Je existence mnoha světů, multivesmíru, nevyhnutelnou součástí a důsledkem inflačních modelů nebo krajinky strunové teorie? Jaké máme experimentální možnosti, abychom aspoň nějak ukázali, že kousek od nás je opravdu moře dalších vesmírů? Může tou cestou být kosmologická konstanta a její hodnota vypočítaná v rámci pravděpodobností souvisejících s antropickými úvahami?

To je část debaty, nebo spíše povídání, pěti slavných postav moderní fyziky a kosmologie. Andrej Linde, Alex Vilenkin, Alan Guth, David Gross a Sheldon Glashow krátce představují své argumenty pro a proti existenci vícečetných vesmírů, jejichž existence plyne z moderní inflační kosmologie.

Diskuse proběhla už v dubnu letošního roku v rámci Origins Symposium na půdě Arizonské státní univerzity. Zajímavé na setkání je také to, že Alan Guth pravděpodobně ani jednou neusnul. Ale není to jisté. ;-)

Zatímco Andrej Linde, Alex Vilenkin a Alan Guth — všichni tři prosluli svými pracemi na téma kosmické inflace — demonstrují své argumenty pro multivesmír, David Gross, držitel Nobelovy ceny z roku 2004 za objev asymptotické volnosti kvarků a gluonů, — upozorňuje, že fyzika je stále observační vědou. Tvrdí, že chceme-li vysvětlit, proč je kosmologická konstanta tak malá, musíme se držet tří bodů: Pozorování, experimentu a počítání. „Problém vlastně není to, že kosmologická konstanta je tak malá. Problém je, že neznáme mechanismus, který by její hodnotu určil.“ Nesouhlasí tedy s vágními řečmi plnými tautologie, řečmi o antropickém principu a jeho důsledcích.

Zastánci mnoha světů často zmiňují „krajinku“ strunové teorie, která obsahuje obrovské množství rozličných typů vakuí — světů, v nichž se hodnoty fundamentálních konstant přírody od jednoho vesmíru k druhému liší — a to se týká právě i hodnoty kosmologické konstanty. Většina z takových vesmírů, jak skeptici jako David Gross poznamenávají, je pro život zcela nehostinná, vakua jsou totiž metastabilní. Vlastně, taková jsou všechna vakua strunová teorie.

Nechcete multivesmír? Nabídněte alternativy současných pilířů kosmologie

Andrej Linde, člověk, který pro inflační kosmologii udělal obrovský kus práce, na sympoziu přišel s docela radikálním tvrzením — že pokud zakážeme existenci mnoha světů, budeme následně muset udělat tři věci: Najít alternativu teorie superstrun, přijít s alternativou inflace a také se zcela jiným návrhem na řešení problému kosmologické konstanty. Není těžké si domyslet, že s tímto přístupem řada lidí souhlasit zcela jistě nebude.

David Gross a Andrej Linde

Nejprve se rozpovídal, proč představa mnoha světů je náhle po 25 letech tak populární — svá zdůvodnění opřel nejen o poznatky plynoucí z inflačních modelů, ale i o na světy bohatou krajinku ze strunové teorie a s ní související objev mechanismu stabilizace vakuí ve strunové teorii.

Andrej Linde věří tomu, že právě antropický princip je zatím jediným schůdným přístupem schopným vyřešit problém kosmologické konstanty (o tomto tématu později přednášel Alex Vilenkin).

David Gross chvílemi nevěděl, co dělat a jestli ještě další antropické úvahy vydrží :-)

Inflační scénáře vedou ke vzniku multivesmíru

Alan Guth zopakoval základní fakta o kosmické inflaci, její potřebu pro kosmologii a představil i ty nejsilnější observační důkazy inflace. Dále uvedl, že inflační modely skoro všechny s mnoha světy počítají — protože drtivá většina z nich vede k tzv. věčné inflaci, kde produkce nekonečného počtu světů je neodmyslitelným důsledkem.

Alan Guth při svém zběsilém povídání o inflační kosmologii

Věnoval se rovněž důležité otázce definice a počítání pravděpodobností v multivesmíru. Proč potřebujeme počítat pravděpodobnosti k popisu celého vesmíru? „Protože žijeme v pravděpodobnostním světě,“ vysvětlil. „V nekonečným počtu vesmírů se stane všechno, co se stát může — a to nekonečněkrát.“ Správná a fungující definice pravděpodobností v rámci multivesmíru ovládaného kvantovými zákony je důležitá tedy hlavně proto, abychom odlišili pravděpodobná pozorování od těch velmi nepravděpodobných, tedy abychom mohli získat smysluplný popis světa.

