Čo bolo pred veľkým treskom? Existovalo niečo konkrétne – niečo vo forme nejakej energie a či hmoty? Alebo neexistovalo absolútne nič?Ale už sú fyzici, ktorí tvrdia, že aj nič je „niečo“

Veľký tresk, Veľký odraz alebo zrkadlový vesmír: Teórie o tom, ako vznikol náš vesmír, sú rozmanité.

Problémy s Veľkým treskom začínajú už samotným pojmom: Nič tu neexplodovalo v konvenčnom zmysle. A čo bolo to, čo explodovalo a čo takú explóziu vôbec spôsobilo? Podľa mnohých odborníkov to bol v prvom rade začiatok priestoru a času, ktoré predtým neexistovali.

Bol to východiskový bod pre podmienky a procesy, ktoré nakoniec dali vzniknúť životu a ľuďom – ktorí tu teraz existujú a  premýšľajú o priestore a čase. Hoci Veľký tresk teda označuje začiatok všetkého, ako zvedavé bytosti sa nemôžeme vyhnúť otázke, čo bolo predtým. Aj keď je slovo „predtým“ opäť len zavádzajúce, keďže čas existoval až potom.

Po tisícročia nebolo to, čo sa stalo pred a na začiatku kozmu, témou prírodných vied. Takéto otázky spadali do sféry filozofie, hovorí filozofka fyziky Jenann Ismael z Univerzity Johnsa Hopkinsa v Baltimore. Ľudstvo sa vždy zaujímalo o to, odkiaľ pochádzame. Mnohé otázky sa ešte viac podrobne riešia: Čo je priestor a čas? Má čas začiatok? Má priestor hranice? Takéto hádanky teraz ale spadajú pod zastrešujúcu oblasť kozmológie. Ale aj po tom, čo sa táto oblasť stala uznávanou vedou, zostali značné medzery, uzatvára Ismael:

„Kozmológia stála na vratkých základoch.“ Tento názor zastával predovšetkým fyzik James Jeans (1877 – 1946). To sa za posledných 100 rokov ale podstatne zmenilo. Kedysi čisto filozofické úvahy teraz prenikli do oblasti teórie, experimentovania a dát. „Tieto staré koncepčné otázky sa teraz vynárajú z novej perspektívy,“ hovorí .

Nie je jasné, či veda ako disciplína a vedci ako jednotlivci niekedy budú schopní definitívne odpovedať na tieto základné otázky. Koniec koncov, nikto nemôže „vidieť“ čo bolo pred Veľkým treskom. A ľudstvo to pravdepodobne nikdy nebude schopné, aspoň nie priamo. Napriek tomu súčasný a budúci kozmos poskytuje cenné indície o dávnej minulosti.

„Ak nie je možné žiadne merateľné rozlíšenie, tak realizujeme jednoducho metafyziku s rovnicami,“ hovorí kozmológ Brian Keating.

A zatiaľ čo odborníci neustále rozširujú hranice nášho poznania, kozmológovia nepriamo testujú svoje odvážne teórie o čase pred Veľkým treskom pomocou dostupných údajov. Zdá sa, že je to jediný spôsob, ako sa priblížiť k potenciálnej pravde. „Som otvorený akémukoľvek teoretickému konceptu o pôvode kozmu, ale beriem ho vážne iba vtedy, ak poskytuje jasný cieľ pre pozorovania, ktoré je možné vykonať pomocou skutočných prístrojov,“ hovorí kozmológ Brian Keating z Kalifornskej univerzity v San Diegu. „Ak nie je možné žiadne merateľné rozlíšenie, robíte len metafyziku s rovnicami.“

Napriek tomu existuje niekoľko konceptov o pôvode kozmu, ktoré Keating a ďalší odborníci berú vážne.

Tu sú tri z nich.

1, Priestor a čas sú neobmedzené.

