místo plné hmoty a energie v různých formách, které se odehrávají na jevišti časoprostoru v souladu s fyzikálními zákony. Příkladem toho je tento snímek kupy galaxií IDCS J1426.5+3508 pořízený Hubbleovým vesmírným dalekohledem. Kolik toho však musíte odnést, aby vám skutečně nezbylo nic? NASA, ESA a M. Brodwin (University of Missouri)

Když se dnes rozhlížíme po našem světě a vesmíru, mluvíme a přemýšlíme o tom, co všechno se v něm nachází. Ty sahají od částic, atomů a lidských bytostí až po planety, hvězdy, galaxie a největší struktury vůbec. Podle toho, co nás zajímá, můžeme diskutovat o plynu, prachu, záření, černých dírách, nebo dokonce o temné hmotě. Všechny věci, které dnes vidíme, pozorujeme nebo z nich usuzujeme na existenci, však nemusely existovat odjakživa. Některé z nich vznikly z nějaké již existující hmoty, která tu byla dříve, ale jiné zdánlivě vznikly z ničeho. Není překvapením, že ne všichni se shodnou na tom, co máme vědecky na mysli, když mluvíme o tom, co je vlastně „nic“. V závislosti na tom, koho se zeptáte (nebo kdy se ho zeptáte), můžete dostat jeden ze čtyř různých významů. Zde je vysvětlení, proč jsou všechny relevantní.

jiné galaxie v jejím okolí na 100 milionů světelných let v libovolném směru. Přesto se nejedná o skutečnou realizaci prázdného prostoru. ESA/Hubble & NASA a N. Gorin (STScI); Poděkování: Judy Schmidt

1.) Doba, kdy „věc“ vašeho zájmu neexistovala. Jak vznikly ve vesmíru planety? A co hvězdy? A co asymetrie hmoty? Tyto věci vždy neexistovaly, ale musely být vytvořeny. Když je znám mechanismus, obvykle říkáme, že naše „věc“ vznikla z něčeho, a ne z ničeho. Planety vznikly z recyklovaného detritu předchozích generací hvězd, kde se vytvořily těžké prvky tvořící jejich jádra a pevné povrchy a poté byly vyvrženy zpět do mezihvězdného prostředí. Hvězdy vznikají ze smršťujících se oblaků plynu, které obsahují oblasti, jež jsou dostatečně husté a horké na to, aby se v nich zažehla jaderná fúze. Planety i hvězdy jsou hmotou, která pochází z již existujících forem hmoty; jsou věcí, která pochází z něčeho, nikoli z ničeho.

záření, přičemž v určitém okamžiku vzniklo o něco více hmoty, což vedlo k našemu dnešnímu vesmíru. Jak tato asymetrie vznikla nebo vznikla tam, kde na začátku žádná asymetrie nebyla, je stále otevřenou otázkou. E. Siegel / Beyond The Galaxy

Ale hmota, kterou máme dnes, nevznikla z již existující hmoty. V určitém okamžiku v dávné minulosti se vesmír skládal ze stejného množství hmoty a antihmoty; fyzikální zákony, které jsme objevili, nám umožňují vytvářet je pouze ve stejném množství. Přesto je dnešní vesmír v drtivé většině tvořen hmotou a nikoli antihmotou, přičemž každá z miliard a miliard galaxií, které známe, je tvořena hmotou a nikoli antihmotou. Odkud se vzala naše asymetrie hmoty? Z dřívějšího symetrického stavu; ze stavu, kdy hmota a antihmota existovaly ve stejném množství. Z doby, kdy žádná asymetrie neexistovala. Podle některých to znamená, že dnešní hmota vznikla z ničeho, ačkoli jiní, kteří se striktně drží jedné z dalších definic, to zpochybňují.

