čím více jsme zvědaví na velké kosmické neznámé, tím více nezodpovězených otázek odhalí naše vyšetřování vesmíru. Zeptat se na povahu čehokoliv-kde to je, odkud to přišlo, a jak to vzniklo – vás nevyhnutelně povede ke stejným velkým tajemstvím: o konečné povaze a původu vesmíru a všem v něm. Dosud, bez ohledu na to, jak daleko zpět jdeme, zdá se, že stále přetrvávají stejné přetrvávající otázky: v určitém okamžiku entity, které jsou naším „výchozím bodem“, nutně neexistovaly,tak jak se staly? Nakonec, skončíte u konečné otázky: jak něco vzniklo z ničeho? Jak mnoho nedávných tazatelů, včetně Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss a mnoho dalších, napsalo:

“ dobře, tuto otázku jistě dostáváte donekonečna, ale přesto se zeptám: jak něco (vesmír/velký třesk) pochází z ničeho?“

to je možná jedna z největších otázek ze všech, protože se v podstatě ptá nejen, odkud se všechno vzalo, ale jak to všechno vzniklo na prvním místě. Tady je to tak daleko, jak nás věda dostala, alespoň, zatím.

dnes, když se podíváme na vesmír, celá sada pozorování, která jsme shromáždili, i když se berou v úvahu známé nejistoty, ukazují na pozoruhodně konzistentní obraz. Náš vesmír je tvořen hmotou (spíše než antihmotou), řídí se stejnými fyzikálními zákony všude a za všech okolností a začal — alespoň, jak ho známe — horkým Velkým třeskem asi před 13, 8 miliardami let. Řídí se obecnou relativitou, rozšiřuje se, ochlazuje a gravituje a dominuje temná energie (68%) a temná hmota (27%), zbytek tvoří normální hmota, neutrina a záření.

dnes je samozřejmě plná galaxií, hvězd, planet, těžkých prvků a alespoň na jednom místě inteligentní a technologicky vyspělý život. Tyto struktury tam nebyly vždy, ale spíše vznikly v důsledku kosmické evoluce. V pozoruhodném vědeckém skoku dokázali vědci 20. století rekonstruovat časovou osu toho, jak náš vesmír přešel z většinou jednotného vesmíru, bez složité struktury a sestávající výhradně z vodíku a helia, do vesmíru bohatého na strukturu, který dnes pozorujeme.

pokud začneme od dnešního dne, můžeme krok zpět v čase a zeptat se, odkud pochází nějaká jednotlivá struktura nebo součást této struktury. Pro každou odpověď, kterou dostaneme, se pak můžeme zeptat: „dobře, ale odkud se to vzalo a jak to vzniklo,“ vracíme se, dokud nebudeme nuceni odpovědět, “ nevíme, alespoň ještě ne.“Pak konečně můžeme uvažovat o tom, co máme, a zeptat se:“ jak to vzniklo, a existuje způsob,jak by to mohlo vzniknout z ničeho?“

takže začněme.

život, který dnes máme, pochází ze složitých molekul, které musely vzniknout z atomů periodické tabulky: surovin, které tvoří veškerou normální hmotu, kterou dnes máme ve vesmíru. Vesmír se nenarodil s těmito atomy; místo toho vyžadovaly více generací hvězd žijících a umírajících, s produkty jejich jaderných reakcí recyklovanými do budoucích generací hvězd. Bez toho by planety a složitá chemie byly nemožné.

abychom vytvořili moderní hvězdy a galaxie, potřebujeme:

• gravitace k vytažení malých galaxií a hvězdokup do sebe, vytváření velkých galaxií a spouštění nových vln tvorby hvězd,
• , které vyžadovaly již existující sbírky hmoty, vytvořené gravitačním růstem,
• které vyžadují, aby se brzy vytvořily haloes temné hmoty, které brání epizodám tvořícím hvězdy v vysunutí této hmoty zpět do mezigalaktického média,
• které vyžadují správnou rovnováhu normální hmoty, temné hmoty a záření, aby vedly ke vzniku kosmického vesmíru. mikrovlnné pozadí, světelné prvky vytvořené v horkém velkém třesku a hojnosti / vzory, které v nich vidíme,
• , které vyžadovaly počáteční fluktuace semen — nedokonalosti hustoty — gravitačně růst do těchto struktur,
• které vyžadují nějaký způsob vytvoření těchto nedokonalostí, spolu s nějakým způsobem vytvoření temné hmoty a vytvoření počátečního množství normální hmoty.