Kvantová mechanika je fyzika extrémne malých vecí, kde vládne náhodnosť a neistota. Prekvapivo je to tiež ale teória, ktorá mohla formovať raný vesmír. Na počiatku priestoru a času, keď sa vesmír ešte nerozšíril do obrovských rozmerov, zohrávali kvantové efekty kľúčovú úlohu. Aby výskumníci pochopili kvantový kozmos, vypočítavajú, aká je pravdepodobnosť, že by sa konkrétny výsledok mohol dosiahnuť pri danom počiatočnom stave.

V kozmológii poznáme výsledok: Kozmos, ako sa javí dnes. „Otázka znie:

„Aký je pôvodný stav?“ pýta sa Jean-Luc Lehners, vedúci skupiny teoretickej kozmológie v Inštitúte Maxa Plancka pre gravitačnú fyziku v Potsdame.

Namiesto toho, aby sa fyzici pokúšali problém vyriešiť úplne naraz, môžu ho rozdeliť na menšie časti. Najprv považujú súčasný kozmos za výsledok a snažia sa určiť, z akého stavu sa mohol vyvinúť – tento stav nemusí nevyhnutne ležať príliš ďaleko v minulosti. Potom sa odborníci môžu vrátiť o krok späť v čase tým, že tento stav považujú za nový výsledok a určia, aké podmienky ho mohli vyprodukovať skôr v kozme atď.

V princípe sa tento proces môže opakovať donekonečna, čím sa postupne približuje k počiatočnému stavu vesmíru.

Táto nekonečná regresia však nedávala zmysel fyzikom Stephenovi Hawkingovi a Jamesovi Hartleovi, ktorí na tejto téme spoločne pracovali v 80. rokoch 20. storočia. Rozhodli sa eliminovať konečný vstup vesmíru, jeho „začiatok“.

Namiesto toho vyvinuli „návrh bez hraníc“.

V tomto modeli kozmu navrhli, že čas a priestor tvoria uzavretý povrch: štvorrozmernú časopriestorovú hemisféru.

Aj keď naša predstavivosť so štyrmi rozmermi zápasí a neprenikne k nim, možno použiť zjednodušený obraz situácie. To zahŕňa vizualizáciu časového vývoja vesmíru ako „akejsi“ Zeme.

Veľký tresk označuje severný pól. V tomto scenári neexistuje žiadne „predtým“, rovnako ako neexistuje žiadne miesto severne od severného pólu. Pojem „predtým“ sa stáva irelevantným. Jean-Luc Lehners začleňuje túto myšlienku do svojich výpočtov a skúma, či kozmos, ako ho vidíme dnes, môže byť vytvorený z takéhoto sférického modelu.

„Teória bez hraníc nachádza vo fyzikálnej komunite pomerne veľkú podporu alebo aspoň záujem,“ hovorí Sean Carroll, profesor filozofie prírody na Univerzite Johnsa Hopkinsa. Aj keď niektorí odborníci majú obavy o presnosť tejto myšlienky, Carroll ju považuje za „prirodzený východiskový bod“ vzhľadom na naše súčasné chápanie kvantových teórií.

2,  Nekonečne sa opakujúci kozmos

Fyzik Paul Steinhardt z Princetonskej univerzity má úplne inú predstavu o tom, čo sa stalo pred začiatkom kozmos, ako ho poznáme. A to je v rozpore s teóriou, ktorú sám pomohol rozvinúť: inflácia.

Táto teória tvrdí, že časopriestor sa po Veľkom tresku extrémne krátky čas rýchlo rozpínal. Inflácia má vysvetliť, prečo sa pozorovateľný kozmos javí ako plochý a jednotný všade vo veľkých mierkach.

Po spoluzaložení tejto teórie začal mať Steinhardt pochybnosti. Jedným z dôvodov bolo, že koncept sa musel neustále upravovať, aby zodpovedal kozmologickým meraniam. „Je naozaj ťažké nájsť historický príklad, kde by takýto prístup skutočne viedol k správnej odpovedi,“ hovorí Steinhardt. „Je to takmer vždy znamenie, že sa Titanic potápa.“

Preto rozvinul myšlienku cyklického vesmíru: vesmíru, ktorý sa rozpína, ako sa zdá, že sa v súčasnosti deje náš vesmír, potom sa trochu zmršťuje a nakoniec sa opäť začne rozpínať. „Keď ľudia premýšľajú o zmenšujúcich sa vesmíroch, zvyčajne si predstavujú úplný kolaps,“ vysvetľuje Steinhardt.

