AstroNuklFyzika ® Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie | Gravitace, černé díry a fyzika |
Kapitola 5
GRAVITACE
A GLOBÁLNÍ STRUKTURA VESMÍRU:
RELATIVISTICKÁ
KOSMOLOGIE
5.1. Základní východiska a principy
kosmologie
5.2. Einsteinův a deSitterův vesmír.
Kosmologická konstanta.
5.3. Fridmanovy dynamické modely
vesmíru
5.4. Standardní kosmologický
model. Velký třesk.
5.5. Mikrofyzika a kosmologie.
Inflační vesmír.
5.6. Budoucnost vesmíru
5.7. Antropický princip a existence více vesmírů
5.8. Kosmologie a fyzika
5.7. Antropický princip a existence více vesmírů
Zmíníme se nakonec
ještě o jednom víceméně spekulativním "informačním
kanálu" o globální struktuře a evoluci vesmíru, kterým
je tzv. antropický princip [67],[40], [57]. Někteří
odborníci v astrofyzice a kosmologii (především pak Dicke,
Carter, Hawking, Collins, Wheeler a další) v 60. a 70.letech
poukázali na to, že ze samotného faktu
naší lidské existence plynou některá důležitá omezení na počáteční podmínky a průběh
evoluce vesmíru, jakož i na hodnoty "konstant" a
parametrů ve fyzikálních zákonech *). Skutečně, žijeme v
globálně homogenním a izotropním vesmíru (vykazujícím
však v menších měřítcích výrazné nehomogenity jako jsou
galaxie), obsahujícím převahu hmoty nad antihmotou a
rozpínajícím se rychlostí blízkou kritické prostě proto, že v
nehomogenním, anizotropním, baryonově symetrickém nebo silně
uzavřeném či otevřeném vesmíru by život
nebyl možný.
*) Počátky antropického principu byly předznamenány úvahami
o podivuhodných vztazích a poměrech mezi "velkými
čísly" charakterizujícími fyzikální konstanty
vesmíru a mikrosvěta (např. poměr velikosti vesmíru a
atomového jádra, či poměr vazbových konstant jednotlivých
druhů interakcí), na které již v 30.letech upozornil
Dirac. Jedná se o bezrozměrná čísla
vyjadřující poměry mezi elektromagnetickou a gravitační
silou (mezi elektrony a protony), mezi rozměrem viditelného
vesmíru a rozměrem atomového jádra, či mezi hmotností
pozorovatelného vesmíru a hmotností protonu. Zda určité
nápadné koincidence v poměrech těchto
čísel (lišících se desítkami řádů) jsou náhodné, nebo
mají nějaký hlubší význam? Samotný název antropický
princip poprve použil v r.1968 B.Carter.
Ostatně, označení "princip" je
možná poněkud nešťastné a zavádějící -
nejedná se o žádný ústřední princip ve fyzikálním,
astronomickém či obecně přírodovědeckém poznání.
Antropický "princip" je spíš jakýsi
"konglomerát" specifických myšlenek, koncepcí a
souvislostí, majících co říci k záhadě vzniku a vývoje
našeho tak specifického vesmíru.
Proč
existuje "něco" a ne
"nic" ?
Náš svět je naplněn spoustou zajímavých věcí -
miliardy galaxií, mlhovin, triliony hvězd, planet a dalších
struktur ve vesmíru. Na naší planetě (a
něco z toho možná i na jiných planetách) jsou krásné přírodní útvary - hory, řeky, moře,
stromy a nespočet dalších rostlin a živočichů, my lidé.
Proč všechny tyto zajímavé a složité věci vůbec
existují?: "Proč existuje 'něco',
místo toho aby neexistovalo 'nic'..?.."
- toto je nejzávažnější otázka fundamentální fyziky.
Základní fyzikální zákony, včetně teorie
relativity, kvantové a částicové fyziky, totiž naznačují
že vesmír by s největší pravděpodobností měl být celkem
nudným místem - měl by být temný, nehostinný, bez
makroskopických struktur a tím pádem samozřejmě bez
života... Speciální vlastnosti vesmíru nedovedeme vysvětlit.