Jedná se o tři klíčové složky, které jsou zapotřebí v raných fázích horkého velkého třesku, aby vznikly vesmíru, jak ho pozorujeme dnes. Za předpokladu, že také požadujeme, aby existovaly zákony fyziky a prostoročasu-spolu se samotnou hmotou/energií-pravděpodobně chceme zahrnout ty jako nezbytné složky, které musí nějak vzniknout.

takže zkrátka, když se ptáme, zda můžeme získat vesmír z ničeho nebo ne, jsou to nové, dosud nevysvětlené entity, které musíme nějak vzniknout.

abychom získali více hmoty než antihmoty, musíme extrapolovat zpět do velmi raného vesmíru, do doby, kdy je naše fyzika velmi nejistá. Fyzikální zákony, jak je známe, jsou v jistém smyslu symetrické mezi hmotou a antihmotou: každá reakce, kterou jsme kdy vytvořili nebo pozorovali, může vytvořit nebo zničit hmotu a antihmotu pouze ve stejném množství. Ale vesmír, který jsme měli, přestože začínal v neuvěřitelně horkém a hustém stavu, kdy hmota i antihmota mohly být vytvořeny v hojném množství, muselo mít nějaký způsob, jak vytvořit asymetrii hmoty/antihmoty, kde žádná původně neexistovala.

existuje mnoho způsobů, jak toho dosáhnout. I když nevíme, který scénář se skutečně odehrál v našem mladém vesmíru, všechny způsoby, jak toho dosáhnout, zahrnují následující tři prvky:

1. out-of-equilibrium soubor podmínek, které přirozeně vznikají v rozšiřujícím se, chladícím vesmíru,
2. způsob, jak generovat interakce narušující baryon-číslo, které standardní Model umožňuje prostřednictvím interakcí sphaleronem (a mimo standardní model scénáře umožňují dalšími způsoby),
3. a způsob, jak generovat dostatek narušení C a CP k vytvoření asymetrie hmoty/antimaterie v dostatečném množství.

standardní Model obsahuje všechny tyto složky,ale nestačí. Pokud považujete symetrický vesmír hmoty/antihmoty za „vesmír s ničím“, pak je téměř zaručeno, že vesmír vytvořil něco z ničeho, i když si nejsme zcela jisti, jak přesně se to stalo.

podobně existuje spousta životaschopných způsobů, jak generovat temnou hmotu. Z rozsáhlého testování a hledání víme, že ať už je temná hmota jakákoli, nemůže být složena z částic, které jsou přítomny ve standardním modelu. Ať už je jeho skutečná povaha jakákoli, vyžaduje novou fyziku nad rámec toho, co je v současné době známo. Existuje však mnoho způsobů, jak to mohlo být vytvořeno, včetně:

• z tepelně vytvořeného v horkém, raném vesmíru a poté, co se nepodařilo úplně zničit, zůstává stabilní (jako nejlehčí supersymetrická nebo Kaluza-Kleinova částice),
• nebo z fázového přechodu, který spontánně nastal, když se vesmír rozpínal a ochladil, vytrhával masivní částice z kvantového vakua (např. axion),
• jako nová forma neutrina, která se sama může smíchat se známými neutriny (tj., sterilní neutrino), nebo jako těžké pravotočivé neutrino, které existuje kromě konvenčních neutrin,
• nebo jako čistě gravitační jev, který vede k ultramasivní částici (např.

proč existuje temná hmota, dnes, když se zdá, že zbytek vesmíru funguje dobře brzy bez ní? Muselo existovat nějaký způsob, jak vytvořit tuto „věc“ tam, kde předtím nic takového nebylo, ale všechny tyto scénáře vyžadují energii. Takže, kde se vzala veškerá ta energie?

možná, že podle kosmické inflace-naší přední teorie původu vesmíru před Velkým třeskem – to opravdu přišlo z ničeho. To vyžaduje trochu vysvětlení, a je to, co je nejčastěji míněno “ vesmírem z ničeho.“(Včetně, mimochodem, jak to bylo použito v názvu knihy stejného jména.)

když si představíte nejranější fáze horkého velkého třesku, musíte myslet na něco neuvěřitelně horkého, hustého, vysoce energetického a téměř dokonale jednotného. Když se ptáme, „jak k tomu došlo,“ obvykle máme dvě možnosti.

1. můžeme jít cestou Lady Gaga a jen tvrdit, že to muselo být “ narozeno tímto způsobem.“Vesmír se narodil s těmito vlastnostmi, které nazýváme počátečními podmínkami, a neexistuje žádné další vysvětlení. Jako teoretický fyzik nazýváme tento přístup “ vzdáním se.“
2. nebo můžeme dělat to, co teoretičtí fyzici dělají nejlépe: zkuste vymyslet teoretický mechanismus, který by mohl vysvětlit počáteční podmínky, škádlit konkrétní předpovědi, které se liší od standardu, předpovědi převládající teorie a pak jít ven a snažit se měřit kritické parametry.

kosmická inflace vznikla v důsledku tohoto druhého přístupu a doslova změnila naši představu o tom, jak náš vesmír vznikl.

namísto extrapolace „horké a husté“ zpět na nekonečně horkou, nekonečně hustou singularitu, inflace v podstatě říká: „Možná, že horký velký třesk předcházelo období, kdy byla extrémně velká hustota energie přítomna v samotné struktuře vesmíru, což způsobilo, že se vesmír rozpínal neúprosnou (inflační) rychlostí, a poté, když inflace skončila, tato energie se přenesla do hmoty a antihmoty a záření, což vytvořilo to, co vidíme jako horký velký třesk: následky inflace.“

v krvavých detailech to nejen vytváří vesmír se stejnou teplotou všude, prostorovou plochostí a bez zbytků relikvií z hypotetické velké sjednocené epochy, ale také předpovídá určitý typ a spektrum fluktuací semen (hustoty), které jsme pak vyšli a viděli. Z prázdného prostoru samotného — i když je to prázdný prostor naplněný velkým množstvím energie pole — přirozený proces vytvořil celý pozorovatelný vesmír, bohatý na strukturu, jak ho vidíme dnes.

to je velká myšlenka získat vesmír z ničeho, ale není uspokojující pro každého.

pro velkou část lidí je vesmír, kde stále existuje prostor a čas, spolu se zákony fyziky, základními konstantami a nějakou nenulovou energií pole, která je vlastní struktuře samotného prostoru, velmi oddělena od myšlenky nicoty. Koneckonců si můžeme představit místo mimo prostor; okamžik za hranicemi času; soubor podmínek, které nemají žádnou fyzickou realitu, která by je omezovala. A tyto představy-pokud definujeme tyto fyzické skutečnosti jako věci, které musíme odstranit, abychom získali skutečnou nicotu-jsou jistě platné, alespoň filozoficky.

ale to je rozdíl mezi filozofickou nicotou a fyzičtější definicí nicoty. Jak jsem napsal v roce 2018, existují čtyři vědecké definice ničeho a všechny jsou platné v závislosti na vašem kontextu:

1. čas, kdy vaše “ věc “ zájmu neexistovala,
2. prázdný, fyzický prostor,
3. prázdný prostoročas v nejnižším možném stavu energie a
4. cokoli vám zbývá, když odeberete celý vesmír a zákony, které jej upravují.

určitě můžeme říci, že jsme získali „vesmír z ničeho“, pokud použijeme první dvě definice; nemůžeme, pokud použijeme třetí; a bohužel nevíme dost, abychom řekli, co se stane, pokud použijeme čtvrtou. Bez fyzikální teorie, která by popsala, co se děje mimo vesmír a za fyzickými zákony říše, je koncept skutečné nicoty fyzicky špatně definován.

v kontextu fyziky je nemožné pochopit představu absolutní nicoty. Co to znamená být mimo prostor a čas a jak se může prostor a čas rozumně, předvídatelně vynořit ze stavu neexistence? Jak se může časoprostor objevit v určitém místě nebo čase, když bez něj neexistuje definice místa nebo času? Odkud pocházejí pravidla upravující kvanta-pole i částice?

tato myšlenková linie dokonce předpokládá, že prostor, čas a samotné fyzikální zákony nebyly věčné, i když ve skutečnosti mohou být. Jakékoli věty nebo důkazy o opaku se opírají o předpoklady, jejichž platnost není řádně stanovena za podmínek, které bychom se je snažili aplikovat. Pokud přijmete fyzickou definici „nic“, pak ano, vesmír, jak ho známe, se zdá, že vznikl z ničeho. Ale pokud za sebou zanecháte fyzická omezení, pak vše o našem konečném kosmickém původu jistě zmizí.

bohužel pro nás všechny inflace ze své podstaty vymaže veškeré informace, které by mohly být vytištěny z již existujícího stavu na našem pozorovatelném vesmíru. Navzdory neomezené povaze našich představ, můžeme vyvodit pouze závěry o záležitostech, pro které mohou být konstruovány testy zahrnující naši fyzickou realitu. Bez ohledu na to, jak logicky může znít jakákoli jiná úvaha, včetně představy o absolutní nicotě, je to pouze konstrukt naší mysli.

Odeslat v Ask Ethan otázky startswithabang na gmail dot com!