Podľa jeho názoru sa však vesmír nezrúti späť do nekonečne malého bodu. Podľa Steinhardtovej teórie sa vesmír zmenší na zlomok svojej veľkosti, ale vždy si zachová konečný rozsah.

Podľa tejto teórie je to, čo vyzerá ako Veľký tresk, v skutočnosti „Veľký odraz“. Rýchly prechod medzi kontrakciou a expanziou sa preto nazýva „Veľký odraz“. Táto dynamika vyhladzuje vesmír spôsobom, ktorý sa nedá vysvetliť infláciou, hovorí Steinhardt, čím vytvára vesmír, ktorý sa javí ako plochý a jednotný vo všetkých smeroch.

Steinhardt chce túto myšlienku otestovať nielen s dostupnými údajmi z minulosti, ale aj zaznamenávaním súčasnosti a starostlivým pozorovaním budúcnosti.

„To ukáže, že súčasná fáza zrýchlenej expanzie nemôže trvať večne,“ vysvetľuje Steinhardt. „Musí skončiť.“ Táto myšlienka zase vyvoláva novú otázku: „Mohlo by to už byť skončené?“

Naše merania toho, ako sa vesmír rozpína, pochádzajú zo vzdialených objektov, ktoré svoje svetlo vyžarovali už dávno. Okolnosti sa medzitým mohli zmeniť – možno to ešte nevieme, pretože je veľmi ťažké merať dôsledky.

„Aby sme to zistili, museli by sme sa pozrieť na objekty v bezprostrednej blízkosti,“ hovorí Steinhardt. To však nie je silnou stránkou kozmológov. Museli by vyvinúť nové techniky a nástroje na hľadanie takýchto blízkych efektov.

Podľa Steinhardta je obzvlášť fascinujúce, že počas prechodu z kontrakcie do expanzie sa priestoru „nedeje nič zlé“. Informácie – dokonca aj objekty ako čierne diery – z času pred Veľkým odrazom by sa mohli preniesť do bodu v čase po ňom. „V našom pozorovateľnom vesmíre môžu existovať veci, ktoré pochádzajú z času ‚pred‘,“ hovorí. Mali by sme si to dôsledne preto všímať !!!

3,    Zrkadlový vesmír

Iný pohľad na „čas“ pred Veľkým treskom zastáva Steinhardtov bývalý doktorand, fyzik Latham Boyle z Higgsovho centra pre teoretickú fyziku na Edinburskej univerzite. Podobne ako koncept Veľkého odrazu, aj Boyleov preferovaný návrh je koncepčne dosť jednoduchý – a rovnako sa zaobíde bez kozmickej fázy inflácie.

„Existuje vesmír po Veľkom tresku a vesmír pred Veľkým treskom,“ hovorí, „a v istom zmysle sú navzájom zrkadlovými obrazmi.“

Podľa Boylea si to možno predstaviť ako dotýkanie sa špičiek dvoch zmrzlinových kornútkov, pričom ich bod dotyku predstavuje Veľký tresk. „Čas plynie od Veľkého tresku oboma smermi,“ vysvetľuje.

Na našej strane sa čas pohybuje dopredu; na strane zrkadla sa pohybuje dozadu.

To, čo sa stalo pred Veľkým treskom, je ekvivalentom toho, čo sa stalo potom. A nejde len o čas. V našej časti vesmíru by bola hmota; na druhej strane antihmota. Tu by bola ľavá strana ľavá; tam by bola ľavá strana pravá.

Boyleova myšlienka je založená na takzvanej CPT symetrii, ktorú spĺňajú všetky pozorované fyzikálne javy: Ak v reakcii nahradíte častice antičasticami (t. j. vymeníte náboj „C“), pozriete sa na to cez zrkadlo (obraciate paritu „P“) a pozriete sa späť v čase „T“, reakcia prebieha presne rovnakým spôsobom. Boyle toto pozorovanie zovšeobecňuje jeho aplikáciou na celý vesmír.

