Krása nočnej oblohy posiatej hviezdami človeka odjakživa priťahovala a fascinovala. Trvalo však dlho, kým sme zistili, že pri pohľade na ňu, pozeráme do nedozerného priestoru, v ktorom je naša Zem len nepatrným zrnkom piesku. Pozorovateľný vesmír má veľkosť 93 miliárd svetelných rokov (svetelný rok je vzdialenosť, ktorú svetlo prejde rýchlosťou 300 tis. km za sekundu za jeden pozemský rok). Podľa niektorých teórií môže byť veľkosť celého vesmíru až 150 kvadriliónov krát väčšia, ako nami pozorovateľný vesmír. Pre človeka ťažko predstaviteľné… O svoj pohľad na vesmír, jeho vznik, tmavú energiu, či paralelné vesmíry a iné dimenzie sa s nami podelil vedec a vysokoškolský pedagóg RNDr. Roman Nagy, PhD. z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave.
V decembri 2021 bol raketou Ariane 5 úspešne vynesený do vesmíru Webbov teleskop. Ako zatiaľ hodnotíte prvý rok fungovania ďalekohľadu vo vesmíre?
Áno, 25. decembra to bude presne rok, čo bol teleskop Jamesa Webba vynesený do vesmíru. Avšak vedecké ciele sníma približne len pol roka. Máme dáta, ktoré sú v prvej fáze spracovania, zatiaľ teda nemôžeme hovoriť o nejakých zásadných nových objavoch. Už teraz však vieme povedať, že čo sa týka pozorovania vzdialeného vesmíru, ale aj bližších oblastí, min. naplnil a možno aj prekonal očakávania v kvalite snímania.
Webbov teleskop sníma objekty viditeľné v infračervenom spektre a má tak čo sa hĺbky vesmíru prekonať Hubblov teleskop, ktorý posiela obrázky vo viditeľnom spektre. Prečo pozorovanie na základe infračerveného spektra je ďalekosiahlejšie, ako pozorovanie klasickým ďalekohľadom?
V prvom rade treba povedať, že infračervené svetlo má ako časť elektromagnetického spektra vlnovú dĺžku väčšiu ako je pre ľudské oko viditeľná, preto musia byť snímky posielané z Webbovho teleskopu umelo upravované, aby sa dali vizualizovať a prezentovať širšej verejnosti.
Vďaka tomu, že sníma v infračervenom svetle, ktoré ľahšie (neovplyvnene) prenikne plynom a prachom do vnútra, hĺbky pozorovaných štruktúr, hmlovín, máme oveľa viac a presnejších dát. Teraz to bolo napr. dobre vidieť na snímke stĺpov alebo pilierov stvorenia. Pri Hubblovom teleskope sme viacmenej videli len siluetu, obrysy, no pri Webbovom vidíme dovnútra, presne kde sa hviezdy vytvárajú.
To isté platí aj o vzdialenejších častiach vesmíru, keďže Webbov teleskop je nie len väčší ako Hubblov (vie zachytiť menej jasné objekty a detailnejšie), ale pri pozorovaní rozpínajúceho sa vesmíru je výhodnejšie pozorovanie v infračervenom spektre.
Piliere stvorenia zachytené teleskopom Jamesa Webba, zdroj: youtube
Pri pozorovaní ďalekohľadmi pozeráme smerom do stredu vesmíru, teda smerom k jeho začiatku, v protismere k jeho rozpínaniu?
Vesmír nemá stred. On sa síce rozpína, ale každým smerom rovnako, nie odniekiaľ. Týmito ďalekohľadmi robíme zmenšeniny, zábery vesmíru v rôznych časoch jeho vývoja. Ak teda vidíme ďalej, tak vidíme ako vesmír vyzeral, keď bol mladší. Ak svetlo k nám prišlo po 13 miliardách rokov, tak vidíme, aký bol vesmír pred 13 miliardami rokov. Čiže je to taký stroj času, vďaka ktorému vidíme ako vyzeral vesmír tesne po svojom vzniku. A to vďaka konečnej rýchlosti svetla, ak by bola nekonečná, nevedeli by sme zistiť ako vyzeral v minulosti, ako sa menil v čase.
Ako sa teda vesmír rozpínal, ak nie od stredu?
Ak by mal stred, musel by byť v niečom, ale až pri vzniku vesmíru vzniká samotný priestor a čas. Všetky pozorovania nasvedčujú tomu, že náš vesmír má rovinnú geometriu, do nekonečna sa rozpínajúcu. Je to ako body na povrchu rozpínajúceho sa balóna. Body sa budú od seba vzďaľovať, ale nemajú stred lebo všetky body na povrchu sa od seba vzďaľujú rovnako.