Určitou možností to pochopit by byla hypotéza, že žijeme v multivesmíru.
Ve většině jednotlivých vesmírů téměř nic neexistuje,
v naprosté prázdnotě a temnotě se inkoherentně šíří
fluktuující pole a pohybují se jen kvanta polí a částice, bez
jakýchkoli struktur. Ale my žijeme v jednom z těch mála
vesmírů, kde zákony fyziky umožňují aby 'něco'
existovalo - aby mohly vznikat a vyvíjet se složitější
struktury (viz níže "Koncepce
více vesmírů").
Velmi
přesné vyladění !
Fyzikálně
možné stavy, jakých vesmír může nabývat, umožňují vznik
života pouze ve velmi úzkém
rozmezí;
stačí nepatrná odchylka a vesmír bude z fyzikálního
hlediska sice dál existovat, ale již v něm nebude možný
život.
![]() |
Vznik a rozvoj života je možný jen za situace, kdy rychlost expanze vesmíru leží v úzkém "dovoleném rozmezí" kolem kritické rychlosti. |
Konkrétně, rychlost
expanze se nemůže příliš lišit od kritické (únikové)
rychlosti. Kdyby rychlost expanze byla podstatně menší než
kritická, rozpínání vesmíru by se záhy zastavilo a přešlo
ve smršťování, takže by zde nebylo
dost času
pro vznik a rozvoj života. Kdyby se vesmír naopak rozpínal
rychlostí podstatně vyšší než úniková, hmota by se
příliš rychle rozředila a rozptýlila natolik, že by
nemohly vzniknout gravitačně vázané struktury jako jsou
galaxie a hvězdy, které jsou potřebné pro vznik
složitějších prvků a posléze života. V době těsně po
vzniku vesmíru musel být poměr částic a antičástic
takový, aby po jejich vzájemné anihilaci zůstalo právě
tolik částic, kolik bylo třeba jako stavebního materiálu
hmoty pro nynější vesmír. Tato hmota nesměla být příliš
hustá, jinak by vesmír rychle zkolaboval zpět do singularity,
ani příliš řídká - hmota by se velmi rychle rozptýlila.
Hustota musela být taková, aby mohly vzniknout hvězdy
(1.generace), které vytvořily těžší chemické prvky, jež
se mohly stát stavebním matriálem planetárních soustav kolem
hvězd. Některé z těchto planet musejí mít optimální
vzdálenost od centrální hvězdy a další nezbytné vlastnosti
) viz níže "Hvězdy, planety,
život".
Podobně, kdyby fyzikální konstanty měly poněkud jiné
hodnoty, resp. poměry hodnot (stačí jen o několik málo
procent), než je tomu ve skutečnosti, evoluce vesmíru by
rovněž probíhala jinak a nevedla by ke vzniku života *) -
alespoň ne v nám známých formách založených na
organických sloučeninách uhlíku **).
Přesné nastavení všech těchto nutných hodnot a
specifických podmínek se jeví jako velmi nepravděpodobná
náhoda; tím spíše když je nutno "zřetězení"
jednotlivých nepravděpodobných stavů v souvislý sled
podmínek, který vyústí ve vznik života a nakonec
inteligentního pozorovatele. Nebo je za tím "něco",
co astrofyzice a kosmologii uniká? Právě na to se snaží
odpovědět antropický princip.
