Masarykova univerzita Filosofická fakulta

Masarykova univerzita Filosofická fakulta Katedra filosofie Obor filosofie Květa Houdková Alternativní teorie vzniku vesmíru Bakalářská diplomová práce Vedoucí práce: prof. PhDr. Josef Krob, CSc. Brno, 2015

Prohlašuji, že jsem bakalářskou diplomovou práci vypracovala samostatně pod vedením prof. PhDr. Josefa Kroba, CSc. a s využitím uvedených pramenů a literatury. --------------------------------------- Vlastnoruční podpis autora

Poděkování Na tomto místě děkuji prof. PhDr. Josefu Krobovi, CSc. za odborné vedení mojí práce, za cenné připomínky a rady v průběhu celé práce.

OBSAH OBSAH... 4 ÚVOD... 5 1. ALTERNATIVNÍ TEORIE VZNIKU VESMÍRU... 6 1. 1. Krátce z historie alternativních teorií... 6 2. INFLAČNÍ MODEL... 9 2. 1. Proč je inflační model převažující teorií... 10 2. 2. Problémy inflačního modelu... 12 2. 2. 1. Umělost inflačního modelu... 13 2. 2. 2. Nutnost inflace... 14 2. 2. 3. Počátek časoprostoru... 16 3. CYKLICKÝ MODEL... 18 3. 1. Steinhardt-Turokův cyklický model... 19 3. 2. Charakter cyklického modelu... 20 3. 3. Přednosti cyklického modelu... 22 3. 3. 1. Absence počátku... 23 3. 3. 2. Překlenovací princip... 25 3. 3. 3. Problém nehomogenity... 26 3. 3. 4. Plochost a homogenita vesmíru... 27 3. 3. 5. Druhý termodynamický zákon... 27 3. 4. Nedostatky cyklického modelu... 28 3. 4. 1. Problém cykličnosti... 28 3. 4. 2. Perpetuum mobile... 30 3. 4. 3. Stabilizační role temné energie... 31 3. 4. 4. Kde je energie?... 32 4. KOMPARACE CYKLICKÉHO A INFLAČNÍHO MODELU... 34 4. 1. Paralely... 34 4. 2. Diference... 34 4. 3. Komparace... 35 4. 4. Co se dělo před Velkým třeskem?... 38 4. 5. Změna chápání časoprostoru?... 39 ZÁVĚR... 42 BIBLIOGRAFIE... 44

ÚVOD V procesu poznání usilujeme o komplexní a konzistentní teorii, která v danou dobu odpovídá co nejlépe dosavadně zjištěným faktům, resp. většině z nich. Taková teorie představuje hlavní proud, ale není jediná. Existují teorie konkurenční, jež nabízí vysvětlení daného jevu, či jeho části. Tyto jsou vzhledem k hlavní považovány za alternativní, nicméně právě skrze jejich snahu vysvětlit jev jinak, lépe, probíhá vědecký pokrok. S novými objevy dochází postupně k falzifikaci převažující teorie a na její místo nastupuje jiná, původně alternativní. S ohledem na objevující se trhliny aktuálně převažujícího inflačního modelu, a také na neúspěšné pokusy jej jednoduše propojit s fundamentální fyzikou, se tato práce zaměřuje na vesmírnou problematiku právě ze strany teorie alternativní, teorie nabízející odlišný scénář vzniku vesmíru, teorie, jež stejně dobře reflektuje současný pokrok ve vědě. Pro výzkum, zda inflační model podává stále nejlepší vysvětlení vzniku vesmíru, resp. zda cyklický model, který sestavili pánové Paul J. Steinhardt a Neil G. Turok, nevysvětluje tytéž fyzikální jevy lépe, volíme metodu komparace. Porovnání cyklického a inflačního modelu, tedy jedné konkrétní alternativní teorie a upravené teorie Velkého třesku vychází z objektivních fyzikálních faktů, na nichž stavíme filosofickou analýzu možností obou teorií, nutných předpokladů, explanačních předností a zároveň nedostatků. Cyklický model je pro práci stěžejní alternativní teorií proto, že je považován za silnou teorii dosahující stejně úspěšných shod s pozorováním jako model inflační. Práce v komparační části shrnuje paralely a diference obou modelů, načež staví zjištěné plusy a mínusy obou modelů proti sobě. Odpovíme zde také na trochu provokativní otázku, kterou považujeme za hlavní demonstraci predikčních možností obou teorií: Co se dělo před Velkým třeskem? V závěru kapitoly nastiňujeme, jak by se vlivem převratu hlavního a alternativního modelu změnilo paradigma časoprostoru. Před samotným porovnáváním vybraných teorií práce krátce představuje fenomén alternativních teorií obecně a předvádí, jak se historicky proměňovaly pozice alternativních a ústředních teorií. Posléze se zaměřuje na inflační model, jakožto v současnosti převládající teorii, od níž práce vychází, a na cyklický model jakožto oponenta. 5

1. ALTERNATIVNÍ TEORIE VZNIKU VESMÍRU Kosmologové jsou v jistém smyslu filosofy, kteří se snaží vytvořit ze získaných fyzikálních dat logický systém, jenž by představoval pravděblízký obraz vesmíru, resp. jeho historie. Tento rys kosmologie otvírá prostor pro mnohé scénáře o původu a vývoji vesmíru, které vyjma jediného představují alternativní teorie, jež vysvětlují tentýž jev, co teorie konvenční, nicméně jinými způsoby. Paul Murdin 1 říká, že: Věda je cyklický proces oscilující mezi reálným světem (pozorování a pokusy) a jeho obrazem, který má vědec ve své mysli (teorie). 2 Dokládá tím podstatnou roli teorií v rámci poznání. Dle Murdina jsou teorie tmelícím materiálem mezi získanými daty, či dokonce mezi daty získanými a těmi, které samy teorie v dané době pouze předpovídají. 3 Steinhardt a Turok dodávají, že pokroky se dějí skrze alternativní teorie, jež v dobách nedostatečnosti převládajícího modelu, přichází s novými způsoby uspořádání komponent v jednu sjednocující teorii. 4 Lze říci, že pořadí teorií (ve smyslu hlavní a alternativní) se mění v závislosti na jejich vztahu k novým objevům, které je buď podkládají, nebo falzifikují. Snahy uchopit vesmír prostřednictvím teorií provází lidstvo už od dob mýtů, přes koncepty filosofické, až po vědeckou současnost. Proto zde nebudu předvádět celou historii kosmologických konceptů, ale demonstruji jen několik, jenž představují blízkou minulost dvou vybraných modelů, tedy teorie 20. století. 1. 1. Krátce z historie alternativních teorií Historie (nejen) kosmologických teorií je zástup opuštěných modelů pro nové radikálnější teorie. Po celé 20. století se s každou teorií zdálo, že plejáda konceptů dosáhla vrcholu a konečný model byl nalezen, vždy až do nového zlomu. Milník nepochybně představuje Einstein. Do Einsteina se věřilo, že existuje jen Mléčná dráha jakožto jediná Galaxie v nekonečně prázdném prostoru. Einstein roku 1915 vytvořil novou teorii gravitace, známou jako obecná teorie relativity (OTR), která ho dostala do sporu s jeho vlastní představou statického a homogenního vesmíru. Načež Einstein přidal kosmologickou 1 Význačný astronom v současnosti působící v Astronomickém ústavu university v Cambridgi, člen Královské astronomické společnosti, bývalý prezident Evropské astronomické společnosti, držitel Řádu britského impéria. (MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, zadní přebal.) 2 MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, s. 13. 3 Viz tamtéž, s. 14. 4 Srov. STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 28. 6