Takže teória big bangu o vzniku vesmíru nie je správna?
Slovo bang ako výbuch je trochu zavádzajúce. Nebol to výbuch v zmysle, ako ho vnímame. Vesmír bol nekonečné malý bod, ktorý sa pri big bangu začal nafukovať a s nafukovaním zároveň vznikal priestor, teda nie vesmír bol v priestore ale priestor vznikal súčasne s nafukovaním tohto bodu. Všetky na sebe nezávislé pozorovania potvrdzujú, že to bolo takto. Týmito pozorovaniami sa však vieme dostať približne do obdobia keď mal Vesmír „len“ 300 tis. rokov.
Prečo sa nevieme dostať ďalej?
Je tam fyzikálna bariéra, pred tým bol vesmír tak hustý a horúci, že bol nepriehľadný pre fotóny, nevedeli cez neho preletieť lebo hneď do niečoho narazili. Čiže nemáme odtiaľ žiadnu informáciu. Až pri ochladnutí pod kritickú hranicu, sa vesmír stal priehľadný pre fotóny a to sú tie prvé fotóny, ktoré vieme pozorovať (kozmické mikrovlnné pozadie).
Čo by sme videli pred tým, ako mal vesmír 300 tis. rokov?
„Videli“ by sme tzv. primordiálnu plazmu, tzv. „polievku“ elementárnych častíc zloženú z elektrónov, protónov a neutrónov, pričom protóny sú ďalej zložené z quarkov.
Ako vznikla a odkiaľ sa tam tá plazma vzala, resp. ešte pred tým ten nekonečne malý bod, z ktorého vesmír vznikol?
To sú otázky mimo fyziky, ktorá sa zaoberá našim vesmírom. Mohli by sme mať hypotézu o úplnom začiatku, prípadne ešte čo bolo chvíľu pred samotným začiatkom vzniku vesmíru. Nebudeme ju však vedieť overiť. Taktiež by sme museli naraz zohľadniť kvantovú teóriu a teóriu relativity, čo zatiaľ nevieme.
Napriek tomu že to nevieme, z pohľadu logiky, bolo pred big bangom nič?
Z fyzikálneho hľadiska to „pred tým“ nebolo, lebo aj čas začal plynúť až vznikom vesmíru. Je to výzva, ako toto celé poňať z filozofického pohľadu. Čiže áno, jedna z teórii hovorí, že nebolo nič.
Ale predsa nemôže vzniknúť niečo z ničoho, pôsobením ničoho a ešte si určiť aj vlastné pravidlá existencie… Spomeniem citát amerického vynálezcu T.A. Edisona: „Verím v existenciu najvyššej inteligencie prenikajúcej do vesmíru.“
Áno, láka to k predstave existencie prvotného Hýbateľa, ktorý započal celý proces. Aktuálne sú však aj teórie, ktoré hovoria, že to naozaj vzniklo bez prvotného impulzu, čisto spontánne. Ale to je oblasť, ktorá ako som spomínal, sa nedá overiť. Matematicky sa dá síce vypočítať všeličo, ale to ešte neznamená, že ak sa dá niečo vypočítať, že je to tak aj v reálnom svete. Tu úloha fyziky končí a dáva priestor logikom, teológom a filozofom.
A Váš osobný názor?
Nemám vyhranený názor, ale svetonázorovo a aj pocitovo mi je bližšia predstava prvotného Hýbateľa. Je to o osobnom a filozofickom presvedčení.
Podľa posledných meraní je vo vesmíre 23 % tmavej alebo čiernej hmoty, zatiaľ čo známa, viditeľná hmota, ktorá tvorí všetky priamo alebo nepriamo pozorované objekty, tvorí len 4 %. Zvyšok vesmíru, teda 73 %, je tvorený tmavou energiou. Čo je podstatou tmavej hmoty a tmavej energie?
Existujú viaceré experimenty, ktoré dokazujú, že vo vesmíre je takzvaná čierna alebo tmavá hmota. Čierna hmota je pomenovaná preto tak, lebo ju nevidíme a nevidíme ju preto, lebo neinteraguje so svetlom, ako napr. bežne viditeľné objekty hviezdy, planéty, atď. Jedine ako ju môžeme pozorovať je, cez jej gravitačné účinky. Na základe Keplerových zákonov vieme, že napr. planéty obiehajú vďaka gravitácii okolo Slnka po elipsách a na základe týchto pohybov planét vieme vypočítať, aká hmota sa nachádza v Slnku. Keď toto prepočítame na väčších škálach, napr. na úrovni galaxií, tak zistíme, že tam musí byť výrazne, až 5-krát viac hmoty, ako vidíme. My ju nevidíme, ale je tam a výrazne ovplyvňuje galaxie. Ale aj napr. planéta, ktorá putuje mimo svojej hviezdy a nie je osvetlená, je považovaná za tmavú hmotu lebo ju nevidíme, rovnako oblaky plynov, či prachu – ale tejto tmavej hmoty nie je tak veľa, aby vyplnila celých tých 23 % celkovej energie hmotnosti vesmíru. Pravdepodobne teda existujú ešte ďalšie elementárne častice, ktoré ale dodnes nepoznáme. Robia sa viaceré experimenty (v hlbokých baniach bez vonkajšieho rušenia, ktoré by mali dokázať ich existenciu, ale zatiaľ sú neúspešné.
Komplikovanejšie to je ale s tmavou energiou o ktorej nevieme skoro nič. V skutočnosti je to jedna konštanta v Einsteinových rovniciach teórie relativity. Mohla by byť nulová, ale pozorovania ukazujú, že má nenulovú hodnotu. V rovniciach vystupuje táto konštanta s jednotkou energie, čiže vyzerá ako energia, ktorá spôsobuje, že sa vesmír rozpína. Objekty vo vesmíre sa vzďaľujú bez toho, aby sa jednotlivé oblasti pohybovali. Teda pôsobí proti gravitácii. Čiže tmavá energia spôsobuje rozťahovanie priestoru, je to vlastnosť samotného priestoročasu. Je to ťažko uchopiteľné a odmerateľné lebo je to vlastnosť samotného vesmíru.
Sám Einstein vytvoril túto kozmologickú konštantu, keď formuloval svoje rovnice teórie relativity a aplikoval ich na kozmológiu. Zistil, že vesmír sa musí rozpínať, čo sa mu však nepáčilo z filozofického hľadiska (on si predstavoval vesmír ako statický). Chcel „zabrániť“ gravitácii, aby spôsobovala zmršťovanie vesmíru a jeho zrútenie do jedného bodu, tak aplikoval túto konštantu, ktorá mala pôsobiť proti gravitácii. Keď sa neskôr ukázalo, že vesmír sa naozaj rozpína, túto svoju kozmologickú konštantu označil za najväčšiu chybu svojho života. Neskôr, keď sa zistilo, ako sa vesmír rozpína, sa ukázalo, že táto konštanta naozaj nie je nulová. Vidíme, že aj jeho najväčšia chyba sa stala geniálnou a je jedným z najväčších objavov ľudstva. Kiežby sme všetci mali takéto životné chyby.
Keď spomíname gravitáciu, vieme čo to je?
Einstein nepopisuje gravitáciu ako okamžitú silu na diaľku v Newtnovskej fyzike, ale ako prejav zakrivenia časopriestoru. Každý objekt má svoju hmotnosť, ako keď dáme guľu na trampolínu, tak sa zakriví a keď k nej dáme malú guličku, bude sa okolo nej točiť, lebo trampolína pod jej nohami je zakrivená.
Ale nie je priestor len prázdno, kde sú nejaké predmety? Ako sa môže zakriviť niečo, čo sa nedá reálne uchopiť a ako s tým súvisia gravitačné vlny?
Vráťme sa späť k prirovnaniu vesmíru k povrchu balónu a predstavme si, že by sme boli mravce, ktoré žijú na povrchu. Nevieme sa od povrchu balónu odlepiť, vieme sa pohybovať len dvoma smermi, dopredu-dozadu alebo doľava-doprava. Keďže máme nejakú hmotnosť, každý náš krok zakrivuje povrch balónu, robí do neho priehlbinky. Aj keď stojíme na mieste, tiež sa trošku do balóna „zabárame“ a jeho povrch deformujeme. Môžeme sa pozrieť, ako veľmi sme povrch balóna zakrivili, ako veľmi sa deformoval. A podobne môžeme vnímať aj náš vesmír. Existujeme v trojrozmernom priestore, ktorý sa v dôsledku našej hmotnosti zakrivuje, „deformuje sa nám pod nohami“. A rovnako ako mravce na povrchu balóna, môžeme toto zakrivenie priestoru merať.
A gravitačné vlny sú vlny v samotnom priestore. Ak sa mravček na povrchu balónu pohybuje, deformácia povrchu balónu sa šíri podobne, ako keď hodíme kameň do rybníka – hladina sa rozvlní. A to isté sa deje s našim vesmírom. Keď sa objekt s hmotnosťou v našom vesmíre pohybuje, zakrivuje priestor „pod svojimi nohami“ a táto deformácia sa šíri priestorom podobne ako vlna na hladine rybníka.
Niektorí teoretickí fyzici si myslia, že paralelné svety/vesmíry a iné dimenzie existujú. Aký mate názor na túto tému?
Tieto otázky sú vo vede okrajovejšie, pretože sa nedajú dokázať, ide o hypotézy meraniami nedokázateľné. Napriek tomu sú nejaké predstavy najmä pri dimenziách. Existuje napr. teória superstrún, ktorá patrila k najhorúcejším kandidátom teórie všetkého, ktorá by spojila kvantovú teóriu s teóriou relativity. Ona predpokladá 10 alebo 11 rozmerov, čiže máme tu 3 naše rozmery a potom niekoľko ďalších, maličkých. Ťažko predstaviteľné…
Paralelné vesmíry, to je niečo iné. O tomto mám napr. celú prednášku, ktorá sa venuje tomu, aké rôznorodé teórie paralelných vesmírov existujú – paralelný vesmír prvého druhu, druhého druhu, atď. Jedna z teórii hovorí, že ak je vesmír nekonečný, tak niekde veľmi veľmi ďaleko môžem nájsť presnú kópiu našej časti vesmíru, lebo ak mám nekonečne veľa možností a dostatok času, tak niekde sa vytvorí úplne rovnaký svet, ako ten náš. Dokonca sa dá aj vypočítať, ako ďaleko od nás by sa nachádzal.
Potom sú aj extrémnejšie, skôr sci-fi teórie hovoriace o dotýkaní paralelného vesmíru s našim, pričom ak sa dotknú, môže vzniknúť big bang.
Ak by paralelné svety a iné dimenzie existovali, čo by to znamenalo z hľadiska bytia človeka a jeho pohľadu na svet?
Ak by sa dokázala existencia iných dimenzií v zmysle strunovej teórie, tak z fyzikálneho pohľadu by sme nemohli očakávať nejaké veľké prekvapenia. O vesmíre už vieme dosť, ako funguje energia, zákony zachovania a iné základné vlastnosti vesmíru a tieto zákonitosti by boli podobné alebo rovnaké aj pri uvážení existencie iných dimenzií.
Pri paralelných vesmíroch to môže byť odlišné, v závislosti od toho, o aký paralelný vesmír by išlo. Existujú hypotézy paralelných vesmírov, ktoré predpokladajú, že v nich platia úplne iné fyzikálne zákony, prípadne základné fyzikálne konštanty tam majú iné hodnoty ako v našom vesmíre. Tam je veľký priestor pre fantáziu.
Teoreticky, dal by sa paralelný vesmír/paralelný svet považovať za miesto (pre tých, ktorí veria v život po smrti), kam sa ľudská duša odoberie po smrti?
Môžeme si predstaviť nadpriestor, kde sa budú nachádzať iné paralelné vesmíry, ale je to mimo kontaktu s našim časopriestorom, teda nie je to otázka fyziky. Vedecky sa k tomuto neviem vyjadriť.
Čo ale tvorí osobnosť človeka a po smrti sa stane súčasťou priestoru? Môže to byť nejaká forma energie? Áno, to by sa dalo akceptovať aj v rámci štandardných fyzikálnych teórií, ale nemáme na to žiadne vedecké dôkazy. To však nevylučuje, že by to tak nemohlo byť. Naše západné, náboženské predstavy, nie sú v protiklade so základnou fyzikálnou teóriou. Ja osobne si toto viem predstaviť a nepotrebujem k tomu žiadne nové teórie.
Pozrime sa ale na vesmír a na nás, akí sme my ľudia maličkí. Ale zároveň, na akom výnimočnom mieste sme, aký je to kontrast. Sme umiestnení medzi miliardami a miliardami hviezd a planét, sme akurátne vzdialení od Slnka, ktoré je akurátnou hviezdou. Čiže pri tom, akí sme maličkí a pre vesmír nepodstatní, zároveň máme nesmierne šťastie a mali by sme si vážiť, že tu máme možnosť existovať. Ak by mali ľudia možnosť vidieť a trošku lepšie pochopiť samotný vesmír, tak by sa na neho pozerali s bázňou. A už aj to by bola veľká zmena pre bežného človeka a nepotrebujeme na to ani iné paralelné vesmíry a dimenzie.
