Kronika vesmíru (1) – Planckova epocha a počátky vesmíru

Představ si, že chceš zachytit úplný začátek všeho. Nejen vznik Země. Nejen první galaxie. Ale samotný počátek vesmíru. Dostáváme se do okamžiků tak extrémních, že naše intuice selhává. A nakonec i fyzika, jak ji dnes známe.

0 s: Co bylo na začátku

Podle současných teorií byl vesmír na úplném počátku v extrémně hustém a horkém stavu. Často se mluví o tzv. singularitě, tedy stavu s nekonečnou hustotou a teplotou.

Je ale důležité dodat, že singularita není ověřený fyzikální objekt. Je to spíš důsledek rovnic, které v těchto podmínkách přestávají fungovat. Nevíme tedy, co přesně „bylo na začátku“. Spíš narážíme na hranici toho, co jsme schopni popsat.

Můžeme jen říct, že prostor a čas byly v zásadně jiném stavu než dnes a známé fyzikální zákony zde ztrácejí smysl.

Planckova epocha (přibližně 10^-43 s)

První okamžik, o kterém má dnešní fyzika alespoň nějakou oporu, se nazývá Planckova epocha. Odehrává se zhruba 10^-43 sekundy po počátku a jde o oblast, kde se potkává kvantová mechanika s gravitací.

Teploty zde dosahují přibližně 10^32 K a energie jsou natolik vysoké, že je nedokážeme experimentálně napodobit. Právě proto zůstává tato fáze z velké části teoretická.

Předpokládá se, že v tomto období byly všechny základní interakce sjednocené. Dnes rozlišujeme čtyři základní síly: gravitaci, elektromagnetickou sílu a silnou a slabou jadernou interakci. V raném vesmíru ale mohly tvořit jediný celek.

Podle některých modelů se právě na konci této epochy jako první oddělila gravitace. Není to však jistota, ale hypotéza vycházející z teorií velkého sjednocení.

Kosmická inflace (přibližně 10^-36 až 10^-32 s)

Krátce poté následuje fáze, která zásadně ovlivnila podobu dnešního vesmíru: kosmická inflace.

Během ní se vesmír rozpíná extrémně rychle a jeho rozměr naroste přibližně o faktor 10^26. To znamená, že něco původně mikroskopického se během nepatrného zlomku sekundy zvětší na makroskopickou velikost.

Důležité je, že se nepohybuje hmota prostorem, ale rozpíná se samotný prostor. Proto může být toto rozpínání efektivně rychlejší než světlo, aniž by to porušovalo teorii relativity.

Inflace zároveň vysvětluje, proč je vesmír na velkých škálách tak rovnoměrný a proč má téměř plochou geometrii. Bez této fáze by byl mnohem chaotičtější.

Kvantové fluktuace: zárodky struktur

Ani během inflace nebyl vesmír dokonale hladký. Kvantová mechanika říká, že i v téměř prázdném prostoru vznikají drobné náhodné výkyvy.

Tyto kvantové fluktuace byly extrémně malé, rozdíly hustoty se pohybovaly přibližně v poměru 1 : 100 000. Inflace je ale dramaticky zvětšila a „otiskla“ do struktury vesmíru.

Právě tyto nepatrné nerovnosti se později staly zárodkem všeho složitějšího. V místech o něco vyšší hustoty se začala více shlukovat hmota, což vedlo ke vzniku galaxií, hvězd a nakonec i planet.

Co bude dál

Vesmír se během nepatrného zlomku sekundy proměnil z extrémního kvantového stavu v rychle se rozpínající kosmos se základní strukturou.

To byl ale teprve začátek. Další klíčový okamžik přijde zhruba za 380 000 let, kdy se vesmír poprvé stane průhledným a zanechá po sobě stopu, kterou dokážeme pozorovat dodnes.