Stále však nikdo nezpochybňuje, že vědecký problém baryogeneze neboli původu asymetrie hmoty a antihmoty je jednou z nejpalčivějších hádanek současné teoretické fyziky. Existuje mnoho nápadů a mechanismů, jak naše hmota (a ne antihmota) vznikla, ale chybí nám důkazy potřebné k tomu, abychom mohli vyhlásit vítěze.

pro tři ze čtyř sil (kromě gravitace), celou sadu objevených částic a všechny jejich interakce. Ze související kvantové teorie pole můžeme také zjistit vlastnosti kvantového vakua. Projekt současného fyzikálního vzdělávání / DOE / NSF / LBNL

2.) Prázdný prostor. Zamyslete se nad všemi „věcmi“, které dnes ve vesmíru existují. Pomyslete na každou základní složku hmoty; každé kvantum záření; každou černou díru; každou hmotu; každou částici a antičástici. Nyní si představte, že je všechny odstraníte. Představte si, že je nějakým způsobem vyjmete z vesmíru a necháte za sebou jen prázdný prostor. Co by vám zůstalo? Někteří tomu říkají „nic“ a jsou s touto definicí docela spokojeni.

výpočet ukazující virtuální částice v kvantovém vakuu. I v prázdném prostoru je tato energie vakua nenulová. Derek Leinweber

Entita známá jako prostoročas stále existuje, stejně jako fyzikální zákony. Všechna pole přítomná v prázdném prostoru, od Higgsova pole přes gravitační pole až po kvantová pole, která si často představujeme jako páry částice-antičástice vyskakující dovnitř a ven, jsou stále přítomna. Fyzikální zákony, jako je kvantová teorie pole, stále existují; obecná relativita stále existuje; základní konstanty nejenže stále existují, ale mají stejné hodnoty jako dnes. A samotné vakuum prázdného prostoru má stále energii nulového bodu, která není nulová. Ta se dnes projevuje jako temná energie a s velmi odlišnou nenulovou hodnotou v dávné minulosti byla hnací silou kosmologické inflace. Když lidé mluví o vzniku vesmíru z ničeho, mají na mysli právě tento typ „ničeho“: horký Velký třesk zrozený inflací.

hmota, energie nebo zakřivení jakéhokoli typu. Pokud má tento prostor nejnižší možnou energii nulového bodu, nebude možné jej dále zmenšovat. Amber Stuver / Living Ligo

3.) Prázdný prostoročas ve stavu s nejnižší možnou energií. Co kdyby se energie nulového bodu vesmíru snížila na jeho skutečný základní stav? Když inflace skončila, došlo k obrovskému poklesu energie vakua vesmíru: z inflační stupnice na hodnotu, kterou má dnes. Tento pokles energie prázdného prostoru byl příčinou obrovského nárůstu energie částic a vzniku horkého velkého třesku. Neexistuje však žádná záruka, že se právě nyní nacházíme ve skutečném stavu s nejnižší energií; je možné, že jsme pouze ve stavu falešného vakua a skutečné vakuum nás čeká po dalším katastrofickém přechodu, který změní vesmír.

Energie E je vyšší než v pravém vakuu nebo základním stavu, ale existuje bariéra, která brání poli, aby se klasicky odvalilo do pravého vakua. Během inflace. není vesmír ve stavu pravého vakua; dnes možná také není. Uživatel Wikimedia Commons Stannered

Pokud byste dosáhli jakéhokoli skutečného základního stavu a vyhnali z vesmíru veškerou hmotu, energii, záření a vlnění časoprostoru, co by vám zůstalo? To je možná konečná představa o tom, co může být „fyzikální nicota“: kde stále máte jeviště, na kterém se odehrává vesmír. Možná nemáte žádné hráče, žádné herce, žádný scénář ani scénu, ale ve velké propasti nicoty máte stále jeviště. Vesmírné vakuum by bylo minimální; nebyla by naděje, že z tohoto vakua získáme práci, energii nebo skutečné částice, ale časoprostor a fyzikální zákony by stále existovaly. Teoreticky, kdybyste do tohoto vesmíru přidali částici, nelišila by se tolik od izolované částice existující v našem dnešním vesmíru.

Vesmír vděčí za svůj vznik horkému velkému třesku. Zásadnější je, že vesmír, který dnes máme, může vzniknout pouze díky vlastnostem prostoročasu a fyzikálním zákonům. Bez nich nemůžeme mít existenci v žádné podobě. NASA / GSFC

4.) Cokoli vám zůstane, když odeberete celý vesmír a zákony, kterými se řídí. Konečně si můžete představit, že odstraníte vše, včetně prostoru, času a pravidel, jimiž se řídí jakýkoli druh částic nebo kvant energie. Vzniká tak typ „ničeho“, pro který fyzikové nemají definici. To přesahuje „nic“, jak existuje ve vesmíru, a místo toho realizuje jakýsi druh filozofické, absolutní nicoty. V kontextu fyziky však nemůžeme dát tomuto druhu nicoty smysl. Museli bychom předpokládat, že existuje něco takového jako stav mimo prostor a čas, kde lze mít vznik časoprostoru z tohoto hypotetického stavu pravé nicoty.

Je to ale možné? Jak může vzniknout časoprostor na určitém místě, když nic takového jako prostor neexistuje? Jak lze vytvořit počátek času, když neexistuje pojem něčeho jako „před“, aniž by čas již existoval? A odkud by pak vznikla pravidla, jimiž se řídí částice a jejich interakce? Znamená tato konečná definice „ničeho“ vůbec něco, nebo je to jen logický konstrukt bez vlastního fyzikálního významu?“

měřítka se během inflace roztahují napříč vesmírem, což dává vzniknout nedokonalostem v hustotě i gravitačním vlnám. Zatímco nafukující se prostor lze v mnoha ohledech oprávněně nazývat „ničím“, ne všichni s tím souhlasí. E. Siegel, s obrázky získanými z ESA/Planck a meziagenturní pracovní skupiny DoE/NASA/ NSF pro výzkum CMB

Tady nepanuje shoda. Díky nejednoznačnosti jazyka můžete říci „nic“ a legitimně tím mínit cokoli z toho, přičemž puristé dychtivě čekají, až vás seřvou, pokud se odvážíte použít „nic“ v kontextu, který je méně čistý než jejich definice. Pokud něco zásadně vzniklo tam, kde předtím nic takového nebylo, můžete tomu říkat nic, ale ne každý s tím bude souhlasit. Pokud odeberete veškerou hmotu, antihmotu, záření, a dokonce i prostorové zakřivení, můžete jistě vznést nárok na to, že právě to je „nic“, ale některé „věci“ tu stále jsou. Pokud pak odeberete veškerou energii vlastní samotnému prostoru a ponecháte pouze prostoročas a přírodní zákony, můžete to také označit za „nic“. Z filozofického hlediska však budou někteří lidé stále nespokojeni. Teprve když odeberete i to, někteří se nakonec smíří s tím, že takovou entitu nazvou „ničím“.

Model předpovídá, že existují jako důsledek fyzikálních zákonů. Může bez těchto zákonů nebo bez fáze časoprostoru vůbec vzniknout něco rozumného? E. Siegel / Beyond The Galaxy

Tak kdo má pravdu? Svým způsobem mají pravdu všichni. Klíčem není hádat se nebo bojovat o to, co „nic“ skutečně je, ale přijmout a pochopit tyto definice tak, jak je lidé používají. Nejdůležitější je nezaměňovat jeden význam za druhý a nepouštět se do hádek o to, proč je špatné používat dané slovo určitým způsobem. Místo toho, když někdo – zejména vědec – řekne slovo „nic“, snažte se pochopit, jaký význam používá a jaký jev se snaží vysvětlit. Neboť kam až nás naše představivost může zavést, jediná skutečná forma poznání, v niž můžeme doufat, pokud jde vůbec o cokoli, spočívá v tom, že to vyzkoušíme v naší vlastní fyzické realitě. Vše ostatní, ať už je to jakkoli logicky podložené, je pouhým konstruktem naší mysli.

Sledujte mě na Twitteru. Podívejte se na mé webové stránky nebo na některé mé další práce zde.