Co kdyby vesmír neměl začátek? Nová teorie kvantové gravitace

Na začátku byl … no, možná nebyl žádný začátek. Náš vesmír možná vždy existoval – a nová teorie kvantové gravitace odhaluje, jak by to mohlo fungovat.

„Realita má tolik věcí, které by si většina lidí spojila se sci-fi nebo dokonce s fantazií,“ řekl Bruno Bento, fyzik, který studuje povahu času na univerzitě v Liverpoolu ve Velké Británii

Ve své práci použil novou teorii kvantové gravitace, nazývanou kauzální teorie množin, ve které jsou prostor a čas rozděleny na diskrétní kusy časoprostoru. Na této úrovni existuje podle této teorie základní jednotka časoprostoru.

Bento a jeho spolupracovníci použili tento kauzálně nastavený přístup k prozkoumání počátku vesmíru. Zjistili, že je možné, že vesmír neměl začátek – že vždy existoval v nekonečné minulosti a teprve nedávno se vyvinul do toho, čemu říkáme Velký třesk.

Kvantum gravitace

Kvantová gravitace je možná nejvíce frustrující problém, kterému moderní fyzika čelí. Máme dvě mimořádně účinné teorie vesmíru: kvantovou fyziku a obecnou relativitu. Kvantová fyzika přinesla úspěšný popis tří ze čtyř základních přírodních sil (elektromagnetismus, slabá síla a silná síla) až po mikroskopická měřítka. Obecná relativita je na druhou stranu nejsilnějším a nejúplnějším popisem gravitace, jaký byl kdy vytvořen.

Ale navzdory všem svým přednostem je obecná relativita neúplná. Minimálně na dvou konkrétních místech vesmíru se matematika obecné relativity jednoduše rozpadá, protože nepřináší spolehlivé výsledky: v centrech černých děr a na počátku vesmíru. Tyto oblasti se nazývají „singularity“, což jsou místa v časoprostoru, kde se rozpadají naše současné fyzikální zákony, a jsou to matematické varovné signály, že teorie obecné relativity o sebe zakopává. V obou těchto singularitách se gravitace stává neuvěřitelně silnou ve velmi malých délkových stupnicích.

Aby fyzikové vyřešili záhady singularit, potřebují mikroskopický popis silné gravitace, nazývaný také kvantová teorie gravitace. Existuje spousta uchazečů, včetně teorie strun a kvantové gravitace smyčky.

A je tu ještě jeden přístup, který zcela přepisuje naše chápání prostoru a času.

Příčinná teorie množin

Ve všech současných fyzikálních teoriích jsou prostor a čas spojité. Tvoří hladkou tkaninu, která je základem celé reality. V takovém souvislém časoprostoru mohou být dva body co nejblíže k sobě v prostoru a dvě události mohou nastat co nejblíže k sobě navzájem v čase.

Ale jiný přístup, nazývaný teorie kauzálních množin, reimaginuje časoprostor jako sérii diskrétních kusů nebo časoprostorových „atomů“. Tato teorie by kladla přísné limity na to, jak blízko mohou být události v prostoru a čase, protože nemohou být blíže než velikost „atomu“.

Pokud se například díváte na obrazovku, která to čte, vše vypadá plynule a plynule. Pokud byste se ale na stejnou obrazovku podívali pomocí lupy, mohli byste vidět pixely, které rozdělují prostor, a zjistili byste, že je nemožné přiblížit dva obrázky na obrazovku blíže než jeden pixel.

Tato teorie fyziky vzrušila Benta. „Byl jsem nadšený, že jsem našel tuto teorii, která se nejen snaží jít tak zásadně, jak je to jen možné-je to přístup ke kvantové gravitaci a vlastně přehodnocení pojmu samotného časoprostoru-ale který také dává ústřední roli času a tomu, co fyzicky znamená, že čas plyne, jak fyzická je vaše minulost doopravdy a zda budoucnost již existuje nebo ne,“ řekl Bento pro Live Science.

Začátek času

Teorie kauzálních množin má důležité důsledky pro povahu času.

„Obrovská část filozofie kauzálních množin spočívá v tom, že plynutí času je něco fyzického, že by to nemělo být přičítáno nějakému naléhavému druhu iluze nebo něčemu, co se děje v našem mozku, kvůli čemu si myslíme, že čas plyne; toto plynutí je, samo o sobě je projevem fyzikální teorie, “řekl Bento. „Takže v teorii kauzálních množin kauzální množina naroste po jednom‚ atomu ‘a bude větší a větší.“

Přístup kauzální množiny úhledně odstraňuje problém singularity Velkého třesku, protože v teorii singularity nemohou existovat. Je nemožné, aby se hmota stlačila do nekonečně malých bodů-nemohou být menší než velikost časoprostorového atomu.

Jak tedy bez singularity velkého třesku vypadá začátek našeho vesmíru? To je místo, kde Bento a jeho spolupracovník Stav Zalel, postgraduální student Imperial College London, uchopili vlákno a zkoumali, co teorie kauzálních množin říká o počátečních okamžicích vesmíru. Jejich práce se objevuje v článku publikovaném 24. září v předtiskové databázi arXiv.

Dokument zkoumal „zda musí v kauzálním množinovém přístupu existovat začátek,“ řekl Bento. „V původní formulaci a dynamice kauzální sady, klasicky řečeno, kauzální množina roste z ničeho do vesmíru, který dnes vidíme. V naší práci by místo toho nebyl žádný Velký třesk, protože kauzální množina by byla nekonečná minulost, a tak je vždy něco předtím.“

Z jejich práce vyplývá, že vesmír možná neměl začátek – že prostě vždy existoval. To, co vnímáme jako Velký třesk, mohlo být jen konkrétním okamžikem ve vývoji této vždy existující kauzální sady, nikoli skutečným začátkem.

Stále je však před námi hodně práce. Zatím není jasné, zda tento nezačínající kauzální přístup může umožnit fyzikální teorie, se kterými můžeme pracovat na popisu složitého vývoje vesmíru během Velkého třesku.

„Stále se můžeme ptát, zda lze tento [přístup kauzální sady] interpretovat‚ rozumným ‘způsobem, nebo co taková dynamika fyzicky znamená v širším smyslu, ale ukázali jsme, že rámec je skutečně možný,“ řekl Bento. „Takže alespoň matematicky to lze udělat.“

Jinými slovy, je to … začátek.

zdroj: https://www.livescience.com/universe-had-no-beginning-time