Z prvotného vákua, ktoré dalo vznik nášmu svetu, sa mohlo vynoriť mnoho ďalších vesmírov. Každý so svojimi vlastnými fyzikálnymi zákonmi. Pokiaľ tieto vesmíry existujú, mohli by obsahovať aj zložité štruktúry a snáď aj nejaké formy života.
Náš vesmír sa zdá byť pozoruhodne a záhadne dobre vyladený. Malá zmena čo i len jedného z fyzikálnych zákonov by narušila normálny vývoj vesmíru a znemožnila by napríklad aj našu existenciu. Ak by napríklad silná jadrová sila bola o trošku väčšia alebo trošku menšia, vytvorili by hviezdy len veľmi málo uhlíku a aj ďalších prvkov, ktoré sú nevyhnutné k vzniku planét a samozrejme aj života. Pokiaľ by bol protón len o 0,2 % ťažší, rozpadol by sa všetok pôvodný vodík takmer okamžite na neutróny a tak by nevznikli žiadne atómy. Zákony fyziky a obzvlášť prírodné konštanty, ktoré v týchto zákonoch vystupujú sa preto zdajú byť vyladené tak, aby umožnili našu existenciu. Bez pôsobenia nadprirodzena sa túto skutočnosť snažilo vysvetliť množstvo fyzikov a kozmológov už v 70 rokoch minulého storočia. Pokúšali sa nájsť riešenie „hádanky“ prostredníctvom hypotézy, že náš vesmír je len jedným z množstva iných vesmírov, pričom každý z nich má svoje vlastné fyzikálne zákony. Podľa tohto „antropického“ uvažovania by sme mali obývať vzácny typ vesmíru, v ktorom došlo k vytvoreniu správnych podmienok pre vznik života. Alternatívne vesmíry sú v súčasnosti legitímnou oblasťou výskumu, nakoľko môžu naozaj existovať. Podľa prevládajúcej kozmologickej teórie náš vesmír „vypučal“ z mikroskopickej oblasti prvotného vákua pri exponenciálnom rozpínaní nazývanom inflácia. Vákuum však môže aj naďalej chrliť ďalšie vesmíry, ktoré môžu mať svoje vlastné fyzikálne zákony.
Prevládajúca teória modernej kozmológie sa objavila už v 80. rokoch minulého storočia a ukázala, že paralelné vesmíry môžu skutočne existovať. Aspoň teda v tom prípade, pokiaľ by neustále vyskakovali z prvotného vákua ako náš vesmír v okamihu veľkého tresku. Nás vesmír by tak bol len jedným z „vreckových“ vesmírov v omnoho väčšom priestore nazvanom Multivesmír. V prevažnej väčšine vesmírov by fyzikálne zákony neumožňovali vznik hmoty tak ako ju poznáme. Nedávne štúdie ale naznačujú, že niektoré z týchto iných vesmírov, samozrejme za predpokladu, že existujú, by vôbec nemuseli byť nehostinné. Vedci našli pozoruhodné príklady alternatívnych hodnôt základných konštánt a teda aj alternatívne súbory fyzikálnych zákonov. Tie by v konečnom dôsledku mohli viesť k vzniku veľmi zaujímavých svetov na ktorých by mohol vzniknúť snáď aj život.
Konvenčným spôsobom akým vedci zisťujú, či je určitá konštanta jemne vyladená alebo nie, je to, že takúto konštantu prevedú do nastaviteľného parametra a menia ju, pričom ostatné konštanty ostávajú nezmenené. Na základe novo upravených parametrov fyzikálnych zákonov môžu potom vedci vykonávať výpočty, robiť počítačové simulácie, ktoré ukážu, ako by to mohlo vyzerať. Samozrejme, nie je dôvod meniť len jeden parameter, ale môžeme meniť aj viacero parametrov naraz.