Alana Gutha zradila technika

Jsme tuctoví, a to je dobře

Alex Vilenkin (autor knížky Mnoho světů v jednom: Pátraní po jiných vesmírech) při svém vystoupení prohlásil: „Ať už se vám to líbí nebo ne, je pravděpodobné, že náš vesmír je jen jediným z nekonečně mnoha ostrovů v multivesmíru. A pokud v multivesmíru žijeme, nikdy nebudeme s to určit konstanty přírody z fundamentální teorie. To je důvod, proč se představa mnoha světů řadě fyziků nelíbí.“ Představu multivesmíru prezentoval na obrázku s bublinami, obrázku, který vidíte níže — každá bublina je vesmír s vlastními parametry, vlastními hodnotami konstant přírody. „Pokud žijeme v jedné z bublin, můžeme pozorovat jen ji — jak vůbec potom můžeme tvrdit a potvrdit, že existují další bubliny, regiony?“

„Spousta lidí říká, že tato představa je naprosto netestovatelná. Jenže já si myslím, že ji otestovat můžeme!“ Vilenkin své přesvědčení dokazuje na statistických výpočtech. Klíčem jeho přístupu je princip tuctovosti, nebo chcete-li průměrnosti, který říká, že jsme typičtí pozorovatelé v typickém vesmíru. Nejenže tedy nemáme výsostné postavení v našem vesmíru, ale nejsme o moc odlišní ani od případných pozorovatelů v dalších bublinách, v jiných vesmírech. Poté hodnoty konstant, nebo obecně daných veličin, mají určitou pravděpodobnost naměření.

Alex Vilenkin krotí pravděpodobnosti v multivesmíru

Detaily tohoto přístupu teď nejsou důležité (sáhněte po jeho knize!), ale takto statisticky vypočítaná hodnota pro kosmologickou konstantu se opravdu příliš neliší od hodnoty naměřené. Žádný jiný pokus o vyřešení problému kosmologické konstanty ještě nebyl tak úspěšný — řada modelů selhala zcela, jiné podávají mezi teoretickými hodnotami a experimentálně zjištěnou hodnotou kosmologické konstanty rozdíly v obrovských řádech. „Je to tedy možná náš první důkaz existence multivesmíru.“

Pozorování, experiment, počítání

David Gross na druhou stranu byl hlasem skeptiků. Krom strunové krajinky a metastabilním vakuím se věnoval i otázkám souvisejícím se samotnou povahou teorie strun. Podle něj strunová teorie spíše než teorií je teoretickým rámcem — chybí ji totiž fundamentální princip, který vždy v každé z velkých teorií, základních pilířů fyziky, existuje. „Strunová teorie si titul ‚teorie‘ nezaslouží. Tak trochu ironií je, že standardnímu modelu se říká ‚model‘ — měl by se naopak nazývat „standardní teorií“,“ řekl s úsměvem. „Ale to je myslím Stevenova chyba!“, naráží na Stevena Weinberga. :-)

David Gross: "Antropický princip je moc snadný útěk před problémy"

Jak bylo řečeno, velmi skepticky se staví i k antropickému principu plného tautologií (vše, co říká, je triviální pravda) — a označuje jej za moc snadnou cestu, jak se vyhnout řešení závažných fyzikálních a kosmologických otázek. Antropický princip a úvahy na něm založené pokládá za krok zpět — zcela se totiž vymyká cestě, po které se fyzici ve 20. století ubírali.

Nevěří tedy ve vysvětlení hodnoty kosmologické konstanty v rámci statistiky a antropických úvah — podle něj je nutné najít chybějící fundamentální článek, princip, který nám osvětlí mechanismus zodpovědný za hodnotou kosmologické konstanty. Strategie: Pozorování, experiment, počítání.

Nastává doba nových velkých objevů

Na závěr vystoupil Sheldon Glashow, nositel Nobelovy ceny za elektroslabé sjednocení. Dopředu varoval, že bude mluvit mimo hlavní téma: „Cítím se jako sperma v ubrousku: Co tady dělám?,“ rozesmál sál Arizonské státní univerzity. „Protože já nebudu vůbec povídat o mnoha vesmírech, o dalších vesmírech. protože je zcela jasné, že tohle je vůbec ten nejlepší vesmír ze všech možných — v tomto vesmíru totiž můžeme provádět všechna pozorování, v jiných ne.“

Sheldon Glashow | "Cítím se jako sperma v ubrousku: 'Co tady dělám?'"

Glashow neskrývá své nadšení z LHC, největšího urychlovače částic, který kdy lidstvo postavilo. Stejně tak zmínil objevy přicházející z vesmíru, nová vzrušující pozorování ukazující na novou fyziku a objevy týkající se skryté hmoty a také „zajímavých věcí v kosmických paprscích“. Po 17 letech útlumu, který panoval v částicové fyzice, přichází doba plná očekávání a velkých objevů. „Po sedmnácti letech nám bude připomenuto, že fyzika je koneckonců experimentální věda. Vezmete si, ke kolika úchvatným objevům za tu [experimentálně hluchou] dobu došlo, objevům, které ztratily kontakt s experimenty. Uvažte strunovou teorii, která není falzifikovatelná, nebo jiné vesmíry, které nemůžeme vidět… Už brzy ale věci zase uvidíme.“

Pokud máte 45 minut čas a umíte dostatečně dobře anglicky, podívejte se na panelovou diskusi pěti slavných postav fyziky a kosmologie. Kromě fyzikálních argumentů si vyslechněte několik vtípků a možná vás i pobaví, jak při takovýchto příležitostech umí jako naschvál selhat technika — při přednášce Alana Gutha zamrzly Windows a chudák Alan nemohl přejít na poslední slajd. ;-)