Co existovalo před Velkým třeskem?

Jak se náš vesmír zrodil z ničeho nebo jestli existovalo něco, co existovalo předtím, zůstává záhadou, ale to nebrání některým fyzikům ve snaze na to přijít.

Chápu to tak, že nic nevzniká z ničeho. Aby něco existovalo, musí být k dispozici materiál nebo součást, a aby byly dostupné, musí být dostupné něco jiného. Odkud se vzal materiál, který vytvořil Velký třesk, a co se stalo v první řadě při vytvoření tohoto materiálu? - Peter, 80 let, Austrálie.
"Poslední hvězda pomalu vychladne a zmizí. S jejím odchodem se vesmír znovu stane prázdnotou, bez světla, života nebo smyslu." Tak varoval fyzik Brian Cox v nedávném seriálu BBC Universe .

Zánik této poslední hvězdy bude pouze začátkem nekonečně dlouhé, temné epochy. Veškerou hmotu nakonec pohltí monstrózní černé díry, které se zase vypaří do nejslabších záblesků světla. Prostor se bude stále rozšiřovat směrem ven, dokud se i to tlumené světlo nestane příliš rozprostřeným na to, aby mohlo interagovat. Činnost bude ukončena.
Nebo bude? Je zvláštní, že někteří kosmologové věří, že zdrojem našeho vlastního Velkého třesku mohl být předchozí, chladný, temný prázdný vesmír, jako je ten, který leží v naší vzdálené budoucnosti.

První věc

Než se k tomu ale dostaneme, podívejme se, jak "materiál" - fyzická hmota - poprvé vznikl. Pokud se snažíme vysvětlit původ stabilní hmoty tvořené atomy nebo molekulami, určitě nic takového nebylo při Velkém třesku ani po stovky tisíc let poté. Ve skutečnosti velmi podrobně rozumíme tomu, jak se první atomy vytvořily z jednodušších částic, jakmile se podmínky dostatečně ochladily, aby byla složitá hmota stabilní, a jak byly tyto atomy později fúzovány do těžších prvků uvnitř hvězd. Ale toto porozumění neřeší otázku, zda něco vzniklo z ničeho.
Pojďme se tedy zamyslet dále. První částice hmoty s dlouhou životností jakéhokoli druhu byly protony a neutrony, které dohromady tvoří atomové jádro. Ty vznikly přibližně jednu desetitisícinu sekundy po velkém třesku. Před tímto bodem ve skutečnosti neexistoval žádný materiál v nějakém známém smyslu toho slova. Ale fyzika nám umožňuje sledovat časovou osu pozpátku - k fyzikálním procesům, které předcházejí jakékoli stabilní hmotě.
Tím se dostáváme do takzvané " velké sjednocené epochy". Nyní jsme již v říši spekulativní fyziky, protože v našich experimentech nedokážeme vyrobit dostatek energie, abychom prozkoumali ten druh procesů, které v té době probíhaly. Ale přijatelná hypotéza je, že fyzický svět byl složená ze směsi elementárních částic s krátkou životností, včetně kvarků, stavebních kamenů protonů a neutronů. Hmota i "antihmota" se nacházely ve zhruba stejných množstvích . Každý typ hmotné částice, jako je kvark, má antihmotu "zrcadlový obraz" společník, který je téměř identický sám se sebou, liší se pouze v jednom aspektu. Hmota a antihmota však při setkání anihilují v záblesku energie, což znamená, že tyto částice byly neustále vytvářeny a ničeny.

Ale jak tyto částice vůbec vznikly? Kvantová teorie pole nám říká, že i vakuum, údajně odpovídající prázdnému časoprostoru, je plné fyzické aktivity v podobě kolísání energie. Tyto výkyvy mohou způsobit vyskočení částic, které však krátce poté zmizí. Může to znít spíše jako matematický vtip než jako skutečná fyzika, ale takové částice byly spatřeny v bezpočtu experimentů.
Časoprostorový stav vakua kypí částicemi, které se neustále vytvářejí a ničí, zjevně "z ničeho". Ale možná nám to všechno skutečně říká, že kvantové vakuum je (navzdory svému názvu) spíše něco než nic. Filozof David Albert nezapomenutelně kritizovalzprávy o velkém třesku, které slibují, že tímto způsobem získají něco z ničeho.
Předpokládejme, že se ptáme: kde se vzal samotný časoprostor? Pak můžeme pokračovat v otáčení hodin ještě dále zpět, do skutečně prastaré " Planckovy epochy " - období tak raného v historii vesmíru, že se naše nejlepší fyzikální teorie rozpadly. Tato éra nastala pouze jednu desetimiliontinu z biliontiny biliontiny biliontiny biliontiny sekundy po Velkém třesku. V tomto bodě se prostor a čas samy staly předmětem kvantových fluktuací. Fyzici běžně pracují odděleně s kvantovou mechanikou, která vládne mikrosvětu částic, a s obecnou teorií relativity, která platí ve velkých, kosmických měřítcích. Ale abychom skutečně pochopili Planckovu epochu, potřebujeme kompletní teorii kvantové gravitace, sloučení obou.
Stále nemáme dokonalou teorii kvantové gravitace, ale existují pokusy - jako teorie strun a smyčková kvantová gravitace . Při těchto pokusech je běžný prostor a čas obvykle vnímán jako vznikající, jako vlny na hladině hlubokého oceánu. To, co zažíváme jako prostor a čas, je produktem kvantových procesů fungujících na hlubší, mikroskopické úrovni - procesů, které nám jako tvorům zakořeněným v makroskopickém světě nedávají příliš smysl.

V této fázi můžeme s jistotou říci nejvíce, že fyzika dosud nenašla žádné potvrzené případy něčeho, co by vzniklo z ničeho

V Planckově epoše se naše běžné chápání prostoru a času rozpadá, takže se již nemůžeme spoléhat ani na naše běžné chápání příčiny a následku. Navzdory tomu všechny kandidátské teorie kvantové gravitace popisují něco fyzikálního, co se dělo v Planckově epoše - nějaký kvantový předchůdce běžného prostoru a času. Ale kde se to vzalo?

I když kauzalita již neplatí běžným způsobem, stále by mohlo být možné vysvětlit jednu složku vesmíru Planckovy epochy pomocí jiné. Naneštěstí ani naše nejlepší fyzika v současné době zcela nedokáže poskytnout odpovědi. Dokud neuděláme další pokrok směrem k "teorii všeho", nebudeme schopni dát žádnou definitivní odpověď. V této fázi můžeme s jistotou říci nejvíce, že fyzika dosud nenašla žádné potvrzené případy něčeho, co by vzniklo z ničeho.
Cykly téměř z ničeho

Abychom skutečně odpověděli na otázku, jak mohlo něco vzniknout z ničeho, museli bychom vysvětlit kvantový stav celého vesmíru na začátku Planckovy epochy. Všechny pokusy o to zůstávají vysoce spekulativní.. Ale další kandidátská vysvětlení zůstávají v oblasti fyziky - jako je multivesmír, který obsahuje nekonečné množství paralelních vesmírů, nebo cyklické modely vesmíru, který se rodí a znovu se rodí. Roger Penrose
, nositel Nobelovy ceny za fyziku za rok 2020, navrhl jeden zajímavý, ale kontroverzní model cyklického vesmíru.přezdívaný "konformní cyklická kosmologie". Penrose byl inspirován zajímavým matematickým spojením mezi velmi horkým, hustým, malým stavem vesmíru - jako tomu bylo při Velkém třesku - a extrémně studeným, prázdným, rozšířeným stavem vesmíru - jak tomu bude v daleké budoucnosti. . Jeho radikální teorie k vysvětlení této korespondence je, že tyto stavy se stanou matematicky identickými, když se dostanou na své limity. Ačkoli by se to mohlo zdát paradoxní, úplná absence hmoty mohla vést ke vzniku veškeré hmoty, kterou kolem sebe v našem Vesmíru vidíme.
Z tohoto pohledu vzniká Velký třesk z téměř ničeho. To je to, co zbyde, když byla veškerá hmota ve vesmíru spotřebována do černých děr, které se zase vyvařily na fotony - ztracené v prázdnotě. Celý vesmír tak vzniká z něčeho, co - nahlíženo z jiné fyzické perspektivy - je tak blízko, jak se člověk nemůže dostat vůbec k ničemu. Ale to nic je pořád něco. Je to stále fyzický vesmír, jakkoli prázdný.