Scinet.cz » Kavárna, Věda

Skupina fyziků představila první možné důkazy o existenci jiných vesmírů

17.1. 2011, Oldřich Klimánek

Je-li náš vesmír jedním z mnoha ostrovů v moři falešného vakua, moc šancí, jak zjistit existenci cizích světů, nemáme. Někteří kosmologové a fyzici ale doufají, že možná kolize v minulosti mezi naším a jiným vesmírem zanechala pozorovatelné stopy v reliktním záření, které jsme s to zkoumat. A reliktní záření nám už o povaze našeho kosmu prozradilo mnohé. Díky současné pozorovací technice a tomuto pozůstatku po velkém třesku se kosmologie z teoretické hračkárny stala observační vědou s možností testování a vyvracení kosmologických teorií a modelů.

Pojem inflace v kosmologii obyčejně popisuje prudké a krátkou dobu trvající rozfouknutí prostoru, k němuž došlo zanedlouho po velkém třesku — inflace probíhala v čase řádově 10-35 až 10-33 sekundy po velkém třesku, přičemž objem vesmíru se zvětšil minimálně 1080krát. A inflační teorie, s níž jako první přišel před 30 lety Alan Guth, už vyřešila spoustu problémů kosmologie, problémů, s nimiž si fyzici dlouho nevěděli rady.

Inflační teorie však neexistuje pouze jedna – speciální skalární pole, jež v ní vystupuje, a kterému se říká nepřekvapivě inflaton, totiž může mít různý tvar. A odlišné vlastnosti tohoto skalárního pole odpovídají odlišným scénářům inflace. Není proto divu, že za tři desetiletí vznikla řada rozličných inflačních modelů s různými tvary inflatonu – některé z modelů jsou líbivé, jiné až příliš vyumělkované a jiné naprosto neživotaschopné.

Každopádně silnou podmnožinou inflačních modelů jsou ty, v nichž vlastně inflace nikdy nekončí – jde o tzv. věčnou inflaci. V rámci věčné inflace je náš vesmír jednou bublinou, která vznikla v moři falešného vakua (vakua s nenulovou střední hodnotou energie) a v níž inflace už skončila; inflace ale přitom dále probíhá v jiných oblastech, kde vznikají další a další vesmíry, jež si poté žijí vlastním životem, mají vlastní fyzikální zákony a vlastní hodnoty fundamentálních konstant…

Co je důležité, v oblasti s falešným vakuem, jež vystupuje v inflačních modelech, probíhají dva protichůdné procesy, procesy, jež jsou analogické například množení bakterií a jejich ničení. Pokud se vzorek bakterií množí rychleji, než je nějaká látka ničí, výsledkem bude, že bakterie se v krátkém časovém úseku rozmnoží do velkého počtu. Jsou-li ale bakterie ničeny v čase kratším, než potřebují ke svému dělení, budou za nějaký čas zcela zničeny.

Totéž probíhá ve falešném vakuu: falešné vakuum se za prvé v dané oblasti prostoru rozpadá (přechází na nižší energetické hladiny), ale zároveň se prudce rozpíná, tedy jakoby se množí (vznikají další oblasti s falešným vakuem). Teorie ukazuje, že množení vakua je mnohem efektivnější než souběžně probíhající rozpad, z čehož plyne, že inflace vlastně nikdy nekončí. Skončila pouze v místech, kde se vakuum stačilo rozpadnout a kde se objevila bublina nového, ostrovního vesmíru. V oblasti, kde se falešné vakuum rozpadá, se uvolněná energie mění v záplavu horkých částic – konec inflačního období lze v tomto smyslu považovat za velký třesk.

Samozřejmě, že různé inflační modely (včetně těch „věčných“) mají své zastánce i odpůrce. O inflaci a zejména té věčné se leccos můžete dozvědět od kosmologa, který se výzkumu této oblasti dlouhá léta věnuje – stačí sáhnout po knize Alexe Vilenkina Mnoho světů v jednom: Pátrání po dalších vesmírech.