Pri hľadaní alternatívnych súborov zákonov, ktoré vedú k zložitým štruktúram umožňujúcim udržať život odstránili vedci jednu zo základných prírodných síl. Už podľa názvu sa zdajú byť základné sily nenahraditeľnou súčasťou každého vesmíru. Bez silnej jadrovej sily, ktorá viaže kvarky do protónov a neutrónov, protóny a neutróny do atómových jadier, by hmota ako ju poznáme, neexistovala. Bez elektromagnetických síl by sme nemali žiadne svetlo, neboli by ani atómy ani chemické väzby. Bez gravitácie by nič nenútilo hmotu, aby sa zhlukovala do galaxií, hviezd a planét. Štvrtá základná sila, slabá jadrová sila, je v každodennom živote menej nápadná, ale tiež zohrala významnú úlohu v rannej histórii vesmíru. Okrem iného slabá jadrová sila umožňuje reakcie, ktoré premieňajú neutróny na protóny a naopak. V prvých okamihoch veľkého tresku, po tom čo sa kvarky spojili do trojíc, aby vytvorili protóny a neutróny, spoločne nazývané baryony, boli štvorce protónov schopné fúzovaťa vytvoriť tak jadrá hélia zložené z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Táto takzvaná nukleosyntéza veľkého tresku prebehla v prvých niekoľkých sekundách života nášho vesmíru, keď už bol dostatočne chladný na to, aby sa vytvorili baryony, ale príliš horúci na to aby nemohlo dôjsť k jadrovej fúzii. Nukleosyntéza veľkého tresku vytvorila vodík a hélium z ktorých neskôr vznikli hviezdy v ktorých jadrová fúzia a ďalšie procesy vytvorili ostatné prvky. Fúzia štyroch protónov na hélium 4 pokračuje dodnes v našom Slnku, kde produkuje väčšinu energie, ktorá sa k nám dostáva. Bez slabej jadrovej sily by tak vo vesmíre zrejme neprebiehali žiadne zložité chemické reakcie a už vôbec by sa nedalo uvažovať o vzniku života. Avšak v roku 2006 bol objavený súbor fyzikálnych zákonov, ktoré boli založené len na zostávajúcich troch prírodných silách a viedli k vyhovujúcemu vesmíru. Odstránenie slabej jadrovej sily vyžadovalo niekoľko úprav štandardného modelu časticovej fyziky, ktorá popisuje všetky sily okrem gravitácie. Bolo preukázané, že zmeny je možné vykonať tak, aby sa chovanie zostávajúcich troch síl ako aj ďalšie kľúčové parametre ako je hmotnosť kvarkov, nemenili a zostali rovnaké ako v našom vesmíre. Treba však zdôrazniť, že tátop voľba bola konzervatívna s cieľom uľahčiť výpočet toho, ako by sa vesmír rozvíjal. Je celkom možné, že existuje celá rada ďalších vesmírov bez „slabých síl“, ktoré sú obývateľné ale nášmu vesmíru sa v ničom nepodobajú. Vo vesmíre bez slabých jadrových síl by nebola bežná fúzia protónov za vzniku hélia možní, pretože sa pri nej musia premeniť dva protóny na neutrón. Mohli by však existovať aj iné cesty, ako vytvoriť prvky. Náš vesmír napríklad obsahuje omnoho viac hmoty ako antihmoty, ale malá úprava parametrov, ktoré túto asymetriu riadia, by stačila k tomu, aby pri nukleosyntéze veľkého tresku vznikalo významné množstvo jadier deutéria. Deutérium je známy ako vodík 2 (ťažký vodík) a je izotopom vodíku, ktorého jadro obsahuje okrem protónu aj neutrón. Hviezdy by potom mohli vydávať svetlo, ktoré by pochádzalo z fúzie protónu a deuteriového jadra za vzniku jadra hélia 3 (dva protóny a jeden neutrón). Takéto hviezdy bez slabých jadrových síl by boli chladnejšie a menšie ako hviezdy v našom vesmíre. Podľa počítačových simulácií, ktoré uskutočnil Adam Burrows z Princetonské univerzity, by mohli horieť približne 7 miliárd rokov – čo je súčasný vek Slnka – a vyžarovať energiu s intenzitou, ktorá by predstavovala len niekoľko percent dnešného energetického toku Slnka.
