenovanie nočnej oblohy, aké sa kedy uskutočnilo. Zameraný bol na zaujímavý vzorec blikania v pásme tepelného žiarenia, ktoré zostalo po Veľkom tresku. Keďže teplo zo zrodu vesmíru putovalo rozpínajúcim sa priestorom 13,8 miliardy rokov, dnes sa k nám dostáva už studené: má teplotu 2,725 K alebo približne -270 stupňov Celzia. Žiarenie s takouto teplotou sa nachádza najmä v mikrovlnnom pásme elektromagnetického spektra, takže zvyškové teplo je známe ako žiarenie kozmického mikrovlnného pozadia alebo žiarenie CMB (z angl. Cosmic Microwave Background ).

Úsilie ESA zachytiť toto pradávne teplo vyvrcholilo v roku 2013, keď sa zvláštny bodkovaný obrázok pripomínajúci pointilistickú maľbu dostal na mnohé titulné strany svetových novín. Táto snímka je reprodukovaná na obrázku č. 2, na ktorom je zobrazená projekcia celej oblo-

hy, zostavená do najmenších detailov z miliónov pixelov, ktoré predstavujú teplotu reliktného žiarenia CMB v rôznych smeroch v priestore. Takéto podrobné pozorovania žiarenia CMB poskytujú obraz o tom, ako vyzeral náš vesmír sotva 380 000 rokov po Veľkom tresku, keď sa ochladil na niekoľko tisíc stupňov. Daná teplota už bola dostatočná na to, aby sa uvoľnilo prvotné žiarenie, ktoré odvtedy nerušene putuje vesmírom.

a paradox | 5

NOTFORDISTRIBUTION

Figure 2. A sky map of the afterglow of the hot big bang imaged by the European Space Agency’s Planck satellite, named after quantum pioneer Max Planck. The speckles of different shades of gray represent slight temperature variations of the ancient cosmic microwave radiation as it reaches us from different directions in the sky. At first sight these fluctuations look random, but a close study has revealed that there are patterns interlinking different regions on the map. By studying these, cosmologists can reconstruct the universe’s expansion history to model how galaxies formed and even predict its future.

Obrázok 2. Mapa oblohy zostatkového tepla po Veľkom tresku zachytená družicou Planck Európskej vesmírnej agentúry, pomenovanou po priekopníkovi kvantovej fyziky Maxovi Planckovi. Škvrny rôznych odtieňov sivej predstavujú mierne teplotné variácie dávneho kozmického mikrovlnného žiarenia, ktoré k nám prichádza z rôznych smerov oblohy. Na prvý pohľad tieto výkyvy vyzerajú náhodne, ale podrobný výskum odhalil, že existujú vzory, ktoré spájajú rôzne oblasti na mape. Ich skúmaním môžu kozmológovia rekonštruovať históriu rozpínania vesmíru a modelovať, ako sa galaxie formovali. Môžu dokonca predpovedať aj jeho budúcnosť.

NOTFORDISTRIBUTION

thousand degrees. This was cold enough to liberate the primeval radiation, which has traveled unhindered through the cosmos ever since.

Mapa kozmického mikrovlnného pozadia potvrdzuje, že reliktné teplo Veľkého tresku je takmer rovnomerne rozložené vo vesmíre, hoci nie úplne dokonale. Jemné škvrnky na obrázku predstavujú len veľmi nepatrné teplotné odchýlky, drobné záblesky nepresahujúce stotisícinu stupňa. Tieto variácie, aj keď malé, sú veľmi dôležité, pretože sú obrysom zárodkov, okolo ktorých sa nakoniec vytvorili galaxie. Keby bol horúci Veľký tresk všade dokonale rovnomerný, žiadne galaxie by dnes neexistovali.

The CMB sky map confirms that the relic big bang heat is nearly uniformly distributed throughout space, although not quite perfectly. The speckles in the image represent minuscule temperature variations indeed, tiny flickers of no more than a hundred-thousandth of a degree. These slight variations, however small, are crucially important, because they trace the seeds around which galaxies would eventually form. Had the hot big bang been perfectly uniform everywhere, there would be no galaxies today.

The ancient CMB snapshot marks our cosmological horizon: We cannot look back any farther. But we can glean something about processes operating in yet earlier epochs from cosmological theory. Just as paleontologists learn from stone fossils what life on Earth used to be like, cos-

Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.