*) Po pravdě řečeno, k tomuto vývodu
dospíváme tehdy, když měníme jeden z
fyzikálních zákonů, či jeho parametrů, přičemž ostatní
necháváme nezměněny. Potom opravdu často jen nepatrná
změna jenoho z fyzikálních zákonů by natolik změnila vývoj
vesmíru, že by to znemožnilo existenci života. Změníme-li
parametry ve standardním modelu částicové fyziky např. tak,
že silná jaderná interakce by byla poněkud
silnější či slabší, jaderná nukleosyntéza v nitru hvězd
by vytvořila příliš málo uhlíku, kyslíku, dusíku a
dalších biogenních prvků (jak bylo
podrobněji rozerbíráno v §4.1, část "Termonukleární reakce v nitru hvězd"). Podobně kdyby hmotnosti
kvarků byly poněkud jiné, mohl by se např. proton stát
nepatrně těžší než neutron, protony by se rozpadly na
neutrony a nevznikly by žádné atomy.
Změna síly slabé interakce by změnila
průběh prvotní nukleosyntézy na počátku vesmíru (a později i termonukleárních reakcí v nitru hvězd), což by rovněž mohlo změnit zastoupení prvků v
neprospěch složitějších prvků organické chemie a vzniku
života. Pokud by síla slabé interakce byla menší, neutrony
by se rozpadaly pomaleji a většina by se jich v leptonopvé
éře stačila sloučit s protony na hélium (k podobnému efektu by došlo, kdyby rychlost expanze
vesmíru na počátku byla nižší). Vedlo
by to k deficitu protonů - hmota ve vesmíru by
sestávala hlavně z hélia, nebyl by dostatek vodíku
k pozdějšímu vytvoření vody a uhlovodíků nezbytných pro
život (primordiální nukleogeneze pro
podmínky našeho vesmíru je podrobněji rozebírána v §5.4
"Standardní kosmologický model. Velký třesk.
Formování struktury vesmíru.",
pasáž "Primordiální nukleosyntéza").
Zatím není dostatečně prozkoumána situace, kdy bychom současně
změnili dva či více
parametrů nebo fyzikálních zákonů zároveň (to může být
úkolem budoucích výzkumů jaderné astrofyziky).
Můžeme si představit takové "šikovné" změny dvou
nebo více parametrů, při nichž by se mohlo stát, že jejich
důsledky pro chemický vývoj vesmíru se v jistém smyslu
"vykompenzují". Vedle
specifických fyzikálních zákonů s hodnotami parametrů, jak
je pozorujeme v našem antropickém vesmíru, tak možná
existují další "sady" zákonů s jinými hodnotami
parametrů, které mohou vyústit v evoluci vesmíru sice jiného
než ten náš, ale přesto umožňující složité reakce a
vznik života... Dokonce si lze hypoteticky představit
vesmír s takovou kombinací fyz. zákonů-konstant-parametrů,
ve kterém by podmínky pro vznik a vývoj života byly ještě
vhodnější než v tom našem..?!.. A takové alternativní
vesmíry možná skutečně vznikají a existují..?.. - v rámci
koncepce více vesmírů...
**) Uhlík - základní biogenní prvek
Uhlík, který má v jádře 6 protonů a tudíž v obale 6
elektronů, má význačné chemické vlastnosti, které
umožňují vytvářet obrovskou škálu složitých molekul,
včetně řezězících se makromolekul (proteiny, RNA, DNA). K
otázce možnosti života založeného na křemíku
(místo na uhlíku) jsou chemikové a biochemikové značně skeptičtí.
Křemík neposkytuje zdaleka tak bohaté možnosti snadných
vazeb s dalšími lehkými prvky (H, O, N, P, ...) jako uhlík.
Ve vesmíru nebylo pozorováno významnější množství
složitějších sloučenin křemíku, zatímco poměrně
složitých sloučenin uhlíku (např. alkoholy, aminokyseliny,
...) bylo pozorováno velké množství. Zajímavou alternativou
by ale mohla být možnost vzniku a evoluce čistě elektrického
zpracování informačních signálů na anorganické bázi...
Hvězdy,
planety, život
Tak složitý fenomén, jakým je život, se ve
vesmíru sotva může vyvinout v nějakém libovolném prázdném
místě v prostoru. Přinejmenším musí být přítomen zdroj
energie a vhodný materiální nosič života.
