Je svatým grálem teoretické fyziky. Tzv. teorie všeho by měla vysvětlit všechny základní fyzikální jevy takříkajíc v jednom balíku. Ale tato očekávání jsou dost možná přehnaná…

„I kdybychom si představovali, že lidstvo nakonec objeví ‚teorii všeho‘ zahrnující všechny jednotlivé částice a síly, výpovědní hodnota této teorie bude pro vesmír jako celek pravděpodobně marginální,“ nechal se nedávno slyšet kosmolog Andrew Pontzen z londýnské University College, který tráví dny vytvářením počítačových simulací černých děr či vývoje hvězd, galaxií a zrodu a růstu vesmíru. Podle něj je lidstvo v této oblasti odsouzeno k neúspěchu.

Bez ohledu na to, jak je lidstvo přesvědčeno, že základní fyzikální zákony má v malíčku a neustále objevuje dosud neznámé částice, ani za pomocí nejvýkonnějších superpočítačů nemá k dispozici dostatečný výkon, aby je mohlo všechny sledovat.

A zřejmě nikdy nebude mít dost dat na to, aby bylo možné spolehlivě předpovědět, co se stane při interakcích těchto částic. Desetinná čárka posunutá v modelu například polohy nebo rychlosti částice se může odrazit v historii a změnit výsledek o celé miliardy let později, a to prostřednictvím takzvaného efektu motýlích křídel teorie chaosu.

Jako příklad Pontzen zmiňuje orbitu země kolem Slunce. Kdyby byl náš svět ponechán svému osudu, pokračoval by navždy po stejné dráze. Ale během času mohou gravitační šťouchance od jiných planet ve sluneční soustavě změnit jeho dráhu.

„V závislosti na tom, jak přesně tato šťouchnutí charakterizujeme, a na tom, do čeho je šťouchnuto, mohou gravitační výpočty přinést divoce se rozcházející předpovědi toho, kde se Země a její sourozenci budou za stovky milionů let nacházet,“ přibližuje Pontzen.

Výsledkem je, že v praxi nemůžeme předpovědět ani budoucnost, ani popsat minulost. Kosmologové se snad mohou k celkovému obrazu alespoň přiblížit, třeba tím, že popíší pohyb masivních oblaků plynu, jejichž chování je předvídatelné a nezávisí na individuálních odchylkách.

Jinými slovy, lze vařit těstoviny, aniž by bylo nutné sledovat každou molekulu ve vodě.

Ani to však není bez rizika špatných výsledků, zvlášť, když vezmeme v úvahu velikost vesmíru. „Vezměme si mraveniště,“ říká Andrew Pontzen. „Pohyby jednotlivých mravenců se zdají být náhodné. Ale když se podíváte na celek, zdá se, že mraveniště bzučí účelně a organizovaně.

Je lákavé vidět v tom kolektivní vědomí, ale jsou to jen osamělí mravenci, kteří se řídí jednoduchými pravidly. Sofistikovanost vyplývá z obrovského počtu jedinců, kteří se těmito pravidly řídí,“ poznamenává a cituje princetonského fyzika Philipa W. Andersona: „Více je jinak.“.

V kosmologii vzniklo věrohodné vysvětlení historie vesmíru na základě jednoduchých předpokladů o temné hmotě a temné energii, o kterých nic nevíme, které přesto tvoří 95 procent vesmíru. Předpokládá se, že tato „temná strana“ vesmíru interaguje s pěti procenty známé hmoty – atomy – výhradně prostřednictvím gravitace.

Po velkém třesku se podle této verze vytvořila jezírka temné hmoty, která přitáhla atomární hmotu, ta zkondenzovala do mraků, které se zahřály a staly se z nich hvězdy a galaxie. Jak se vesmír rozpínal, temná energie, která jej prostupovala, se také rozpínala a začala galaxie od sebe stále více vzdalovat.

Tento příběh má však určité trhliny již na počátku, v prvních několika stech milionech let, kdy se hvězdy, galaxie a černé díry formovaly v chaotickém procesu, který vědci nazývají „gastrofyzika“.

Její mechaniku je nesmírně těžké předpovědět, protože zahrnuje magnetická pole, složení prvních hvězd a další neznámé efekty. „Pokud vycházíme jen z dobře ověřených fyzikálních zákonů, tak ji vysvětlit nedokážeme,“ uvedl Andrew Pontzen.

K nejistotě přispívají i nedávná data z vesmírného teleskopu Jamese Webba, která odhalují galaxie a černé díry, jež se zdají být příliš hmotné a příliš rané na to, aby je „standardní model“ kosmologie dokázal vysvětlit.

Pontzen však není přesvědčen, že již nastal čas, aby kosmologové opustili svůj těžce vydobytý model vesmíru. Kosmická historie je příliš složitá na to, aby se dala detailně simulovat. Poukazuje na to, že jen naše Slunce obsahuje 1057 atomů a takových hvězd jsou biliony a biliony.

Před půlstoletím astronomové zjistili, že vesmírem proudí mikrovlnné záření, které zbylo z velkého třesku, tzv. reliktní záření. Jeho mapování umožnilo astronomům vytvořit raný obraz vesmíru, jak existoval pouhých 380 000 let po začátku času.

V podstatě by jeho jemných kudrlinkách a chuchvalcích mohla být uložena veškerá historie. V praxi však není možné v těchto mikrovlnách číst vývoj času natolik dobře, aby bylo možné rozeznat vzestup a pád dinosaurů, počátek lidského atomového věku nebo třeba první životní polibek.

Mezi tehdejší dobou a dneškem je téměř 14 miliard let kvantové nejistoty, náhod a vesmírného stárnutí.

Fyzikové při posledním sčítání identifikovali 17 typů elementárních částic, které tvoří fyzikální vesmír, a nejméně čtyři způsoby jejich vzájemného působení – prostřednictvím gravitace, elektromagnetismu a takzvaných silných a slabých jaderných sil. A to se z některých institucí ozývá, že věda je na stopě páté síle.

Sázka, kterou standardní kosmologie uzavřela, spočívá v tom, že tyto síly, které působí na nepředstavitelně obrovský soubor atomů a jejich složek, stačí k vysvětlení existence hvězd, půllitru naplněného pivem, sousedovic psa, vzniku duhy, nás samotných a celého vesmíru.

To už je pořádný intelektuální, vědecký a filozofický kopec, který je třeba zdolat.

Pontzen cituje přísahu, kterou navrhl částicový fyzik působící na Kolumbijské univerzitě Emanuel Derman: „Nebudu lidem, kteří používají mé modely, poskytovat falešnou útěchu ohledně jejich přesnosti. Všem, kteří je používají, jasně sdělím jejich předpoklady.“.

Podle Pontzena je to někdy dobrá zásada pro fyziku, zejména v tak složitých oblastech, jako jsou kosmologické simulace. „Prozatím se můžeme utěšovat představou, že vesmír je zákonitý. Nakonec jsou galaxie celkem pochopitelné, vděčné ke studiu, ale jen částečně předvídatelné.

Přijmout to vyžaduje změnu perspektivy, ale o to bohatší je poté náš pohled na celý vesmír.“.