načítání...
nákupní košík
Košík

je prázdný
a
b

E-kniha: Skrytá realita -- Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu - Brian Greene

Skrytá realita -- Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu

Elektronická kniha: Skrytá realita
Autor: Brian Greene
Podnázev: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu

Bývaly doby, kdy "vesmír" označoval vše, co existuje. Fyzikální a kosmologické objevy v nedávných letech však dovedly řadu vědců k závěru, že náš vesmír může být jen jedním z ... (celý popis)
Titul je skladem - ke stažení ihned
Médium: e-kniha
Vaše cena s DPH:  199
+
-
6,6
bo za nákup

ukázka z knihy ukázka

Titul je dostupný ve formě:
elektronická forma tištěná forma

hodnoceni - 88.7%hodnoceni - 88.7%hodnoceni - 88.7%hodnoceni - 88.7%hodnoceni - 88.7% 98%   celkové hodnocení
4 hodnocení + 1 recenze

Specifikace
Nakladatelství: PASEKA
Dostupné formáty
ke stažení:
PDF, EPUB, MOBI, PDF
Upozornění: většina e-knih je zabezpečena proti tisku a kopírování
Médium: e-book
Rok vydání: 2012
Počet stran: 354
Rozměr: 24 cm
Úprava: ilustrace
Vydání: Vyd. 1.
Název originálu: Hidden reality
Spolupracovali: přeložil Luboš Motl
Jazyk: česky
ADOBE DRM: bez
Nakladatelské údaje: V Praze ; a Litomyšli, Paseka, 2012
ISBN: 978-80-743-2205-1
Ukázka: » zobrazit ukázku
Popis / resumé

Bývaly doby, kdy "vesmír" označoval vše, co existuje. Fyzikální a kosmologické objevy v nedávných letech však dovedly řadu vědců k závěru, že náš vesmír může být jen jedním z mnoha. A jak autor srozumitelně a za pomoci mnoha analogií ukazuje, z teorií, jejichž prvotním úkolem bylo vysvětlit nejrafinovanější pozorování subatomárních částic i temných hlubin vesmíru, se vynořilo hned několik odrůd multivesmíru: multivesmír, v němž žije nekonečné množství dvojníků; multivesmír skládající se z oceánu vesmírných bublin, mezi nimiž je i ta naše; multivesmír, jenž se donekonečna opakuje; multivesmír pro nás neviditelný, přestože se vznáší jen milimetry od nás; multivesmír, v němž se každé rozuzlení, jež připouští kvantová mechanika, někde uskuteční. A konečně ten nejpodivnější ze všech multivesmírů, multivesmír vybudovaný z čisté matematiky. Je náš vesmír jediný? Přední americký fyzik a popularizátor vědy vede čtenáře na výpravu do paralelních světů a odkrývá, jak velká část skutečné povahy reality se hluboko v nich může skrývat.

Popis nakladatele

Fyzikální a kosmologické objevy v nedávných letech dovedly řadu vědců k závěru, že náš vesmír může být jen jedním z mnoha. Jak autor překvapivě srozumitelně dokládá, z fyzikálních teorií se vynořilo hned několik odrůd multivesmíru: multivesmír, v němž žije nekonečné množství dvojníků, multivesmír skládající se z oceánu vesmírných bublin, multivesmír pro nás neviditelný, přestože se vznáší jen milimetry od nás nebo podivný multivesmír vybudovaný z čisté matematiky. Greenova kniha je nejen pozoruhodnou výpravou za samotnou bránu reality, ale též přehledem nejnovějších poznatků fyziky.

(paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu)
Předmětná hesla
Zařazeno v kategoriích
Brian Greene - další tituly autora:
Skrytá realita -- Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu Skrytá realita
 (e-book)
Elegantní vesmír -- Superstruny, skryté rozměry a hledání finální teorie Elegantní vesmír
 
K elektronické knize "Skrytá realita -- Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu" doporučujeme také:
 (e-book)
Myšlení, rychlé a pomalé Myšlení, rychlé a pomalé
 
Recenze a komentáře k titulu



vesmír 2014-04-13 hodnoceni - 100%hodnoceni - 100%hodnoceni - 100%hodnoceni - 100%hodnoceni - 100%
úžasná kniha pro všechny -bez rozdílu pohlaví,profese,věku-kdo umí přemýšlet trochu jinak než jen materialisticky...
rozšíří váš obzor, pohled na svět a život jako takový.
Doporučuji.
 


Ukázka / obsah
Přepis ukázky

NAKLADATELSTVÍ PASEKA



SKRYTÁ

REALITA

PARALELNÍ VESMÍRY

A HLUBOKÉ

ZÁKONY KOSMU

NAKLADATELSTVÍ PASEKA


PŘELOŽIL LUBOŠ MOTL

Copyright ©  by Brian R. Greene

All rights reserved

Translation © Luboš Motl, 

ISBN -- - -

ISBN 978-80-7432-271-6 PDF


Věnováno Alecovi a Sophii


Předmluva

Pokud před sto lety byly ještě nějaké pochyby, na počátku . století to už byla hotová věc: snažíme-li se odhalit opravdovou povahu reality, každodenní zkušenost nás klame. Zamyslíme-li se nad tím, nebudeme vlastně ani nijak překvapeni. Pro naše předky, kteří sbírali plody v lesích a lovili zvěř ve stepích, nebyla schop nost předpovídat kvantové chování elektronů nebo určovat kosmologic ké důsledky černých děr tím podstatným, co by mohlo zvýšit naději na pře žití. Větší mozek na druhé straně nebyl k zahození a spolu s tím, jak rostla naše intelektuální šikovnost, rozšiřovala se i naše kapacita prozkoumávat okolí stá le hlouběji. Někteří zástupci našeho druhu zkonstruovali nástroje, ji miž prodloužili dosah svých smyslů; další se cvičili v systematické metodě, s níž lze zaznamenat a vyjádřit jakékoli pravidelnosti – tedy v matematice. S tě mito nástroji jsme začali nahlížet pod povrch každodenních dojmů.

Co jsme nalezli, nás už přimělo značně pozměnit názory na vesmír. Prováděli jsme pokusy i pozorování, jimiž jsme ověřovali svá očekávání a které nás vedly ke stále hlubšímu fyzikálnímu porozumění světu, vyjadřovanému se stá le větší matematickou precizností. Tak jsme už prokázali, že prostor, čas, hmota a energie mají v repertoáru způsoby chování, které se nepodobají ničemu, čeho byl kdokoli z nás kdy přímým svědkem. A právě teď nás pronikavé rozbory těchto a souvisejících objevů přivádějí k něčemu, co může otřást naším chápáním světa znovu a od základu: k možnosti, že náš vesmír není jediným vesmírem. Předkládaná kniha by ráda tuto možnost prozkoumala.

Pustil jsem se do jejího psaní, aniž bych od čtenáře očekával odborné znalosti matematiky nebo fyziky. Místo toho jsem se, stejně jako ve svých předchozích knihách, rozhodl pro metafory a analogie, opepřené historickými příhodami, abych mohl nabídnout srozumitelné vysvětlení nejnovějších poznatků moderní fyziky, které – pokud by byla dokázána jejich správnost – by pa - t ři ly mezi ty nejpodivnější a prozradily by nám o světě nejvíce. Nejeden pojem ne bo myšlenka v této knize donutí čtenáře vzdát se pohodlných myšlen kových schémat a smířit se s nepředvídatelnými oblastmi reality. Vydáme se totiž po stejné cestě, jakou kráčela i historie vědy. Tato cesta je doslova poseta ne očekávanými kličkami a objížďkami, z nichž vědci čerpali jak nadšení, tak


 předmluva i po naučení. Pečlivě jsem z těchto kliček a objížděk vybíral, aby i čtenář mohl pohodlně přejít přes údolí a propasti v krajině vědění a z každodenních koutů této krajiny pronikl až do oblastí zcela neznámých a exotických.

Na rozdíl od mých předchozích knih jsem vynechal úvodní kapitoly, které systematicky vysvětlovaly základní učivo, do něhož patří speciální i obecná teorie relativity nebo kvantová mechanika. Místo toho jsem se ve většině případů rozhodl představovat nové pojmy „podle potřeby“; pokud jsem na několika místech došel k závěru, že pro srozumitelnost knihy je žádoucí, abych určitou problematiku rozebral v poněkud úplnějším světle, zkušenějšího čtenáře předem upozorním na to, že určitou podkapitolu může bez potíží přeskočit.

