Žijeme v nádherně předvídatelném světě. Pokud upustíte jablko, spadne na zem. Díky spolehlivým rovnicím dokážeme poslat sondu na miliardy kilometrů vzdálenou kometu, naše telefony se přesně spojují se satelity na oběžné dráze a letadla se bezpečně drží ve vzduchu. Fyzika od Isaaca Newtona po Alberta Einsteina se zkrátka zdá být dokonalým, neomylným manuálem k našemu vesmíru.

Jenže tento manuál má jednu obrovskou vadu. Není totiž kompletní.

Naše přírodní zákony fungují pouze v jakési bezpečné, „průměrné“ zóně. Naše pravidla jsou striktně přizpůsobena naší lidské velikosti, našemu vnímání času a prázdnotě kolem nás. Jakmile se ale pokusíte otestovat ty nejzazší hranice tohoto vesmíru, učebnice fyziky se vám doslova rozpadnou pod rukama. V určitých extrémních podmínkách zkrátka přestává fungovat matematika a to, co by za normálních okolností mělo dávat smysl, najednou vyhazuje fatální chybu.

Co následovalo po důkladném teoretickém prozkoumání těchto fenoménů, ukázalo vědcům, jak moc jsme vlastně ještě na začátku. Zde jsou tři místa, kde se známé zákony fyziky hroutí a realita zcela přichází o svůj smysl.

První trhlina: Když nabouráte do absolutního rychlostního limitu

Představte si náš vesmír jako obrovskou videohru. Každá složitá počítačová simulace má svůj maximální výkon, svou pevnou snímkovou frekvenci, přes kterou už zkrátka nemůže jít, aniž by se znatelně zasekla. Tímto absolutním hardwarovým limitem našeho vesmíru je rychlost světla – legendární fyzikální konstanta c (zhruba 300 000 kilometrů za sekundu).

Podle Einsteinovy speciální teorie relativity platí naprosto neúprosné pravidlo: nic, co má hmotnost, nemůže rychlosti světla dosáhnout, natož ji překročit. Proč?

Jakmile jakýkoli objekt zrychluje, potřebuje k dalšímu zrychlení více a více energie. Kdyby se přiblížil rychlosti světla, jeho hmotnost by začala stoupat do nekonečna. K jeho dalšímu pohybu by tak bylo zapotřebí doslova nekonečné množství energie, což je naprosto nemožné. Nekonečno totiž ve fyzice prakticky vždy znamená, že je něco špatně.

Pokud by se ale přeci jen stalo, že by nějaká částice či loď tuto nepřekonatelnou bariéru prolomila, naše současné rovnice by okamžitě přestaly fungovat. Překročení rychlosti světla by totiž podle rozsáhlých analýz kauzální struktury v relativistické fyzice zničilo to vůbec nejzákladnější pravidlo celého vesmíru: kauzalitu, tedy vztah mezi příčinou a následkem.

Pokud byste cestovali rychleji než světlo, pro vnějšího pozorovatele byste se začali pohybovat zpět v čase. Rozbili byste sklenici a ona by se z ničeho nic začala skládat dohromady a skákat ze země zpět na stůl. Šíp času by se zkrátka zlomil. Naše fyzika na tento paradox nemá vůbec žádnou odpověď; za hranicí rychlosti světla naše matematika jednoduše končí.

Druhá trhlina: Dělení nulou ve středu monstra

Druhý bod, kde se vesmír nekompromisně láme, je mnohem temnější a existuje přímo v naší vlastní galaxii. Skrývá se v centrech černých děr.

Když vyhoří masivní hvězda, její vlastní obrovská gravitace ji neúprosně rozdrtí. Obecná teorie relativity Alberta Einsteina zvládá velmi dobře popsat to, co se děje v širším okolí takové černé díry. Dokáže spočítat zakřivení prostoru i to, jak se zde vlivem gigantické gravitace zpomaluje čas. Ale jakmile vědci namíří své složité rovnice přímo do samotného geometrického středu tohoto temného monstra, narazí tvrdě do zdi.

Tento extrémní centrální bod se nazývá singularita.

V singularitě se veškerá hmota dřívější hvězdy stlačuje do nekonečně malého bodu, kde gravitace a hustota dosahují nekonečných hodnot. A tady znovu narážíme na ono prokleté slovo. Ačkoliv slavná Penroseova věta o singularitách matematicky dokazuje, že zhroucení do tohoto bodu je v obecné teorii relativity za určitých podmínek nevyhnutelné, samotný výsledek je pro fyziky doslova děsivý.

Ve fyzice a matematice znamená objev nekonečna v rovnicích jediné: vaše teorie právě narazila na svůj strop. Je to úplně stejné, jako když se na obyčejné kalkulačce pokusíte dělit nulou. Přístroj vám zkrátka nedá žádný výsledek, vyhodí vám jen chybovou hlášku. Singularita je chybovou hláškou naší fyziky.

V centru černé díry přestává existovat prostor a čas tak, jak je známe. Pravidla extrémní gravitace se zde musí nutně střetávat s pravidly elementárních částic (tedy s kvantovou mechanikou), ale tyto dvě největší fyzikální teorie současnosti spolu zkrátka nedokážou komunikovat. V singularitě současná věda doslova oslepne.

Třetí trhlina: Pixely samotné reality a kvantová pěna

Zatímco první dva limity se týkají obrovských rychlostí a vesmírných mas, třetí hranice je naopak naprosto mikroskopická. Až tak mikroskopická, že zpochybňuje samotnou existenci volného prostoru.

Když se zblízka podíváte na hladký list papíru, zdá se být dokonale celistvý. Když ho ale dáte pod mikroskop, uvidíte chaotická, roztřepená vlákna. Dlouho jsme si mysleli, že s prostorem ve vesmíru je to jiné – že ať už budete „zoomovat“ jakkoliv hluboko, prostor bude vždy naprosto hladký, spojitý a nekonečně dělitelný.

Moderní fyzika ale zjistila, že to s největší pravděpodobností není vůbec pravda. Existuje fundamentální hranice, za kterou už vzdálenost jednoduše nejde zmenšit. Nazývá se Planckova délka (zhruba 1,6×10−35 metru). Je to rozměr tak absurdně malý, že kdybyste zvětšili obyčejný atom na velikost celého viditelného vesmíru, Planckova délka by odpovídala výšce běžného stromu.

Co se tedy stane, když se pokusíte analyzovat rozměr, který je menší než tato magická délka?

Nejnovější výzkumy zkoumající takzvanou holografickou kvantovou pěnu předpokládají, že na této úrovni náš známý hladký prostor jednoduše neexistuje. Spojitá látka vesmíru se zde mění v divokou, vroucí polévku kvantové pěny, kde prostorové a časové rozměry naprosto chaoticky vznikají a zanikají. Představte si to, jako když na monitoru počítače zvětšujete dokonalou digitální fotografii tak dlouho, dokud nenarazíte na ostré hrany jednotlivých čtverečků – pixelů. Pod Planckovou délkou už nevidíme ucelený obraz naší fyziky, ale narážíme na surové „pixely“ reality, pro jejichž popis nám zatím chybí jakékoliv matematické nástroje.

Tyto tři limity rozhodně neznamenají, že by fyzika, kterou se učíme ve školách, byla lživá. Ukazují nám však jeden zcela jasný fakt: náš příběh o chápání vesmíru ještě není ani zdaleka dopsán. Fyzikální zákony dneška je nutné sjednotit do takzvané Teorie všeho, která by propast mezi makroskopickým a mikroskopickým světem jednou provždy překlenula. Do té doby zůstávají rychlost světla, singularita a Planckova délka místy, kde se náš vesmír halí do naprostého tajemství.

Díky, že jste se se mnou vydali až na okraj samotné reality! Pokud vás fascinuje, že vesmír má své vlastní „hardwarové limity“ a že matematika končí tam, kde začíná ta pravá magie, budu moc rád za vaši podporu. I symbolický finanční příspěvek mi pomůže dál sledovat ty nejodvážnější teorie a přinášet vám příběhy o místech, kde čas a prostor ztrácejí smysl.

Dočetli jste až sem? Podpořte autora libovolnou částkou.