Zdroji zářivé energie ve vesmíru jsou hvězdy
a vhodnými materiálními nosiči, schopnými zajistit dlouhodobě
stabilní podmínky pro časově náročný proces
vzniku a evoluce života, jsou planety
obíhající kolem hvězd.
Jedno takové místo, kde se vyvinul život, důvěrně známe.
Je jím systém: [hvězda = Slunce] + [planeta = Země]. Na
naší Sluneční soustavě však není nic vyjímečného, co by
nemohlo vzniknout i jinde ve vesmíru. Hvězd podobných Slunci
je jen v Mléčné dráze miliardy, planetární soustavy kolem
hvězd jsou přirozeným důsledkem jejich formování z
rotující zárodečné mlhoviny (kolem
některých hvězd byly již prokázány planetární soustavy,
zatím jsme však schopni pozorovat pouze velké planety,
větší než Jupiter). Avšak k tomu, aby
se na nějaké planetě obíhající kolem určité hvězdy mohl vyvinout
život, musí hvězda a příslušná planeta mít
některé specifické vlastnosti:
I při těchto značně specifických
požadavcích existují i v naší Galaxii pravděpodobně
miliony hvězd vhodných vlastností, kolem nichž obíhají ve
vhodných vzdálenostech planety požadovaných velikostí. A
jestliže život vznikl před cca 4 miliardami let z neživé
hmoty na nepatrném kosmickém "prášku", kterou naše
Země z vesmírného měřítka je, není žádný důvod, proč
by nemohl vzniknout i jinde ve vesmíru,
byť v jiném čase a v jiné formě. Vždyť přírodní
zákony, jimiž se hmota řídí, jsou všude ve
vesmíru stejné. Můžeme se tedy domnívat,
že život je snad na mnoha místech ve vzdáleném
vesmíru..?.. To zatím nikdo neví...
Globální "zóny
života" ve vesmíru
V kterých částech nesmírně rozlehlého a různorodého
vesmíru je pravděpodobný vznik, udržení a rozvoj života?
Ukazuje se, že to není všude, že z globálního hlediska
existují ve vesmíru jen poměrně malé ohraničené "zóny
života", zatímco mimo tyto oblasti z
astrofyzikálních důvodů podmínky pro komplexnější život
nejsou. Buď tam není dostatečná koncentrace hvězd, čímž
je malá pravděpodobnost výskytu "životodárných"
hvězd a planet. Nebo naopak místa s velkým nahuštěním
hvězd, zvláště hmotných hvězd, které mohou vybuchovat jako
supernovy, jsou pro život potenciálně nebezpečná,
neboť intenzívní vysokoenergetické záření supenovy
"vysterilizuje" široké okolí desítek světelných
let (viz "Biologický význam kosmického
záření", pasáž
"Smrtící kosmické záření"). Na druhé straně však vhodný materiál pro stavbu
planet a budování života se vyskytuje jenom tam, kde již
vybuchlo dostatek hvězd a obohatilo plynová oblaka o těžší
prvky. V galaxiích se tedy zpočátku život nebude moci
vyskytovat v centrálních částech, kde "každou
chvilku" (každý milion let) ničivě vybuchne nějaká ta
supernova, ani úplně na periferii, kde není dostatek
"stavebního materiálu". Ale spíš někde
"uprostřed", ve spirálních ramenech.
Pozn.:
Složitější situace je u srážejících se galaxií,
kde překotný vznik masívních hvězd, vybuchujících jako
supernovy, patrně zruší případné zóny života i ve
větších vzdálenostech od cenra galaxie.
Obyvatelné zóny (kolem hvězd i ve vzdáleném
vesmíru) nejsou statické, ale jak se astrofyzikální situace
vyvíjí, mění se velikost a rozmístění obyvatelných zón.
Některé zanikají, v jiných místech zase vznikají nové -
opět jen dočasné. Zda se tam život
skutečně vyvine, je věcí složité souhry mnoha podmínek a
okolností. A o tom, do jaké komplexnosti by se tento život
mohl vyvinout, rozhoduje do značné míry i čas
trvání dané zóny života.