Podľa výskumníka by určité pozorovania mohli buď podporiť, alebo vyvrátiť jeho hypotézu o CPT-symetrickom vesmíre. Napríklad takýto vesmír nemohol generovať gravitačné vlny tak skoro po Veľkom tresku – na rozdiel od toho, čo predpovedajú klasické kozmologické modely. Astronómovia už hľadajú takéto „prvotné“ signály gravitačných vĺn. Ak by ich našli, vyvrátilo by to myšlienku CPT-symetrického vesmíru.

Táto myšlienka tiež predpovedá, že temnú hmotu by bolo možné vysvetliť špecifickým typom neutrína. Boyle dúfa, že budúce merania čoskoro poskytnú viac informácií o neutrínach.

Práve súvislosť medzi CPT-symetrickým vesmírom a časticovou fyzikou robí tento prístup takým zaujímavým, hovorí Sean Carroll. Brian Keating súhlasí:

„Páči sa mi na tom, že je to odvážne tvrdenie, ktoré prináša konkrétne predpovede, ktoré experimentálni fyzici ako ja potrebujú.“

Ktorá teória sa presadí?

Väčšina fyzikov a kozmológov má preferovanú predstavu o tom, ako vznikol kozmos. Ale v rozhovore koncom roka 2025 si Lehners nebol veľmi istý, či súčasné modely obstoja v skúške času. „Myslím si, že je úplne absurdné, aby sme pochopili začiatok vesmíru v roku 2025,“ povedal. „Prečo nie v roku 200025 alebo kedykoľvek inokedy?“

Aj keď mnohí veria, že sa blížia k cieľu, môžu smerovať ku klamlivému vrcholu: K tomu frustrujúcemu miestu, ktoré pri túre vyzerá ako najvyšší bod, ale v skutočnosti len blokuje výhľad na skutočný vrchol.

„Vo všeobecnosti si myslím, že je mimoriadne pravdepodobné, že pred Veľkým treskom niečo existovalo,“ hovorí Carroll, „ale je tiež možné, že Veľký tresk bol skutočne začiatkom.“ Existuje príliš veľa vecí, o ktorých si jednoducho nie sme istí, a som skeptický, či je náš súčasný stav technológie dostatočný na to, aby sme z ktoréhokoľvek z týchto modelov vyvodili definitívne závery.

Kozmológovia sa nezaoberajú pôvodom nášho vesmíru, pretože neveria, že táto záhada bude vyriešená ešte počas ich života. Lehners sa vníma ako súčasť projektu, ktorý trvá celé generácie. Pomáha ľudstvu priblížiť sa k pravde, aj keď ju nikdy úplne neodhalí.

„Veda sa často venuje skúmaniu vecí, ku ktorým nemáme žiadny priamy prístup,“ hovorí Jeann Ismael, filozofka fyziky.

Skúmanie takejto fyzikálne a filozoficky neprístupnej témy sa zásadne líši od iných vedeckých oblastí. Otázky sa zvyčajne točia okolo známej ríše priestoru a času. Tu sa však zdá, akoby problémy v princípe ležali mimo nášho chápania.

Pre filozofku fyziky Ismael to však nie je dôvod, aby sa o to nepokúšala:

Veda sa často venuje skúmaniu vecí, ku ktorým nemáme prístup, aspoň nie spočiatku.

Atómy boli predpovedané skôr, ako ich bolo možné zistiť.

Čierne diery a temná hmota stále vzdorujú akejkoľvek priamej detekcii, a napriek tomu je ich skúmanie nepochybne vedeckým úsilím.

„Hlavné kritérium pre to, čo sa považuje za vedu, sa posunulo,“ poznamenáva Ismael.

Tento trend bude pravdepodobne pokračovať – možno sa dokonca vráti v čase do bodu bez minulosti.