Prvé sekundy vývoja vesmíru

Po tomto úvode sa pokúsime chronologicky zachytiť najdôležitejšie etapy vývoja nášho vesmíru po predpokladanom výbuchu v čase t=0. Kým prikročíme k sľubovanej chronológii, musíme vyriešiť ešte jeden problém. Ako a čím stanoviť čas udalostí po enormne prudkom rozopnutí vesmíru?

Tento problém možno vyriešiť pomocou známych súvislostí medzi teplotou, hustotou a časom. Významné udalosti vo vývoji vesmíru sú totiž determinované jeho teplotou. Aby výklad vývoja vesmíru bol názornejší musíme sa oboznámiť s najnovšími trendmi vo fyzike silových interakcií. Doteraz sme sa učili, že celá fyzika je založená na existencii štyroch základných interakcií: gravitačnej, elektromagnetickej, silnej a slabej. Gravitačné sily súvisia s hmotnosťou telies, a keďže ich účinok klesá k nule až v nekonečne, kvalifikujeme ich ako ďaleko dosahové sily. Môžeme povedať, že gravitačná interakcia je zodpovedná za štruktúru vesmíru. Silné interakcie sú zodpovedné za väzbu medzi časticami jadra protónmi a neutrónmi. Pôsobenie týchto síl je obmedzené na vzdialenosť rádovo 10m (čo sú rozmery jadra), preto ich zaraďujeme medzi tzv. krátko dosahové sily. Slabé interakcie sa viažu najmä na neutrína a sú zodpovedné za určité rozpadové procesy napr. beta mínus, beta plus rozpad a napr. za rozpad neutrónu na protón, elektrón a antineutríno. Sú takisto ako silné interakcie krátko dosahové. Napokon elektromagnetické interakcie sa viažu na prítomnosť elektrického náboja a majú podobné vlastnosti ako gravitačné interakcie. Elektromagnetické sily sú teda tiež ďaleko dosahové./1/

Všetky štyri interakcie môžeme teda skrátene charakterizovať nasledovne: gravitačná interakcia zodpovedná za štruktúru vesmíru, elektromagnetická za štruktúru atómu, silná za štruktúru jadra a slabá interakcia za premenu jadra. Ako teda vykladať vznik a štruktúru vesmíru?

Nemožno tento problém riešiť bez toho, že by sme jednu z interakcií vylúčili. To znamená, že všetky štyri interakcie sú synergeticky prepojené.

Človek je organická súčasť makrosveta a usiluje sa chápať všetky procesy v rámci jemu prirodzených dĺžkových a časových mier. Za akúsi charakteristickú mieru možno vziať napr. dĺžku a čas trvania jedného kroku, čiže zhruba jeden meter a jednu sekundu. Keďže sám nie je schopný registrovať procesy, ktoré prebehli za podstatne kratší čas, ako je sekunda, zdá sa mu interval jednej sekundy prikrátky na to, aby si v jeho priebehu aj oddýchol, aj čosi dôležité vykonal. V ríši atómov je však situácia iná. Tam je charakteristickým časom čas, ktorý potrebuje elektrón pohybujúci sa rýchlosťou približne 10 m/s na prekonanie priemeru atómu. Tento čas je približne 10 sekundy. V takýchto „krokoch“ sa realizujú atómové procesy. Naša normálna sekunda obsahuje teda približne 10 „atómových“ sekúnd, takže v priebehu ľudskej sekundy uplynie takmer 3,2.10“atómových“ rokov. Vo svete elementárnych častíc jednotlivé „kroky“ trvajú len asi 10 sekundy, čo je čas , ktorý potrebuje svetlo na prekonanie elementárnej častice. Takáto „elementárna“ sekunda obsahuje približne10^„atómových“ sekúnd. Tieto nepredstaviteľne malé časové intervaly sa v kvantovom svete uvádzajú len preto, aby sa čitateľ presvedčil, že v priebehu malých zlomkov sekundy sa mohlo udiať neuveriteľne veľa, ak sa procesy uskutočňovali „atómovými“ alebo „kvantovými“ krokmi./2/

Ako sa v tomto svetle veľmi malých časových intervalov bude javiť vznik nášho vesmíru v kontexte modifikovanej Newtonovej dynamiky za predpokladu, že prijmeme postulát tzv. hyperbolickej rýchlosti svetla a vhodným matematickým formalizmom sa budeme snažiť nájsť odpoveď na otázku ako to tu všetko vzniklo, pričom budeme rešpektovať zákonitosti kvantovej a relativistickej fyziky?