Podobne ako hviezdy v našom vesmíre by mohli hviezdy bez slabých jadrových síl vytvárať ťažké prvky až po železo ďalšou jadrovou fúziou. Typické reakcie, ktoré v našich hviezdach vedú k vzniku prvkov za železo by však neexistovali. Jadrá atómov by mali totiž k dispozícii len veľmi málo neutrónov, ktoré by mohli byť zachytené a mohli by tak vytvoriť ťažšie izotopy. Malé množstvá ťažších prvkov až po stroncium inými mechanizmami. V našom vesmíre rozptyľujú výbuchy supernov novo vytvorené prvky do priestoru a syntetizujú ďalšie množstvá ťažkých prvkov. Vo vesmíre bez slabých jadrových síl by k explóziám supernov nedochádzalo, pretože k prenosu energie z jadra hviezdy a k udržovaniu rázovej vlny, ktorá spôsobí explóziu je potrebná práve emisia neutrín, ktoré vytvárajú interakcie slabých jadrových síl. Napriek tomuto faktu by však mohol existovať odlišný typ „supernovy“ a to termojadrová reakcia spustená akreáciou hmoty mimo gravitačného kolapsu. Tak by mohli byť prvky rozptyľované do vesmíru, kde by sa stali zárodkami nových hviezd a planét. Ak si uvedomíme, že hviezdy bez slabých jadrových síl by boli pomerne chladné, musela by planéta bez slabých jadrových síl byť k svojej hviezde zhruba šesť krát bližšie ako je naša Zem od Slnka, aby mala porovnateľnú teplotu povrchu ako má naša Zem. Zem bez slabých jadrových síl by sa od tej našej líšila oj v rade iných vecí. V našom svete je tektonika zemských dosiek a vulkanická činnosť poháňaná rádioaktívnym rozpadom uránu a tória v hlbinách Zeme. Bez týchto ťažkých prvkov, by geológia Zeme bez slabých jadrových síl bola veľmi nudná a beztvárna. Výnimku by mali telesá, ktoré by formovala gravitácia a slapové sily ako je to v prípade mesiacom Saturna alebo Jupitera. Chémia by bola zasa veľmi podobná chémii v našom vesmíre. Jediným rozdielom by bolo, že poriadická tabuľka by končila železom – okrem mimoriadne malých stôp ďalších prvkov. Toto obmedzenie by ale nijak nebránilo vzniku podobných foriem života, aké poznáme u nás. Aj vesmír s iba tromi základnými silami by bol priateľským pre život.
Ďalším prístupom v hľadaní multivesmíru je hľadanie alternatívnych súborov zákonov prevádzaním menších zmien v Štandardnom modely častíc. V tomto prípade sa zhrňuje niekoľko parametrov naraz. V roku 2008 sa uskutočnila štúdia, ktorá mala za úlohu zistiť do akej miery je možné meniť hmotnosti najľahších troch kvarkov zvaných aj up, down a divný kvark bez toho aby sa zabránilo vzniku organickej chémie. Zmena hmotnosti kvarkov nevyhnutne ovplyvní to, ktoré baryóny a ktoré atómové jadrá môžu existovať bez toho, aby dochádzalo k ich rýchlemu rozpadu. Odlišné usporiadanie atómových jadier potom ovplyvní aj chémiu.