Otázky vzniku a evoluce života
jsou podrobněji rozebírány v práci "Antropický
princip aneb kosmický Bůh",
pasáž "Vznik a
evoluce života".
Antropický princip
Právě na základě otázky, proč je skutečný vesmír tak specifický, když fyzikální zákony
připouštějí stejným právem existenci vesmíru i s úplně
odlišnými vlastnostmi, vznikl antropický princip. Jaké zákonitosti a jevy vůbec umožnily, že zde na
Zemi (a možná i v mnohých biosférách jinde ve vesmíru) se
vyvinuli tvorové schopní zamýšlet se
nad svým původem? Během mnoha diskusí o vztahu
vesmíru, života a lidského vědomí, vzniklo několik pojetí
antropického principu, které můžeme rozdělit zhruba na tři
skupiny (další
dvě varianty budou uvedeny na závěr) :
1. Slabý antropický princip |
"Fyzikální vlastnosti vesmíru musejí být takové, aby to bylo slučitelné se vznikem života". |
To je střízlivá fyzikální formulace antropického principu, který je v tomto pojetí určitým selekčním principem, vybírajícím ze všech teoreticky možných kosmologických modelů ty, jež vedou k vesmíru jaký je, tedy speciálně k vesmíru v němž mohl vzniknout život. Název "antropický princip" zde ostatně ani není příliš přiléhavý; pro kosmologii není nutná existence člověka, ale stačí existence hvězd např. typu Slunce.
2.Silný antropický princip |
"Vesmír již při svém vzniku musel 'vědět', že v budoucnu má vzniknout život (a lidé)", resp. "Náš vesmír je nejlepší ze všech možných vesmírů v tom smyslu, že v něm život nutně musí vzniknout, zatímco v žádném jiném by nevznikl". |
Příp. každý vesmír zákonitě musí vytvořit podmínky pro existenci pozorovatelů - v každém reálném vesmíru se pozorovatel jednou nutně musí objevit. Z fyzikálního hlediska se to zdá být příliš "filosoficky zabarvená" formulace, která zní poněkud metafyzicky. Takto koncipovaný antropický princip je v jistém smyslu antithezí filosoficky zobecněného Koperníkova principu; je ve shodě s náboženským pojetím, podle něhož byl vesmír stvořen Bohem tak, aby byl maximálně účelný a aby konečným cílem byl vznik a rozvoj člověka. Žádné fyzikální odůvodnění pro takovéto pojetí není.
"Existuje mnoho různých vesmírů, přičemž život vzniká tam, kde jsou pro to vhodné podmínky". |
Skutečně, antropický princip při snaze odpovědět na otázku "Proč je svět sestaven právě tak a ne jinak?" implicitně nabízí předpoklad o existenci mnoha různě uspořádaných vesmírů koexistujících spolu s naším vesmírem, které však jsou (aspoň nyní) principiálně nepozorovatelné.
Představa mnoha
vesmírů byla donedávna čistě spekulativní *). Nyní však
vzniká poměrně reálná koncepce více různých vesmírů na
podkladě kosmologických aplikací moderních unitárních
teorií. V souvislosti s inflačním modelem bylo v §5.5
"Mikrofyzika a kosmologie" zmíněno, že vlivem
kvantových fluktuací mohlo spontánně vzniknout více
nezávislých vesmírů, které v důsledku různé amplitudy a
rozsahu kvantových fluktuací i různých typů spontánního
narušení symetrie budou mít rozdílnou globální strukturu i
vlastnosti fyzikálních polí a hmoty (podrobnější
diskuse o možnosti více vesmírů v §5.5, část "Chaotická inflace",
pasáž "Vznik více vesmírů"). V
některých z těchto vesmírů se pak podle antropického
principu může vyvinout život.