Veľmi častou otázkou, ktorá je kladená fyzikom pri výklade vzniku vesmíru cez model Big Bangu, je otázka čo bolo pred tým? Odpoveď na tento dialektický problém spadá skôr do predmetu filozofie, ale bez poznatkov fyzikálnych zákonov, by bola odpoveď pre racionálne mysliaceho človeka málo uspokojivá. Akú odpoveď by mohli poskytnúť zástupcovia týchto dvoch vedeckých disciplín?

Filozof, keďže pozná zákon kauzality (príčiny a následku) , by mohol odpovedať, že pred Big Bangom existovalo iba inobytie, o ktorom fyzika nemá žiadnu informáciu a v ktorého existenciu možno len veriť. Toto inobytie prešlo do bytia tj. reálnej existencie vesmíru procesom, ktorý dnes nazývame Veľký tresk. Zvedavý poslucháč, ktorý túži poznať pravdu, by ale s takouto odpoveďou nebol spokojný, pretože pravú príčinu vzniku vesmíru nespoznal.

Fyzik, ktorý rešpektuje zákon kauzality, by na položenú otázku mohol odpovedať takto: pred Big Bengom nebolo nič, ani priestor, ani čas a teda ani fyzikálne zákony, ale iba akýsi druh poľa s nulovým spinom, s ktorým-ak chceme opísať vznik a vývoj vesmíru v kontexte s princípom kauzality, kvantovým princípom a princípom symetrie-interagovalo žiarenie, ktorého prítomnosť pri vzniku vesmíru možno iba postulovať.Výsledkom tejto interakcie bol vznik bipolárneho vesmíru so zakomponovanými fyzikálnymi zákonmi a princípmi, z ktorých sa pri spomínanej interakcii cez zákon kauzality ako prvý uplatnil kvantový princíp a princíp symetrie. Následok tejto interakcie bola generácia obrovského množstva hyperťažkých častíc s extrémne vysokou hustotou energie, z ktorých sa pri rozpínaní a ochladzovaní začali vytvárať základné kamene látkovej formy hmoty (aj kvarky a antikvarky). Tieto hyperťažke častice v kontexte s princípom symetrie sa ocitli v stavoch s kladnou a zápornou energiou oddelených od seba zakázaným pásmom, ktorého šírka podľa princípu symetrie by mala byť ako ďalej uvidíme rovná DE= 2m_oc² .

Táto odpoveď by zvedavého poslucháča nemusela uspokojiť, pretože príčinu vzniku vesmíru ešte nespoznal. Ak ale vysvetlíme, že pod slovom „nič“ môže fyzika chápať pojem, ktorý budeme stotožňovať pri nasledujúcom výklade s pojmom „pole s nulovým spinom“ tj. iná dimenzia bytia, v ktorej také niečo, ako látková forma hmoty a jej zákony nemajú miesto. Tieto nadobudnú svoju platnosť až vtedy, keď spoznáme príčinu, ktorej následkom bolo generovanie obrovského množstva látkovej formy hmoty. Netrpezlivý poslucháč sa môže opýtať, ako k tejto interakcii došlo ?

Podľa poznatkov kvantovej fyzik existuje na túto otázku iba jedinú odpoveď, ktorá vychádza z Diracovho kvantovo-relativistického predpokladu existencie kladnej a zápornej energie.

Slávny anglický fyzik nás už v roku 1928 presvedčil na základe kvantovo-mechanického modelu častíc, že tieto môžu zaujať stavy s kladnou aj so zápornou energiou. Podľa neho je energia častíc určená rovnicou /1/

E= (m_o²c⁴ + p²c²) ^{1/ 2} (1)

m_o - pokojová hmotnosť E_o= m_o .c² - pokojová energia

p -relativistická hybnosť E = m.c² - celková energia

c -rýchlosť svetla

Medzi stavmi s kladnou a zápornou energiou je oblasť, ktorú vo fyzike nazývame zakázané pásmo. To znamená, že v tejto oblasti nemôže zaujať stav žiadna častica alebo antičastica, pričom stavy všetkých možných častíc a antičastíc sú kvantované a symetrické vzhľadom na stred zakázaného pásma, ktorému podľa Diracovej teórie prisudzujeme nulovú hodnotu energie.

Súčasná fyzika interpretuje zápornú energiu a prechod častíc do stavov s kladnou energio podľa energetického spektra, ktoré možno zobraziť diagramom na nasledujúcom obrázku :

Pri odpovedi na poslednú otázku si musíme uvedomiť, že pred veľkým treskom neexistovala látková forma hmoty. To znamená, že neexistoval priestor ani čas. Tieto pojmy majú svoj pôvod v nejakej príčine a ich zrod je možný iba cez interakciu tejto príčiny s poľom s nulovým spinom.

Fyzikálne zákony, ktorými poznávame okolitý svet pomocou rozumu, sú ako následok tejto príčiny, zakomponované do rozmanitých foriem vznikajúcich štruktúr hmoty od prvých okamihov vzniku

vesmíru (je to náhoda tj. fluktuácia, alebo vedomý zámer vyššej inteligencie?). Táto príčina, ktorá rozhodla o vzniku vesmíru, by mala byť podľa poznatkov synergetiky koordinačným činiteľom, ktorý v tvoriacom sa vesmíre určoval vznik a vývoj rozmanitých štruktúr hmoty pri jeho rozpínaní(viď tabuľku č.1 a č.2) .Pýtame sa-čo bolo príčinou generácie látky z poľa s nulovým spinom ? Podľa Diracovho kvantovo-mechanického modelu to mohlo byť iba žiarenie s nesmierne veľkou energiou. Aby ,,z ničoho“vznikli častice, malo by pri interakcii žiarenia s poľom s nulovým spinom dôjsť k jeho bipolarizácii tak, že sa generované ,,častice“ a „antičastice“ ocitli v kvantových stavoch s kladnou a zápornou energiou, ktoré už možno opísať rovnicou (1). Od tohto okamihu sa vo vesmíre začal uplatňovať zákon, ktorý filozofia nazýva zákon jednoty a boja protikladov, podľa ktorého sa protiklady stávajú neoddeliteľnou súčasťou vesmíru .Ak budeme predpokladať, že základné subčastice látkovej formy hmoty po prvých okamihoch bipolarizácie vesmíru boli kvarky a antikvarky, potom podľa zákona jednoty a boja protikladov môžeme prijať odvážny predpoklad, že kvarky a antikvarky vytvorili cez „fyzikálnu interakciu“, ktorú zatiaľ nepoznáme- pri expanzii a poklese teploty a hustoty látkovej formy hmoty a žiarenia- základné kamene látkovej formy hmoty súčasného vesmíru tj. neutróny, protóny a elektróny. To by ale znamenalo, že kvarky a antikvarky medzi sebou neanihilovali tak, ako to predpokladá štandardný model vývoja vesmíru, podľa ktorého ho akýmsi nevysvetliteľným javom nadobudli majoritu kvarky nad antikvarkami. Podľa filozofického princípu jednoty a boja protikladov sa musí takýto vesmír správať paradoxne.Toto odvážne tvrdenie sa pokúsime opísať v nasledujúcich kapitolách.

Takýto proces vzniku látkovej formy hmoty, ktorý sa pokúšame vysvetliť sa môže uskutočniť iba vtedy, ak pripustíme existenciu tohto žiarenia a jeho interakciu s poľom s nulovým spinom. Kritický poslucháč, ale ani s touto odpoveďou nebude spokojný, pretože si sám položí otázku, kde sa vzalo toto žiarenie? Odpoveď na túto otázku možno vyriešiť iba tak, že jeho existenciu pri interakcii s poľom s nulovým spinom možno len postulovať(boli to slová „fiat lux“ ? ), čo je vo fyzike pri poznávaní zložitých fyzikálnych javov dosť bežný postup. Ak prijmeme takýto výklad vzniku vesmíru môžeme sa opýtať, akú energiu muselo mať žiarenie interagujúce s poľom s nulovým spinom, aby sa v oblasti kladných energií objavili častice v stavoch symetricky usporiadaných vzhľadom na dovolené stavy antičastíc v oblasti záporných hodnôt energií? Táto energia by sa dala určiť, ak začneme od prvých okamihov vzniku a vývoja vesmíru uplatňovať princíp symetrie, ktorý určoval vo vesmíre typ fyzikálnych interakcií. /1/

Z diagramu tvorby častíc z „fyzikálneho poľa“ vyplýva, že nato, aby vo vesmíre vznikla látka, t.j. častice a antičastice s kladnou a zápornou pokojovou energiou, musí byť energia žiarenia:

Ak by pre túto energiu platila rovnosť, ku generácii kvarkov a antikvarkov by došlo, ale reliktné žiarenie ako svedka expanzie by sme nepozorovali, pretože pole s nulovým spinom by celú jeho energiu pohltilo. Z uvedeného vyplýva, že vznik nášho vesmíru musel byť naprogramovaný tak, že pri generácii látkovej formy hmoty z poľa s nulovým spinom toto pole celú energiu žiarenia nepohltilo, pričom bolo reliktné žiarenie oddelené od látky už v prvých okamihoch vzniku vesmíru, ale v neustálej interakcii s látkovou formou hmoty. Energia žiarenia pri interakcii s poľom s nulovým spinom musela byť teda väčšia, ako je rozdiel energií dovolených stavov pre ľubovolný typ „častíc“ a  „antičastíc“.

Možno predpokladať, že pri tomto procese sa z tzv. „prainterakcie“ ako prvá oddelila gravitačná interakcia vo forme rotujúceho gravitačného poľa(viď nasledujúce kapitoly). Pri bipolarizácii vesmíru následkom tejto sily došlo k spomaleniu častíc pri expanzii vesmíru. Z poznatkov kvantovej fyziky vyplýva, že stav s nulovým objemom môžu zaujať iba hypotetické častice s nulovým alebo celočíselným spinom, ktoré nazývame bozóny. Takýmito časticami by mohli byť i fotóny žiarenia, ktoré by mali interagovať s hypotetickými časticami poľa s nulovým spinom, pričom výsledkom tejto interakcie by bol vznik bipolárneho vesmíru.Takýto výklad je opodstatnený i preto, že podľa poznatkov kvantovej fyziky možno do kvantového stavu s danou energiou umiestniť nekonečne veľa bozónov.

Aby sme mohli pomocou fyzikálnych zákonov racionálne opísať (kapitola Coriolisova sila) pohyb „hyperťažkých“ častíc a z nich vznikajúcich častíc“- pri expanzii vesmíru- je fyzikálne opodstatnené predpokladať, že v okamihu interakcie žiarenia s poľom s nulovým spinom sa vytvorilo rotujúce gravitačné pole, ktoré na častice pôsobilo tak, že vzhľadom na toto pole sa ich radiálna rýchlosť vektorovo skladala s uhlovou rýchlosťou rotácie gravitačného poľa.

Z rovnice (1) za predpokladu: E = 2.m_o .c² môžeme pre radiálnu rýchlosť častíc generovaných pri bipolarizácii vesmíru odvodiť: v_r = c .Ö3/2 (2)

Druhý dôležitý poznatok, ktorý pri opise vzniku nášho vesmíru využijeme je fakt, ktorý vyplýva z formálnej úpravy kozmického potenciálu definovaného Newtonovou dynamikou a teórie relativity. Dá sa dokázať, že záporne vzatý štvorec rýchlosti svetla je rovný kozmickému potenciálu: /1/

V = - c² V - kozmický potenciál, c - rýchlosť svetla

Ak predpokladáme, že štatisticky zistený údaj o hmotnosti nášho vesmíru má hodnotu M = 2.10⁵³ kg , potom podľa vyššie zisteného relativistického poznatku bude platiť:

V = - G . M / r (3)

ak V = - c²

potom platí: c² = G.M / r

Odtiaľ možno vypočítať polomer tzv. Einsteinovho vesmíru:

r = G . M / c² (4)

r - polomer vesmíru

G - gravitačná konštanta

M - hmotnosť vesmíru

Z poslednej rovnice vyplýva, že ak G , c sú konštanty polomer r sa môže zväčšovať (vesmír sa rozpína) iba vtedy, ak sa zväčšuje i hmotnosť nášho vesmíru. To by ale znamenalo, že vo vesmíre sa generuje látka podobne ako sme opísali pri interakcii žiarenia s poľom s nulovým spinom pri vzniku a bipolarizácii vesmíru. Keďže takýto jav nepozorujeme, musíme v súčasnosti pripustiť druhú možnosť , tj . látka sa už vo vesmíre negeneruje a teda aj polomer nášho vesmíru sa v súčasnosti zväčšuje tak pomaly, že je súčasnými meracími prostriedkami nemerateľný, pretože rýchlosť svetla, ktorá vystupuje v rovnici (4) je považovaná za konštantu prírody (vesmír je „stacionárny“).

Takýto model vesmíru zastával i A.Einstein až do objavu Hubbleovho posunu čiar v elektromagnetickom spektre vzdialených galaxií. Pre takýto model vesmíru musí platiť, že celková kladná energia ( pokojová energia) je rovná zápornej energii (gravitačná potenciálna energia)./1/

Mohli by sme teda povedať, že náš súčasný vesmír je vhodne modulovaná nula.

Pri opise vývoja nášho vesmíru musíme rešpektovať nasledujúce fakty: konštantnosť rýchlosti svetla, posun čiar elektromagnetického spektra galaxií k červenému okraju a to tým viac, čím sú od nás vzdialenejšie, hustota kôp galaxií, ktorá je tým väčšia, čím sú kopy galaxií od nás vzdialenejšie, relatívne najväčšie zastúpenie vodíka a hélia vzhľadom na iné prvky v pozorovanom vesmíre, problém konečnosti a nekonečnosti vesmíru, problém krivosti a nesmierne veľa otázok, na ktoré zatiaľ nepoznáme odpoveď.

Ako argumentovať v prospech „stacionárneho“ vesmíru môžeme ukázať práve na relativistickom fakte, že záporne vzatý štvorec rýchlosti svetla je číselne rovný kozmickému potenciálu a všeobecne prijatej predstave, že náš vesmír vznikol prudkým rozopnutím superhustej a horúcej formy hmoty.