konstantu, která fungovala na bázi antigravitační síly udržující rovnováhu neměnného stavu vesmíru. 5 Einsteinova představa vesmíru byla brzy odvrhnuta i samotným Einsteinem na základě dvou objevů Edwina Hubbla: Roku 1923 vyvrátil homogenitu, když svým pozorováním dokázal shluky hvězd do galaxií; a roku 1929 vzala za své i teorie neměnného vesmíru předložením důkazu, že vesmír se rozpíná, neboť galaxie se od sebe vzdalují. 6 Mezitím se ve 20. letech pod rukama matematika a fyzika Alexandra Fridmana a astronoma Georga Lemaîtra rodil model Velkého třesku (VT). 7 Model, proti němuž se vynořila jako opozice staronová Teorie ustáleného stavu (TUS), která odmítala řešit, jak a že vůbec vesmír vznikl. TUS se stala na nějakou dobu konvenční a VT odsunula na kolej svých alternativ. TUS propagovali matematici Hermann Bondi a Thomas Gold po boku fyzika Freda Hoyla. Oživili Einsteinovu představu neměnného stavu, přestože uznali Hubblův zákon popisující rozpínající se vesmír. Jednoduše tvrdili, že vesmír produkuje neustále další hmotu, resp. vodík, jehož přírůstek vyrovnává rozpínání. 8 George Gamow předpověděl existenci reliktního záření, jehož nalezení by podpořilo model VT jako ústřední scénář, neboť nejpodstatnější rozdíl mezi těmito dvěma po určitou dobu alternacemi je právě hustota. 9 VT oponuje TUS tím, že se vesmír rozpínáním zřeďuje. V 50. letech s TUS polemizovala řada radioastronomických měření známá jako katalogy 2C až 4C. 10 Spor o hustotu definitivně vyhrál VT. Radioastronomové dokázali existenci slabších rádiových vln, nutně vyslaných vzdálenějšími galaxiemi. 11 S podporou Wilsonova a Penziasova objevu reliktního záření v roce 1965 nebylo pochyb, že byl vesmír v mladších dobách hustší a teplejší. 12 Pozice modelu horkého VT se v roli vedoucí teorie už jen utužovala. Avšak začaly nové spory v jejím nitru, spory o povahu VT. Už během hledání důkazů pro platnost teorie VT se 5 Srov. MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, s. 286. 6 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 27. 7 Viz Tamtéž, s. 28. 8 Srov. MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, s. 285-286. 9 Viz tamtéž, s. 289. 10 Katalog 4C byl sestaven roku 1965 radioastronomem Martinem Rylem. (MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, s. 287.) 11 Viz MURDIN, Paul. Tajemství vesmíru: jak jsme objevovali kosmos, s. 286-287. 12 Srov. STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 28. 7

objevovaly subteorie. Robert Dicke například ve své variantě přidal k začátku vesmíru VT, i jeho konec Velký křach. Na závěr přehledu o soupeření teorií řekněme, že Einsteinova představa o vesmíru byla překonána, ale zároveň stále žije OTR jako předpoklad všech dalších teorií, včetně teorie VT, resp. inflačního modelu a cyklického modelu. Otázkou je, zda nenadchází další zlom, který zlomí vaz i upravené teorii VT, byť jeho zastánci opět věří, že nalezli řešení vesmírných otázek. 8

2. INFLAČNÍ MODEL Při hledání odpovědi na otázku, co se dělo před VT, si nejprve teorii, která tento fenomén postulovala, představme. Jedná se spíše o soustavu menších teorií, společně budujících to, co se nyní zve inflačním modelem (IM). Jako IM se označuje upravená teorie VT. V základu modelu se nachází předpoklad ohromné exploze VT, při němž se vesmír (časoprostor) vyjevil do existence z nesmírně energetického bodového stavu 13 fyzikové přejali matematický termín singularita. 14 Od tohoto aktu před cca 14 miliardami let se vesmírný časoprostor rozpíná, čímž chladne. Ke standardnímu modelu zformulovaném ve 20. letech 20. století, přibyly v 80. a 90. letech další komponenty: temná hmota, temná energie a zejména koncept inflační fáze v raném období vesmíru, který předpokládá inflační sílu. 15 Autorem pojmu VT byl, k velké nelibosti zastánců teorie, její největší odpůrce a přední postava opoziční TUS Hoyle, jenž tak shrnul do té doby nepojmenovanou teorii. 16 Název je zavádějící. Konotace k daným pojmům jsou k fenoménu počátku, jak ho definuje teorie VT, nesprávné. Předně, počátek není velký, naopak. Teoretikové ho spatřují v singularitě. A nejedná ve své podstatě ani o třesk, poněvadž aktu nebyl přítomen vzduch. 17 Na začátku 20. století byl počátek velmi aktuální. Po tom, co Hubble podal důkaz expanze vesmíru, se otázka po počátku vesmíru, jevila logická. Poněvadž má-li vesmír vývoj (červený posuv galaxií znamenal jejich pohyb směrem od nás), má i minulost, která vede až k počátku. Statický vesmír, jsa beze změn, historii neměl. Ve věčném vesmíru nebyl ani důvod po ní pátrat. Důvod poskytla představa dynamického vesmíru, která přirozeně excituje otázku, jak a proč vesmír vznikl? Později se přidružila i otázka, kam vesmírná životní pouť směřuje? 13 ŽÁK, Vojtěch. Velký třesk nebo ekpyrotická kosmologie? [cit. 2015-03-13]. Dostupné z: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=106. 14 Pro matematiky je singularita stav, kdy rovnice nemají řešení. Pro fyziky je to stav, kdy rovnice kolabují a popis na nich založený ztrácí pro daný jev platnost, což se děje i s Einsteinovými rovnicemi, když se jimi snažíme uchopit Velký třesk. (ULLMANN, Vojtěch. Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu: Prostoročasové singularity. [cit. 2015-04-06]. Dostupné z: http://astronuklfyzika.cz/gravitace3-7.htm.) 15 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 25. 16 Viz KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 65. 17 Viz Tamtéž, s. 66. 9

Překvapivě prvním člověkem, jenž vytvořil počátek vesmíru, byl literát Edgar Allan Poe spatřil jej v superatomu. 18 Tutéž myšlenku horkého prvotního atomu 19 v počátku vesmíru opečovával Lemaître. Zásluhou jeho neodbytnosti se o ni začaly zajímat vědecké kruhy. Fridman upravil Einsteinovy rovnice do souladu s rozpínajícím se vesmírem a připravil tak půdu pro přijetí VT. VT ovšem moderní kosmologie chápe šířeji jako plazmatické období vesmíru do vzniku atomů a nástupu temného věku. 20 Velmi agilní tváří, rodící se teorie, byl Gamow, který se snažil VT vysvětlit vznik prvků, což se mu podařilo jen částečně (u lehkých prvků). 21 To ho navedlo na předpoklad, že vesmír, aby mohl syntetizovat prvky, musel být v této počáteční fázi skutečně velmi horký, tudíž by ještě v současnosti mohlo vesmírem cestovat fosilní záření emitované právě při VT. Záření bylo skutečně zachyceno. Extravagantní myšlenka masivní vesmírné exploze byla přijata a ustanovil se tzv. standardní model. Postupem času se projevovaly nedostatky teorie, Alan Guth byl prvním upravovatelem. VT podle něho vznikl ze stavu falešného vakua, 22 v němž byly čtyři základní síly sjednoceny. Vlivem spontánního narušení symetrie přešel do stavu skutečného vakua s rozdělenými silami. Při tomto tzv. fázovém přechodu došlo k uvolnění nahromaděné energie, což se projevilo jako ohromná inflační perioda, během níž se vesmír rozvinul. 23 Teorie VT se přerodila do IM. Zde je čas se podívat přímo na IM, proč je konkrétně tento model vedoucí teorií. 2. 1. Proč je inflační model převažující teorií IM do čela kosmologických teorií vynesly výsledky ze sondy WMAP, 24 shodující se s předpověďmi inflačních kosmologů. Silnou stránkou modelu je maximálně 10% odchylka 18 KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 58. 19 Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s 18. 20 Srov. KULHÁNEK, Petr. Moderní kosmologie: aneb jak přednášet o kosmologii? Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/download/kosmologie.pdf, s. 21. 21 Viz KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 61. 22 Vysokoenergetické nestabilní vakuum, při jeho rozpadu se uvolní přebytečná energie jako záplava částic, která směřuje do stavu skutečného vakua stavu s nejnižší energií. (Viz VILENKIN, Alex. Kolik existuje typů vakua? Dostupné z: http://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/kolik-existuje-typu-vakua-215/?switch_them e=mobile). 23 Viz KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 87. 24 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe je sonda zkoumající anizotropii mikrovlnného záření, namířená na hranici dohlednosti, odkud zachycuje relikty světla vyslaného v době téměř před 14 mld. let, čímž poskytla 10

předpovědí s pozorováním. Steinhardt a Turok zdůrazňují, že s takovou přesností nejsme schopni předpovědět ani zítřejší počasí. 25 Taková shoda teorie s měřením vábí ke korunovaci IM jako konečné teorie i přesto, že není prost pouhých neověřených předpokladů a hypotéz. 26 IM ovšem nestojí pouze na obrazu z WMAP, to je pomyslná třešnička, díky níž ho přijala většina kosmologů, ale i na dalších pozorováních, např. na: vytváření galaxií, rozložení infračerveného a rentgenového záření, spektra rychlostí, kterými se vzdalují galaxie, vzdálenosti explodujících supernov a výskytu různých prvků. 27 Kdyby tento model měla nahradit jiná teorie, musela by vysvětlit toto vše. Dle Michia Kaku 28 existují tři hlavní důkazy podporující teorii VT. 29 Prvním je rozpínání vesmíru dokázané Hubllem, který mimo objev, že se vesmír rozpíná, což znamená, že se nutně rozpíná odněkud, od nějakého počátku, zjišťoval i rychlost rozpínání. Po několikaletých peripetiích vědci dospěli k přijatelné hodnotě Hubblovy konstanty, 30 která ve své převrácené podobě udává stáří vesmíru. Tudíž víme, že existoval nějaký počátek, i jak dlouhý vývoj vesmír prodělal. Vědci vyvíjí snahu přehrát jej pozpátku a nalézt okolnosti a příčiny vzniku vesmíru. U druhého důkazu hrála důležitou roli TUS, resp. Hoyle, jenž se snažil VT vyvrátit, až ho naopak podpořil. V podstatě pomohl Gamowovi, který uvázl, vytvořit teorii vzniku všech prvků, která platí dodnes. Třetím důkazem bylo mikrovlnné záření, které Gamow předpověděl, Penzias s Wilsonem našli a WMAP zmapovala; ještě později (r. 2009) dokonalý obraz přinesla sonda Planck. 31 první jasný obraz mladého vesmíru. (Srov. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. NASA: National Aeronautics and Space Administration. Dostupné z: http://map.gsfc.nasa.gov/.) 25 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 22. 26 Př. Hypotézy o temné hmotě a temné energii, které z principu nemohly být experimentálně prozkoumány. Veškeré informace jsou nepřímého charakteru. (Srov. KULHÁNEK, Petr. Moderní kosmologie: aneb jak přednášet o kosmologii? [cit. 2015-03-6]. Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/download/kosmologie.pdf, s. 43-44. 27 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 22. 28 Teoretický fyzik, následník Einsteinovy snahy o nalezení sjednocující teorie čtyř základních sil, spoluzakladatel strunové teorie a popularizátor vědy. (Viz KAKU, Michio. MK: Dr. Michio Kaku. [cit. 2015-04-28]. Dostupné z: http://mkaku.org/home/about/.) 29 Srov. KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 57-69. 30 Součást Hubblova zákona formulujícího rychlost vzdalování galaxií na základě jejich vzdáleností. 31 Srov. KULHÁNEK, Petr. Fenomenální sonda Planck. Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/bulletin/2013_41_p la.php. 11

Hledání fosilního záznamu samotného velkého třesku 32 plynulo z hlavní charakteristiky VT nesmírné teploty, jež s vysokou pravděpodobností stále zbytkově proudí ve vesmíru. IM kraluje na základě observačních důkazů odpovídajících predikcím modelu. Pro kompletní obraz ukážeme i druhou stranu modelu, jeho nedostatky. 2. 2. Problémy inflačního modelu IM přinesl řešení mnoha problémů a zdá se, že perfektně vysvětluje genezi a vývoj vesmíru, nicméně nepodává kompletní obraz. Oplývá problémy, které není schopen vysvětlit, zároveň v něm figurují neověřená fakta. Tento stav odráží samotné slovo model v názvu, konotující myšlenkové schéma s neúplnými kvalitativními aspekty. Model akcentuje (ne mnoho) rysů zkoumaného jevu dle problému, o jehož vysvětlení usiluje. To znamená, že model je z definice neúplný a zaměřený na konkrétní stránku jevu, nikoliv na celek. 33 IM, jak je patrné z výše uvedeného popisu modelu obecně, vysvětluje konkrétní problém překotnou expanzi vesmíru krátce po jeho vzniku; model zrychlené expanze je tedy jen jednou částí teorie VT. IM tvoří nejméně ještě tři další hlavní části (Viz kap. 2.), proto nelze vyloučit, že časem přibyde další. IM vypadá nastavovaně a působí neúplně, tím spíše, že některé jeho komponenty (př. inflace) nejsou experimentálně podloženy. V následujících pododdílech představujeme nejfatálnější problémy IM, které by mohly být důvodem hledání výstižnější a méně komplikované teorie. Možná ale níže řešené problémy nejsou tak fatální a pozici IM neohrožují. IM dlouho odolává a snad se stal nedotknutelnou teorií. Steinhardt a Turok k tomuto podotýkají, že Řada odborníků dnes nedostatky inflačního modelu bagatelizuje. 34 Snad odborníci vynakládají mnoho úsilí na udržení teorie, která působí jako disipativní struktura. V době přijetí IM (tj. díky jeho souladu s daty z WMAP), se pokládal za životaschopný pouze inflační model s přidáním temné energie. 35 Za přijetí vděčí zejména své nejjednodušší verzi. 36 IM sám nyní prozrazuje nejistotu na postu vítěze už nepředstavuje jedinou silnou teorii, existuje několik rozličných odrůd, např.: stará, nová, teplá, hybridní, 32 KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 62. 33 Srov. SVOBODOVÁ, Jindřiška. Model jako metoda bádání. [cit. 2015-03-09]. Dostupné z: https://is.muni.cz/www/384/39729824/prisp_model_js_2013_up.pdf, s. 4. 34 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 24. 35 Tamtéž, s. 61. 36 Viz tamtéž, s. 233. 12

asistovaná, věčná, chaotická, rozšířená, dvojitá, elektroslabá, hyperpřirozená inflace a také hyperinflace. 37 Uvedli jsme výčet různých nedostatků, nyní se podívejme se blíže na hlavní námitky. 2. 2. 1. Umělost inflačního modelu Jedna z námitek vůči IM naráží na nesourodost modelu. Jednotlivé díly upravené teorie VT jsou systematicky zakomponovány dle přesně vypočítaných parametrů, aby vydaly celkový funkční obraz vesmíru, tj. obraz shodující se s pozorováním. Steinhardt a Turok shrnují obsah námitky vyjádřením, že inflační model vypadá vyumělkovaně. 38 Upozorňují na postupné vylepšování teorie a umělé ladění dodávaných komponent k již existujícímu základu. Taková metoda sestavení teorie odporuje standardně užívaným postupům. Vědci usilují o všezahrnující vysvětlení, které relativně jednoduchým principem elegantně propojí jevy do jedné teorie. Odborníci dávají v souladu se zásadou Occamovy břitvy přednost teoriím, nabízejícím jednodušší vysvětlení s menším počtem nutných parametrů a složek. Oproti tomu je IM složenina z různých prvků, které během desetiletí přistupovaly jako dodatky. V čele kosmologických teorií tedy stojí postupně nastavovaná teorie, jejíž díly dokonale nezapadají. Každý, než byl přidán, musel být patřičně obroušen, aby zapadl do struktury modelu. 39 To, že IM je slepeninou nesourodých myšlenek posledních dvou desetiletí, k nimž přibyla podivná směs obyčejné hmoty, temné hmoty a temné energie, 40 uznávají i sami kosmologové, kteří jej přijímají, nicméně dodávají, že když inflační model je ten poslední, který přežívá, musí být správný. 41 Steinhardt a Turok si naopak myslí, že nutnost neustále IM vylepšovat, dokazuje, že není vítěznou teorií. 42 IM není schopen vysvětlit ani to, jak spolu jeho části souvisí. 37 Viz GREENE, Brian. Struktura vesmíru: čas, prostor a povaha reality, s. 366. 38 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 24. 39 Srov. tamtéž, s. 25. 40 Tamtéž, s. 62. 41 Tamtéž. 42 Viz tamtéž, s. 25. 13

2. 2. 2. Nutnost inflace V souvislosti s výše artikulovanou námitkou, se otvírají i dílčí otázky, týkající se původu a působnosti síly, na níž je IM založen. Inflační část, byť je hlavní výsadou IM oproti modelu VT, obestírá řada otazníků, na které zastánci teorie neodpovídají. IM zavádí období zrychleného vývoje vesmíru inflaci. Tento aspekt konstatují, protože díky přítomnosti inflační periody v modelu vychází lepší shoda s pozorováním (absence monopólů, plochost vesmíru), 43 než v původním modelu. Hlásí se otázka, která nebyla zodpovězena: Proč se v počátečních stádiích vesmír rozpínal rychleji (dokonce rychleji než rychlost světla)? 44 Když odborníci nejsou schopni podat řešení, nabízí se samovolná odpověď nelze říci, že se vesmír skutečně rozepnul v inflační periodě rychleji, nýbrž tento předpoklad je spíše doplňkem, vysvětlujícím vyskytnuvší se problémy, na které dřívější teorie nestačila. Možnost inflací vysvětlit vesmírné záhady se stala jediným kritériem jejího přijetí bez ohledu na otázky, vynořující se okolo inflace samotné. Inflace je teoretické jsoucno, takže je tu možnost, že ve skutečnosti nenastala. Třeba za pozorovaným stavem současného vesmíru tkví něco docela jiného. Inflace sama vyvolává další otázku. Jakožto děj potřebuje příčinu, která tento děj vyvolala. Zde už hovoříme o nějaké síle, jež způsobila exponenciální rozpínání vesmíru. Nová otázka zní: Kde se vzala enormně velká síla, která způsobila exponenciální rozpínání vesmíru? 45 To je pro kosmology další záhada, na níž neznají odpověď. Vtírá se myšlenka, že taková síla pochází ze stavu vesmíru před VT. Dle Petra Kulhánka počátek vesmíru v singularitě, který logicky vyšel na základě OTR, boří rovnice. Singularita není nutná, resp. není nutná její nekonečná hustota a teplota, ale jde o maximum jejich hodnot. Takže před svým maximem by měly mít hodnoty nižší, což by znamenalo, že existovalo nějaké předtím. 46 43 Viz KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 87-88. 44 ŽÁK, Vojtěch. Velký třesk nebo ekpyrotická kosmologie? [cit. 2015-03-16]. Dostupné z: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=106. 45 Tamtéž. 46 Viz KULHÁNEK, Petr. Moderní kosmologie: aneb jak přednášet o kosmologii? [online]. [cit. 2015-03-16]. Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/download/kosmologie.pdf, s. 39. 14

Inflace evokuje ještě dva dotazy. Jednak si logicky můžeme položit otázku: Proč záhadná inflační síla působila jen po určitou dobu? Co tuto inflační fázi ukončilo? 47 A za druhé se můžeme tázat, zda inflace zmizela skutečně, nebo nastane v budoucnu další inflační fáze? Kosmologie tyto otázky subsumuje pod problém ladného konce. 48 Nicméně fyzikové si lámou hlavu spíše nad otázkami, které se zabývají konkrétním časovým určením doby, po kterou se měl vesmír exponenciálně rozpínat, aby vznikl vesmír, který okolo pozorujeme. 49 Takové nastavení je samozřejmě opět umělé. Z výpočtů, jak dlouho mohla inflace působit, aby vznikl vesmír, který pozorujeme, dostaneme číselný poznatek, jenž je ale nepřímou odpovědí na otázku, proč působila inflace po tuto určitou dobu poněvadž vesmír vypadá tak, jak vypadá. Je to odpověď kruhem, spíše popisné vyjádření stavu, než vysvětlení příčiny. Co se týče druhé otázky. Podobnou otázku si položil patrně i Andrej Linde, autor modelu chaotické inflace. Nevíme-li, proč inflace působila jen v omezeném časovém úseku, a nevíme ani, co ji ukončilo, nemůžeme s jistotou konstatovat ani to, že se jedná o proces skončený, resp. že se jedná o proces jednorázově odehraný v mladém vesmíru. Inflace se může objevit kdykoliv znovu. Dle chaotické inflace náš vesmír vznikl jako přifouknutá bublinka v rámci většího celku, z něhož raší podobně další vesmíry, i náš vesmír se může stát podložím pro nafouknutí dalšího vesmíru. 50 Expanze našeho vesmíru se zrychluje. Vědci se shodují, že se tak děje vlivem temné energie. 51 Nemůže se to tedy dít vlivem nezastavené a stále působící inflace, která není tak prudká jako na začátku, protože vesmír je již obrovský a přítomnost hmoty rozpínání brzdí, ale díky neustálému ředění hustoty hmoty se expanze opět zrychluje, poněvadž temná energie postupně převažuje? IM inflaci a temnou energii, i přestože jsou podobnými silami, sice do souvislosti neuvádí, ale nemůže být temná energie inflační silou a vlastně přirozenou vlastností vesmíru? Nemohl být vesmír před VT ve stavu koncentrované temné energie, dokud nedosáhl maxima tohoto stavu a dal vzniknout VT? Fyzikální hledisko popisuje, jak něco je, resp. jak se něco jeví, že je. Snaží se podat vysvětlení, jak se věci dostaly do stavu, v němž zrovna jsou, tedy i jak vznikly. Jak podotýká 47 ŽÁK, Vojtěch. Velký třesk nebo ekpyrotická kosmologie? [cit. 2015-03-16]. Dostupné z: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=106. 48 Viz KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 92. 49 Viz tamtéž. 50 Viz tamtéž. 51 Srov. STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 56-57. 15

Brian Greene, kosmologie nám nemůže podat víc, než možná vysvětlení, jak se věci udály. Může nám dát přijatelný a co nejucelenější náhled na věc, který nám umožní jev uchopit, abychom mohli díky znalosti problematiky klást filosofické otázky a zkoušet na ně podávat co nejkonzistentnější odpovědi. 52 Filosofické hledisko nanucuje otázky, proč něco je a proč je to právě tak, jak fyzikové tvrdí, a ne jinak. Filosofie by chtěla znát příčiny toho, co je, které se ve fyzikálním světě vždy nepodaří objasnit. Nicméně filosofie může svou otázkou iniciovat diskusi, hledání, či zkusit navrhnou vysvětlení, nebo alespoň možný směr. Každopádně inflace je všeobecně přijímaná jako řešení řady kosmologických problémů (př. problém horizontu), 53 přestože nikdo přesně neví, jaký je její konkrétní mechanismus a co ji nakonec zastaví. 54 Přisvědčuje i Kaku: I když dnešní teorie inflace dokáže vysvětlit široké spektrum vesmírných záhad, neznamená to ještě, že je nutně správná. 55 Dodejme, že nemusí být tím pádem správný ani vyšší celek IM, který tato dílčí teorie spoluutváří. 2. 2. 3. Počátek časoprostoru Otázku počátku jsme částečně rozebrali v kap. 2., kde vznikala historicky na základě nového objevu. Dynamický vesmír se jevil jako děj. A děj je z lidského hlediska proces mající počátek a konec, takže se mladá a teprve se ustavující teorie VT možná nechala vmanévrovat do počátku vesmíru i časoprostoru otázkou: Odkud se vesmír rozpíná? Počátek rozpínání VT nemusí být to stejné jako počátek vesmíru, časoprostoru, ale jen počátek další vesmírné éry, anebo jen jednoho paralelního vesmíru, totiž našeho, který vyrašil z jiného, mateřského, v němž se potenciálně nacházel před VT. Další důležitá námitka vůči IM míří právě na předpoklad, že čas má počátek. 56 Počátek času je prastarý filosofický problém, se kterým se zjevně potýká i fyzika, jejíž zákony hovoří o vývoji věcí v čase, a ne o počátku samotného času. 57 Steinhardt a Turok doplňují, že fyzikové navrhli imaginativní modifikaci známých zákonů tak, aby popisovaly, jak se čas a prostor vynořily do existence 58, a že i když toto připustíme, nedostane se nám 52 Srov. GREENE, Brian. Elegantní vesmír: Superstruny, skryté rozměry a hledání finální teorie, s. 320. 53 Srov. Problémy standardního modelu. Aldebaran. [cit. 2015-03-13]. Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/as trofyzika/kosmologie/problemy.html. 54 KAKU, Michio. Paralelní světy: putování stvořením, vyššími dimenzemi a budoucností vesmíru, s. 92. 55 Tamtéž, s. 104. 56 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 26. 57 Tamtéž. 58 Tamtéž. 16

vysvětlení, proč vesmír započal ve stavu s tak vysokou koncentrací energie, jaká je potřebná pro inflační obraz? 59 I toto by zároveň nahrávalo první námitce o vyumělkovanosti modelu, neboť vysoce energetický začátek bez podpory nějakého vysvětlení opět působí jako uměle vytvořené podmínky pro IM. Jestli vesmír měl, nebo neměl počátek, je důležitá otázka, která má dopad na naše chápání vesmíru jako takového i na jeho vývoj. Její zodpovězení je rovněž důležité pro další posun našich znalostí o vesmíru, příp. soustavě vesmírů. V rámci zkoumání kosmologických záhad se nyní podíváme na alternativní cyklickou kosmologii, která např. otázku počátku řeší zcela odlišně. 59 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 26. 17

3. CYKLICKÝ MODEL Než se pustíme do zkoumání samotného cyklického modelu (CM), ujasníme si několik termínů. Charakterizujeme si oscilační kosmologii, pod níž cyklické modely řadíme. Na příkladu Fridmanova vesmíru znázorníme rozdíl mezi klasickými cyklickými modely a Steinhardt-Turokovým, někdy též zvaným jako ekpyrotický model. My jej ovšem budeme nadále zvát CM, protože jej tak zvou sami tvůrci. Existuje rozdíl mezi jeho (původní) ekpyrotickou verzí a CM, který objasníme. Oscilační kosmologie alias kosmologie cyklická je třídou modelů, které se vyznačují cyklickou evolucí vesmíru. Tvoří protipól konceptům s evolucí jedinečnou (např. IM). Podstatou je nekonečné univerzum, nemající absolutní počátek ani konec. To umožňuje absenci ožehavých otázek, kde se vesmír vzal, jaký je počátek a proč, kam směřuje, jak skončí a proč. Obecné schéma je následující: Uzavřený vesmír po určitou dobu expanduje, při určitém objemu či z nějaké příčiny se expanze zastaví a nastane fáze kontrakce, načež se vesmír zhroutí do miniaturního objemu o vysoké hustotě, z něhož se rozpínal a ze kterého se bude opět rozpínat nový vesmír, jenž svým kolapsem dá vzniknout dalšímu. 60 Celý proces přechodu od konce jednoho cyklu v začátek dalšího se může dít v pravidelném, nebo nepravidelném intervalu. 61 Řetězec cyklů směřuje na obou stranách časové osy do nekonečna. Cyklické modely se jevily jako skvělá alternativa pohřbené TUS. Jednak postulovaly nekonečnou existenci vesmíru. A za druhé nebyly tak naivní, aby se snažily vyrovnat dokázanou expanzi vesmíru doplňováním hmoty. Průběh cyklů může být i takový, jak popisuje teorie VT. Cyklické modely tak kombinují nejlepší momenty TUS a teorie VT. 62 V moderní době se idea cyklických vesmírů objevovala zvláště od dob OTR. Fridman při řešení gravitačních rovnic formuloval jako jednu z možností oscilující vesmír, rozpínající se do svého velikostního maxima, od něhož se zase smršťuje, až dokud se nezhroutí do bodu, ze kterého se znovu bude rozpínat. 63 O možný oscilující scénář se zajímal i sám Einstein. Ten 60 Oscillating Universe theory. WORLD ENCYCLOPEDIA. Encyklopedia.com. [cit. 2015-04-08]. Dostupné z: http://www.encyclopedia.com/doc/1o142-oscillatinguniversetheory.html. 61 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 167. 62 Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s. 118. 63 Viz tamtéž, s. 117. 18

v něm však hledal náhradu za nekonečno ze statického vesmíru. 64 Obdobně hledal i Lemaître, protože počátek považoval za nedostatek. 65 Steinhardt-Turokův (S-T) model se liší způsobem ukončení cyklu a znovuzrozením dalšího kolizí dvou bran, díky níž se vesmír nesmršťuje do singularity. Proces se děje v dodatečném rozměru, který jediný se scvrkává, zatímco ostatní rozměry se nadále rozpínají. Liší se rovněž využitím temné energie. Hlavní odlišností je hypotéza paralelních světů (bran), které tvoří jádro modelu. V tomto ohledu dle Greena 66 rozšířili kosmologii o novou odrůdu paralelních vesmírů o cyklické multiverzum. 67 Myšlenka periodičnosti v modelu nebyla přítomna od začátku. Původní verze inspirovaná M-teorií počítala jen s jednoduchým modelem dvou bran, mezi nimiž se rozprostírá dodatečný rozměr, umožňující interpretaci VT jako srážky bran. 68 Ta měla vysvětlit příčinu VT, nahradit singularitu a inflaci. Tato původní představa dostala název ekpyrotický model, v němž autoři odkazují na antické představy o zrození vesmíru z ohně, na ekpyrósis. Analogii spatřují skrze oheň a horké plazma, jímž je vesmír po kolizi naplněn. 69 3. 1. Steinhardt-Turokův cyklický model CM vznikl jako snaha Paula J. Steinhardta společně s Neil G. Turokem nalézt teorii, která by odpovídala stejně dobře pozorování jako IM, ale vyvarovala se jeho nedostatkům, (jež oba velmi dobře znali, neboť svého času oba přispěli k vybudování standardního scénáře"), 70 protože nesouhlasili s prezentováním IM jako finální teorie i přesto, že na finální teorii obsahuje ještě mnoho problémů. 71 Fakticky jde ze strany teoretiků IM spíše o neochotu čekat na poslední, šestý, experimentální důkaz, který ještě nějakou dobu nebude moci být podán kvůli náročnosti sestrojení pozorovací techniky pro jeho zachycení a rozlišení, a také o euforii 64 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 174. 65 Viz tamtéž, s. 173. 66 Dle Greeneho dělení existuje devět druhů paralelních vesmírů. Paralelními vesmíry se zabývá v knize Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, viz seznam literatury. 67 Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s. 117. 68 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 166. 69 Viz tamtéž, s. 149. 70 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 22. 71 Viz tamtéž, s. 23. 19

z pěti předešlých predikčních úspěchů, které patrně dodávají teoretikům IM sebejistotu, že i šestý důkaz, až přijde, přijde v souladu s IM. 72 Obhájci CM podotýkají, že predikce pěti dosavadních důkazů IM, neznamená, že IM je potvrzenou teorií, protože CM observačním testům odpovídá stejně dobře. 73 Proto má smysl počkat na to, jaké výsledky přinese hledání gravitačních vln, poněvadž zde se IM a CM v predikcích rozcházejí. 74 Pokud se gravitační vlny naleznou, bude to úplný konec CM. Gravitační vlny totiž zanechávají otisk v reliktním záření, jsou pozůstatkem vysokoenergetické fáze inflace. 75 3. 2. Charakter cyklického modelu U zrodu CM stála přednáška Burta Ovruta 76 o teorii strun, nadějného řešení zamotané situace elementárních částic 77 a kandidát na sjednocenou teorii fundamentálních sil. 78 CM je inspirován konkrétně M-teorií (teorii superstrun), jejíž hlavním předpokladem jsou (oproti klasickým teoriím strun) brány 79 dvou a více rozměrné objekty dvoubrány, trojbrány atd. 80 Právě ony jsou důležité pro cyklické pojetí, v němž náš vesmír leží na bráně. 81 V teorii vystupuje jedenáct rozměrů, deset prostorových a jeden časový. 82 Z toho jen čtyři jsou rozvinuté, zbylé jsou svinuté a v podstatě nepozorovatelné, proto se nám zdá, že svět je tvořen třemi prostorovými a jednou časovou souřadnicí. 83 72 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 195. 73 Viz tamtéž, s. 192. 74 Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s. 119. 75 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 199. 76 Profesor na Pensylvánské univerzitě zabývající se fyzikou vysokoenergetických částic a teoriemi strun. (Viz Burt Ovrut. Penn Arts and Sciences: Physics and Astronomy. [cit. 2015-03-24]. Dostupné z: https://www.physics.upenn.edu/people/standing-faculty/burt-ovrut.) 77 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 30. 78 Viz tamtéž, s. 29. 79 Pojem brána je zkrácen ze slova membrána, který vystihuje povahu objektu a uvádí se rovněž jako jeden z významu pro písmeno M v názvu M-teorie. (Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s. 109.). 80 Jednobrány (klasické struny) chybí. (Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 133-135.) 81 V této souvislosti se hovoří o bránové kosmologii. 82 Viz GREENE, Brian. Skrytá realita: Paralelní vesmíry a hluboké zákony kosmu, s. 109. 83 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 140. 20

CM obnovuje myšlenku, že vesmír prochází evolučními cykly, 84 viz oscilační kosmologie. Schéma CM je tvořeno dvěma rovnoběžnými trojbránami (bránosvěty), které jsou od sebe odděleny úzkou mezerou. 85 V konceptu M-teorie je každý čtyřrozměrný bod v našem vesmíru uzavřen v tenké vícerozměrné D-bránové stěně, 86 alias každá částice je lineárním objektem v mnohorozměrném světě. 87 Analogicky je vesmír méněrozměrným útvarem ve vícerozměrném světě, přičemž náš vesmír není ojedinělým. V dodatečném rozměru jsme dle schématu úzce odděleni minimálně od jednoho dalšího paralelního (skrytého) světa, ležícího na protilehlé D 88 -bránové stěně. Pro oba útvary platí zákony strunové teorie hmota a světlo se může libovolně pohybovat ve třech rozměrech, ale nikoliv v rozměru dodatečném. Sousedící bránosvěty spolu mohou interagovat jen gravitačně. 89 Hmota ve skrytém bránosvětě přitahuje hmotu v naší bráně. 90 Mezera netvoří konstantní vzdálenost, ale brány se mohou vzdalovat a přibližovat, takže mezera mezi nimi se může uzavírat a otvírat. 91 Celý proces trvá značně dlouhou dobu, protože brány jsou k sobě taženy nepatrnou silou, avšak čím blíže brány jsou, tím roste vzájemná přitažlivost, tedy i rychlost přibližování. 92 Toto schéma iniciovalo pojetí VT jako kolize dvou bran. 93 Zrychluje-li se přibližování, musí nutně nastat kolize. Srážka bran dle Steinhardta a Turoka naplní oba bránosvěty hmotou a zářením se skoro homogenní hustotou, 94 obé vzniká přeměnou části temné energie nahromaděné v předcházejícím vesmíru. Poté ohromná teplota (ale ne nekonečná jako u IM) rozloží hmotu na kvarky a ty stejným procesem vysokoenergetických srážek jako u IM vytvoří veškeré částice. 95 Toto odpovídá fázi VT u IM. 84 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 24. 85 Viz tamtéž, s. 140. 86 ŽÁK, Vojtěch. Velký třesk nebo ekpyrotická kosmologie? [cit. 2015-03-28]. Dostupné z: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=106. 87 Viz Současná kosmologie: Ekpyrotický model. Aldebaran. [cit. 2015-03-29]. Dostupné z: http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/kosmologie/modern.html#ekpyrotic. 88 Písmeno D je zkratka znamenající Dirichtelovy p-brány. (Viz Greene Brian. Struktura vesmíru, s. 331.) 89 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 29-30. 90 Viz tamtéž, s. 140. 91 Tamtéž, s. 144. 92 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 148. 93 Viz tamtéž, s. 144. 94 Tamtéž, s. 145. 95 Viz tamtéž, s. 73. 21

CM přeskakuje inflační fázi, nepotřebuje ji, vesmír se v CM už plochý a hladký noří ze srážky bran, a rovnou vstupuje do éry záření. 96 Další vývoj je shodný s IM. Teplota klesne dostatečně na to, aby se částice stabilizovaly a z neanihilovaných se vytvořily protony a neutrony, dále jádra a atomy. Nastupuje éra hmoty, která společně s gravitací vytvoří hvězdy, planety, galaxie. 97 Stejně jako v IM, jakmile se hmota a záření zředí, převládne éra temné energie a vesmírná expanze se urychluje. Hustota hmoty rapidně klesá a vesmír se ocitá v homogenním stavu s téměř nulovou hustotou hmoty i záření. 98 V tomto takřka prázdném vesmíru nastává éra kontrakce ukončující rozpínání, poněvadž dle CM se vesmír nemůže rozpínat věčně. Tato fáze je založena na změně vlastností temné energie, jež zapříčiní její rozpad alias přeměnu do jiné formy energie. 99 Závěrem kontrakčního období je Velký křach, během něhož dojde ke zmiňované přeměně části temné energie v horkou hmotu a záření, křach se změní v třesk. 100 Vesmír se v novém cyklu začne rozpínat a směřovat opět k éře dominujícího záření. Představili jsme si koncepci CM. Nyní se na základě toho podíváme na jeho přednosti. 3. 3. Přednosti cyklického modelu IM se zatím nedaří propojit s fundamentální fyzikou, což je v době, kdy tendence směřují k nalezení sjednocené teorie, která propojí fyzikální síly a poskytne jednotný a ucelený obraz světa, docela problém. Na tuto situaci zastánci CM odpovídají, že jejich model díky svému založení na M-teorii (považované za slibnou cestu k sjednocené teorii fundamentálních sil), 101 má vyšší pravděpodobnost být jednoduše propojen s fundamentální fyzikou než IM. CM by měl oproti IM skutečně výhodu v případě, že M-teorie bude teorií všeho, ovšem to se zatím nestalo. Autoři kvitují založení CM na novější fyzikální teorii také proto, že má možnost reflexe kosmologických otázek vyskytnuvších se s novějšími objevy, včetně objevů učiněných po 96 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 73. 97 Viz tamtéž, s. 74. 98 Tamtéž, s. 74. 99 Viz Tamtéž, s. 74. 100 Tamtéž, s. 75. 101 Viz Theory of Everything: String theory. University of Oregon. [cit. 2015-04-04]. Dostupné z: http://abyss.uoregon.edu/~js/21st_century_science/lectures/lec17.html. 22

formulování IM. CM jsa teorií pozdější, byl koncipován v souladu s nimi, proto by mohl mít potenciál skutečně lépe vysvětlit jevy, s nimiž se IM musel vypořádat až během své existence. Takovým zástupcem je dle tvůrců CM temná energie, která tvoří v CM základní součást, neboť CM byl objevem temné energie inspirován, 102 kdežto v IM představuje jeden z dodatků. 103 Steinhardt a Turok uvádějí, že v době, kdy sonda WMAP přinesla obraz kvantových fluktuací, jejíž variace IM předpovídal, byl IM považován za jediný životaschopný scénář vzniku vesmíru, což mu dopomohlo k širokému přijetí; CM byl v té době téměř neznámý. 104 CM podle svých propagátorů, byť je založený na jiné fyzikální teorii a nabízí zcela jiné interpretační hledisko obrazu z WMAP, odpovídá stejně dobře astronomickým pozorováním jako IM. 105 Avšak aby mohl být přijat jako plnohodnotná alternativa, musí úspěšně vysvětlit vše to, co vysvětluje IM díky inflaci. Zejména se jedná o vznik galaxií, tedy o škálově téměř invariantní fluktuace hustoty energie, které jsou klíčem ke vzniku vesmírných objektů a také života. 106 V kap. 1. jsme nastínili proces výměny rolí alternativních a vedoucích teorií. Zvrat nastává nekonformitou převládající teorie s novými objevy. IM konformní je, ale už víme, že uměle. Soulad CM s objevy, zdá se, pramení z jeho podstaty. Jeho autoři jej tvořili již se znalostí nových vesmírných záhad. Otázkou je, jak velký soulad skutečně poskytuje. To je ale odpověď, kterou musí dát obec fyziků a kosmologů. My se spíše podíváme, jakým způsobem je CM prezentován, zda netvrdí více, než na základě samotného konceptu může. 3. 3. 1. Absence počátku CM se vyhýbá ošemetné otázce počátku. Ovšem taková výhoda s sebou nese jiná nebezpečí, vyvěrající právě z podstaty cykličnosti. O tom blíže v kap. 3. 4. 1. VT v CM nevystupuje jako jedinečný počátek všeho, ale jako opakovatelná a opakující se událost, z níž v pravidelném intervalu asi bilionu let povstávají další a další cykly vesmíru. 107 VT v CM ani počátkem času být nemůže. Čas musel existovat již před VT, aby se minulé cykly neodehrávaly v bezčasí. Alespoň jeden předcházející, jehož závěrem je náš VT. 102 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 78. 103 Viz tamtéž, s. 153. 104 Viz tamtéž, s. 62. 105 Viz tamtéž, s. 76. 106 Viz tamtéž, s. 147. 107 Viz tamtéž, s. 30. 23

Přistoupíme-li na předpoklad, že VT je výsledkem srážky dvou bran, musíme souhlasit i s tím, že není počátkem času, protože před VT něco existovat muselo, a to minimálně dvě brány, které se nutně pohybovaly v nějakém časoprostoru. Steinhardt a Turok praví, že kosmická evoluce se znovu a znovu opakuje a nemá začátek ani konec. Minulost je těsně provázaná s budoucností. 108 Přesto ji lze rozdělit na menší úseky, na jednotlivé cykly, které od něčeho začínají. Tímto dílčím počátkem je srážka bran, jež ukončuje jeden cyklus a započíná druhý. Svým způsobem to počátek je, neboť v něm dochází ke kvalitativní změně. Nicméně je jasné, že autoři CM mají na mysli počátek jako prvotní impuls pro vznik vesmíru v absolutním hledisku, kterému se zacyklením vyhnou. V takové interpretaci VT vidí tvůrci CM další výhodu oproti IM, který při hledání svého počátku uvrhuje do problémů Einsteinovu teorii gravitace, jejíž rovnice směrem k VT dávají nekonečné hodnoty. 109 Velký třesk je plně popsatelný fyzikálními zákony, 110 protože v CM ani teplota, ani hustota nešplhá do nekonečných čísel. Vesmír se nehroutí do singularity, brány při přibližování totiž zůstávají napnuté na svých rozměrech. A tak hustota hmoty a záření zůstane tedy v obou bránách konečná a přírodní zákony, upravené M-teorií, si zachovají dobrý smysl. 111 CM model převyšuje IM v tom, že nemusí postulovat žádný počátek ve smyslu absolutního počátku všeho a nemusí tak odpovídat na otázky, jak je možné postulovat počátek vesmíru i času, jak je možný vznik bez příčiny, proč se vlastně vesmír vynořil zrovna v takovém počátku, jaký obhajuje IM. CM se drží pozorovatelné přírodní zákonitosti, že každý následek měl svou příčinu, a příčinu pro vznik vesmíru i pro vznik do takové kondice nám podává. Zákon kauzality hovoří pro nekonečnost (Proč ne zrovna cyklickou?), v opačném případě by se vždy někde vyskytnulo něco jen tak, bez příčiny. (Pokud nebudeme postulovat nějakou vyšší instanci jako je např. První nehybný hybatel či Bůh.) Cykličnost se zde tedy jeví logičtější než výskyt počátku časoprostoru bez příčiny. 108 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 78. 109 Viz ULLMANN, Vojtěch. Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu: Prostoročasové singularity. [cit. 2015-04- 06]. Dostupné z: http://astronuklfyzika.cz/gravitace3-7.htm. 110 STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 73. 111 Tamtéž, s. 145. 24

3. 3. 2. Překlenovací princip Překlenovací princip je termín přímo používaný Steinhardtem a Turokem. Míní tím princip provazující jednotlivé komponenty. Pánové jsou pyšní, že CM takový princip na rozdíl od IM, který je za nahodilost svých komponent kritizován, má. Je jím temná energie. 112 Propojování se v případě CM týká jednotlivých cyklů. S tím souvisí důležitá otázka, analogická k té, co zapříčinilo inflaci, a to, co zapříčinilo pohyb bran proti sobě? Společně s uvedeným tázáním prozkoumáme oprávněnost tvrzení, že se jednotlivé etapy střídají přirozeně jako důsledek přeměňování forem energie. 113 CM má ještě jednu výhodu: Potřebuje mnohem méně komponent než IM. IM potřebuje dvě antigravitační energie (temnou a inflační), které mezi sebou nemají souvislost. 114 Temná energie v CM zaujímá výsadní postavení. Figuruje nejen jako repulzivní energie zrychlující expanzi, nýbrž hlavně jako regulátor zacyklení. 115 Je startérem VT, který je následkem jejího rozpadu v předcházejícím cyklu. 116 Po VT, kdy dominují hustotou záření a hmota, má temná energie charakter potenciální energie. 117 Nicméně hustota temné energie je konstantní a po devíti miliardách let převáží, což se projeví zrychlováním expanze. Nakonec, za bilion let se promění z energie potenciální do energie kinetické, to změní její gravitační účinek, v čehož důsledku se expanze zpomalí, až se zastaví a přejde do kontrakce. Jakmile dosáhne potenciální energie záporných hodnot kolize, vypne se, čímž skončí fáze temné energie. 118 Uvolní místo éře záření. Elastická síla, která táhne brány k sobě, jsou tedy účinky temné energie při přeměně její potenciální energie v kinetickou. Funkce temné energie dává modelu možnost plynulých a přirozených přechodů mezi cykly. Zároveň, jak ukážeme v kap. 3. 3. 3. a 3. 3. 4., představuje temná energie důmyslný mechanismus, díky němuž je vesmír hladký a plochý s potřebnými variacemi hustoty. 119 CM tak vyhovuje pravidlu Occamovy břitvy. Elegantně využívá již existující komponenty namísto zavádění nových teoretických entit. 112 Viz STEINHARDT, Paul J. a Neil TUROK. Bez počátku a konce: nová historie vesmíru, s. 78. 113 Viz tamtéž, s. 158. 114 Viz tamtéž, s. 78. 115 Tamtéž, s. 78. 116 Viz tamtéž, s. 72. 117 Viz tamtéž, s. 75. 118 Viz tamtéž, s. 184. 119 Viz tamtéž, s. 72. 25