PRAZDROJ ČASU A PROSTORU (2)

Na prvním videu pod článkem je uvedena simulace, která ukazuje, jak se v prostoru vyvíjí smyčky kvantové gravitace. Barvy na stěnách čtyřstěnu ukazují, jak velká plocha existuje v danou chvíli v určitém časovém okamžiku. Velmi důležitým aspektem tohoto procesu je skutečnost, že minimální plochy smyčky kvantové gravitace nemohou vtěsnat nekonečné množství zakřivení do nekonečně malého bodu.

To ovšem znamená, že nemůže být produkován druh singularity, který definují Einsteinovy rovnice obecné teorie relativity. Tento druh singularity údajně existoval v okamžiku "Velkého Třesku" v centrech "černých děr". V roce 2006 dr. Ashtekar se svými kolegy oznámil sérii simulací, které berou v potaz výše uvedené skutečnosti, a s pomocí smyčky kvantové gravitace se jim v aplikaci s verzí "Einsteinových rovnic" podařilo "spustit čas dozadu" a představit to, co se stalo před "Velkým Třeskem". Došlo tedy k vytvoření simulace, která ukázala reverzní formu kosmu před "Velkým Třeskem" tak, jak se očekávalo.

Ovšem tak, jak se blížila zásadní omezení velikosti diktovaná smyčkami kvantové gravitace, zafungovala odpudivá síla, která dokázala ponechat otevřenou singularitu, ta byla následně přenesena do Vesmíru, který předcházel tomu současnému, jehož jsme součástí. V letošním roce se fyzikům dr. Rodolfovi Gambinimu, který pracuje na "Státní Univerzitě Uruguayské republiky" v Montevideu, a dr. Jorge Pullinimu, jenž pracuje na "Univerzitě státu Louisiana" v Baton Rouge, podařila podobná simulace s "černou dírou".

Tito vědci v podstatě zjistili, že pozorovatel, který cestuje do nitra "černé díry", by se nemusel dostat do finálního singulárního stavu, ale v podstatě by proletěl "časoprostorovým tunelem" do jiné části Vesmíru, nebo dokonce do zcela jiného Vesmíru. "Schopnost zbavit se vlivu singularity je významným úspěchem", říká dr. Ashtekar, jenž pracuje s dalšími vědci, kteří zároveň pracují na identifikaci "podpisů" (markérů) v prostředí kosmického mikrovlnného pozadí, které nějakým způsobem souvisí s jevem "Velkého Třesku", a které jsou zřejmě zbytky Vesmíru existujícího před zrozením toho současného.

Faktem ovšem je, že hypotéza "smyčky kvantové gravitace" ještě není zcela jednotnou teorií, protože neobsahuje žádné další důležité a hlavně ověřitelné podklady. Kromě toho fyzikové ještě stále nejsou schopni sdělit, jakým způsobem se zformoval klasický časoprostorový profil z oné prvotní datové "sítě". Přesto například dr. Daniele Oriti, fyzik z "Ústavu Maxe Plancka", který pracuje v "Oddělení pro gravitační fyziku" v Golmu, Německo, doufá, že nalezne inspiraci u skupiny fyziků, kteří pracují na tzv. "kondenzaci hmoty" ve chvíli exotické fáze hmoty. Právě zde měli probíhat výše uvedené procesy dotýkající se kvantové teorie pole.

Oriti a jeho kolegové hledají vzorce, prostřednictvím kterých by byli schopni popsat jakým způsobem se může Vesmír fázově změnit při přechodu ze souboru diskrétních smyček kvantové gravitace do stavu plynulého časoprostoru. "Jsme teprve na počátku a náš úkol je velmi těžký", říká dr. Oriti.

Kauzální sady

Frustrace mnohých fyziků vedla k realizaci jakéhosi minimalistického programu, který je známý jako "kauzální teorie množin". Hlavním propagátorem této teorie je fyzik dr. Rafael Sorkin, který pracuje v "Perimeter Institute" ve městě Waterloo, Kanada. Tato teorie předpokládá, že základními stavebními kameny časoprostoru jsou jednoduché matematické body, které jsou vzájemně propojeny jakýmsi liniovým systémem, přičemž každá linie směřuje z minulosti do budoucnosti. Každá taková linie je zakřivená vlivem principu kauzality, což znamená, že každá linie může mít vliv na pozdější události, ale nikoliv naopak.

Výsledná síť pak strukturálně vypadá jako neustále rostoucí strom, který se postupně rozvijí v časoprostoru. "Můžete si to představit tak, že prostor vzniká z bodů, podobně jako teplota vzniká z pohybu atomů", říká dr. Sorkin. "Ale má smysl se ptát na to, co znamená teplota jednoho atomu? Potřebujete mít k dispozici komplexní koncepci, aby to všechno dávalo nějaký smysl."

Ke konci osmdesátých let 20. století použil dr. Sorkin tento rámec pro odhad počtu bodů, které by měl pozorovatelný Vesmír obsahovat, a následně usoudil, že jejich existence by měla vést k "malé" vnitřní energii, která způsobuje, že Vesmír urychluje svou expanzi. O několik let později objev tzv. "temné energie" potvrdil jeho odhad.

"Lidé si často myslí, že kvantové gravitace nemohou být predikčním způsobem testovatelné, ale toto je případ, kdy se tak stalo", říká dr. Joe Hanson, který pracuje jako výzkumný pracovník v oboru kvantové gravitace na "Imperial College" v Londýně. "Pokud by hodnota temné energie byla větší než nula, pak by kauzální teorie množin byly vyloučeny."

Kauzální dynamická triangulace

Kauzální teorie množin nabízí ještě několik dalších tipů, které mohou být otestovány. Někteří fyzici zjistili, že je mnohem přínosnější použít počítačovou simulaci. Existuje myšlenka, která sahá až do roku 1990, a která je postavena na fúzi základních konstitučních složek s malými kousky běžného časoprostoru, vložit tento koktejl do vířícího moře kvantových fluktuací a sledovat, jak se tyto kousky samovolně lepí do stále se zvětšujících struktur. "Prvotní snahy však byly jistým zklamáním", říká fyzik dr. Renate Loll, který pracuje na "Radboud University" ve městě Nijmegen v Holandsku.

Časoprostorové stavební kameny byly jednoduchými "hyperpyramidami", čili čtyřrozměrnými protějšky trojrozměrných čtyřstěnů, přičemž pravidla simulace "lepení" jim umožňovala se svobodně kombinovat. Výsledkem byla řada bizarních "vesmírů", které měly buď příliš mnoho či naopak příliš málo dimenzí, které se nakonec dříve či později rozpadly na kousky.

Na druhém videu pod článkem je vidět, že kauzální dynamická triangulace používá pouze dva rozměry: prostor a čas. Video ukazuje dvourozměrné vesmíry, které jsou tvořeny kousky prostoru, přičemž se sami formují podle kvantových pravidel. Každá barva představuje průřez Vesmírem v určitém čase po "Velkém Třesku", který je zobrazen jako malá černá koule.

Ale stejně jako dr. Sorkin i dr. Loll a jeho kolegové zjistili, že přidáním principu kauzality se všechno změnilo. "Konec konců rozměr času není tak docela stejný jako třírozměrný prostor. V čase nemůžeme cestovat sem a tam", říká dr. Loll. Takže vědecký tým změnil simulaci s cílem zajistit, že důsledky nemohou předcházet jejich příčiny. Následně zjistili, že časoprostorové kousky se počaly velmi efektivním způsobem skládat ve velmi "hladké", čtyřrozměrné Vesmíry s vlastnostmi, které byly velmi podobné tomu našemu, ve kterém žijeme.

Poměrně velkou zajímavostí je, že simulace naznačila, že brzy po "Velkém Třesku" prošel Vesmír jakousi "kojeneckou fází" dvou rozměrů: času a prostoru. Někteří vědci jsou přesvědčeni o tom, že přítomnost "temné energie" je znamením, že uvnitř našeho Vesmíru počal vznikat čtvrtý rozměr prostoru.

Holografie

Souběžně s výše uvedenými experimenty dr. Van Raamsdonk navrhl velmi odlišnou představu o vzniku časoprostoru, která je založena na principu holografie. Byl inspirován modelem černé díry, kde se všechna entropie ukládala na jejím povrchu. Tento princip poprvé matematicky zformuloval dr. Juan Maldacena, fyzik pracující s tzv. "teorií strun" v "Institutu pro pokročilá studia v Princetonu", New Jersey, a který v roce 1998 publikoval svůj velmi zásadní model "holografického Vesmíru".

V tomto modelu trojrozměrný interiér Vesmíru obsahuje "struny" a "černé díry", které se řídí pouze gravitací, zatímco jeho dvoudimenzionální hranice obsahuje elementární částice a pole, které dodržují běžné kvantové zákony ovšem bez gravitace. Hypoteticky řečeno by obyvatelé trojrozměrného prostředí nikdy tuto hranici neviděli, neboť by byla nekonečně daleko. To všechno ale nemá vliv na matematiku. To, co se odehrává v trojrozměrném Vesmíru, lze prostřednictvím rovnic popsat stejně tak dobře, jako to, co se děje ve dvourozměrném prostředí.

V roce 2010 dr. Van Raamsdonk studoval co by se stalo, kdyby se kvantové částice v oné vymezené hraniční oblasti vzájemně propojily. Zjistil, že pokud by částice byly zachyceny mezi dvěmi různými dimenzionálními oblastmi, počala by se hranice nezadržitelně zmenšovat až na nulu. Čili hranice by v kvantovém prostředí zmizela. Na tento proces by trojrozměrný prostor reagoval tak, že by se rozdělil podobně jako se dělí buňky.

Opakováním tohoto procesu by se trojrozměrný prostor dělil znovu a znovu. Van Raamsdonk dospěl k závěru, že trojrozměrný Vesmír je držen pohromadě kvantovým spojením v prostředí "dimenzionální hranice", což je v určitém smyslu znamení, že kvantové spojení a časoprostor jsou totéž, nebo jak říká Maldcena:

"To všechno naznačuje, že kvantum je prvotní a časoprostor se vynořil z něho."

-konec-