Až do konce času

Pravděpodobně víte, že vesmír začal velkým třeskem – a opravdu velkým. Ale co má velký třesk společného s evolucí člověka a s největšími úspěchy našeho druhu, jako je Beethovenova Devátá symfonie nebo fenomenální forhend Sereny Williamsové? A co má vaše kočka společného s černou dírou? Ukazuje se, že mnohem víc, než byste si mysleli.

Všechno ve vesmíru je složeno z částic v různých uspořádáních. A všechno ve vesmíru podléhá stejným silám: evoluci, která vytváří struktury, a entropii, která je nevyhnutelně rozkládá. V tomto shrnutí budete sledovat vztah mezi lidmi a vesmírem – od našeho chápání toho, jak to všechno začalo, přes naše nejlepší odhady, jak to jednou skončí, až po to, jak jsme se vyvinuli k naprosto bezprecedentní interakci se světem kolem nás.

Dozvíte se mimo jiné o katastrofické události, která vytvořila roční období na Zemi i náš Měsíc; o tom, jak jazyk, náboženství a umění pomohly lidem stát se mimořádně úspěšným druhem; a také o tom, jak nakonec všechno ve vesmíru skončí v černých dírách.

Určitě jste už slyšeli, že v životě jsou nevyhnutelné jen dvě věci: smrt a daně. Entropie představuje právě tu „smrtelnou“ část této rovnice. Smrt a zkáza nejsou zrovna nejoblíbenější témata, ale skutečnost, že všechno jednou skončí, nám pomáhá více si vážit dobrých věcí v životě. Nové jarní listí je ještě krásnější, protože víme, že nakonec zčervená a opadá. Narozeniny vašeho dítěte jsou o to cennější, že víte, jak rychle vyroste.

Z fyzikálního hlediska je entropie princip, který zasazuje vše, co existuje a čeho dosahujeme, do širšího rámce tím, že stanovuje určité meze. Nemůžeme donekonečna inovovat – ani jako jednotlivci, ani jako druh – protože nakonec, ať se nám to líbí nebo ne, všichni zemřeme.

Klíčová myšlenka je: Všechno, co kdy existovalo – od planety Země po váš oblíbený svetr – existuje díky entropii. Druhý zákon termodynamiky říká, že existuje ohromná tendence k tomu, aby se věci rozpadaly do nepořádku, tedy přecházely do stavu vyšší entropie. Vezměte si svůj pracovní stůl – pokud už není v „chaotickém“ stavu, velmi pravděpodobně k němu směřuje.

Aby si uspořádaný systém udržel svůj stav nízké entropie, musí přebytečnou entropii odvádět do okolí. Každá hmotná věc ve vesmíru – od galaxie Mléčná dráha po čokoládovou tyčinku, která se vám rozpouští v kabelce – je specifické uspořádání částic v mimořádně nízkoentropické konfiguraci. Naopak konfigurace s vysokou entropií jsou běžné: jde o volné shluky nespecifických částic bez zvláštního řádu.

Když tedy narazíme na konfiguraci s nízkou entropií, měli bychom zpozornět. Částice se nikdy samy od sebe neuspořádají do kola nebo do vejce. Musí působit silné organizační vlivy, které je do takového tvaru svedou a udrží.

Jestliže je vysoká entropie přirozeným a nejběžnějším stavem částic ve vesmíru, jak vysvětlíme všechny nízkoentropické konfigurace, které máte rádi – třeba své přátele a rodinu? A co se děje se vším „odpadem“ entropie, který tyto nízkoentropické struktury vyvrhují – od hvězd na noční obloze až po váš noční stolek?

Odpověď souvisí s něčím, o čem jste jistě slyšeli: s velkým třeskem. Ten představoval vysoce uspořádaný, extrémně nízkoentropický stav – zhruba jeden případ z trilionu trilionů trilionů. A to, co následovalo, je opravdu pozoruhodné.

Gravitace se na první pohled zdá být jednoduchým konceptem, že? Velká tělesa mají přitažlivou sílu, která k sobě přitahuje menší objekty. To je sice pravda, ale není to celý příběh. Albert Einstein zpopularizoval myšlenku, že gravitace může mít i odpudivý účinek. A právě v tom může spočívat původ existence, jak ji známe.

Představme si drobnou oblast prostoru – menší než miliardtina miliardtiny metru – naplněnou něčím, čemu říkáme temná energie. Pokud tato temná energie není v dané oblasti „svázána“ v objektech, jako jsou planety nebo hvězdy, gravitace se projeví odpudivě. Tato malá oblast prostoru by se během zlomku sekundy prudce roztáhla a zvětšila do rozměrů, které jsou mimo dosah i těch nejsilnějších teleskopů.

Přibližně před 14 miliardami let se právě to stalo. Událost, kterou dnes nazýváme velký třesk.

Klíčové poselství zde je: Odpudivá složka gravitace byla spouštěčem velkého třesku a následně i formování hvězd – prvních struktur v našem vesmíru.

Zlomky sekundy poté, co odpudivá energie roztáhla nepatrnou oblast prostoru do celého vesmíru, se temná energie přeměnila v mlhu částic. Tato mlha byla téměř homogenní, ale některé oblasti měly o něco vyšší hustotu částic než jiné. Tyto hustší oblasti měly přirozeně i silnější gravitační přitažlivost, a tak začaly přitahovat další částice.

Po několika stovkách milionů let vznikly shluky částic tak husté a tak horké, že v nich došlo k jaderným reakcím. Ty daly vznik hvězdám.

Vznik hvězd je výsledkem snížení celkové entropie v plynném jádru – krokem směrem k většímu řádu. Toto lokální snížení entropie je však více než vyváženo jejím zvýšením v okolí, takže celý proces se řídí rovnováhou „energie dovnitř – entropie ven“.

V kosmu je přirozený vývoj k vyšší entropii často řízen gravitací nebo jadernými silami. Konfigurace s nízkou entropií, jako jsou hvězdy, planety nebo dokonce život na Zemi, využívají tyto síly k udržení svého uspořádaného stavu a přebytečnou entropii odvádějí do okolí.

Jakmile se hvězda zformuje, jaderná fúze v jejím jádru ji může pohánět miliardy let. Tato fúze vytváří složitější atomy a světlo, které hvězda vyzařuje do vesmíru. Tyto produkty – složitější atomy a záření – přispěly alespoň k jednomu známému případu vzniku života. K nám.