*) Nebudeme zde diskutovat
hypothézu paralelní existence nekonečně mnoha
vesmírů s
nejrůznějším průběhem fyzikálních dějů založenou na
fyzikálně ne zcela opodstatněné aplikaci stochastických
kvantových zákonitostí na celý vesmír. Podle této
hypothézy (vyslovené Everettem a Wheelerem [79] v 50.letech) při každé interakci,
vedoucí k určitému kvantově-mechanickému stavu v daném
vesmíru, se ve skutečnosti realizují i všechny ostatní
možné stavy, avšak v jiných vesmírech. Obrazně lze říci,
že v ostatních vesmírech se realizují všechny
"promarněné šance" z našeho vesmíru. Každá
historická událost se odehrála různě ve všech možných
variantách v různých paralelních světech. Nejedná se zde
tedy o různé vesmíry z hlediska prostoročasu, ale prostoru
stavů; v tomto
konfiguračním prostoru jsou jednotlivé vesmíry vzájemně
ortogonální, takže z klasického hlediska mezi nimi neexistuje
možnost propojení.
Úvahy o možnosti existence více vesmírů vznikly rovněž v
souvislosti s některými geometricko-topologickými vlastnostmi
prostoročasu v okolí černých děr - viz §3.5 a 4.4, zvláště pak pasáž
"Černé
díry - mosty do jiných vesmírů?".
Podle těchto koncepcí
je celý náš vesmír jen "bublinou" v bublinatém multivesmíru, tvořeném spoustou bublin; každá "bublina" je jiný vesmír
s jinými základními konstantami a jinými fyzikálními
zákony. Nebo jiné přirovnání: náš vesmír je jen
"zrníčkem písku" na gigantické "pláži"
multivesmíru. Klíčem k záhadě unikátnosti našeho
antropického vesmíru by mohly být statistické
zákonitosti v multivesmíru...
Kvantové fluktuace vakua možná všude a
neustále "chrlí" nové a nové vesmíry s
nejrůznějšími vlastnostmi. Celý Vesmír se tedy jeví jako
kypící "pěna" rozpínajících se "bublin"
- samostatných vesmírů, z nichž každý se řídí svými vlastními zákony fyziky, žije svým
"vlastním životem". Náš celý viditelný vesmír je
jen malou oblastí v jedné z těchto
bublin. Jinak jen velmi málo bublin má fyzikální a
geometrické vlastnosti vhodné pro vytvoření složitějších
struktur - galaxií, hvězd, planet a nakonec života.
Pro drobné zpestření můžeme
uvést půvabnou indickou legendu o stvoření mnoha vesmírů.
V souvislosti s
koncepcí mnoha vesmírů může antropický princip pomoci
řešit i problém dimenze našeho prostoročasu, tj.
otázku, proč je prostoročas právě čtyřrozměrný (a
prostor trojrozměrný). Otázka dimenze fyzikálního prostoru a
prostoročasu (která se dříve zdála jako zcela akademická,
ba téměř scholastická) byla vážněji nastolena po
vytvoření vícerozměrných unitárních teorií, konkrétně
Kaluzovy-Kleinovy pětirozměrné teorie (viz dodatek B, §B.2).
Původní Kaluzovy a Kleinovy unitární teorie nebyly
úspěšné a na dlouhou dobu upadly prakticky v zapomění.
Před nedávnem o ně opět začal stoupat zájem protože se
ukázalo, že rozšířené supergravitační teorie lze budovat
geometricky v prostorech dimenze n=10 nebo n=11 [59],[283].
V zobecněných unitárních teoriích
Kaluzova-Kleinova typu (viz též §B.2 a B.6) se uvažuje
prostor dimenze n > 4, přičemž všechny rozměry n-4
spontánně "zkompaktifikují"uzavřou se do sebe tak,
že poloměr křivosti prostoru v jejich směrech je velmi malý (řádu lp
» 10-33cm), takže žádný
makroskopický objekt se nemůže v těchto směrech pohybovat a
prostoročas se efektivně jeví jako čtyřrozměrný.