Někteří kosmologové se zabývají i otázkou, co by se dělo, kdyby se dvě bubliny pravého vakua – představující vlastní izolované vesmíry –, jež vyrašily z vakua falešného, srazily. Zajímá je, zda by se tato kolize dala pozorovat „zvnitřku“ takového vesmíru. Protože k dispozici máme vesmír pouze jeden, otázka zní, jak a kde hledat známky případné kolize s jiným vesmírem z dob, kdy náš svět vznikal.

Jasným kandidátem číslo jedno na to, kam se dívat, je samotný dozvuk velkého třesku – reliktní (zbytkové) záření, které vlastně omylem objevili roku 1964 Arno Penzias a Robert Wilkinson. Toto tepelné záření vyplňuje takřka rovnoměrně celý vesmír – je důležitým aspektem kosmologie a podrobné studium jeho obrazu na obloze skrývá klíč k různým problémům kosmologie a fyziky.

Stephen Feeney, Matthew Johnson, Daniel Mortlock a Hiranya Peiris teď publikovali článek, ve kterém se hledáním takových stop zabývali. Uvažovali několik rysů, které by po sobě srážka našeho vesmíru s jinou bublinou mohla zanechat v reliktním záření, a ty pak pomocí statistických simulací hledali v datech sondy WMAP.

Sami autoři ale upozorňují, že neexistuje žádný kompletnější model, který by jim podal informace o tom, jak přesně by stopy v reliktním záření měly vypadat. Charakter kolize a jeho pozůstatky totiž závisejí mj. na přesném tvaru zmíněného skalárního pole, které řídilo inflaci (a formaci bublin) – a jak víme, přesný tvar inflatonu nikdo nezná. Autoři se ve své studii zmiňují i o krajince superstrunové teorie, ale slova o strunové teorii slouží – jako v mnoha jiných případech – spíš jen jako módní doplněk než poctivý teoretický podklad.

Jejich snaha vyústila v objevení celkem čtyř statisticky významnějších stop – nicméně i přes dosažené výsledky je předčasné cokoli o bublinách a existenci mnoha světů říkat. Ani použité algoritmy (jež tolik netrpí předsudky jako lidské oko, které často v náhodných datech vidí to, co chce) totiž nejsou zárukou, že nalezený signál v reliktním záření je opravdu hledaným signálem. Tým teď čeká na nejnovější data sondy Planck, která reliktní záření zkoumá od února loňského roku. Jí nasbírané údaje budou mnohem detailnější – rozlišovací schopnost sondy Planck je totiž třikrát vyšší než u WMAP a její citlivost je vyšší dokonce o jeden řád.

Další informace: First Observational Tests of Eternal Inflation — Stephen M. Feeney, Matthew C. Johnson, Daniel J. Mortlock, Hiranya V. Peiris; arXiv:1012.1995

Oldřich Klimánek

Provozovatel serveru Scinet.cz.


Komentáře (4) »

  • PetrA napsal:

    Dobrý den,

    mam dotaz na autora článku, s obsahem článku to přímo nesouvisí. Ale nevím, kde se zeptat někoho kompetentního z komunity fyziků, předem se omlouvám za off-topic.
    Tyhle věci všechny mě moc zajímají, nicméně jsem laik, takže, prosím, pokud otázku položim blbě, buďte na mě shovívaví.

    Podle stávajících poznatků: jaký má vesmír tvar? Je otevřený, plochý nebo uzavřený do sebe (podobně, jako třeba povrch koule)? Jasně, že na to nejde odpovědět jednoznačně a taky se můžou objevit nové informace a nová zjištění fakticky kdykoliv. Ale jak se na to většinou nahlíží dnes? Po přečtení různých publikací a knížek tak nějak žiju v přesvědčení, že vše nasvědčuje tomu, že vesmír je plochý a otevřený s hustotou právě kritickou (nebo blízkou). Nicméně nedávno mě jeden dobrý známý, který astronomii a fyziku studoval a kterého jsem zvyklý určitě nebrat na lehkou váhu, přesvědčoval, že poslední informace získané (nejen) z WMAP silně nasvědčují tomu, že vesmír je uzavřený do sebe. Jeho tvrzení mě dost překvapilo, protože, jak už jsem psal, všude jsem zatím četl, že vesmír je nejspíš otevřený a plochý s hustotou právě rovnou kritické (nebo velice blízkou hustotou kritické), a taky ve fázi zrychlené expanze – nebo ne? možná jsem četl nesprávné věci.
    Ještě jednou, jsem laik, prosím, pokud se v otázce objevily nějaké nesmysly, vezměte to s nadhledem.
    Děkuji!!!
    Petr

  • Existencia iných Vesmírov | Lucida Intervalla napsal:

    […] V poslednej dobe ma zaujal článok “Skupina fyziků představila první možné důkazy o existenci jiných vesmírů” […]

  • Thufiroza napsal:

    PetrA: Myslim ze tohle video by snad pomohlo objasnit odpoved na vasi otazku: http://www.youtube.com/watch?v=17jymDn0W6U
    S pozdravem
    Thu

  • Škeřík napsal:

    Přesnější měření a studium reliktního záření určitě přinese nové poznatky a zpřesnění geometrie vesmíru. Jsem ale skeptický k tomu, že může podat přesvědčivé důkazy a o existenci jiných vesmírů. Asi lze těžko zjistit, či simulovat, jaké stopy by předinflační nebo i inflační kolize jiných vesmírů mohla zanechat. Zřejmě lze odhadovat, že by mohly být nalezeny větší nerovnoměrnosti od průměrného stavu a zřejmě v nich bude žádná pravidelnost, jelikož i energetické stavy (krajinky) nepravého vakua zřejmě nemají pravidelnost a tudíž i případná vzájemná působení (kolize) více vesmírů v inflační etapě jsou náhodná. Tedy něco jiného je odhad a něco jiného je jistota. Příčiny případně nalezených nerovnoměrností, mohou být různé, známé i neznámé. Musel by existovat velmi dobrý matematicko fyzikální model, který by dokázal zahrnout i inflační část z jakési pěny nepravého vakua zahrnující simulaci možných průniků a kolizí bublin, který by nás dále provedl přes velký třesk až k současnému obrazu mapy reliktního záření.
    I kdyby takový dost přesný matematicko fyzikální model existoval, asi by bylo hodně obtížné dopočítat se nějakých relevantních výsledků, jelikož v tomto případě nebojujeme s jednou sadou přesně nastavených a známých výchozích konstant, ale s téměř nekonečným množstvím variant, tedy s jakýmsi počátečním chaosem z něhož známe parametry pouze našeho vesmírů, ale vůbec nemůžeme znát parametry (konstanty) ostatních náhodně kolidujících vesmírů. Takový model by tedy musel v nekonečném cyklu náhodně generovat vstupní varianty všech možných nebo pravděpodobných kolizí a vždy porovnávat s výslednou mapou reliktního záření, tak dlouho, až by nalezl uspokojivou shodu.

    Nevím, zda autoři článku mají nějaký takový model, a pokud ano, zda je dostatečně přesný, aby přesnost výpočtu byla souměřitelná s přesností pozorování, a pokud ano, zda je výkon počítačů dostatečný, aby případný důkaz mohl být nalezen dříve než zanikne tenhle vesmír.
    Spíš se domnívám, že současné znalosti jsou na úrovni dohadů, jak konkrétně by vůbec mohlo vypadat nepravé vakum, jaký tvar by mohla mít energetická krajinka a jak vůbec mohla probíhat inflační část jednoho našeho konkrétního vesmíru se známým výsledkem. Z dohadů ovšem může dost těžko vzniknout kvalitní model schopný přesné simulace.
    Nebo je to jinak?

    Škeřík


VLOŽIT KOMENTÁŘ