V kontrastu s tím se poslední stránky několika kapitol postupně promění v poněkud pokročilejší zpracování problematiky, které může některým čtenářům připadat obtížné. Jakmile se k těmto partiím přiblížíme, nabídnu méně poučenému čtenáři krátké shrnutí a navrhnu mu, jakou část textu může přeskočit, aniž by ztratil souvislosti. Nicméně každému doporu čuji, aby se snažil proniknout tak daleko, jak mu to jeho zájem a trpělivost do volí. Byť je ob sah těch to partií komplikovanější, zvolená forma je optimalizovaná pro široké pu blikum; jedinou nezbytnou podmínkou úspěchu tedy zů stává čtenářova vytrvalost.

S poznámkami na konci knihy je to jinak. Čtenář-nováček je může přeskočit zcela; zkušenější čtenář v nich ovšem najde vyjasnění a rozšíření hlavního textu, jež považuji za důležitá, ale která by v hlavním textu působila únav ně. Řada poznámek je určena čtenářům, kteří prošli nějakou formální výukou ma tematiky a fyziky.

Při psaní Skryté reality jsem těžil z kritických komentářů a zpětné vazby, jež mi nabídla řada přátel, kolegů a rodinných příslušníků, kteří si přečetli některé kapitoly nebo i celou knihu. Obzvláště rád bych poděkoval Davidu Albertovi, Tracy Dayové, Richardu Eastherovi, Ritě Greeneové, Simonu Judesovi, Danielu Kabatovi, Davidu Kaganovi, Paulu Kaiserovi, Raphaelu Kasperovi, Juanu Maldacenovi, Katince Matsonové, Mauliku Parikhovi, Marcusi Poesselovi, Michaelu Popowitsovi a Kenu Vinebergovi. Je vždycky radost pracovat s Martym Asherem, mým redaktorem v Knopfu, a děkuji Andrewovi Carlsono vi za jeho manažerský dohled nad knihou v závěrečných stadiích výroby. Bá ječným ilustracím talentovaného a trpělivého Jasona Severse vděčím za zcela no vý rozměr mého výkladu. Mám i to potěšení poděkovat svým literárním agentům, Katince Matsonové a Johnu Brockmanovi.

Když jsem si v hlavě rovnal, jak co nejlépe přistoupit k materiálu, na nějž se tato kniha soustřeďuje, značně mi pomohly nesčíslné rozhovory s dlouhou řadou kolegů. Kromě těch, o nichž jsem se už zmínil, bych rád výslovně poděkoval i Raphaelu Boussovi, Robertu Brandenbergerovi, Frederiku Dene fovi, Jacquesu Distlerovi, Michaelu Douglasovi, Lamu Huiovi, Lawrenci Kraus


předmluva

sovi, Janně Levinové, Andreji Lindemu, Sethu Lloydovi, Barrymu Loewerovi, Saulu Perlmutterovi, Jürgenu Schmidhuberovi, Steveu Shenkerovi, Paulu Steinhardtovi, Andrewovi Stromingerovi, Leonardu Susskindovi, Maxi Teg markovi, Henrymu Tyeovi, Cumrunu Vafovi, Davidu Wallaceovi, Ericku Weinbergovi a Shing-Tung Yauovi.

Svou první populárně-vědeckou knihu, Elegantní vesmír, jsem začal psát v lé tě . Následujících patnáct let jsem se těšil z neočekávané a tvořivé souhry mezi tématy, na které se soustřeďuje můj odborný výzkum, a otázkami, které se řeší v mých knihách. Děkuji svým studentům a kolegům na Columbijské univerzitě za to, že vytvořili plodné prostředí k výzkumu, americké mu ministerstvu energetiky, které můj vědecký výzkum fi nancovalo, a také nedávno ze snulému Penttimu Kourimu za jeho štědrou podporu mého bádání na columbijském Ústavu pro struny, kosmologii a astročásticovou fyziku.

Nakonec děkuji i Tracy, Alecovi a Sophii – za to, že z tohoto vesmíru pro mě udělali ten nejlepší mezi všemi možnými vesmíry.


Kapitola první

Hranice reality

O paralelních světech

Kdyby bývalo v době mého dětství můj pokoj zdobilo jen jediné zrcadlo, mo

je dětské sny se mohly ubírat zcela jiným směrem. Ale v pokoji mi visela hned

zrcadla dvě. A každé ráno, když jsem skříň otevřel, abych si vyndal oblečení,

se zrcadlo zabudované do dveří skříně srovnalo se zrcadlem na stěně a obě vy

tvořila zdánlivě nekonečnou posloupnost odrazů všech objektů umístěných

mezi nimi. A to mě fascinovalo. Radoval jsem se z každého nové ho obrazu,

který vyvstal na skleněných rovinách a jako by pokračoval tak da le ko, kam až

oko dohlédlo. Všechny odrazy se zdánlivě pohybovaly v souhře – ale, jak jsem

věděl, pouze kvůli omezením daným lidskému vnímá ní; už v mladém věku

jsem se dozvěděl o konečné rychlosti světla. V mysli jsem si tedy představo

val, že moje oko sleduje zpáteční cesty světelných paprsků. Škubnutí hlavou

i upažení ruky mezi zrcadly vyvolávaly tiché ozvěny a každý obraz jako by

popoháněl svého souseda. Někdy jsem si představoval ne uctivou kopii sebe

sama, která kdesi v hloubi obrazů odmítne napodobovat svého předchůdce,

aby tak rovnoměrný přenos pohybu přerušila a vytvořila novou realitu pro

celou řadu následujících kopií. O školních přestávkách jsem si občas předsta

voval, jak světlo, které jsem toho rána vyslal, donekonečna létá mezi oběma

zrcadly, a často jsem se v myšlenkách připojoval k jednomu z Brianů ze zrca

dla a vstupoval do imaginárního paralelního světa, světa vzešlého ze světla

a poháněného fantazií.

Aby nedošlo k nedorozumění: odražené obrazy nemají vlastní duši nebo

vě domí. Přesto tyto mladické rozlety fantazie, včetně jejich paralelních realit

žijících pouze v naší představivosti, rezonují se stále významnějším tématem

dnešní vědy – s možností, že mimo náš svět existují i světy další. Tato kniha je

výpravou do těchto jiných světů a promyšlenou expedicí do říše vědy o para

lelních vesmírech.

Vesmír a vesmíry

Bývaly doby, kdy „vesmír“ znamenal „vše, co existuje“. Všechno. Se vším všudy.

Představa o více než jednom vesmíru, o více než jednom „všem“, vypadá jako


hranice reality

jeden velký protimluv. A přesto posloupnost teoretických zvratů postupně zpřes nila interpretaci slova „vesmír“. Význam tohoto slova teď závisí na kontextu. Někdy slovem vesmír míníme úplně všechno. Jindy se zase toto slo vo vztahuje jen k těm částem všehomíra, do nichž mají bytosti jako já nebo vy alespoň v principu přístup. Někdy se tímto slovem označují oblasti oddělené – buď částečně, nebo zcela – a k tomu dočasně nebo trvale nedostupné pro smrtelníky; v tomto smyslu toto slovo odsuzuje náš vesmír k tomu, stát se řadovým členem velkého, možná i nekonečně velkého kolektivu.

Spolu s tím, jak se oslaboval jeho monopol, uvolňoval „vesmír“ cestu dalším příbuzným slůvkům, která jsou užitečná pro rozpravy o větším plátnu, na němž může být realita ve své úplnosti namalována. Paralelní světy, paralelní vesmíry, mnohočetné vesmíry, alternativní vesmíry nebo multivesmír, multiverzum, megaverzum, metaverzum – všechna tato synonyma mohou kromě našeho vesmíru označovat i další vesmíry, které „kdesi tam“ existují.

Určitě jste si všimli, že jde o pojmenování poněkud matná a nepřesná. Co přes ně představuje svět nebo vesmír? Jakými kritérii lze odlišit oblasti, jež jsou jednotlivými součástmi jednoho vesmíru, od těch, které lze považo vat za plnohodnotné vesmíry samy o sobě? Někdy v budoucnosti možná naše chápání mnohočetných vesmírů pokročí natolik, že budeme schopni na tyto otázky precizně odpovědět. Než abychom se ale v knize potýkali s abstraktními defi nicemi, zvolíme strategii, s níž americký nejvyšší soudce Potter Stewart de fi noval pornografi i. Zatímco Nejvyšší soud USA usiloval o její standardní defi nici, Stewart prohlásil: „Co to je, vím, jakmile ji spatřím.“

Koneckonců to, zda jednu nebo druhou oblast označíme za paralelní vesmír, je pouze jazyková jemnůstka. To podstatné, o co jde a co je jádrem celého problému, je otázka, zda vůbec oblasti, které se příčí konvenčním představám, existují, protože z jejich existence plyne, že to, co jsme dlouho nazývali tím jediným vesmírem, je pouze jednou složkou daleko impozantnější, možná daleko podivnější a snad i skryté reality.

