Po desetiletí byl Velký třesk základním kamenem moderní kosmologie: okamžikem, kdy vesmír explodoval z nekonečně hustého bodu do existence. Ale co se stalo před tímto okamžikem? Tato otázka se zdála zbytečná, ale nedávné průlomy v numerické relativitě – výpočetní přístup k řešení Einsteinových notoricky složitých rovnic – ukazují, že nejstarší historie vesmíru může být mnohem podivnější, než se dříve myslelo. Vědci nyní chápou možnost již existujících vesmírů, kolidujících realit a dokonce i možnost, že Velký třesk nebyl začátkem, ale přechodem.
Návrat v čase: Průlom v numerické relativitě
Hlavním problémem je, že rovnice popisující gravitaci se rozpadají při extrémních hustotách. Fyzici se již dlouho pokoušeli tento problém obejít používáním aproximací, vkládáním podmínek do superpočítačů a jejich prováděním simulací. Nejde o hledání přesných řešení; jde o vyvozování smysluplných závěrů z hrubých odhadů. Jak vysvětluje Eugene Lim z King’s College London, obor nyní odhaluje odpovědi na otázky, které byly kdysi považovány za nezodpověditelné.
Síla tohoto přístupu vyplynula z astronomie gravitačních vln. Po desetiletích teorie vědci konečně pozorovali vlnění v časoprostoru v roce 2016. Tento úspěch inspiroval výzkumníky k aplikaci stejných technik na mnohem složitější problém raného vesmíru a vytvořili modely na úrovni “hvězdy smrti” pro simulaci podmínek poblíž velkého třesku.
Hádanka inflace a případ poskakujících vesmírů
Jednou z hlavních teorií o tom, co se stalo před horkou a hustou fází raného vesmíru, je inflace : období exponenciální expanze, která vyhladila počáteční nerovnosti. Inflace se však opírá o hypotetické pole – „inflaton“ – se špatně pochopenými vlastnostmi. Simulace nyní ukazují, že určité konfigurace tohoto pole pravděpodobněji způsobí inflaci než jiné, což vytváří napětí s pozorováním kosmického mikrovlnného pozadí (CMB).
Tato nejistota otevřela dveře alternativním modelům, včetně hypotézy skákajícího vesmíru. Místo toho, aby explodoval ze singularity, mohl se vesmír zhroutit ze svého předchozího stavu, než se odrazil. Numerická relativita podporuje tuto myšlenku a ukazuje, že komprese může vyhladit nerovnosti stejně účinně jako inflace a potenciálně se vyhnout problematické singularitě. Nedávné důkazy dokonce ukazují, že expanze vesmíru se zpomaluje, což zvyšuje pravděpodobnost budoucí kontrakce.
Důkaz o srážce vesmírů?
Snad nejradikálnějším důsledkem těchto simulací je možnost, že náš vesmír není sám. Pokud by inflace vytvořila „bubliny“ pomalu se rozpínajícího prostoru, mohly by se tyto bubliny vytvořit dostatečně blízko, aby se srazily. Modely předpovídají, že takové dopady zanechají na CMB zjistitelné jizvy. Přestože brzké pátrání po těchto výtiscích přineslo neprůkazné výsledky, výzkumníci zdokonalují své metody a studují realističtější scénáře.
V laboratořích se dokonce provádějí experimenty na simulaci srážky vesmírů pomocí exotických kapalin k potvrzení teoretických předpovědí.
Budoucnost kosmologického výzkumu
Numerická relativita nejen testuje existující teorie; zkoumá také základy teoretické fyziky. Tvary inflačního pole potřebné k vyvolání inflace jsou například v rozporu s mnoha modely teorie strun, ale jsou v souladu se specifickými variacemi. To naznačuje, že některé přístupy ke kombinaci gravitace s kvantovou mechanikou mohou být slibnější než jiné.
S větším výpočetním výkonem a složitějšími simulacemi jsou vědci připraveni posunout hranice kosmologického poznání ještě dále. Éra slepého přijímání velkého třesku jako absolutního začátku se možná chýlí ke konci. Vstupujeme do fáze, kdy lze počátky vesmíru testovat, zpochybňovat a potenciálně přepisovat na základě neúnavného úsilí o výpočetní pravdu.
Simulace jsou skvělá díla, ale stále neúplná. Modely ještě nedokážou plně vysvětlit vesmír, jak ho vidíme dnes, ale blíží se odpovědi na největší otázku v kosmologii: co všechno předcházelo?
