Student World

V důsledku toho se k sobě podél čtvrté dimenze velmi pomalu přibližují, což trvá velmi, velmi dlouho. Jak se přibližují, přitažlivost mezi nimi roste a jejich pohyb se zrychluje, takže nakonec může skončit kolizí. Při ní by se kinetická energie brán přeměnila v horké záření.

Aby proces mohl takto probíhat, přitažlivá síla by musela být extrémně slabá, když jsou brány dále od sebe, a musela by růst, když se přibližují. Zajímavé bylo, že podle našich výpočtů by právě takový typ síly mohl specificky brány zvrásnit. Každá brána podléhá drobným kvantovým fluktuacím a ty by přitažlivá síla zesilovala. Při vzájemném přiblížení brán síla vzroste a kolize vrcholů vrás nastane dříve. Po srážce rozpínání hmotu a záření zředí, takže v místech, která se srazila dříve, má hmota a záření menší hustotu než v místech, která se střetla později, a proto se následně i méně roztáhla. Oblasti s větší hustotou se stanou zárodky galaxií.

Překvapující bylo, že roste-li síla mezi bránami při jejich přibližování tak rychle, jako roste síla mezi dvěma přitahujícími se elektrickými náboji nebo magnety, variace v hustotě na kolidujících bránách mají právě to správné škálově téměř invariantní spektrum, takové, jaké vyžaduje pozorovaný vesmír. Náhle se tedy objevila rozumná alternativa předpovědi inflačního modelu: nové řešení hlavolamu vzniku galaxií.

Nový mechanismus se od inflačního v mnoha stránkách liší. Inflace vytvoří variace hustoty během nepatrného zlomku sekundy, kdy vesmír prožívá výbuch fantasticky rychlé expanze. Při jemném přitahování brán a jejich kolizi vznikají fluktuace podstatně pomaleji. Přesto však oba mechanismy, inflační i kolizní, vyprodukují stejný typ variací hustoty. Jak uvidíme v 9. kapitole, předpovědi obou modelů se značně liší pro jiné rysy vesmíru, ty však ještě čekají na prověření pozorováním. Až dosud provedeným měřením vyhovují oba mechanismy stejně dobře.

Když se naše čtveřice připravovala na sepsání článku, uvažovali jsme, jak nový scénář nazvat. Padly nápady jako „velký plác“, „bránobouračka“ a jiné legrácky. Nakonec převážila naše slabost pro odkaz antiky, kterou sdílíme s řadou fyziků. Paul se poradil s klasickými učenci Joshuou Katzem z Princetonu a Katharinou Volkovou z Columbijské univerzity. Těm nový kosmologický scénář připomínal to, co staří Řekové nazývali ekpyrosis, zrození vesmíru z ohně. Slovo se nevyslovuje nejsnadněji a Ovrut navíc namítal, že zní jako nějaká kožní nemoc, nakonec jsme se však přece jen rozhodli pro ekpyrotický vesmír.

***

Detailní cyklický model se začal vynořovat po týdnech intenzivních výpočtů. Kontrola a křížová kontrola výsledků byly stále složitější, model sám však zůstával pozoruhodně jednoduchý.

Vše v principu fungovalo s jediným klíčovým předpokladem – že se brány přitahují silou, která slábne, když se brány vzdalují.

Cyklický obraz jsme už nastínili ve 3. kapitole, byl to ale popis z hlediska někoho, kdo si uvědomuje jen tři dimenze. Dnes umíme přeložit tento popis do dynamické teorie s dodatečnou dimenzí a bránosvěty poutanými elastickou silou a srážejícími se v pravidelných intervalech. (Podrobněji svou představu popíšeme v dalších kapitolách.)

Tuto elastickou sílu lze popsat „křivkou energie“, která ukazuje, jak nahromaděná energie závisí na vzdálenosti brán. Tvar křivky je podobný tvaru křivky energie nutné pro nový inflační model (viz obrázek). Křivka je však posunuta dolů, takže minimum leží ve velké záporné hustotě energie a náš vesmír odpovídá poloze na platu, ne v energetickém minimu. V případě inflace křivka vystihuje, jak vakuová energie závisí na inflatonovém poli, tedy na poli, které pohání inflaci. (Z konvenčních důvodů je křivka převrácená zprava doleva.)

Plato energie je posazeno vysoko, na hladině asi 10 na 100krát vyšší, než je současná hustota temné energie, aby propukla vysokoenergetická inflace vzápětí po velkém třesku. Vesmír sleduje jednosměrnou cestu dolů po křivce, a jakmile dostihne dna, už tam zůstane.

V případě cyklického vesmíru je tomu naprosto jinak. V něm je hustota energie dána potenciální energií síly, která přitahuje brány k sobě navzájem. Křivka energie udává, jak potenciální energie závisí na vzdálenosti mezi bránami. Plato je položeno nízko, což znamená, že hustota potenciální energie odpovídá současné hodnotě hustoty temné energie, jež dnes pomalu urychluje rozpínání vesmíru. Křivka energie navíc ukazuje, jak se budou brány vyvíjet v budoucnosti. Bod na křivce, kde se nachází kulička, odpovídá dnešku – brány jsou od sebe dostatečně daleko a hustota energie je malá a kladná (to naznačuje nízká výška plata nad nulovou hladinou).

Vzdálenost brán se zkracuje (to ilustruje kutálení kuličky po křivce energie směrem doleva) a potenciální energie nakonec poklesne z malé kladné hodnoty k vysoké hodnotě záporné. Ztracená potenciální energie se přeměňuje v kinetickou energii brán, takže jejich vzájemný pohyb se stále urychluje. Když je jejich vzdálenost nulová, srazí se, proto je průsečík os označen jako velký křach/velký třesk. Brány se odrazí a letí opět od sebe, vzdálenost mezi nimi znovu narůstá a vesmír se dostává zpět na plato křivky energie. Přes podobný tvar křivek energie tedy předpovídá inflační a cyklický model rozdílné kosmické historie: jednosměrnou cestu dolů po křivce energie u inflačního a pravidelně se opakující pohyb tam a zpět u cyklického.

Tento text je úryvkem z knihy

Paul J. Steinhardt, Neil Turok: Bez počátku a konce, Paseka, Praha 2009

O knize na stránkách vydavatele

autor