Nevyjasněnou otázkou zde ale zůstává, proč
zkompaktifikovaly právě rozměry n-4 a ne třebas n-3, n-2, n-5
nebo podobně, tj. proč výsledné kontinuum není
trojrozměrné, dvojrozměrné, 5-rozměrné a pod.?
V rámci koprodukce inflačního modelu
vesmíru a antropického principu se však otevírá určitá
možnost řešit tento problém i za obecného předpokladu, že
spontánní kompaktifikací se původní n-rozměrný prostor
může přeměnit nejen na 4-rozměrný prostor, ale i na
prostory s jiným počtem rozměrů. Taková kompaktifikace bude pak
ve vzdálených příčinně nesouvisejících částech vesmíru
probíhat nezávisle, takže po kompaktifikaci může být efektivní
dimenze prostoru v různých částech vesmíru různá (i když
mikroskopicky bude dimenze prostoru všude rovna výchozí
hodnotě n). Jestliže po kompaktifikaci (nebo během ní)
nastala inflační expanze vesmíru, různě zkompaktifikované
oblasti se silně rozepnou a vzdálí, takže po jejím
skončení bude vesmír sestávat z mnoha oddělených
"minivesmírů" s různými dimenzemi, mezi nimiž je i
dimenze 4 odpovídající našemu prostoročasu. A zde
přichází ke slovu antropický princip: ukazuje se totiž, že
existence atomů a planetárních soustav (nezbytných pro vznik
a vývoj života) je možná pouze v rámci čtyřrozměrného
prostoročasu. Tímto problémem se již v r.1917 zabýval
P.Ehrenfest který ukázal, že v prostorech dimenze vyšší
než 4 by gravitační a elektromagnetické síly příliš
rychle klesaly se vzdáleností **) a nemohly by vést ke vzniku
stabilních vázaných soustav jako jsou atomy nebo planetární
soustavy. V prostorech dimenze menší než 4 by pak podle OTR
gravitační působení mezi tělesy vůbec nevznikalo. Podle
této koncepce tedy žijeme v té metagalaxii (v jednom z mnoha
"minivesmírů"), v níž 3+1-rozměrnost prostoru
umožnila vznik a rozvoj života.
**) V n-rozměrném prostoru
(n+1-rozměrném prostoročase) by rovnice gravitačního
potenciálu vytvářeného bodovým zdrojem měla tvar (v
Newtonovském přiblížení)
Ńn2j =
G.M.dn(r), kde Ńn je n-rozměrný Hamiltonův operátor, dn(r) ş d(x1).d(x2)....d(xn) je
n-rozměrná Diracova funkce, r je polohový vektor v n-rozměrném
prostoru. Pro sféricky symetrický případ pak n-rozměrná
Gaussova věta dává řešení ve tvaru j(r) ~ 1/rn-2,
takže silové působení závisí na vzdálenosti podle zákona F(r) ~ 1/rn-1. Analogicky pro elektrostatické pole. V
§1.2 jsme si ukázali, že existence stabilních orbit je
podmíněna tvarem efektivního potenciálu (1.14); pohybová
rovnice d2r/dt2 = -Ńnj
má řešení ve formě stabilních
orbit pouze tehdy, když efektivní potenciál Vef(r) má
minimum při hodnotě r ą 0, r ą
Ą . Ehrenfest ukázal, že pohybová
rovnice d2r/dt2 = -Ńnj nemá při n>3 řešení ve tvaru
uzavřených oběžných drah - zkušební těleso buďto padne
na přitažlivé centrum, nebo se od něj vzdálí do nekonečna.
I když úvahy, které jsme právě
nastínili, mají poněkud spekulativní charakter, vedle
tradičního pojetí globálně homogenního a izotropního
vesmíru se v současné kosmologii stále častěji objevuje
představa heterogenního ostrovního vesmíru sestávajícího z
mnoha lokálně homogenních a izotropních
"minivesmírů" - metagalaxií. V každém takovém
"minivesmíru" mohou být vlastnosti elementárních
částic, fundamentálních interakcí (a tím i velikost energie
vakua) a dokonce i dimenze prostoru různé. I když současné
experimentální ani teoretické poznatky neposkytují žádný
přímý důkaz existence jiných metagalaxií
("vesmírů"), nelze tuto možnost a priori vyloučit. Pozorovatelná část vesmíru
(naše metagalaxie) není totiž z fyzikálního
hlediska natolik výlučná, aby musela být považována za
jedinečnou. Fyzikálně by mohly existovat, resp. spolu
koexistovat, i jiné metagalaxie (příčinně
oddělené "vesmíry") s různými vlastnostmi odlišnými od
naší metagalaxie. Je zajímavé, že tyto koncepce
jsou v souladu s názory I.Kanta, který se otázkou dimenze
prostoru zabýval z filosofického hlediska: "Mohou-li existovat útvary s jinými dimenzemi, Bůh
je pravděpodobně někde skutečně umístil" (1746).
Existují tedy určité náznaky že
žijeme v multivesmíru, avšak jiné vesmíry jsou navždy mimo náš dosah. Nemůžeme se tam nijak dostat (fyzicky ani pomocí signálů), není cesty jak poznat zda existují
nebo ne..?..
Pro úplnost uveďme ještě další dvě spekulativní verze (silného) antropického principu, které zdůrazňují úlohu pozorovatele :
4. Účastnický antropický princip |
"Inteligentní život (pozorovatel) musí vzniknout proto, aby dal vesmíru reálný smysl a reálnou existenci tím, že jej pozoruje (měří) a účastní se tak jeho evoluce". |
Z filosofického hlediska je účastnický antropický princip, jehož původcem je J.A.Wheeler, opodstatněn teorií poznání - gnoseologií, noetikou. Z fyzikálního hlediska je částečně podpořen tzv. Kodaňskou interpretací kvantové mechaniky, podle níž určitý stav fyzikálního systému vznikne až tím, že jej změříme. Obecně: Žádný jev není jevem, dokud není pozorován. A stejně i vesmír. Má-li tedy být vesmír reálný, musí svými vlastnostmi umožnit existenci pozorovatele. V jistém smyslu se zde klade na stejnou úroveň vesmír i pozorovatel, jejichž existence se podmiňuje vzájemně. Toto přeceňování úlohy pozorovatele je však z fyzikálního i filozofického hlediska značně diskutabilní..?..
5. Finální antropický princip |
"Inteligentní život ve vesmíru nejen že nutně musí vzniknout, ale když jednou vznikne, již nikdy nezanikne". |
Inteligentní pozorovatel je cílem,
který dává smysl existenci vesmíru.
Jakékoli fyzikální opodstatnění finálního
antropického principu v současné době chybí; je dokonce v
rozporu se současnými kosmologickými koncepcemi,
podle nichž žádné struktury ve vesmíru nemohou být věčné
- skončí buď kolapsem, nebo nekonečným rozředěním a
rozpadem baryonů v otevřeném vesmíru - viz §5.6 (srov. též pasáž "Astrofyzika a kosmologie - lidská beznaděj?").
Finální antropický princip je jen produktem naší víry,
resp. zbožného přání.....
Úloha antropického principu je z filosofického hlediska diskutována v práci Antropický princip aneb kosmický Bůh .
Různé významy pojmu
"vesmír"
Pro aspoň částečné objasnění některých terminologických
nejasností při filosofických úvahách o kosmologii, je
užitečné si uvědomit, že pojem "vesmír" se
užívá v několika významech, z nichž
základní jsou tyto tři :
Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu : | ||
Gravitace ve fyzice | Obecná teorie relativity | Geometrie a topologie |
Černé díry | Relativistická kosmologie | Unitární teorie pole |
Antropický princip aneb kosmický Bůh | ||
Jaderná fyzika a fyzika ionizujícího záření | ||
AstroNuklFyzika ® Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie |