Kosmologie, tmavá hmota, teorie vesmíru

90 % hmoty zůstává neviditelné!

10. březen 2004

Astrofyzika je možná příliš vážná věda, než aby ji měli svěřit astrofyzikové

Neočekávaná odpověď.

Jedenáct, náměstí Marcellin Berthelot. Kollegium Francie bylo zcela rekonstruováno. Je stejně krásné jako Louvre.

Narlikar, indický předseda Mezinárodní astronomické unie, dlouholetý přítel Jean-Claude Pecker, je velmi příjemný. Máme stejný věk. Je bývalý žák Freda Hoyle. Vím, že na chvíli měli nápad, že fyzikální konstanty by mohly měnit svou hodnotu od místa k místu ve vesmíru. Chtěli tím vysvětlit „neobvyklé posunutí do červena“, tedy skutečnost, že pozorujeme úplně „neobvyklé“ odchylky od Hubblových zákonů. Vím, že měli pravdu, ale v té době neměli teoretické prostředky k řešení tohoto problému prostřednictvím „společných fluktuací metrik“.

Pecker ví, že při této konferenci chci mluvit o tomto tématu svému příteli.

Kontakt je velmi příjemný. Narlikar je jemný člověk plný humoru. Mluvíme anglicky. Představuji si okamžik setkání mezi Souriauem a ním, několik týdnů dříve. Jean-Marie neumí angličtinu, ani slovo. Narlikar určitě zná nějaké klíčové fráze – jak říct adresu řidiči taxíku, říci tři slova sekretářce. Bohužel se mi daří v jazyce Shakespeara. Rozhovor trvá dvě hodiny. Narlikar je zaujatý. Nakonec se odvážím.

- Přemýšlel jsem o těch myšlenkách, které jste kdysi spolu s Fredem Hoyle vyvolal o proměnlivosti fyzikálních konstant. - Ach, to byla spekulace..... - Ne, měli jste pravdu. Vím, jak na to. Možná bychom mohli spolupracovat, publikovat.

Narlikar se usmívá (přepisuji jeho odpověď anglicky s překladem):

- Můj drahý kolega, také jsem na černé listině (můj drahý kolega, jsem také na černé listině). Nedávno jsem odeslal článek do recenzovaného časopisu. Dostal jsem 43 otázek. List s otázkami byl delší než samotný článek. Tak jsem to nechal být).

- Pak je všechno bez nádeje..... (pak není žádná naděje).

Přiznávám, že jsem trochu zaskočen. Představoval jsem si všechny možné odpovědi, jen ne tuhle. Vím, že můj život má románové stránky, ale právě se napsal velmi neočekávaný úsek. I předseda IAU, Mezinárodní astronomické unie, má tedy problémy s publikacemi, přestože každý den se vydávají kilometry hloupostí. Ale i Souriau má stejné problémy. Veřejnost neví, že věda po druhé světové válce přešla pod kontrolu anonymních skupin. Jak tyto lidi identifikovat? Je to poměrně jednoduché. Podívejte se na ty, kdo publikují hodně, snadno a bez významu. Ti sami jsou „referees“, odborníci. Vydavatelské časopisy s jejich výborem nejsou nic jiného než výstupem skrytých vědeckých lobby. Lidé se spojují, rozhodnou se založit časopis, vytvořit recenzovanou revii. Ta je řízena „editoriálním výborem“, který obvykle jmenuje redaktora. Vezměme příklad z Francie. James Lequeux byl původcem vzniku časopisu „Astronomy and Astrophysics“, „evropského“ zaměření. CNRS a ministerstva poskytla peníze. Vědci se „seskupili“. Publikované práce nejsou nulové, ale jsou pouze výrazem určité vědecké lobby, jejímž „zaručitelem“ je Lequeux. Tato postava se někdy dokonce dostává až k cynismu a nečestnosti. Ale nic nelze dělat. Systém je uzamčen. Proto, jak často říká Souriau, „věda se ponořuje do moderní školastiky“.

Kdo jsou „referees“ vědeckých časopisů? V teorii jim jejich anonymita zaručuje „nezávislost myšlení“. Ve skutečnosti jim to umožňuje blokovat každou myšlenku, která by ohrozila teze jejich vlastní školy. Všechny referees jsou vědci, bez výjimky, o tom často zapomínáme. Ti lidé nejsou za práci odměněni. Samozřejmě, nedostávají každý den jen dobře zpracované práce. Kdo chce, může odeslat cokoli kamkoli. Existují tedy „filtry“. Jsou to lidé, kteří čtou články po stranách. Čas věnovaný prvnímu přehledu článku: průměrně pět až deset minut. Kritéria analýzy:

- Je tento člověk členem mé skupiny? Podporuje jeho práce tvrzení, která my brání? (například v současné době dogma existence tmavé hmoty). Je známý? Hmmm... francouzský! Nikdy nebyly významné příspěvky z Francie k kosmologii. To bude jen další hloupost...

Prochází stránkami, lhostejně. Je plno tenzorů. Ach, jsou tam skupiny...

Přechází chodbou a zaklepe na dveře naproti, k příteli fyzikovi teoretikovi.

- Hej, Mike, akce koadjointního grupy na jejím prostoru momentů, to ti něco říká? - Nikdy o tom neslyšel.... - Dobře, tak mé první podezření bylo správné.

Vrací se do své kanceláře a načte z pevného disku přednastavenou odpověď:

Sorry, we don't publish speculative works

Důkladně, neveřejní prací speculativního charakteru.

Tento člověk, který pracuje na superstrunách, na „teorii všeho“, TOE (Theorie of Everything), vytiskne dopis a přejde k dalšímu souboru.

Měl jsem desítky takových odpovědí od časopisů s rychlým odesláním zpět. Občas se mi podařilo publikovat, ale mohu říci, že jsem na každou publikaci strávil deset až stokrát více času, než jsem potřeboval k vytvoření práce samotné. Tato odpověď byla přesně stejná jako ta, kterou mi Lequeux poslal v roce 97, ihned po odeslání článku do jeho časopisu Astronomy and Astrophysics. Protože byl ve Francii, zavolal jsem mu na telefon. Argumentoval jsem.

- Můj dvojčatový model není ani více, ani méně spekulativní než model tmavé hmoty, který je ad hoc interpretací. Tento model také umožňuje vysvětlit silné gravitační čočkování jako projev „negativní čočky“, působení gravitačního účinku dvojčatové hmoty, geometricky neviditelné, odpudivé, na fotony našeho vlastního vesmíru. Jedná se jen o jinou interpretaci jevů, ale považuji, že by měl být publikován, protože je plodný. Navrhuji jednu věc: najděte si nějakého tvrdého referea, velkého zlého vlka kosmologie a pošlete mu můj článek. Pokud najde chyby, podvolím se.

Lequeux chvíli mlčí na druhém konci linky. Ale stejně jako před deseti lety si opravdu myslí, že moje práce nevydrží. Člověk, který se zajímá o UFO, nemůže produkovat kvalitní výzkum. Možná je to dobrá příležitost, aby to bylo konečně vyřešeno. Po chvíli ticha:

- Dobrá, uděláme to tak.

Měsíc nato obdržím anonymní odpověď referea s deseti otázkami. Začíná se boj. Tyhle jsem vždycky vyhrál, pokud referee přijal boj. Otázky jsou velmi technické, přesné, relevantní. Cítí se, že chlap hledá chybějící místo. Odpovídám bod po bodu. V jednom okamžiku napsal: „Předpokládáte, že ve středu obrovských prázdnot, mezer kolem nichž se nacházejí galaxie, se nacházejí shluky dvojčatové hmoty. Říkáte, že jsou „geometricky neviditelné“. Měly by ale mít vliv na obrazy objektů na pozadí. Zvažoval jste to?“

Otázka je velmi relevantní. Začnu počítat. Skutečně, pozadí jsou velmi vzdálené galaxie s vysokým posunutím do červena. I když tyto shluky mají relativně malé zdánlivé průměry, pozadí kosmického prostoru je tkanina, „tapeta“ tvořená miliony galaxií s velmi vysokým posunutím. S dalekohledem Hubble a moderními pozorovacími prostředky začínáme mít stále více obrázků tohoto vzdáleného pozadí. Jediný problém: tyto objekty jsou velmi, velmi vzdálené. Světlo, které nám posílají, je extrémně slabé. Konkrétně můžeme vytvořit obrázek těchto galaxií, jednoduchých skvrn, shromažďováním fotonu každých ... hodin. Lidé si neuvědomují, jak to probíhá. Aby bylo možné z povrchu Země vytvořit obrázek velmi vzdáleného objektu, potřebujeme obrovský zrcadlový reflektor a čas – hodiny pozorování. Je třeba shromáždit fotony, jeden po druhém. Pamatuje se na noc pozorování, kdy jsem doprovázel své kolegy „praktické astronomie“. Boulesteix, astronom z observatoře v Marseille, byl jedním z prvních, kdo připojil k objektivu dalekohledu počítač. Viděli jsme tedy obrázek galaxie, kterou pozoroval, vznikat foton po fotonu. Jacques před „zvukovým doplněním“ procesu. Každýkrát, když se detektory fotonů spustily, vysílač počítače vydal „bip“. Byl fascinován. Bylo to každých čtyři nebo pět sekund. Foton pak zanechal svou stopu, signalizoval svůj dopad výskyt nového pixelu na obrazovce. Proč jsem strávil čtyři hodiny sledováním, jak se obrázek tvoří. Současně počítač provádí měření Dopplerova efektu. Z toho odvodíme rychlost vzájemného oddalování a dále odhad vzdálenosti. Když jsou galaxie příliš vzdálené, bude třeba zvažovat dny shromažďování fotonů nebo zrcadla velká jako fotbalové hřiště. To je to, co omezuje dosah pozemských dalekohledů. Tyto kosmické dalekohledy nemají tuto omezení. Otočené zády ke Slunci mohou být nasměrovány na stejnou oblast oblohy po dny a dny. To jsme učinili s Hubblem. Věděli jsme, že právě nad Velkým vozem je oblast oblohy veliká jako špička jehly držené na konci paže (také veřejnost neví, že čím dál od nás dalekohledy vidí, tím úzce jejich zorné pole je), která byla černá jako inkoust. V tomto směru se zdálo, že tam „nic není“, ani jediná hvězda, ani galaxie. Pak jsme Hubble namířili na tuto špičku jehly a pozorovali po týden. Přijímal foton každých hodin. Obrázek se tvořil. Dali mu jméno: „deep sky survey“ – „pohled do hlubokého vesmíru“. Tento historický snímek odhalil existenci tisíců galaxií v miliardách světelných let vzdálenosti. Byla potvrzena myšlenka, že galaxie existují již velmi dlouho, což vyplývá také z odhadu věku hvězd, které obsahují. Hvězdy v kulových hvězdokupách jsou považovány za „primordiální hvězdy“, narozené prakticky ve stejném čase jako galaxie, ve které bydlí. Věk těchto hvězd je odhadován na deset až patnáct miliard let. Závěr je, že galaxie se měly vytvořit zároveň s vesmírem samotným. Jak? Astrofyzici to nevědí. Ať už jak, pozadí tvoří kobercovou síť galaxií, téměř „spojené“. Jejich světlo by proto muselo být nutně ovlivněno kvůli gravitačnímu efektu zpětného působení přítomnosti shluků tmavé hmoty.

Dělám výpočty. Článek se rozrostl o několik stran a poskytuji odpověď. Tento efekt zpětné gravitační čočky by měl fungovat jako malé rozptylové čočky a oslabit signál. Už jsem to vysvětlil v řadě souborů na mé webové stránce, věnovaných populárnímu výkladu tématu dvojčatového vesmíru (Začátek této série stránek - stránka, kde je tento efekt zmíněn). Tady je obrázek ilustrující tento koncept:

Schématické znázornění galaxií na pozadí a efektu, který by mohl způsobit přítomnost shluku dvojčatové hmoty na viditelné dráze.

Při těchto vzdálenostech (odhadovaných z měření posunutí z) se velikost galaxie, její hmotnost měří pouze na základě množství přijatého světla. Dospívám k závěru, že toto světlo musí být oslabené. Tedy specifický pozorovatelný efekt, který by podpořil mou teorii: měli bychom najít velké množství „malých galaxií“ v obrovské vzdálenosti. A právě to Hubble odhalil, právě to najdeme.

Získal jsem bod. Odesílám článek znovu. Zpět přichází, stále za měsíc, s deseti novými otázkami. Zaměstnávám se tím a znovu reaguju na kritiku, vyvracím ji. Článek se během výměny rozrůstá. Na začátku měl dvacet stran. Uplynulo osm měsíců. Nyní má šedesát stran. Můj přítel Georges Comte, který byl tehdy ředitelem observatoře v Marseille, komentoval:

- Páni. Když budeš mít toho referea poraženého a když bude Lequeux muset publikovat, bude potřebovat celý číslo svého časopisu, podle toho, jak to jde...

Ale najednou mi Lequeux pošle dopis, velmi surový, jak je zvykem:

- Tento výměna už byla dost dlouhá. Nemohu takto zneužívat sekretariát časopisu pro tyto nekonečné výměny. Mám pocit, že to nepovede k žádnému výsledku a ukončuji tuto záležitost. Moje rozhodnutí je nezvratné.

„Nezvratné“, to je přesně Lequeux. Lidé, kteří ho znají, to vědí. Mozek Jamese má tuhost betonu. Ve své observatoři jsou moji kolegové ohromení. Nikdy se to nevidělo. Comte:

- Ale... právě jsi měl referea na zemi, vyhrál jsi s ním boj. Tento dopis je šokující!

Píšu Lequeuxovi a navrhuji rozdělení článku téma po tématu. Odmítá. Zkouším zachránit situaci tím, že navrhuji vyjmout z tohoto monumentu několik bodů schválených refereem, aby vznikl minimální článek o několika stranách. Lequeux opět odmítá a ve svém dopise přesně uvádí:

- Upozorňuji vás, že názor referea je pouze konzultativní a konečné rozhodnutí o přijetí nebo zamítnutí článku patří redaktorovi časopisu.

Nedávejme si strach z slov. Během celé mé vědecké kariéry jsem nikdy neviděl takový nečestný čin. Lequeux, který ví, že má absolutní imunitu, se chová jako to, čím je: jako mafián. Co dělat? Jít do ulice? Založit hladovou stávku? Psát do vědecké tiskové zprávy (která nejenže se vyhýbá, ale také podporuje mafie). Uzavřít se s Lequeuxem v jeho kanceláři a připnout mu k krku výbušninu?

Tyto deset měsíců boje s tímto refereem mě vyčerpaly. Jak publikovat tento článek?

Zbývá mezinárodní vědecká konference v Marseille, v roce 2001. Snažím se přiblížit organizátorskému výboru, ale přijetí zůstává velmi chladné. Nemám jen přátele na místní úrovni. Několik let předtím, na počátku devadesátých let, můj přítel Marie-France Duval, docentka, byla zatížena CNRS s vytvořením panelu zobrazujícího práce vědců z našeho laboratoře, observatoře v Marseille. Požádala mě, aby do něj začlenila obrázek úžasných galaxií, které jsme získali v roce 92, Frédéric Lansdheat a já. Ale když byl panel představen vědecké rady observatoře, dva její členové, Albert Bosma a Lia Athanassoula, se silně proti tomu postavili, aby na panelu zůstala jakákoli stopa prací Jean-Pierre Petit. Panel byl součástí itinerantní výstavy, která měla představit práci různých laboratoří ve Francii a Navarre.

Albert Bosma

Bosma a Athanassoula bezúspěšně pokusily během dvaceti let na výkonných počítačích, které si nakoupili, získat takové výsledky (vrátím se k tomu později). Hrozily dokonce odstoupit z rady, pokud bychom přeskočili. Marie-France je nutili odstranit obrázky. Comte mi vysvětlil:

- Rozumíš, existují i velké tlaky z Paříže. Musíme... uklidnit situaci. Mohl bych to přeskočit, ale stálo by nás to mnoho pracovních míst, mnoho prostředků. Rozumíš? ... Musím spravovat tuto... blázinec a zabránit vážné krizi.

Rozumím. Zbývá ta mezinárodní konference z roku 2001.

V roce 99 se konala francouzsko-francouzská konference v Montpellieru o „astročásticích“. Přijel jsem. Organizátor, mladý teoretický fyzik jménem Moltaka, mi dal dvacet minut času. Když jsem se chystal promluvit, přišel k mému stolu.

- Hmm... máme problém. Bosma řekl, že pokud budete mluvit na této konferenci, okamžitě odjede.

U strany Moltaky stál kolega z observatoře v Marseille, určitý Giraud, který štěkal:

- My nechceme dát slovo lidem, kteří dostávají zprávy od mimozemšťanů! - Nejsem přišel mluvit o tom, ale o alternativní interpretaci zrychlení vesmíru při vysokém posunutí do červena prostřednictvím působení jeho dvojčete. Víte, Giraud, sál rady je vedle. Můžete si tam dát oznámení a opakovat to před všemi. Ale bojím se, že byste vypadal jako hlupák...

Mladý Moltaka byl zmatený. Snažil se uklidnit situaci.

- Počkejte, Petit. Najdeme jiný čas pro váš příspěvek, až Bosma odjede do Marseille. - Dobře...

Dva dny uplynuly. Atmosféra se stala tíživá. Bylo tam dvě stě účastníků, všichni astrofyzici. Hluk pokračoval. Cílem konference bylo zjevně omluvit přidělení prostředků pro detekci „astročástic“, složek hypotetické tmavé hmoty. Hlavní částice je „neutralino“, odvozená ze „supersymetrie“. Je neutrální. Někdo (zapomněl jsem jeho jméno) navrhl, že by se mohla detekovat pomocí „Cerenkovova efektu“. To neutralino je elektricky neutrální částice, v principu „pocházející z velkého třesku“, v „jeho prvních okamžicích“. Giraut vysvětlil, že „spočítal, že shluk Hercules by měl posílat tok dvou set neutralinů za sekundu a za metr čtvereční“. Ten, kdo doufá, že bude ředitelem budoucího laboratoře pro astročástice, vysvětlil, že detekce by mohla umožnit zaznamenat „jeden jev denně“. Za mnou teoretický fyzik šeptal mezi zuby:

- Všechno to je nesmysl. Tato částice závisí na dvou stovkách volných parametrů. Je to opravdu něco z ničeho. Kdyby tento člověk předpokládal milion jevů denně, bylo by to moc. Jeden ročně by bylo příliš málo: nikdo by nezaplatil ani cent za takovou detekci. Tak se všichni dohodli na tomto čísle jednoho denně, úplně libovolném. Výpočty Girauta nemají žádný smysl.

Pravda je, že mé teorie jsou v rozporu s touto tmavou hmotou. Pro těchto lidí jsem někdo, kdo brání vědění. Pokud existuje dvojčatový vesmír, pak tmavá hmota je jen mýtus. Na této konferenci, mimozemšťané nebo ne, mé projevy nejsou přežádány. Jsem pes v kulečníku. První den nám přednášel předseda univerzity v Montpellieru:

- Město Montpellier se rozvíjí demograficky. Současně počet studentů na fakultě přírodních věd stagnuje. To znamená, že stále méně mladých lidí se obrací k vědám. Co se týče oddělení fyziky, je prakticky v pádu. Najděte si nové myšlenky, jsme připraveni dát prostředky a pracovní místa, ale rychle, jinak za několik let už žádný student nebude věřit základní fyzice.

Moltaka mi vyhýbá. Vím, že mladý člověk hraje svou kariéru. Přišly tlaky z Paříže. Nakonec mu řeknu:

- Tak kdy vám dáte slovo J.P. Petitovi? Zbývá jen dnes a zítra. - Myslím... že mu slovo nedáme. Jsem... lituji...

V mé kariéře jsem viděl mnoho zelených a nezralých, ale v této noci v hotelu nemohu nic spolknout. Myslel jsem, že mám pevný žaludek. Teď to neprojde. Byl jsem zákazán ke slovu pod tlakem jednoho z „velkých“ na konferenci, Bosmy. Všichni to věděli a žádný z dvou set účastníků se nehýbal. Já bych řekl: „Pokud Petit nebude mluvit, odcházím.“ Ale jsem... Jean-Pierre Petit, ne běžný astrofyzik nebo teoretický fyzik z CNRS.

Zpátky jsem na stěně v observatoři v Marseille a v LAS, laboratoři pro kosmologii téže města, vystavil záznam o tomto incidentu. Všichni, včetně ředitele mého laboratoře, „litovali chování Bosmy“, verbálně, jednotlivě. Ale nic víc se nestane.

Všechno to mi dává nápady. Máme přístup, nepřímo, k členovi organizátorského výboru mezinárodní konference v Marseille, červen 2001, jejíž téma je „Kde je hmota?“. Athanassoula mi už řekla: „Ztrácíš čas, když očekáváš představení článku.“ Musím tedy použít jinou metodu: únos. Informoval jsem výbor, že pokud se nepřijme moje přednáška, rozkážu celou Bosmovo záležitost v příští knize a to může způsobit určitý úpadek důvěry v laboratoř.

To fungovalo...

Tak se musí někdy manévrovat, aby se publikovalo. (Viz tato publikace). To jsou myšlenky, které mě napadly, když jsem se poprvé rozloučil s Narlikarem. Ten mě doprovázel chodbami, kde byly přechody s klíči, kde se muselo zadávat kód. Jaké opatření! Tato pevnost poznání je lépe chráněná než pevnost Arcueil. Možná se tak chrání proti proniknutí podivných myšlenek?

Jak identifikovat tyto záhadné referees, chráněné svým svatým anonymem? Je to poměrně jednoduché. Jsou to ti, kdo publikují hodně. Pro ně všechno vypadá snadné. Stejně tak pro členy jejich výzkumného týmu nebo jejich „klientelu“. Existuje také jasný znak, který neklame: ti lidé se navzájem citují bez přestání. Vzájemná podpora. „Já tě cituji a ty mě.“ Už dávno jsou vědecké články na webu a už dlouho fungují specializované vyhledávače, které počítají každou citaci autora. CNRS a další instituce se na tomto počtu citací velmi spoléhají. Stává se to referencí. Důležitá práce je práce, která byla mnohokrát citována. Tak vznikají skupiny. „Banda Hawinga“ je příkladem. V tomto smyslu si podívejte knihu Greene, „Elegantní vesmír“, ta není zrovna špatná. Lidé z superstrun vytvořili fantastickou „komunitu“. Toto je bez precedents. Dokázali vytvořit disciplínu, která zcela neexistovala, protože tato „formující teorie“, tato „Teorie všeho“ nic nepředpovídá, neinterpretuje žádný jev, žádné pozorování, nic nesimuluje. Ale, jak psal ten papoušek, kterým je Larousserie (Science et Avenir), „je to globální teorie“.

Pokud jste „globální“, jste „v“, jednoduše.

Znám desítky vědců, kteří jsou přesně citováni, ale jejich články jsou jen pěna. Chcete obrázek stavu astrofyziky, kosmologie a současné teoretické fyziky? Vezměte stovky sprejů na holení a vysypete je všechny najednou. Pamatujete film Brasil? Je tam postava, jejíž jméno jsem zapomněl, která několikrát zachránila hlavního hrdinu pomocí úžasných gadgetů. Například utekla po ocelovém drátě. Ale jednou se přiblížila k vývětě a dostala přímo do tváře formulář, který se jí přilepil. Snažil se ho sundat, ale rychle byl pohlcen papíry, daňovými doklady. Rychle zemřel, udušený administrativními emisemi. Naše moderní Don Quijote nebojí vítr. Skáčou, s lance v ruce, do hromad pěny na holení, kde zemřou udušením.

Zítra je konference. Nic jsem nepřipravil. Dokonce ani transparenty.

- Alespoň... tvůj přítel Pecker .... měl bys.....

Vím, ale pružina je přetržená, od článku Larousserie v Science et Avenir z &&&. Nedávno vydaly nakladatelství Dunod knihu určitého Magueijo s názvem „Rychleji než světlo“. Velký úspěch. Je to trochu ve stejném stylu jako knížka Greene. V roce 97 Magueijo, mladý vědec v Cambridge, Anglie, se podařilo publikovat článek v Physical Review. Měl nápad, že kdybychom si představili kosmický scénář, ve kterém by rychlost světla byla vyšší v minulosti, umožnilo by to částicím „komunikovat“ v nejstarších dobách a zaručilo by homogenitu vesmíru. Ale hned poté se objevil určitý Moffat, Kanadec, který publikoval podobné věci v roce 93. Moffat protestuje.

Ve skutečnosti jsem já skutečný předchůdce v této cestě, o tom budu mluvit později. Vydal jsem tři články v letech 88–89 v Modern Physics Letters A [1, 2, 3]. Když jsem objevil práce Magueijo a potom Moffat v roce 99, poslal jsem jim několik e-mailů. Žádná odpověď. První pravděpodobně psal svou knihu a nebylo vhodné ho rušit. A pak, jaká je důležitost! Je tolik věcí, o kterých bych měl bojovat, začínaje MHD.

Další den začalo přednáškou Narlikara, který představil „standardní“ scénář velkého třesku s inflací Linde a vším ostatním. Pecker nás varoval:

- Narlikar nám bude ukazovat, co si myslí jiní, ne to, co on sám myslí.

Pak přišel čas mého přednášky. Stalo se pak zarážející jev, podobný přílivu. Sál má jen sto míst. Z hlasů, které nás dosahují z vchodu, se zdá, že je problém. Pecker jde zjistit a otočí se k posluchačům:

- Abychom mohli přijmout celou tuhle společnost, přesuneme se do velkého amfiteátru.

Ten byl okamžitě plný a lidé museli sedět na schodech. Čert, nečekal jsem to. Kolik jich je? Tři sta? Čtyři sta?

Pecker mě představuje a já začínám:

- Kromě Narlikara a Pecker, jsou v sále nějací astrofyzici a kosmologové?

Ticho.

- Jsou tu nějací teoretický fyzici?

Nic. Připomíná mi to, co mi říkal můj řecký učitel Barquissau, když jsem se potuloval s kalhotami v kapse na gymnáziu Carnot a když požádal, zda někdo chce přejít k tabuli, naše pohledy klesly k botám nebo se zvedly k stropu:

- Tak se zvedlo tolik rukou, že byl nebe zakalený.

Ptám se:

- Jsou tu nějací fyzici?

Ruce se zvedají. Složení sálu je rozmanité, ale je tam hodně „seniorů“, mezi čtyřiceti a šedesáti. Máte hodinu, abych vám popsali svou dvojčatovou představu vesmíru.

Skupiny.

Vše začíná článkem Andreje Sakharova z roku 1967, který však zcela prošel nezaznamenaný a dodnes je málo známý. Je pravda, že Rus nesložil věci dál, ale najdeme základní myšlenky. Podle něj neexistuje jediný vesmír, ale dva, spojené touto prostoročasovou strukturou nazývanou Velký třesk. Druhý bod: šipka času tohoto „dvojčatového vesmíru“ (tak mu říká) je obrácená ve srovnání s naší.

Všechno je obtížné pochopit. Představme si vesmír, jehož prostorová část má pouze jednu dimenzi a navíc je uzavřená sama na sebe. Jeho obraz je jednoduše ... kruh. Přidejme čas. Následující obrázek ukazuje takový vesmír, jehož obvod roste, je v expandu.

&&& obrázek prostor-čas 2D

Nyní si představme vizuální znázornění vesmíru Sakharova. Má tvar píšťaly. Označme t čas kosmický v našem vesmíru a t* čas dvojčatového vesmíru. Tyto dvě časové směry jsou opačné. Co to znamená?

Odpověď vychází z prací matematika Jean-Marie Souriau, které pocházejí z konce šedesátých let a byly publikovány nakladatelstvím Dunod v knize, která je dnes vyprodaná: „Structure des Systèmes Dynamiques“. Tato kniha byla v roce 1999 znovu vydána v angličtině nakladatelstvím Birkhauser: „Structure of Dynamical Systems“ a ukazuje se, že více než třicet let po jejím vydání v Francii stále zůstává na vrcholu matematické fyziky. V následujícím textu provedu experiment dvojího projevu. Na této webové stránce najdete výklad ve velmi schématické podobě. Nechť mé nevědecké čtenáře neztratí naději příliš brzy. Výhoda je významná. Kliknutím na odkazy může vědecký čtenář najít trochu rozšířenější prezentaci.

Je velmi těžké pro nezkušeného člověka pochopit, co je skupina. Je to soubor matematických objektů, které „působí“ na jiné objekty, které „přesouvají“. Vezměte body v rovině. Nakreslete geometrické tvary na této rovině. Můžete na ně působit tím, že je otočíte kolem pevného bodu.

&&& skupina rotací

Tyto rotace kolem bodu O v rovině tvoří skupinu, strukturu, která splňuje tři axiomy.

1 - Existuje operace, která mi umožňuje skládat dvě rotace kolem bodu O, jejichž výsledek je také rotace kolem tohoto bodu.

2 - Existuje neutrální prvek, který nemění polohu objektu v rovině. Je to „otočení o nulový úhel“. Pokud spojím otočení o úhel q s otočením o nulový úhel, výsledkem bude otočení o úhel q.

3 - Pokud otočím objekt o úhel q, mohu jej vrátit do původní polohy pomocí „opačného“ nebo „inverzního“ otočení o úhel –q. Jinými slovy: každému otočení q mohu přiřadit inverzní otočení –q.

4 - Po sobě jdoucí otočení odpovídají sčítání úhlů:

q1 + q2 + q3

Tato operace „otočení“ je asociativní, stejně jako sčítání dvou čísel, tedy mohu libovolně provádět skupinování:

(q1 + q2) + q3 nebo: q1 + (q2 + q3)

Tato operace „kombinace dvou otočení“ tedy splňuje axiomy grup, definované Sophusem Lieem.

Kromě toho mohu provádět tyto otočení v libovolném pořadí. Výsledek (q1 + q2) je stejný jako (q2 + q1). Operace „otočení kolem bodu“ je komutativní. Tato grupa je komutativní (ale ne všechny jsou).

Všechno to zní zřejmě, ale mohu vám říct, že tato čtyři axiomy patří mezi ty nejúžasnější věci, které lidstvo kdy v matematice, v… fyzice objevilo. Pokud mi budete následovat, aniž budete příliš přemýšlet na začátku, pochopíte proč.

Můžeme zvažovat jinou grupu – skupinu posunutí v rovině. Vektor posunu je pak

(Dx, Dy)

Získáme tak opět grupu, jejímž neutrálním prvkem je nulové posunutí:

(0, 0)

Každému posunu můžeme přiřadit opačný posun:

(–Dx, –Dy)

Spojením obou získáme nulové posunutí. Objekt se… vrátí na původní místo. Pokračujeme v otevírání dveří, které jsou už otevřené, v rozšiřování řečí, které jsou zjevně rozumné.

Tyto dvě operace – otočení a posun – můžeme kombinovat a získáme tak grupu pohybů v rovině. Neutrálním prvkem je… nechat objekt na místě: žádné posunutí, žádné otočení. Pojem inverzního pohybu je také intuitivní. Objekt vrátíme do původní polohy. Získáme opět grupu, jejíž otočení a posuny tvoří tzv. podgrupy. Nezoufejte: to je jen slovo na okraj.

Pojmy druhu.

Můžeme si představit nekonečně mnoho tvarů v rovině. Některé jsou takové, že je můžeme přesně překrýt pomocí pohybu. Takovými jsou například množina čtverců o straně a, kruhy o poloměru R, úsečky délky L. Budeme pak mluvit o druhu „kruhy o poloměru R“, „čtverce o straně a“, „úsečky délky L“.

&&& obrázek

Dvě úsečky různé délky L1 a L2 nelze přesně překrýt. Budou považovány za patřící do dvou různých druhů. Získáme tak určitou geometrickou taxonomii. Na druhé straně je zřejmé, že:

Všechny body jsou stejného druhu.

Podívejme se na následující obrázek.

&&& pravoúhlé trojúhelníky s různými stranami

Je zřejmé, že tyto dva trojúhelníky nelze přesně překrýt kombinací otočení a posunu. Chybí něco: symetrie. Stačí přidat do grupy jeden prvek, například zrcadlení podle dané přímky. Prováděním tří po sobě jdoucích operací:

• Zrcadlení podle přímky D

• Otočení tak, aby strany trojúhelníků byly rovnoběžné

• Posun

mohu nyní tyto dva trojúhelníky přesně překrýt. Řeknu, že jsem vytvořil tzv. Eukleidovskou grupu 2D. Tato grupa by měla být vnímána jako množina možných akcí na objektech. Tyto akce nemění jejich „velikost“ ani úhly. Zachovávají poloměr kruhu, stranu čtverce, délky stran trojúhelníku. Avšak intuici si představíme, že tyto prvky můžeme rozdělit do dvou skupin:

• Prvky, které objekty „neobrátí“ zprava doleva

• Prvky, kde je tato operace provedena.

Vše závisí samozřejmě na objektech, na kterých působíme. Kruhy, čtverce, rovnoramenné a rovnostranné trojúhelníky, pravidelné mnohoúhelníky atd. jsou nesmírně citlivé na „obrácení“ zprava doleva. Ale zásadně – protože každý prvek grupy je způsob, jak působit na objekt – si uvědomíme, že tato grupa se skládá ze dvou podmnožin:

&&& obrázek

Tyto podmnožiny budeme nazývat komponenty grupy. Ta, která obsahuje neutrální prvek, se bude jmenovat neutrální komponenta.

Je zřejmé, že tuto myšlenku můžeme rozšířit i do tří rozměrů. Tam najdeme opět otočení a posuny. Uvažujme-li objekty s trojrozměrnou orientací, jako šrouby, snadno si představíme, že kromě otočení kolem os a posunu podle vektoru (Dx, Dy, Dz) je třeba zvážit i další operaci, která „obrátí“ objekty zprava doleva – konkrétně zrcadlení podle roviny. Vytvořením posloupnosti transformací, které jsou kombinací těchto tří operací:

• (Možné) zrcadlení zprava doleva

• Otočení

• Posun

můžeme získat množinu transformací zachovávajících úhly i délky, která bude tvořit tzv. Eukleidovskou grupu 3D. Ta také bude mít dvě komponenty – podle toho, zda dané transformace zachovávají orientaci objektů nebo ji obrátí (převedou „pravotočné“ šrouby na „levotočné“).

&&& obrázek

Rozhodněme se, že tuto změnu zprava doleva budeme nazývat P-symetrií (z anglického „parity symmetry“).

Tento úvod jsem vysvětlil, abych vám pomohl se seznámit s pojmem grupa a akce prvků grupy na objektech (zde geometrických obrázcích). Ale fyzika není statická. Prostor, který budeme uvažovat, bude pak časoprostor:

(x, y, z, t)

Co je „geometrický útvar“ v tomto časoprostoru? Pro nás to bude především orientovaná přímá trajektorie (v čase). Pro zjednodušení budeme uvažovat časoprostor se třemi rozměry:

(x, y, t)

Tento prostor může až nekonečně mnoho orientovaných přímek, každá reprezentuje trajektorii.

&&& obrázek

Nemůžeme říct, že by to všechno bylo opravdu fyzikou. Je to pouze jednoduchý model určený k ilustraci konceptů.

Svislé trajektorie odpovídají objektům… nehybným. Vodorovné přímky odpovídají trajektoriím s… nekonečnou rychlostí. Ale víme, že fyzika takové pohyby nepovoluje. Berme tedy všechno „s rezervou“. Pokud bychom chtěli zahrnout speciální teorii relativity, vidíme, že bychom měli uvažovat pouze pohyby odpovídající přímkám ležícím „uvnitř světelných kuželů“, tedy tvořícím s rovinou xoy minimální úhel odpovídající pohybu rychlostí… světla.

&&& obrázek

Podstatná myšlenka je následující:

Řekni mi, jak se pohybuješ, a já ti řeknu, kdo jsi.

Je to chování objektů fyziky, tzv. „hmotných bodů“.

Ortochronní a retrochronní.

Znovu zvažme naši trojrozměrnou časoprostorovou soustavu (x, y, t), jedna prostorová a dvě časové dimenze. Uvažujme trajektorii znázorněnou na obrázku níže, představme si pohyb z bodu A do bodu B. Podle obrázku vidím, že tato dráha AB je ortochronní: od A k B čas t teče směrem do budoucnosti a ne do minulosti (což by bylo případem trajektorie BA).

Mám tuto trajektorii a představuji si, že disponuji grupou, která mi umožní přejít z jedné trajektorie tohoto hmotného bodu na jinou. Pro nezkušeného čtenáře je grupa něco jako „kouzelný pytel“, znázorněný kruhem. Uvnitř této množiny se nacházejí body, z nichž každý má představovat prvek g této grupy G. Mezi těmito prvky označíme jeden jako e – neutrální prvek, který nic nemění, ponechává trajektorii „tak, jaká je“. Zdá se to hloupé, ale vím podle axiomů pana Liee, že tento typ prvku musím mít v tomto pytli, aby to mohlo být grupa.

&&& změna trajektorií

S grupou může přijít cokoli. Když jsem manipuloval s Eukleidovskou grupou, např. ve 3D, mohl bych zvažovat kužel s vrcholem směřujícím nahoru, k „ose z“, a představovat si, že prvky grupy mohou tento objekt obrátit „dolů hlavou“. Ale mohl jsem také vybrat nekonečně mnoho prvků grupy a vyloučit ty, které obrátí kužel „dolů“.

Podobně mám nekonečně mnoho způsobů, jak působit na úsečku, jako je tato trajektorie. Např. z dané ortochronní trajektorie mohu najít prvek, který ji převede na jinou ortochronní trajektorii, kde body A a B jsou „přesunuty“ do A' a B', takže čas tA' je pozdější než čas tB'. Tak jsem tedy přešel z ortochronní trajektorie orientované v čase minulost-budoucnost na jinou ortochronní trajektorii A'B', která je také ortochronní, ale probíhá mezi jinými body prostoru, různými rychlostmi a v jiném časovém intervalu.

Můžu si také představit, že v této dynamické grupě, která vytváří všechny možné pohyby, existují prvky, které přesunou mé body A a B do bodů A" a B", takže tA" > tB".

&&& obrázek

Pokud by obě trajektorie AB a A'B' byly ortochronní, je trajektorie A"B" retrochronní. Pohybujeme se z A" do B"… zpět v čase.

Řeknete mi: To je Lewis Carroll. Pohybujeme se ve světě Alice v zemi divů, kde můžeme říkat a psát cokoli. Vaše retrochronní trajektorie je… kočka od Chester!

Hm… ve fyzice si musíme být opatrní, zejména s grupami. Jsou to nástroje, které vytvářejí objekty. Viděli jste, jak z krychle mohu vygenerovat nekonečně mnoho krychlí. Ale viděli jste také, jak z „normálního“ šroubu mohu vytvořit jeho zrcadlový obraz, tzv. „enantioformní“.

Někdo by mohl říct: Šrouby, které se točí opačně, neexistují! To je nesprávné. Najdete je v obchodech s výhružkami. To je konkrétní realita. Nelze ji popřít.

Stejně se stalo s antimatérií. Měli jsme hmotu a grupu, která umožňovala převést tuto hmotu „do všech stavů“. Měli jsme možnost ji přesunout „jinam“, „dříve“ nebo „později“ v časoprostoru. Protože tato grupa byla založena na jiné, tzv. Lorentzově grupě, všechny tyto transformace probíhaly s omezením: v < c. Ale mohli jsme také „vytvořit“ objekty nazývané fotony, které se pohybují rychlostí c. Přidáním páté dimenze jsme pak (Kaluza-Klein) tomuto bodovému objektu přidali elektrický náboj. S touto novou grupou jsme mohli hrát s nabitými částicemi a považovat je také „ve všech svých stavech“. Ale zjistili jsme (to nebylo přesně tak, jak se to historicky odehrálo, ale to není podstatné), že v této supergrupě, větší (matice 6×6 místo matice 4×4), existují prvky, které invertují tuto pátou dimenzi z, tzv. „Kaluzaova dimenze“.

Dříve jsme řekli, že částice jsou popsány chováním. Je to:

Řekni mi, jak se pohybuješ, a já ti řeknu, kdo jsi.

Hmotný bod, nezatížený elektricky, se pohybuje v čtyřrozměrném prostoru. Každý pohyb odpovídá určitému výběru parametrů. Pro nezkušeného čtenáře se omezíme na uvedení energie E – jediného objektu, který mluví každému.

Vlastnosti spojené s pohybem: (energie E, apod.)

Ostatní si mohou přečíst více kliknutím zde.

Ve fyzice, když přidám dimenzi, přidávám také vlastnost (pro odborníky zůstávám schématický, vím…). Pokud přidám pátou dimenzi z, objeví se další vlastnost – elektrický náboj. Získáme tak:

Vlastnosti spojené s pohybem: (energie E, elektrický náboj q, apod.)

Částice se tedy pohybují v pětirozměrném prostoru (z, x, y, z, t).

Poznámka na okraj: je velká móda popisovat svět pomocí dalších dimenzí. Vězte, že pokud přidám další dimenze, přidávám vždy (alespoň) jednu novou vlastnost, např. nový skalár. Pokud si myslím, že jsem „vytvořil“ elektrický náboj přidáním dimenze z2, mohu přidat druhou a říci, že to vytváří baryonový náboj. Přidáním sedmé dimenze z2 bych měl leptonový náboj, atd...

Existence „kvantových nábojů“ je spojena s rozšířením počtu dimenzí.

Když uvažuji o svých dimenzích, vím, že se něco děje, pokud např. obrátím jednu prostorovou dimenzi. Pokud změním x na –x, bude každý objekt „obrácen“ zprava doleva.

No a když obrátím tuto dimenzi, obrátí se i elektrický náboj. Omezme se na popis v pětirozměrném prostoru. Existence tohoto prvku v grupě

Dříve jsme uvažovali, že prvky grupy umožňují přesun geometrických útvarů. Mohli bychom si představit, že můžeme přesouvat orientované přímky ve 3D prostoru. Představme si, že fyzik může disponovat:

• Čtyřrozměrným prostorem, obývaným „trajektoriemi“.

• Grupou umožňující přechod z jedné trajektorie na druhou.

Uvažujme v termínech částic. Jsou to druhy spojené s množinou (prostor plus grupa). Představme si, že uvažuji částici o hmotnosti m pohybující se rychlostí V po určité trajektorii. Pomocí prvků grupy (tuto grupu nazvu „dynamickou grupou“, protože se týká dynamiky částic, hmotných bodů) mohu vytvořit všechny trajektorie částic o hmotnosti m pohybujících se rychlostí V ve všech směrech. Vytvořím tak „druh všech částic o hmotnosti m pohybujících se rychlostí V“.

Ve skutečnosti se tato grupa jmenuje Poincarého grupa. Je to rozšíření Lorentzovy grupy. Vybráním prvku této grupy mohu transformovat trajektorii, která má určitý počet parametrů (nazývaných energie, hybnost atd.), na jinou trajektorii s jinými hodnotami těchto parametrů. Avšak tato grupa má velmi specifické vlastnosti. Řekli jsme, že trajektorie jsou orientované v čase. V této grupě existují dva podmnožiny prvků:

• Ti, kteří čas neobrací a které podle terminologie Souriaua nazveme ortochronní

• Ti, kteří obrací směr času a které nazveme antichronní.

Stejně jako Lorentzova grupa je Poincarého grupa odvozena z axiomatické definice. Dosud fyzici používali pouze ortochronní prvky této grupy. Považovali, že všechno, co existuje, se může pohybovat pouze z minulosti do budoucnosti, že vesmír je obýván pouze ortochronními objekty. V tomto pohledu

objekt = pohyb

Bylo nemožné uvažovat o retrochronních pohybech. A přesto nás Sakharov v… obrácení šipky času ve svém dvojníkovém vesmíru vedl k tomu. Ale jaká měla být fyzikální smysluplnost takového zvláštního bytosti!?

Přesně zde nastala velká objev, díky Souriauovi. Pohyb je spojen s určitým výběrem parametrů, které tvoří tzv. hybnost přiřazenou tomuto pohybu. Relativistický pohyb částice považované za hmotný bod je spojen s hybností se deseti složkami. Detaily tohoto nejsou možné zmínit bez znalosti teoretické fyziky. Pro nezkušeného teoretika uvedeme, že hybnost je:

(E, další věci)

E je energie.

Minulá stránka Další stránka

Počet návštěv této stránky od 10. března 2004: