| |

Stručná historie (mého) času se Stephenem Hawkingem

Nedávno zesnulý Stephen Hawking je považován za ten druh teoretického fyzika, který byl schopen odhalit nejhlubší tajemství vesmíru. Belgický kosmolog Thomas Hertog ve své  knize O původu času: Finální teorie Stephena Hawkinga, jež právě vyšla, vysvětluje, jak probíhala jejich spolupráce na nové teorii velkého třesku a na nové vizi kosmologie obecně.

Dveře do pracovny Stephena Hawkinga byly olivově zelené, a ačkoliv těsně sousedila se společenskou místností, Stephen měl rád, když byly dveře do jeho svatyně lehce pootevřené. Zaklepal jsem a vešel dovnitř, přičemž jsem měl pocit, že vstupuji do světa, kde čas neplyne a je naplněn myšlenkami a přemýšlením.

Stephen seděl klidně za svým stolem umístěným naproti dveřím, hlavu, pro křehké tělo příliš těžkou, nechal odpočívat na opěrce svého kolečkového křesla. Pomalounku zvedl oči a pozdravil mě přátelským úsměvem, jako by očekával, že půjdu kolem a zastavím se. Stephenova ošetřovatelka mi nabídla židli hned vedle něj, abych viděl na obrazovku počítače. Po monitoru kroužil spořič obrazovky, který hlásal: „Směle se vydat tam, kam se ani Star Trek neodváží.

Stephen Hawking je považován za největšího světového teoretického fyzika druhé poloviny minulého století, s géniem přirovnávaným Albertu Einsteinovi. Ačkoliv většinu svého života strávil paralyzován onemocněním motorických neuronů, přesto napsal největší bestseller všech dob — Stručnou historii času — a byl tvůrcem neobyčejných vědeckých myšlenek až do své smrti v roce 2018, kdy zesnul ve věku svých 76 let.

Takové bylo naše první setkání. Byla polovina června 1998 a já jsem jakožto čerstvý absolvent doktorského studia fyziky na Katolické univerzitě v Lovani trávil své chvíle v útrobách labyrintu DAMTP, světoznámého cambridgeského oddělení aplikované matematiky a teoretické fyziky. DAMTP sídlilo ve staré viktoriánské budově na adrese Old Press Site, na nábřeží řeky Cam, a po dobu téměř tří dekád tvořilo Stephenův základní tábor, epicentrum jeho nápadů a ústřední místo jeho vědeckých dobrodružství. Bylo to právě zde, kde se ze všech sil snažil, byť ke konci neschopný nejmenšího tělesného pohybu, svou myslí ohnout vesmír.

Ticho přerušil zvuk jemného klikání. To Stephen začal mluvit. Hawking přišel o svůj přirozený hlas před více než deseti lety v důsledku tracheotomie po těžkém zápalu plic, a proto komunikoval přes externí počítačový hlasový simulátor. Šlo o zdlouhavý, namáhavý proces.

S pomocí posledních zbytků síly svých atrofovaných svalů slabounce a opatrně klikal malou počítačovou myší, kterou měl vloženou do dlaně pravé ruky. Obrazovka upevněná k opěradlu jeho křesla se rozsvítila, čímž vytvořila virtuální spojení mezi jeho myslí a vnějším světem. Zdálo se, že Stephen se v elektronickém slovníku pohybuje instinktivně — rytmicky klikal myší, která jako by v rytmech Stephenových mozkových vln až tančila. Minutku dvě nato Stephen nasměroval kurzor na ikonu „Mluvit“, umístěnou v levém horním rohu obrazovky, a svým elektronickým hlasem prohlásil: „Vypadá to, že vesmír, který pozorujeme, byl stvořen. Proč je vesmír takový, jaký je?“

Toto byla osudová otázka, která nás zaměstnávala po dobu dvaceti let. To, co začalo jako doktorandský projekt pod Stephenovou supervizí, se vyvinulo do přenádherné a intenzivní spolupráce, kterou ukončil až Stephenův skon 14. března 2018 (což bylo datum zahalené matematickým symbolismem – nejenom známé jako „pí“ den vzhledem k zápisu 3.14, ale bylo to rovněž datum narozenin Alberta Einsteina).

Teorie velkého třesku

Mystérium, které leželo v centru našeho výzkumu v sobě obsahovalo následující otázku: jak se to mohlo stát, že velký třesk připravil ve vesmíru podmínky, které jsou tak příznivé pro život?