Odrůdy paralelních světů

Pozoruhodnou skutečností (která mě částečně inspirovala k napsání této knihy) je, že řada důležitých vývojových kroků ve fundamentální teoretic ké fyzice – relativistická fyzika, kvantová fyzika, kosmologická fyzika, fyzika sjednocení všech sil a výpočetní fyzika – nás přivedla k tomu, abychom přemýšleli o různých odrůdách paralelních vesmírů. A tak je každá z následují cích devíti kapitol jedním malým kouskem ve velké skládance, kouskem, který vy jasňuje jednu variaci na téma multivesmíru. Každá z nich představuje náš vesmír jako část neočekávaně většího celku, ale zevnějšek takového celku i povaha „členských“ vesmírů se od sebe v těch devíti případech zásadně odlišují. V některých představách jsou paralelní vesmíry od nás odděleny obrovitými


 kapitola první úseky prostoru a času; v dalších se vznášejí milimetry od nás; v ještě jiné skupině ztrácí přízemní otázka po jejich poloze jakýkoli smysl. Podobně pestré jsou i zákony, jimiž se tyto paralelní vesmíry řídí. V některých z nich panu jí stejné zákony jako u nás; v jiných platí zákony odlišné, ale sdílející s těmi na šimi společný původ; a úplně jinde platí zákony, které se vzhledem a strukturou odlišují od všeho, s čím jsme se dosud setkali. Člověka po kořuje a zároveň i vzrušuje představa, jak rozsáhlá realita může být.

První vědecké expedice do paralelních světů započaly v padesátých letech . století; tehdy se badatelé pokoušeli vyřešit určité záhady kvantové mechani ky, teorie, jež měla vysvětlit události odehrávající se v ří ši atomů a subatomárních částic. Kvantová mechanika se vymanila z okovů před chozí kostry fyziky, takzvané klasické mechaniky, důkazem, že vě decké předpovědi ma jí nutně pravděpodobnostní ráz. Můžeme před povědět naději, že v dané situaci dospějeme k jednomu nebo druhému vý sledku, ale obecně předpovědět, který z těchto výsledků skutečně nasta ne, nemůžeme. Toto dobře známé odchýlení se od staletí vědeckého uvažová ní je překvapením samo o sobě. Kvantová mechanika se však vyznačuje i dal ším zapeklitým aspektem, jejž si lidé už tolik nevšimnou. Navzdory desetiletím pečlivých rozborů kvantové mechaniky a poté, co se nashromáždilo ohrom né množství dat potvrzujících její pravděpodobnostní předpovědi, nedokázal ješ tě nikdo vysvětlit, proč nakonec z možných výsledků v každé situaci nastane jen jediný. Když provádíme experimenty a zkoumáme svět, všichni souhlasíme, že prožíváme jedinou a zcela určitou realitu. A přesto více než sto let po začátku kvantové revoluce ještě světoví fyzici nedospěli ke shodě, pokud jde o vysvětlení, proč je tento základní fakt slučitelný s matematickými rovnicemi kvantové teorie.

V průběhu let se tuto záhadu snažil objasnit nejeden tvořivý nápad, ale ten nejvíce šokující z nich byl paradoxně navržen už mezi prvními. Podle té to kla sické představy, tkví jádro problému v tom, že náš předpoklad, že kaž dý experiment má jen jeden výsledek, je chyb ný. Matematika v základech kvantové mechaniky – nebo přinejmenším jeden způsob, jak na ni nahlížet – naznačuje, že se všechny možné výsledky odehrávají někde, totiž ve svém vlastním, odděleném vesmíru. Předpovídá-li kvantový výpočet, že se nějaká částice může objevit tady, nebo naopak tam, potom se v jednom vesmíru vynoří tady, zatímco v jiném se objeví tam. A v každém takovém vesmíru žije kopie vás samotných, která si – chybně – myslí, že její realita je tou jedinou. Jakmile doceníme, že kvantová mechanika ovládá všechny fyzikální procesy, od slučování jader atomů uvnitř Slunce až k vyslání signálů mezi nervovými buňkami, na něž lze zredukovat naše myšlenky, začne být jasná dalekosáhlost důsledků představy o paralelních vesmírech. Podle této představy nezůstane žádná cesta nevyzkoušena. A přesto každá cesta – každá realita – zůstává skrytá před všemi ostatními.


 hranice reality

Tato provokující interpretace kvantové mechaniky v řeči mnoha světů vzbudi la v posledních desetiletích hodně zájmu. Výzkum však ukázal, že jde o ošemet ný a choulostivý přístup k fyzice (jak uvidíme v . kapitole), a tak dodnes, po více než půlstoletí prověřování, vyvolává tato hypotéza polemiku. Zatímco někteří praktici kvantové mechaniky tvrdí, že její správnost už byla dokázána, další stejně sebejistě prohlašují, že její matematické základy stojí na písku.

Nehledě na nejistotu ohledně vědecké správnosti, rezonovala tato raná odrůda paralelních vesmírů s tématy oddělených civilizací nebo alternativních historií, která umělecky zpracovala díla literární, televizní a fi lmová. Kosmologie paralelních vesmírů inspiruje kreativní umělce dodnes. (Už od dětství řadím ke svým oblíbeným Čaroděje ze země Oz, Život je krásný, epizodu Star Tre - ku nazvanou „Město na pokraji věčnosti“, příběh Jorgeho Borgese „Zahrada, v které se cestičky rozvětvují“ a v nedávné době „Srdcovou sedmu“ a fi lm Lola běží o život.) Ve svém souhrnu pomohla tato a další díla masové kultury integrovat představu o pa ralelních realitách do ducha doby a stala se z velké čás ti zodpovědnou za vášnivý zájem veřejnosti o toto téma. Kvantová mechani ka je však jen jedním z mnoha způsobů, jimiž moderní fyzika vdechuje život po jmu „paralelní vesmír“. Vlastně to ani nebude ten první způsob, o němž budu mluvit.

V . kapitole se vydáme jinou cestou vstříc paralelním vesmírům, a to cestou mož ná nejjednodušší. Uvidíme, že pokud se prostor rozléhá donekonečna – a tento předpoklad je slučitelný se všemi pozorováními a je součástí kosmologického modelu, jemuž dává mnoho fyziků a astronomů přednost –, potom kdesi daleko (pravděpodobně sakramentsky daleko) musejí existovat oblasti, kde se kopie vás, mě a všech ostatních radují z alternativních verzí reality, kterou zažíváme zde. A . kapitola zavítá hlouběji do kosmologie: infl ační teorie, tedy přístup, který předpokládá ohromnou explozi superrychlého rozpínání prostoru v nejranějších okamžicích života vesmíru, vytváří svou vlastní verzi paralelních světů. Je-li infl ační teorie správná, jak to nejrafi novanější astronomická pozorování naznačují, potom exploze, z níž vzešla ta oblast prostoru, kterou obýváme, nemusela být tou jedinou. Infl ační rozpínání může naopak právě v tuto chvíli ve vzdálených končinách prostoru plodit jeden vesmír za druhým a může v tom pokračovat navěky. Každý z těchto nafukujících se vesmírů má navíc svůj vlastní nekonečný objem, a proto obsahuje nekonečně mno ho paralelních světů z . kapitoly.

Ve . kapitole se naše cesta stočí k teorii strun. Po krátkém shrnutí základů přehlédneme současný stav tohoto plánu, jak sjednotit všechny přírod ní zá kony. S takto získaným nadhledem pak v . a . kapitole prozkoumáme ne dávné objevy v teorii strun, podle nichž mohou existovat tři nové typy paralelních světů. Jedním z nich je scénář bránových světů, scénář, který předpoklá dá, že náš vesmír je jednou „deskou“, která se vedle případných dalších


 kapitola první „desek“ vzná ší ve vícerozměrném prostoru podobně jako krajíc chleba v mnohem roz sáhlejším rozkrájeném kosmickém bochníku.