Inteligentný život k svojmu vzniku potrebuje uhlík. Chemické vlastnosti uhlíka ho predurčujú k účasti na vzniku zložitých molekúl, ktoré sú k vzniku života nevyhnutné. Jadro uhlíka má elektrický náboj 6, takže v neutrálnom uhlíkovom atóme obieha 6 elektrónov. Tieto vlastnosti umožňujú uhlíku vytvárať nekonečnú škálu zložitých molekúl. V Sci-fi literatúre sa častokrát objavujú názory, že život môže byť založený aj na inom prvku a to najmä na kremíku, ktorý je v periodickej sústave hneď za uhlíkom. Táto domnienka je ale veľmi sporná, nakoľko nie sú dodnes známe žiadne zložité kremíkové molekuly. Navyše, aby sa vytvorili zložité organické molekuly, musia byť prítomné prvky s chémiou vodíka a kyslíka. Aby sa zaistilo, že takéto usporiadanie prvkov (kremík, vodík a kyslík) dokážu zabezpečiť vznik organickej chémii, musí sa uvažovať s tým, či sa jadrá s nábojom 6 alebo 8 nerozpadajú skôr ako by sa mohli zúčastniť chemických reakcií nevyhnutných pre organickú chémiu. Stabilita jadier pritom čiastočne závisí aj od ich hmotnosti, ktorá je naopak závislá na hmotnosti baryónov z ktorých je jadro tvorené. Výpočet hmotnosti baryónov a jadier z hmotnosti kvarkov je však veľkou výzvou aj v našom vesmíre. Ale po zmenách intenzity interakcií medzi kvarkami môžeme využiť hmotnosti baryónov zmerané v našom vesmíre a odhadnúť tak, aké zmeny hmotnosti kvarkov by ovplyvnili hmotnosti jadier. V našom svete je neutrón zhruba o 0,1 % ťažší ako protón. Pokiaľ by sa hmotnosť kvarkov zmenila tak, že by sa neutrón stal o 2 % ťažším ako protón, nemohla by existovať žiadna stála forma uhlíku alebo kyslíku. Pokiaľ by boli hmotnosti kvarkov nastavené tak, že by bol protón ťažší ako neutrón, potom by protón v jadre vodíku zachytil obiehajúci elektrón a stal by sa neutrónom. To znamená, že by vodíkové atómy by si toho veľa neužili. Deutérium a trítium (vodík 3), by však mali byť stále, rovnako ako niektoré formy kyslíka a uhlíka. Keby sme nahradili normálny vodík 1 deutériom alebo trítiom, bola by v oceánoch ťažká voda, ktorá sa svojimi chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami od normálnej vody mierne odlišujú. Čo by však nebolo prekážkou vzniku a vývoja organického života. V našom vesmíre je tretí najľahší kvark – podivný kvark – príliš ťažký na to, aby sa zúčastnil jadrových reakcií. Pokiaľ by sa však jeho hmotnosť desaťkrát znížila, mohli by byť jadrá atómov zložené z protónov a neutrónov, ale aj z ďalších baryónov obsahujúcich podivné kvarky. Ak by mal kvark „up“ a podivný kvark približne rovnakú hmotnosť, zatiaľ čo by bol kvark „down“ omnoho ľahší, potom by neboli atómové jadrá tvorené protónmi a neutrónmi ale len neutrónmi a ďalším baryónom nazvaným Σ– („sigma mínus“). Pozoruhodné je, že aj natoľko odlišný vesmír by dokázal produkovať stabilné formy uhlíka, kyslíka a vodíka, čo by teda znamenalo vznik organickej chémie. Otázkou ostáva len to, či by tieto prvky boli produkované v dostatočnom množstve, aby sa z nich vyvinul život. Na druhej strane, organická chémia by neexistovala vo vesmíroch, kde by všetky tri ľahké kvarky mali zhruba rovnakú hmotnosť. Každé jadro s viac ako niekoľkými jednotkami elektrického náboja by sa takmer okamžite rozpadlo. Nanešťastie je takmer nemožné mapovať podrobne históriu vesmírov, ktorých fyzikálne parametre sa líšia od nášho vesmíru. Táto téma si vyžaduje ešte ďalší výskum.
Astronomické údaje podporujú hypotézu, že náš vesmír začal ako drobný kúsok priestoročasu menší ako jedna miliardtina protónu. Vesmír potom prešiel fázou rýchleho exponenciálneho rastu, ktorý nazývame inflácia. Kozmológom stále chýba konečný teoretický model inflácie, ale teória hovorí, že sa rôzne úseky vesmíru mohli rozpínať rôznou rýchlosťou a že každý z nich mohol vytvoriť „kapsu“, ktorá sa stala samostatným vesmírom s vlastnými prírodnými zákonmi. Priestor medzi kapsovými vesmírmi by ďalej expandoval tak rýchlo, že by nebolo možné cestovať alebo vyslať správu z jednej kapsy do druhej a to ani v prípade rýchlosti svetla. Druhým dôvodom podozrenia, že Multivesmír skutočne existuje je fakt, že jedna veličina sa javí vyladená do mimoriadneho stupňa. Je to kozmologická konštanta, ktorá predstavuje množstvo energie prázdneho priestoru. Kvantová fyzika predpovedá, že dokonca aj inak prázdny priestor musí obsahovať energiu. Einsteinova všeobecná teória relativity hovorí, že všetky formy energie sa gravitačne prejavujú. Preto je táto energia, ktorú reprezentuje práve kozmologická konštanta, pozitívna a spôsobuje rozpínanie priestoročasu. Pokiaľ by táto energia bola negatívna, vesmír by sa znovu zrútil do „veľkého krachu“. Kvantová teórie zrejme udáva kozmologickú konštantu natoľko veľkú – v pozitívnom alebo negatívnom smere – že by sa vesmír rozpínal príliš rýchlo a veľké štruktúry ako sú galaxie by nemali šancu vzniknúť, alebo by vesmír existovať len zlomok sekundy než by sa zrútil spať. Jedinou cestou ako vysvetliť, prečo náš vesmír neskončil katastrofou, je to, že niektorý ďalší člen v rovniciach vyrušil účinok kozmologickej konštanty. Problém je len v tom, že tento člen by musel byť vyladený tak dokonale, aby ani najmenšia odchýlka za desatinnou čiarkou by nemohla spôsobiť zabránenie vzniku vesmírnych štruktúr. V roku 1987 Steven Weinberg navrhol antropické riešenie a vypočítal hornú hranicu kozmologickej konštanty, ktorá by bola ešte zlučiteľná so životom. Keby bola jej hodnota o málo väčšia, rozpínal by sa priestor takou rýchlosťou, že by nebolo možné, aby sa vo vesmíre vytvorili jednotlivé štruktúry, ktoré sú pre vznik a udržanie života nevyhnutné. Inak povedané, naša existencia hovorí za nízku hodnotu kozmologickej konštanty. V 90. rokoch astronómovia zistili, že vesmír sa skutočne rozpína zvyšujúcou sa rýchlosťou, hnaný tajomnou „temnou energiou“. Pozorovaná rýchlosť dokazuje, že kozmologická konštanta je pozitívna a veľmi malá – v hraniciach Weinbergovy predpovede – čo znamená, že je temná energia veľmi riedka. Kozmologická konštanta je teda výnimočne presne vyladená. Predpokladá sa, že v Multivesmíre by mala väčšina vesmírov kozmologickú konštantu nezlučiteľnú so vznikom akejkoľvek štruktúry. Teoretické argumenty vyplývajúce z teórie strún – špekulatívneho rozšírenia Štandardného modelu, ktorý sa pokúša popísať všetky sily ako vibrácie mikroskopických strún – podľa všetkého tento scenár len potvrdzujú. Tieto argumenty napovedajú, že počas inflácie kozmologická konštanta a ďalšie parametre nadobúdali neobmedzené škály rôznych parametrov, ktoré voláme aj Krajina teórie strún. Ak uvažujeme, že je napríklad život vo vesmíre bez slabých jadrových síl možný, prečo má náš vesmír slabé jadrové sily? V skutočnosti sa časticový fyzici domnievajú. Že slabá jadrová sila v našom vesmíre nie je v určitom zmysle dostatočne slabá. Jej pozorovaná hodnota sa v kontexte Štandardného modelu častíc zdá neprirodzene veľká. Vysvetlenie tejto záhady vyžaduje existenciu nových častíc a síl, ktoré chcú fyzici objaviť pomocou Veľkého hadrónového urýchľovača (CERN). V dôsledku toho mnohí fyzici očakávajú, že väčšina vesmírov bude vykazovať slabé interakcie a to ak slabé, že budú takmer nepozorovateľné. Skutočnou výzvou bádateľov tak môže byť aj vysvetlenie prečo nežijeme vo vesmíre bez slabých jadrových síl. Hlbšie vedomosti o zrodení vesmíru nám mám môžu pomôcť takéto otázky zodpovedať.
Zvlášť zaujímavé je to, že môžeme objaviť fyzikálne princípy na oveľa nižších (zakladanejších) úrovniach z ktorých vyplýva, že príroda uprednostňuje určitý súbor zákonov pred inými. Možno nikdy neobjavíme priamy dôkaz existencie iných vesmírov a dokonca nikdy žiadny z nich nenavštívime, ale nové poznatky povedú k pochopeniu nášho miesta v multivesmíre, nech sa už za hranicami nášho sveta nachádza čokoľvek.
Zdroj: Scientific American