Nejhlubší otázky o našem původu vyvádějí fyziku mimo její komfortní zónu, což byla přesně ta oblast, kam se Hawking rád vydával. Představa – nebo naděje -, že se nám podaří rozluštit hádanku kosmického dizajnu, posouvala většinu Hawkingova výzkumu směrem do kosmologie.

Naše společné vědecké snažení nás nevyhnutelně k této otázce přitahovalo. Ve Stephenově přítomnosti nebylo možné uniknout vlivu jeho odhodlání a optimismu, že bychom mohli dokázat rozklíčovat tyto mysteriózní otázky. Stephen způsoboval, že jsem si připadal, jako kdybych psal náš vlastní příběh našeho zrození, což jsme, v určitém smyslu, společně i činili.

Naši předkové měli představu, že zjevný dizajn kosmu předpokládal existenci svého dizajnéra, neboli Boha. Dnes vědci poukazují především na fyzikální zákony. Tyto zákony jsou nesmírně zajímavé svými vlastnostmi, protože jasně podporují život.

Vezměme v úvahu množství hmoty a energie ve vesmíru, jemné poměry sil nebo počet prostorových dimenzí. Fyzikové zjistili, že když by tyto charakteristiky co i v nejmenším pozměnili, vedlo by to k tomu, že vesmír zůstane bez života. Vypadá to téměř jako nějaký univerzální zákon – velký zákon.

Takže odkud pocházejí zákony fyziky? Od dob Einsteina až k ranému Hawkingovi, většina fyziků 20. století rozeznávala matematické vztahy, které byly podkladem zákonů fyziky jako neměnné pravdy. V tomto pohledu je zjevný dizajn vesmíru věcí matematické nutnosti. Vesmír je takový, jaký je, protože příroda neměla jinou možnost.

Na přelomu milénia se ale objevilo i jiné vysvětlení. Je možné, že žijeme v multiverzu, což je obrovský prostor, který se rozprostírá jako různobarevný patchwork složený z jednotlivých vesmírů, každý se svým vlastním druhem Velkého Třesku a fyzikálních zákonů. Statisticky by dávalo smysl, že by několik těchto vesmíru mohlo přestavovat místa vhodná pro život. Nicméně tyto neověřitelné představy o multiverzu zakrátko narazily na spirálu paradoxů.

Lze tento problém pojmout i lépe? Věřili jsme se Stephenem, že to možné je. Ale podmínkou byl jeden předpoklad, který nám rovněž diktuje moderní kosmologie. A sice, že opustíme myšlenku, že by naše teorie uvažovala o Božím pohledu, tedy o možnosti, že by Bůh nějak existoval mimo vesmír.

Toto je zřejmá a zjevně tautologická otázka: kosmologická teorie musí počítat s faktem, že ve vesmíru existujeme. „Nejsme andělé, kteří by se dívali na vesmír z vnějšku“ řekl mi Stephen. „Naše teorie nemohou být nikdy od nás oddělené“.

Vesmír naruby

Rozhodli jsme se přehodnotit kosmologii z jiné perspektivy a tak řečeno ji obrátit naruby. Vyžadovalo to přijmout podivná pravidla kvantové mechaniky, což je teorie, která řídí mikrosvět částic a atomů.

Kvantová mechanika říká, že částice se mohou vyskytovat ve stejném okamžiku na různých místech – což je vlastnost nazývaná superpozice. Pouze když je částice podrobena aktu pozorování, nabývá (náhodně) určitou pozici. Kvantová mechanika rovněž pracuje s náhodnými skoky a fluktuacemi, což je například jev, kdy se částice objeví z prázdného prostoru a opět zmizí. V kvantovém vesmíru tedy hmatatelná minulost a budoucnost splývají do mlhoviny možností v průběhu kontinuálního procesu pozorování.

Samozřejmě, tato kvantová pozorování nemusí být prováděna lidmi. Pozorovat může i prostředí nebo dokonce samotná jediná částice. Toto nekonečné množství pozorování neustále mění to, co by mohlo nastat v to, co nastane – tedy vede vesmír pevněji do hmatatelné existence. Ve chvíli, kdy bylo něco pozorováno, všechny ostatní možnosti se stávají nerelevantními.

Ve 30. letech minulého století to byl belgický kněz a astronom Georges Lemaître, kdo první předpokládal, že kvantové představy mohou být důležité v popisu toho, co se stalo při Velkém Třesku. Se Stephenem jsme se ubírali stejným myšlenkovým směrem. Když se podíváme do historie na nejranější chvíle vesmíru, a použijeme k tomu kvantovou čočku, odhalíme hlubší úroveň evoluce, ve které se mění a vyvíjejí dokonce i zákony fyziky, v synchronní kooperaci se vznikajícím vesmírem.

Tato meta-evoluce nese příchuť Darwinismu. Variace se objevují proto, že náhodné kvantové skoky vedou k častým malým, a občas i rozsáhlým, odchylkám od deterministického chování. Selekce se objevují proto, že některé z těchto odchylek mohou být zmnoženy a zafixovány, díky kvantovému pozorování. Vzájemná souhra těchto dvou protichůdných sil – variace a selekce – tvoří v primordiálním vesmíru větvící se strom fyzikálních zákonů.

Výsledkem tohoto výzkumu je důkladná revize základů kosmologie. Až doposud kosmologové uvažovali s původními podmínkami, které existovaly v době velkého třesku, a zkoumali, jakým způsobem se z nich vyvinul současný vesmír. My jsme však zjistili, že to, o čem jsme si mysleli, že byly „původní podmínky“, byl ve skutečnosti výsledek evoluce. Dimenze, síly a druhy částic transmutují a diverzifikují ve výhni horkého Velkého Třesku, tak nějak podobně, jako probíhal vznik biologických druhů o biliony let později. Nabývají svých efektivních forem teprve v okamžiku, kdy se se vesmír začíná rozpínat a ochlazovat. Nicméně náhodnost, která je v tomto procesu obsažena, znamená, že výsledek této evoluce – specifický soubor fyzikálních zákonů, který způsobuje, že náš vesmír je tím, čím je – může být pochopen jedině retrospektivně, tedy ex-post facto.

Někdo by mohl říct, že vesmír představuje superpozici ohromného množství možných světů. My se ale díváme na vesmír ve chvíli, kdy existují lidé, galaxie a planety. To znamená, že pozorujeme historii, která vedla k naší evoluci. Pozorujeme parametry, které se vyznačují správnými hodnotami. Nicméně se pleteme v tom, že tyto parametry byly nějak navrženy, dizajnovány, aby byly přesně takové.

Jádrem naší hypotézy je, že pomocí uvažování zpětně v čase sledujeme evoluci směrem k větší jednoduchosti a menší strukturovanosti. Nakonec se stane nevýznamným i čas, a společně s ním, i fyzikální zákony.

Vesmír jako hologram

Tento pohled je výsledkem holografické verze pojetí naší teorie, ve které jsou čas a kauzalita vnímány jako neodmyslitelné charakteristiky vesmíru. Poslední myšlenky teorie vesmír-jako-hologram jsou zdrojem představy, že čas nejeví charakteristiky primární existence, ale vzniká jako následek interakce mezi velkým počtem kvantových částic (qubitů). Je to podobné tomu, jako vzniká teplota z kolektivního pohybu velkého množství interagujících atomů. Můžeme se odvážit pomyslně cestovat zpět v čase, kdy pohledem do hloubky vesmíru získáme čím dál tím více rozostřený pohled na jeho hologram. Nakonec nám nezbývá žádná informace. Tady někde lze očekávat počátek času, neboli Velký Třesk.

Téměř století jsme studovali původ vesmíru na pozadí neměnných přírodních zákonů. Naše teorie však čte historii vesmíru zvnitřku a zahrnuje, v jeho nejrannějších obdobích, genealogii fyzikálních zákonů. Nejsou to zákony, jak je dnes známe, ale jejich schopnost transmutovat do té podoby, v jaké je dnes známe.

V mnoha ohledech tento pohled přemosťuje konceptuální propast, která od nepaměti oddělovala biologii a fyziku. S použitím metafory lze říct, že kvantový pohled na kosmologii ukazuje, jak obecné principy Darwinismu, které ztělesňují prapůvodní biologický plán, zasahují do nejhlubších úrovní kosmologické evoluce.

Toto mimořádné propojení odhaluje hlubokou jednotu přírody. Bylo proto zcela správné, když před pěti lety, 15. června 2018, byl popel z kremace Stephena Hawkinga pohřben v hlavní lodi Westminsterského opatství mezi náhrobky Charlese Darwina a Isaaca Newtona. Budoucí kosmologická pozorování možná budou schopna najít zřetelné fosilní pozůstatky nejranější úrovně evoluce. Přesná pozorování gravitačních vln, mohou, kupříkladu, odhalit stopy některých rozhodujících okamžiků (větvení) vývoje raného vesmíru. Pokud je zachytíme, Stephenovo kosmologické finále se stane jeho největším odkazem vědě.

Podobné příspěvky