Bude-li nám přát štěstí,

pak správnost této domněnky zaručí, že Velký hadronový srážeč (LHC) u švýcarské Že nevy zachytí v nepříliš vzdálené budoucnosti stopy tohoto bochníku. Druhá z nových odrůd paralelních světů předpokládá speciální bránové světy, které po srážce s dalšími zničí veškerou hmotu v nich obsaženou a ohnivým peklem při pomínajícím velký třesk započnou v každém z nich novou etapu vývoje. Tře tí scénář postuluje „krajinu“ podle teorie strun, odvozenou od nesmírné různorodosti možných tvarů a velikostí dodatečných prostorových rozměrů, které z teorie vyplývají. Uvidíme, že ve spolupráci s infl ačním multivesmírem naznačuje strunová krajina existenci obří sbírky vesmírů, v níž je realizován každý možný tvar dodatečných rozměrů.

V . kapitole se soustředíme na to, jak tyto úvahy objasňují jeden z nejpřekvapivějších výsledků pozorování na sklonku . století: že prostor, jak se zdá, je vyplněn homogenní a rozptýlenou odrůdou energie, která by mohla být ztělesněním Einsteinovy nechvalně známé kosmologické konstanty. Toto po zorování, jímž se nechala inspirovat značná část nedávného výzkumu paralelních vesmírů, je zároveň i rozbuškou vedoucí k jedné z nejemocionálněj ších de bat za poslední desetiletí. Šlo v ní o charakter vysvětlení, která lze při jmout jako vědecká. A . kapitola spojí toto téma s obecnější otázkou, zda úvahy o vesmírech, které se nalézají vně vesmíru nám známého, lze právoplatně považovat za vědní disciplínu. Lze tyto myšlenky ověřovat? A pokud nám tyto ideje poslouží k vyřešení otevřených otázek fyziky, učinili jsme nějaký opravdový pokrok, nebo jsme pouze zametli problémy pod kosmický ko be rec, kam se „naštěstí“ nikdo nemůže dostat? Snažil jsem se obnažit podstatu těch to konfl iktních postojů, ale zároveň jsem představil i svůj vlastní pohled, podle něhož za jistých okolností nesporně paralelní vesmíry do kompetencí vědy náležejí.

Kvantová mechanika se svou verzí paralelních vesmírů ve formě mnoha svě tů je tématem . kapitoly. Ta stručně připomene podstatné rysy kvantové mechaniky a hned poté se soustředí na problém, který nahání hrůzu největší: jak získat jednoznačné výsledky z teorie, jejíž základní kostra umožňuje vzájemně neslučitelným realitám koexistovat v amorfní, byť matematicky precizní mlze. Poctivě vás provedu úvahami, které ve snaze o odpověď zakotvují kvantovou povahu reality ve své vlastní hojnosti paralelních světů.

V . kapitole vás zavedu ještě hlouběji do kvantové reality, k něčemu, co po važuji za tu nejpodivnější ze všech verzí paralelních vesmírů. K domněnce, která se postupně vynořila během třiceti let teoretických rozborů kvantových vlastností černých děr. Tato představa dosáhla svého vrcholu v posledních deseti letech v jednom ohro mujícím výsledku strunové teorie, z něhož plyne, že všechny naše vjemy a zážitky nejsou ničím jiným než holografi ckou projekcí procesů, které se ve skutečnosti odehrávají na nějakém vzdáleném povrchu,


 hranice reality

který nás obklopuje. Štípnete-li se, ucítíte bolest jako opravdovou, ale přesto půjde jen o odraz paralelního děje odehrávajícího se v odlišné a vzdálené realitě.

Nakonec – v . kapitole – si posvítíme na ještě imaginárnější možnost: na to, že hlavní úlohu hrají vesmíry umělé. K tomu se nejprve budeme muset vy pořádat s otázkou, zda nám vůbec fyzikální zákony dávají moc nové vesmíry vytvářet. A hned nato se podíváme na hypotetické vesmíry, které nebyly vytvořeny z „hardwaru“, ale ze „so+ waru“ – vesmíry, které lze simulovat na superpokročilém počítači –, a prozkoumáme, zda máme důvod věřit, že my sami nežijeme v simulaci někoho (nebo něčeho) jiného. Tím se dostaneme k odrůdě paralelních vesmírů zrodivší se v myslích fi lozofů a neomeze né té měř ničím: podle této představy je každý možný vesmír realizován někde uvnitř něčeho, co je nezbytně nejvelkolepějším ze všech multivesmírů. A tak se výklad přirozeně stočí k rozjímání o tom, jakou roli hraje matematika při odkrývání záhad vědy, a nakonec i k tomu, zda máme naději, že realitě budeme rozumět stále lépe.

Kosmický řád

Problematika paralelních vesmírů je vysoce spekulativní. Žádné pozorování ani experiment dosud neprokázaly, že by kterákoli z verzí této myšlenky byla v pří rodě realizována. Skutečným cílem této knihy proto není přesvědčit vás o tom, že jsme součástí multivesmíru. Sám nejsem přesvědčen – a obecně řečeno, nikdo by neměl být přesvědčen – o ničem, co nelze podložit nezpochybnitelnými daty. Jedním dechem však hned dodávám, že za zvláštní a snad i pře svědčivé považuji, že téměř každá větev moderního fyzikálního pokroku, je-li studována do dostatečné hloubky, nakonec narazí na některou z variant myšlenky o paralelních vesmírech. Není to tedy tak, že by fyzici drželi v rukou napjatou multivesmírnou síť a čekali, až se do ní chytí jakákoli teorie, a pak ji vymodelovali a zasadili do paradigmatu paralelních vesmírů, ať to sto jí, co to stojí. Naopak bychom mohli říct, že všechny scénáře paralelních světů, jimž se budeme vážně věnovat, přirozeně vyplynou z matematiky teorií rozvinutých za účelem popisu skutečných experimentálních dat a pozorování.

Mým cílem tedy bude jasně a stručně předvést intelektuální kroky a posloupnosti teoretických poznatků, které přivedly fyziky k myšlence vzít z mnoha úhlů pohledu vážně možnost, že náš vesmír může být jen jedním z mnoha. Chci, abyste získali cit pro to, jak moderní vědecké bádání – a nikoli nespoutané fantazie o zrcadlech v dobách, kdy jsem byl chlapcem – přirozeně vede k této ohromující možnosti. Věřím, že ukážu, jak se jistá, jinak ale zapeklitá pozorování mohou stát dokonale srozumitelnými v rámci jednoho ne bo druhého multivesmírného paradigmatu, a zároveň popíšu i klíčové a do sud nevyřešené otázky, které zatím mohou bránit tomu, aby tento přístup k realitě


 kapitola první

naplno ukázal svou schopnost vysvětlovat záhady světa. Byl bych rád, kdy

byste po přečtení této knihy měli pocit, že se váš smysl pro to, kde končí rea

lita – a kam až může dohlédnout moderní věda –, obohatil a zároveň i oživil.

Někteří z vás se samotného pojmu paralelních světů zaleknou v obavě,

že jsme-li součástí multivesmíru, pak náš domov a naše důležitost ve vesmí

ru ztrácejí na významu. Já si to nemyslím. Nepřipadá mně rozumné měřit

význam podílem na objemu. Spíše vidím jeden z nejuspokojivějších rysů lid

skosti a jeden z nejvíce vzrušujících důsledků vědeckého výzkumu v něčem

ji ném: ve schopnosti přemostit se analytickým myšlením přes obří vzdálenos

ti, do stat se do prostoru vnějšího i vnitřního a – prokážou-li se některé myš

lenky z té to knihy jako pravdivé – dostat se i mimo náš vesmír. Je to právě

na še hlubo ké porozumění světu, které jsme nabyli navzdory své samotářské

poloze uprostřed tichého, mrazivého, černočerného a hrůzu nahánějícího ves

míru, jež vyvolává ozvěny napříč ohromným objemem reality a je znamením

našeho příchodu na svět.


Kapitola druhá

Bezedný sklad dvojníků

Sešívaný multivesmír

Kdybyste se vydali hlouběji do vesmíru a cestovali stále dál a dále, zjistili bys te, že prostor pokračuje donekonečna, nebo že někde náhle končí? Nebo bys te snad obkroužili vesmír a vrátili se do stejného bodu, jak to udělal sir Fran cis Drake, když obeplul zeměkouli? Obě možnosti – jak vesmír, který se rozpíná donekonečna, tak i ten obrovský, ale konečný – jsou slučitelné se všemi pozorováními a obě se několik posledních desetiletí staly předmětem zájmu důkladného studia vůdčích badatelů. Navzdory tomu všemu zkoumání má však varianta nekonečného vesmíru jeden závratný důsledek, kterému se dostalo jen poměrně skromné pozornosti.

Představte si, že v dalekých končinách nekonečného vesmíru existuje galaxie, která vypadá stejně jako Mléčná dráha a obsahuje sluneční soustavu, jež jako by z oka vypadla té naší a hostí planetu, která je duplikátem Ze mě, a na ní dům nerozlišitelný od toho vašeho a obývaný bytostí, která vy padá přesně jako vy, právě čte tuto knihu a představuje si, jak se blížíte ke konci této věty kdesi v daleké galaxii. A taková kopie není ve vesmíru jen jed na. V nekonečném vesmíru je jich nekonečně mnoho. V některých z nich váš dvojník nebo dvojnice právě čte tuto větu současně s vámi. V jiných pře sko čil(a) kus textu nebo odložil(a) knihu, aby se občerstvil(a). A v úplně ji ných má zase tak mizernou náladu, že byste se s ním nebo s ní nechtěli setkat v nějaké tem né aleji.

A to si pište, že ani nesetkáte. Tyto vaše kopie by obývaly oblasti natolik vzdá lené, že by ani světlo za celou dobu, která nás dělí od velkého třesku, ne mělo dostatek času překlenout obří prázdnotu prostoru, která vás odděluje. Nevládneme sice schopností tyto oblasti pozorovat, ale uvidíme, že ze základních fyzikálních principů plyne, že je-li vesmír nekonečně velký, stal se domovem nekonečně mnoha paralelních světů, z nichž některé jsou totožné s tím naším, jiné se od něho liší a ještě další se našemu světu nepodobají ani vzdáleně.

Na cestě k těmto světům musíme nejdříve pochopit podstatné pojmy kosmologie, vědecké disciplíny studující původ a vývoj vesmíru jako celku.

Tak se do toho pusťme.


 kapitola druhá

Otec velkého třesku

„Vaše matematika je správná, zato vaše fyzika je opovrženíhodná.“ Solvayská konference o fyzice v roce  byla v plném proudu, když takto Albert Einstein zareagoval na informaci Belgičana Georgese Lemaîtra o tom, že z rovnic obecné relativity, které Einstein sepsal o více než deset let dříve, plyne dramatická revize příběhu o stvoření světa. Podle Lemaîtrových výpočtů začal vesmír svůj život jako malinké zrnko nesmírné hustoty neboli „prvotní atom“, jak mu říkal, který ohromně dlouhou dobu bobtnal, až se nakonec změnil v po zorovatelný vesmír.

Mezi desítkami slavných fyziků byl Lemaître zajímavou postavou, podobně jako sám Einstein, který si vyjel do bruselského hotelu Metropole na týden intenzivních debat o kvantové teorii. Do roku  stačil Lemaître nejen získat dok torát, ale i zakončit studia v jezuitském semináři svatého Rumbolda a být vy svěcen na kněze. V průběhu konference přistoupil, s kolárkem na správném místě, k objeviteli rovnic, které se – jak věřil – staly základem nové vědecké teorie o původu vesmíru. Einstein o Lemaîtrově teorii věděl, článek, jenž se těmto otázkám věnoval, četl o několik měsíců dříve, a v Lemaîtrových manipulacích s rovnicemi obecné relativity nemohl najít žádnou chybu. Nakonec to nebylo poprvé, co někdo Einsteinovi tento výsledek ukázal. V roce  do spěl ruský matematik a meteorolog Alexandr Fridman k celé množině řešení Einsteinových rovnic, podle nichž se prostor rozpínal a vesmír zvětšoval. Einstein, který měl k takovým řešením odpor, nejdříve naznačil, že se Fridmanovy výpočty utápějí v moři chyb. V tom se Einstein mýlil a později své tvrzení odvolal. Pěšákem ve službách matematiky však odmítal být i poté. Před rovnicemi dal přednost vlastní intuici o tom, jak by se vesmír měl chovat, a hluboce zakořeněné víře, že vesmír existuje věčně a na nejdelších měřítkách je pevný a neměnný. Pokáral Lemaîtra a pravil, že vesmír se nerozpíná a ani to nikdy nedělal.

O šest let později Einstein soustředěně sledoval řečníka v přednáškové míst nosti kalifornské observatoře Mount Wilson. Lemaître tehdy předkládal podrobnější verzi své teorie o tom, že vesmír začal prvotním zábleskem a že galaxie jsou hořícími doutnajícími uhlíky unášenými nafukujícím se mo řem prostoru. Jakmile seminář skončil, Einstein povstal a prohlásil Lemaîtrovu teo rii „nejkrásnějším a nejuspokojivějším vysvětlením stvoření, jaké kdy slyšel“.



Nejslavnější fyzik dospěl k rozhodnutí změnit názor na jednu z nejná

ročnějších záhad světa. A Lemaître, stále neznámý v očích široké veřejnosti, si mezi vědci vydobyl přízvisko otce velkého třesku.

Obecná relativita

Kosmologické teorie rozpracované Fridmanem a Lemaîtrem stavěly na rukopisu, který Einstein zaslal do německých Annalen der Physik  . listopa du


bezedný sklad dvojníků

 . Tímto článkem vyvrcholila jeho téměř desetiletá matematická odysea a vý sledky, k nimž dospěl – obecná teorie relativity – lze považovat za jeho nejúplnější a nejdalekosáhlejší vědecký výdobytek. Ve své obecné teorii relativity Einstein elegantním geometrickým jazykem od základu přestavěl naše poro zumění gravitaci. Jestliže se už cítíte obeznámeni se základními rysy a kosmo logickými důsledky této teorie, nebojte se přeskočit tři následující podka pitoly. Ale pokud si chcete připomenout několik z jejích nejdůležitějších po znatků, tak mě neopouštějte.

Einstein začal na obecné teorii relativity pracovat roku , v době, kdy si většina vědců myslela, že gravitace byla defi nitivně vysvětlena už dávnými pracemi Isaaca Newtona. Jak se středoškolští studenti povinně učí po celém světě, Newton předložil svůj univerzální gravitační zákon na sklonku . století. Poskytl tak lidstvu první matematický popis této nejznámější síly přírody. Jeho zákon je natolik přesný, že inženýrům v NASA dodnes slouží k výpočtu trajektorií kosmických plavidel a astronomové s ním i nadále předpovídají pohyb komet, hvězd i celých galaxií.



Kvůli této prokazatelné efektivnosti je ještě pozoruhodnější skutečnost, že si Einstein počátkem . století uvědomil zásadní vady, jež Newtonův gravitační zákon zatěžují. V plné nahotě tyto defekty ukázala zdánlivě prostoduchá otázka: Jak, ptal se Einstein, gravitace funguje? Jak to, že je Slunce například schopno ovládnout   milionů kilometrů prázdného prostoru a ovlivnit pohyb Země? Jak může gravitace své silové působení uplatnit, když mezi obě ma tělesy není napjat žádný provaz a Zemi netahá žádný řetěz?

Ve svých Principiích, otištěných roku , docenil Newton důležitost této otáz ky, ale uznal, že jeho vlastní zákon nabízí místo odpovědi jen trapné ticho. Byl si jistý, že musí existovat něco, čím se působení gravitace přenáší z jed noho místa na druhé, ale co by to mohlo být, nebyl schopen zjistit. V Prin cipiích posměšně poznamenal, že tuto otázku ponechává „k zamyšlení čtenáři“, a čtenáři přes dvě staletí tento domácí úkol jednoduše opomíjeli. To ale Einstein udělat nemohl.

Velkou část onoho zmíněného desetiletí Einsteina pohlcovalo úsilí mechanismus způsobující gravitaci nalézt; v roce  konečně přišel s odpovědí. Navzdory ukotvení teorie v důmyslné matematice a přes obří koncepční skoky, které přinesla a které neměly v dějinách fyziky obdobu, se jeho teorie vyznačovala stejným svěžím vánkem jednoduchosti jako otázka, kterou si kladla za cíl zodpovědět. Jakým procesem dokáže gravitační působení přemostit prázdný prostor? Ke střetu s prázdnotou prázdného prostoru měli zdánlivě všichni fyzici k dispozici jen holé ruce. Ale něco v prázdném prostoru přece jen je: prostor. To Einsteina přivedlo k myšlence, že samotný prostor je médiem gravitace.

Jak k tomu došel? Představte si, že se na velkém kovovém stole kutálí kulička. Protože je povrch stolu plochý, kulička poběží po přímé dráze. Ale když se


 kapitola druhá po zahřátí ohněm stůl na některých místech prohne a na jiných nadme, zvolí si kulička jinou dráhu, protože bude ovlivněna pokrouceným a rozvlněným povrchem. Einstein tvrdil, že podobný jev se odehrává i v tkanině samotné ho prostoru. Zcela prázdný prostor se podobá plochému stolu a dovoluje objektům nerušený pohyb po přímé dráze. Přítomnost hmotných těles však ovlivňuje tvar prostoru podobně, jako se zahřátím pokřivil tvar povrchu stolu. Kupříkladu Slunce ve svém okolí vytváří vybouleninu podobnou bublině, která vznikla na rozžhaveném stole. A stejně jako pokroucený povrch stolu přiměl kuličku k pohybu po zakřivené dráze, navádí zakřivený tvar prostoru kolem Slunce Zemi a další planety na jejich oběžné dráhy.

Toto stručné vysvětlení pomíjí důležité podrobnosti. Není to jen prostor, co se zakřivuje: zakřivuje se i čas (proto mluvíme o zakřivení časoprosto ru neboli – jak se píše v mnoha českých populárně-vědeckých knihách – pro storočasu); samotná pozemská gravitace je pro pohyb kuličky nezbytná, protože ji tiskne ke stolu (zatímco podle Einsteina nepotřebují zkrouceniny v prostoru a čase žádného pomocníka, protože ony samotné jsou gravitací); prostor je třírozměrný, takže když se zakřivuje, děje se tak i v okolí objektu a ne jen „pod ním“, jak analogie se stolem klamně naznačovala. Představa zakřiveného stolu nicméně zachycuje podstatu Einsteinova návrhu. Před Einsteinem byla gravitace záhadnou silou, jíž jedno těleso působilo skrze prostor na druhé. Po Einsteinovi se gravitace stala poruchou prostředí, vy volanou jed ním tělesem a určující pohyb tělesa druhého. Podle tohoto vy světlení jste právě teď připoutáni k podlaze proto, že se vaše tělo snaží sklouznout po zářezu v prostoru (fakticky v časoprostoru), který vyvolala Země.

*

Einstein strávil celé roky usilovnou snahou tuto myšlenku přeměnit na precizní matematickou strukturu a výsledné Einsteinovy rovnice pole, srdce je ho obecné teorie relativity, nám přesně říkají, jak se prostor a čas zakřivují v závislosti na přítomnosti libovolného množství hmoty (přesněji hmoty a energie; podle Einsteinova vztahu E = mc



, kde E je energie a m hmotnost, lze tyto

dvě veličiny zaměnit).

Se stejnou přesností pak teorie určuje, jak je pohyb

čehokoli – včetně hvězd, planet, komet a světla samotného, pohybujících se * Je jednodušší si představit zakřivený prostor než zakřivený čas, a proto se většina populárních textů o Einsteinově gravitaci soustřeďuje čistě na prostor. Ve skutečnosti je ale gravitační účinek známých objektů, jako je Země a Slunce, převážně způsobován zakřivením času – a ne prostoru. To lze ilustrovat myšlenkovým experimentem se dvěma hodinami, z nichž jedny jsou umístěny na chodníku a druhé na střeše Empire State Building. Protože hodiny na chodníku jsou blíže stře du Země, působí na ně o něco silnější gravitace než na hodiny shlížející na Manhattan. Podle obecné teorie relativity se tento rozdíl podepisuje na trochu odlišné rychlosti, s jakou oboje hodiny jdou: pozemské hodiny tikají o něco pomaleji (o miliardtiny sekundy za rok) než hodiny ve větší výšce. Tato odchylka v čase je příkladem toho, co míníme zakřiveným nebo zkrouceným časem. Obecná relativita zajišťuje, že se objekty pohybují směrem k místům, kde hodiny tikají pomaleji; v jistém smyslu „chtějí“ všechny objekty stárnout tak pomalu, jak to jen jde. Einstein takto originálně vy světlil, proč předmět padá, když ho pustíte.


bezedný sklad dvojníků

prostorem – takovým zakřivením časoprostoru ovlivněn; to dovoluje fyzikům provést podrobné výpočty pohybů v kosmu.

Důkazy správnosti obecné teorie relativity se objevily brzy. Astronomové dlou ho věděli, že se oběžná dráha Merkura kolem Slunce trošku odchylu je od předpovědí Newtonovy matematiky. V roce  Einstein s pomocí svých nových rovnic trajektorii Merkura přepočítal a tuto nesrovnalost vysvětlil. Ten to poznatek později kolegovi Adrianu Fokkerovi vylíčil jako natolik vzrušující, že mu po něm několik hodin bušilo srdce. Astronomická pozorování Arthura Eddingtona a jeho spolupracovníků při zatmění Slunce v roce  potom ukázala, že světlo ze vzdálených hvězd prolétávající v blízkosti Slunce na své cestě k Zemi postupuje po zakřivené dráze, tedy přesně tak, jak obecná teorie relativity předpověděla.

Kvůli tomuto potvrzení – a ta

ké kvůli nadpi su v New York Times Všechna světla na nebi na křivo, muže vědy zachvátila posedlost – se Einstein rázem ocitl v pozici mezinárodní celebrity jako čerstvě nalezený vědecký génius a právoplatný dědic Isaaca Newtona.

Na nejpůsobivější testy obecné relativity tehdy však svět ještě čekal. V sedmde sátých letech potvrdily pokusy s vodíkovými maserovými hodinami (masery jsou podobné laserům, ale pracují s mikrovlnnou částí spektra) předpověď obecné relativity o zakřivení časoprostoru v okolí Země s přesností  ku  . V roce  posloužila sonda Cassini-Huygens k detailnímu rozboru trajektorií rádiových vln v blízkosti Slunce; nasbíraná data souhlasila s předpověďmi obecné relativity s přesností  ku  . A jak se sluší na teorii, která už složila zkoušku dospělosti, nosíme si dnes obecnou relativitu i v dlaních. Vojenský globální družicový polohový systém GPS, k němuž se možná připojujete ze svého inteligentního mobilního telefonu, komunikuje se satelity, jejichž vnitřní časovací zařízení běžně započítávají zakřivení časoprostoru, které se projevuje na jejich pohybu kolem Země. Kdyby ho nezapočítávaly, jimi vydávané informace o poloze by se v mžiku staly nepřesnými. Co vzniklo v roce  jako sada abstraktních rovnic, s nimiž Einstein nabídl nový popis prostoru, času a gravitace, se dnes běžně využívá v zařízeních, která se vejdou do kapsy.

Vesmír a šálek čaje

Einstein časoprostoru vdechl život. Vzepřel se tisícům let intuice, která vzešla z každodenních zkušeností a která nahlížela na prostor a čas jako na neměnné pozadí. Kdo by si uměl představit, že se časoprostor může svíjet a ohýbat a že je něčím jako hlavním choreografem veškerého pohybu ve vesmíru? A tento revoluční tanec si Einstein dokázal představit a potvrdila ho pozorování. A přesto i on zanedlouho zakopl o zátěž prastarých, leč nepodložených předsudků.


 kapitola druhá

Během prvního roku poté, co publikoval svou obecnou teorii relativity, ji Einstein aplikoval na nejohromnějších měřítkách: na celý vesmír. Mohlo by se vám to zdát jako obrovský úkol, ale umění teoretické fyziky tkví ve zjednodušení strašidelně komplexního takovým způsobem, že podstatné fyzikální rysy zůstanou zachovány, ale teoretický rozbor se stane schůdným. Je to umění výběru toho, co lze ignorovat. Takzvaným kosmologickým principem Einstein vymezil pravidla umění a nauky o teoretické kosmologii.

Zkoumáme-li podle tohoto principu vesmír na nejdelších vzdálenostech, bude se jevit homogenní. Představte si ranní šálek čaje. V mikroskopických mě řítkách se v něm projevuje velká nehomogenita. Vedle molekuly H



O je ně

co prázdného prostoru a pak zase nějaká molekula polyfenolu nebo ta ninu. Z ma kroskopického pohledu prostého oka je však čaj homogenní ma te riál. Ein stein věřil, že vesmír je jako šálek čaje. Námi pozorované variace – Země, vedle ní trochu prázdného prostoru a za ním Měsíc, oddělený prázdným prostorem od Venuše, Merkura, dalších louží prázdného prostoru a Slunce – jsou pou hými nehomogenitami projevujícími se na krátkých vzdálenostech. V kosmologických měřítkách lze tyto variace podle něj ignorovat, neboť se – stejně jako váš čaj – zprůměrují do něčeho homogenního.

V Einsteinových dobách byly argumenty podporující kosmologický princip cha bé, pokud se vůbec nějaké uváděly (dokonce i existence dalších galaxií byla jen právě se rodícím poznatkem), ale Einstein byl veden pevnou vírou, že žádné místo ve vesmíru není důležitější než ostatní. Cítil, že v průměru by měly být všechny oblasti vesmíru rovnoprávné a měly by mít v podstatě totožné celkové fyzikální vlastnosti. Astronomická pozorování následujících let podstatně víru v kosmologický princip posílila, ale pouze v případě, že jde o oblasti velké alespoň  milionů světelných let v průměru (což je asi tisícinásobek průměru Mléčné dráhy). Rozdělíte-li vesmír do krychlových krabic o hraně  milionů světelných let, z nichž jedna se nachází zde a jiná zase tam (ve vzdálenosti třeba miliardy světelných let), a změříte-li průměrné vlastnosti uvnitř každé krabice – průměrnou hustotu galaxií, průměrné množství hmoty, průměrnou teplotu a tak dále –, zjistíte, že jednotlivé krabice od sebe jen stěží rozeznáte. Zkrátka – jestliže jste viděli jeden balík vesmíru o délce  milionů světelných let, viděli jste je vlastně všechny.

Tato stejnorodost je klíčová pro využití rovnic obecné relativity jako nástroje ke studiu celého vesmíru. Chcete vidět proč? Představte si krásnou, stejnorodou, hladkou pláž a myslete si, že vás požádám o popsání jejích vlastností na krátkých měřítkách – tedy vlastností každého zrnka písku. Jistě vás to vyděsí – úkol je to prostě příliš náročný. Požádám-li vás však pouze o celkové vlastnosti pláže (třeba o průměrnou hmotnost písku na krychlový metr, průměrnou odrazivost povrchu pláže na čtvereční metr a několik dalších údajů), úkol snadno vyřešíte. Důvodem takové snadnosti řešení je homogenita pláže. Stačí naměřit průměrnou hmotnost písku, teplotu a odrazivost na jednom


 bezedný sklad dvojníků

mís tě – a je to. Analogická měření na jiném místě by vedla k téměř totožnému výsledku. Podobně je tomu s homogenním vesmírem. Popsat každou planetu, hvězdu a galaxii by byl úkol nad naše síly, zato popis průměrných vlastností homogenního kosmu je neskutečně jednodušší a – s příchodem obecné teorie relativity – splnitelný.

Jak je to možné? Celkový obsah tohoto obrovského objemu prostoru lze zhruba vyjádřit množstvím „materiálu“, který obsahuje; přesněji hustotou hmoty nebo – ještě přesněji – hustotou hmoty a energie, které daný objem obsahuje. Rovnice obecné teorie relativity vypovídají o tom, jak se tato hustota mění v čase. Kdybychom se však nespoléhali na kosmologický princip, by lo by beznadějně obtížné tyto rovnice analyzovat. Je jich deset, a protože každá z nich spletitě závisí na ostatních, tvoří jeden pevný matematický gordic ký uzel. Naštěstí Einstein zjistil, že když se rovnice aplikují na homogen ní vesmír, matematika se zjednoduší; většina z té desítky rovnic zač ne být pře bytečná, a lze je proto nahradit rovnicí jedinou. Kosmologický princip tak roztíná gordický uzel tím, že snižuje stupeň matematické složitosti analýzy hmoty a energie rozprostřené v kosmu do jediné rovnice (najdete ji v po známkách).

Einstein při zkoumání téhle rovnice zjistil něco neočekávaného, co bylo z jeho pohledu bohužel nestravitelné. Převažovalo přírodovědecké a fi lozofi cké mínění, že vesmír je na těch největších měřítkách nejen homogenní, ale i neměnný. Právě jako se rychlé molekulární pohyby ve vašem čaji zprůměrují do kapaliny, při pohledu zvnějšku statické, astronomické pohyby, například oběh planet kolem Slunce nebo pohyb Slunce v Galaxii, by se měly zprůměrovat do vesmíru ve svém celku neměnného. Einstein – stoupenec tohoto kosmického světonázoru – si uvědomil, že je v rozporu s obecnou relativitou. Z matematiky vyplývalo, že hustota hmoty a energie nemůže být konstantní v čase. Buď hustota roste, nebo klesá, ale nemůže zůstat beze změny.

Přestože je matematická analýza vedoucí k tomuto závěru důmyslná, pro po chopení jejího fyzikálního obsahu člověk zas tolik fantazie nepotřebuje. Před stavte si dráhu baseballového míčku, který se vznáší od pálky směrem k oplocení. Míček nejprve rychle vystřelí nahoru, potom ve svém letu zpomalí, a když dosáhne nejvyššího bodu, začíná zase padat dolů. Míček ani na chvíli nezůstane stát na místě jako vyhlídkový balon, protože gravitace vždy působí jedním směrem a přitahuje míček k povrchu Země. Statická situace, například nerozhodný výsledek při přetahování, vyžaduje dvě stejně velké síly působící v opačném směru, které se vykompenzují. U nafukovací ho balonu se například gravitace směrem dolů vyváží s tlakem vzduchu, který tlačí balon nahoru (je naplněn heliem, plynem lehčím než vzduch); na baseballový míček nepůsobí proti gravitaci žádná další síla (odpor vzduchu působí proti pohybu míčku, ale nehraje roli, když je míček v klidu), a tak míček v konstantní výšce nemůže vydržet.


 kapitola druhá

Einstein zjistil, že se vesmír chová spíše jako míček než jako nafukovací ba lon. Je likož neexistuje žádná směrem ven působící síla, která by vyvážila gravitační přitažlivost, obecná teorie relativity ukazuje, že vesmír nemůže být statický. Buď se tkanina vesmíru rozpíná, nebo se smršťuje, ale co do velikosti nemůže zů stat neměnná. Krychle vesmíru, která má dnes hranu  milionů světelných let, nebude stejně velká i zítra. Buď bude větší a hustota hmoty v této krychli poklesne (s tím, jak se hmota rozptýlí do většího objemu), nebo bude menší a hustota hmoty stoupne (neboť se stlačí do menšího objemu).



Einstein se zalekl. Podle matematiky obecné teorie relativity se vesmír na těch svých největších měřítkách musí měnit, protože se musí měnit jeho vlastní substrát – prostor samotný. Věčný a statický kosmos, který – jak Einstein očekával – měl vzejít z jeho rovnic, z nich jednoduše nevyplynul. A Einsteina, který započal kosmologii jako vědní disciplínu, zarmoutilo, kam až ho ma tematika zavedla.

Jak zdanit gravitaci

Často se říká, že Einstein raději přimhouřil oči – vrátil se ke svým sešitům a v zou falství svoje krásné rovnice upravil, aby byly v souladu s vesmírem nejen homogenním, ale i neměnným. To je ale pravda jen zčásti. Skutečně své rovnice pozměnil, aby podporovaly jeho přesvědčení o statickém kosmu, ale jeho úpravy byly jen minimální a veskrze rozumné.

Abyste si udělali jakous takous představu o jeho matematickém kroku, připomeňte si daňový formulář. Mezi řádkami, do nichž zapisujete své údaje, jsou i řádky, které nevyplňujete. Matematicky představuje prázdná řádka nulu, ale psychologicky říká něco navíc. Znamená, že řádku ignorujete proto, že podle vašeho přesvědčení není pro vaši fi nanční situaci podstatná.

Kdybychom uspořádali matematiku obecné relativity jako daňové přiznání, mělo by tři řádky. Jedna by zahrnovala geometrii časoprostoru – jeho pokroucení a zakřivení –, tedy ztělesnění gravitace. Další by reprezentovala rozložení hmoty v prostoru, tedy zdroj gravitace – příčinu zakřivení a pokroucení. V průběhu desetiletí horlivého bádání vypracoval Einstein matematický po pis těchto dvou položek a uvedené dvě řádky tedy velmi pečlivě vyplnil. Ale úplný zákon o dani z obecné relativity vyžaduje ještě řádku třetí. Ta je sice matematicky zcela rovnoprávná se zbylými dvěma, ale její fyzikální význam je delikátnější. Když obecná teorie relativity povýšila prostor a čas na dynamické aktéry vývoje kosmu, změnila je z jazykových nástrojů vypovídajících o tom, kde a kdy se odehrávají události, na fyzikální objekty, které také mají své vlastnosti. Třetí řádka na daňovém přiznání obecné teorie relativity vyčísluje konkrétní veličinu spojenou s časoprostorem, jež má vliv na gravitaci: množství energie přišité ke tkanině prostoru samotného. Právě tak jako každý krychlový metr vody obsahuje určité množství energie, závislé na teplotě vo


 bezedný sklad dvojníků

dy, tak i každý krychlový metr prostoru obsahuje jisté množství energie, a to množství vyjádřené číslem na třetí řádce. Ve svém článku ohlašujícím obecnou teorii relativity Einstein tuto řádku nevyplnil. Matematicky je to, jako by vyplnil nulu, ale stejně jako v případě daňového přiznání lze říct, že tu řádku prostě ignoroval.

Jakmile se obecná relativita ukázala jako neslučitelná se statickým vesmírem, Einstein se k matematice vrátil a tentokrát se na třetí řádku podíval zevrubněji. Uvědomil si, že neexistuje žádné pozorování nebo experimentální zdů vodnění toho, proč do ní zapsat nulu. A také se dovtípil, že ta řádka ztělesňuje pozoruhodný fyzikální potenciál.

Zapíšeme-li totiž místo nuly do třetí řádky kladné číslo a obdaříme-li tkaninu prostoru homogenní kladnou energií, potom, jak si povšiml Einstein (a jak vy světlím v další kapitole), bude každá oblast prostoru odtlačovat jakoukoli oblast další, což povede k něčemu, co fyzici považovali za nemožné: k odpudivé gravitaci. Einstein navíc ještě zjistil, že pokud přesně nastaví velikost čísla na třetí řádce, odpudivá gravitační síla napříč vesmírem přesně vyváží ob vyklou přitažlivou gravitaci způsobenou hmotou, která prostor vyplňuje – a vznik ne statický vesmír. Podobně jako nafukovací balon, který nestoupá ani neklesá, by byl vesmír neměnný.

Einstein nazval položku v třetí řádce kosmologickým členem nebo kosmologickou konstantou; jakmile ji doplnil tam, kam patřila, mohl klidně spát. Nebo ales poň klidněji. Má-li vesmír kosmologickou konstantu správné velikosti – tedy je-li prostor obdařen správnou dávkou sobě vlastní energie –, jeho teorie gravitace začne souhlasit s převládající vírou, že vesmír se na nejdelších měřítkách nevyvíjí. Einstein nemohl vysvětlit, proč má prostor přesně správné množství energie, aby k této rovnováze došlo, ale alespoň prokázal, že obecná teorie relativity, doplněná o kosmologickou konstantu správné velikosti, umožňuje existenci vesmíru toho druhu, který on i další očekávali.



Prvotní atom

Přibližně ve stejné době, na solvayské konferenci v Bruselu roku , přistoupil k Einsteinovi Lemaître a oznámil mu svoje zjištění, že obecná teorie re lativity vede k novému kosmologickému paradigmatu, v němž se prostor roz píná. Protože Einstein už zápasil s matematikou potřebnou pro statický ves mír a poněvadž už dříve odmítl podobná tvrzení od Fridmana, chyběla mu trpělivost, aby se rozpínajícím se vesmírem zabýval znovu. Vyčinil tedy Lemaîtrovi za to, že se přijímáním očividně absurdních závěrů stal otrokem matematiky a praktikuje „opovrženíhodnou fyziku“.

Pokárání od ctěné osobnosti není žádný drobný nezdar, Lemaître se jím však dlouho netrápil. Když roku  Edwin Hubble shromáždil údaje z tehdy největšího dalekohledu světa na observatoři Mount Wilson, přesvěd čivě z nich


 kapitola druhá plynulo, že všechny vzdálené galaxie utíkají pryč od Mléčné dráhy. Vzdálené fotony, které Hubble prozkoumal po jejich příletu na Zemi, přinášely jasné poselství: vesmír není statický. Rozpíná se. Einsteinovo rozhodnutí přidat kosmologický člen tedy bylo nepodložené. Model velkého třesku, v němž kosmos začal v nesmírně stlačeném stavu a od té doby se rozpíná, byl brzy obecně přijat jako vědecká verze příběhu o stvoření světa.



Lemaître a Fridman byli rehabilitováni. Fridmanovi se dostalo uznání za to, že poprvé zkoumal řešení s rozpínajícím se vesmírem, a Lemaîtrovi za jeho nezávislé rozpracování těchto řešení do robustních kosmologických scénářů. Jejich práce byla náležitě velebena jako triumf matematiky při odhalování to ho, jak funguje vesmír. Naopak Einstein litoval toho, že vůbec třetí řádkou daňového přiznání obecné relativity mrhal čas. Kdyby býval nebyl omezen před sudky o tom, že vesmír musí být statický, kosmologickou konstantu by nikdy nezavedl a mohl by snad i předpovědět rozpínání vesmíru víc než deset let předtím, než bylo pozorováno.

Příběh kosmologické konstanty tím nicméně ani zdaleka neskončil.

Modely a data

Kosmologický model velkého třesku obsahuje jeden detail, který se ukáže jako podstatný. Nabízí nám totiž nejen jeden, ale hned několik kosmologických scénářů; všechny předpovídají rozpínání vesmíru, ale liší se v pohledu na celkový tvar prostoru – a zvláště na otázku, zda je prostor jako celek konečný, nebo nekonečný. Protože rozdíl mezi konečným a nekonečným prostorem bu de podstatný i pro náš výklad o paralelních světech, jednotlivé možnosti před stavím.

Kosmologický princip – předpokládaná homogenita vesmíru – omezuje geo metrii prostoru. Většina tvarů nepřichází v úvahu proto, že nejsou dostatečně rovnoměrné: tyto tvary se nafukují zde, zplošťují jinde a kroutí o kus dále. Přesto z kosmologického principu neplyne jediný možný tvar našich tří prostorových rozměrů; místo toho princip zužuje možnosti na velmi omezený seznam kandidátů. Dokonce i profesionálové mají problém si je představit, ale je užitečné si všimnout, že nám situace se dvěma rozměry nabízí matematicky přesnou a snadno představitelnou analogii.

K tomuto účelu si nejprve představte dokonale kulatou kulečníkovou kouli. Její povrch je dvourozměrný (právě jako na povrchu Země lze polohu bo du určit dvěma čísly – například zeměpisnou šířkou a zeměpisnou délkou – proto také mluvíme o dvourozměrném tvaru) a dokonale homogenní v tom smyslu, že všechna místa vypadají stejně. Matematici nazývají povrch kulečníkové koule dvourozměrnou sférou a říkají, že má konstantní kladnou křivost. Zhruba řečeno znamená „kladné“ znaménko to, že pro hlédnete-li si svůj obraz ve sférickém zrcadle, bude se vydouvat směrem ven, zatímco „konstantní“ zase


bezedný sklad dvojníků

znamená, že nehledě na to, na jakém místě sféry je váš obraz, bude vždy stejně deformovaný.

Dále si představte dokonale hladký povrch stolu. Stejně jako v případě povrchu koule je homogenní. Tedy téměř. Mravenci pochodujícímu po stole nabízí každý bod stolu stejný výhled jako všechny ostatní, ale jen tehdy, je-li dostatečně daleko od hrany stolu. Není ale těžké obnovit dokonalou homogenitu. Stačí si představit stůl bez konců a hran a to lze dvěma způsoby. Jedním z nich je stůl rozprostírající se donekonečna zleva doprava i zepředu dozadu. Takový nekonečně velký povrch je neobvykl



       
Knihkupectví Knihy.ABZ.cz - online prodej | ABZ Knihy, a.s.
ABZ knihy, a.s.
 
 
 

Knihy.ABZ.cz - knihkupectví online -  © 2004-2019 - ABZ ABZ knihy, a.s. TOPlist