Kosmologie a stvoření světa

Jiří Langer

Současná kosmologie, tedy věda o vesmíru podává konsistentní obraz vývoje vesmíru. I když se v detailech liší možné scénáře, tj. teorie vývoje vesmíru, které jsou ve shodě s pozorovacími daty, nezbytným rysem všech těchto teorií je existence "velkého třesku", počáteční singularity, ze které se vesmír začal rozpínat před konečnou dobou. Na první pohled se zdá, že tato skutečnost je v bezprostředním vztahu k představě stvoření světa, která vystupuje v různých náboženských soustavách a samozřejmě především v Genesi a že určitým způsobem implikuje existenci Stvořitele. V dalším poněkud rozeberu vědecký obsah modelů rozpínajícího se Vesmíru k předchozímu závěru se ve shodě z řadou vynikajících křesťanských vědců postavím skepticky.

Budu trochu kritizovat i druhý argument ve prospěch existence Stvořitele, i když mu přiznávám větší sílu: Vesmír má natolik speciální vlastnosti v rámci možností, jak by vypadat mohl podle fyzikálních teorií, na nichž je současná kosmologie založena, že to svědčí o jakémsi inteligentním plánu, podle něhož byl vytvořen.

Hlavní význam kosmologie a vědy pro filosofii a tím potažmo i pro theologii vidím však v něčem jiném. Moderní fyzika mnohokrát překvapila tím, že vedla k zpřesnění řady klasických filosofických otázek a dala pak na ně zcela neočekávané odpovědi – ukážeme to na několika příkladech z kosmologie. Současná filosofie si ke své škodě ne vždy bere z filosofických aspektů moderní vědy plné poučení; domnívám se však, že křesťanskou filosofii zavazují velcí myslitelé jako sv. Augustin a sv. Tomáš Akvinský vnímat výsledky vědy plně.

Newtonův absolutní prostor a čas

Isaac Newton pokládal za prvotní koncept, předcházející jakoukoli fyzikální teorii, představu absolutního prostoru a absolutního času – žijeme v nekonečném prostoru a čas běží z nekonečna do nekonečna. Na tomto jevišti se pak odehrává svět. Tuto představu asi stále sdílí většina lidí. Dovedeme si snadno představit, že jakýsi materiální vesmír zaujímá jen konečnou část prostoru, že např. hvězdy jsou jen do určité vzdálenosti od nás a pak je prázdno – těžko si ale představíme, že by prostor sám někde končil. A podobně s časem – slyšíme-li dnes, že vesmír měl časový počátek ve velkém třesku, nutně se nám na mysl dere otázka: "Co ale bylo před velkým třeskem?". Většina posluchačů zde přítomných asi zná Vyznání sv. Augustina a jeho pozoruhodnou myšlenku "Před stvořením nebylo času", tak jako ji jistě znal Isaac Newton. Troufám si však tvrdit, že její obsah vám připadá hodně záhadný a že jej možná řadíte mezi mysteria, která lidský rozum není sto pochopit.

Jaký smysl lze dát Augustinově myšlence z hlediska moderní fyziky naznačím později. Představa absolutního času však asi zbožnému Newtonovi nijak nekolidovala i s doslovně chápanou Genesí – biblické stvoření se týká stvoření Země a tvorstva.

Newtonovská kosmologie.

Na úrovni čistě fyzikální narážela snaha vytvořit model vesmíru jako celku při respektování Newtonova gravitačního zákona na značné obtíže. Z důvodů, jež nebudeme hlouběji analyzovat se do dvacátých let 20. století přijímala představa statického vesmíru, tj. vesmíru, který je v průměru stále stejný. Samozřejmě, počátkem našeho století se vědělo, že hvězdy vznikají a zanikají, proto to "v průměru", ale ve statickém vesmíru měl být počet vzniklých a zaniklých hvězd stejný a z materiálu mrtvých hvězd se měly vytvářet hvězdy nové.

Představíme-li si, že hvězdy zaujímají jen konečnou část prostoru, dostaneme se do obtíží – díky vlastní gravitaci se začne takovýto systém smršťovat a v konečném čase se zhroutí do velmi malého objemu. (Možná je ovšem i obrácená situace, že totiž takováto hmotná koule se naopak rozpíná. Dnes víme, že tato možnost je blízká pozorovanému vesmíru, ale to je známo právě až od konce 20. let 20.stol.) Pokud vyplníme hmotou celý nekonečný prostor, newtonovská teorie gravitace vede opět k rozporu. Byly zde další obtíže, nejznámější je tzv. tepelná smrt vesmíru. Podle zákonů statistické fyziky by vesmír měl směřovat do stavu co největší neuspořádanosti a pokud na to bylo nekonečně mnoho času, měl by být ve stavu termodynamické rovnováhy – což však není. Kosmologické otázky však nestály v popředí zájmu, hlavně z důvodu malého množství pozorovacích dat.

Relativistická kosmologie.

Když Einstein vytvořil obecnou teorii relativity, snažil se ji aplikovat na vesmír jako celek. Doufal, že jeho teorii gravitace odpadnou obtíže spojené se statickým vesmírem, ale byl zklamán. Proto doplnil do původních rovnic tzv. kosmologický člen, po jehož zavedení rovnice připouštěly časově neproměnný homogenní a isotropní vesmír, tj. vesmír, který je všude stejný. Předpoklad, že vesmír je všude stejný platí zase v průměru přes dosti velké oblasti, což je i z dnešního hlediska předpoklad oprávněný. Dnes víme, že Einsteinův vesmír z řady důvodů, jež byly sice známy již v době Einsteinova článku o kosmologii, ale Einstein si je neuvědomil, jako model skutečného vesmíru sloužit nemohl. Jeho řešení však mělo jeden fascinující rys. Immanuel Kant pokládal za rozpornou jak představu prostorově nekonečného, tak konečného vesmíru a zařadil je tedy mezi své antinomie. Einsteinův vesmír je v dobrém smyslu konečný – je v něm jen konečný počet hvězd rozprostřených se všude stejnou hustotou – ale nemá žádnou hranici. Je "zakřiven sám do sebe", světelný paprsek vyslaný v něm v určitém směru se vrátí z druhé strany do místa ze kterého vyšel, je to velmi přesná trojrozměrná analogie povrchu koule.

Problém prostorové konečnosti se přímo nedotýká našeho tématu, názorně však demonstruje to, co jsem měl na mysli, když jsem v úvodu tvrdil, že moderní fyzika často vedla k upřesnění a překvapivému zodpovězení klasických filosofických otázek. Ke dvěma Kantovým protichůdným představám zde přibývá možnost třetí – konečný vesmír bez hranice.

V r. 1924 nalezl Friedmann velkou třídu řešení Einsteinových rovnic jak s kosmologickým členem, tak bez něho, která byla nestatická. Podle těchto modelů se vesmír rozpíná (nebo hroutí). Rozpínání vesmíru znamená, že vzdálenosti mezi typickými objekt, za jaké můžeme pokládat kupy galaxií, se stále zvětšují. Tuto předpověď potvrdila Hubbleova pozorováni z konce dvacátých let.

Kosmologie a počátek světa.

Mezi Friedmannovými modely jsou modely prostorově konečné (analogie Einsteinova vesmíru, který se ale rozpíná) i nekonečné. Rozpínání znamená, že hustota látky v nich klesá s časem. Jdeme-li naopak do minulosti, byla hustota před konečnou dobou nekonečná – hovoříme o počáteční singularitě.

Pokládat ale tuto singularitu za "stvoření" má slabinu vědeckou i filosofickou. Na klasické úrovni singularita opravdu znamená hranici klasického prostoročasu, za ni nelze prodloužit příčinný prostoročasový popis. V tomto smyslu bychom mohli prohlásit singularitu za "prvotní příčinu", ale jistě ji neztotožníme s osobním Bohem. Stěží též můžeme argumentovat, že tato singularita musí mít Tvůrce, pokud už přijmeme, že přírodní zákony prostě existují "samy od sebe". Tuto druhou otázku, tj. přijetí existence přírodních zákonů, zde nechci diskutovat. Jen tvrdím, že existence singularity v jejich řešení nic nového nedodává. Argument není můj, zhruba tento názor zastával veliký vědec i theolog abbé G. Lemaître, první president vatikánské akademie, který krátce po Friedmannovi nezávisle objevil jeho řešení a rozvíjel teorii raného vesmíru.

Po vědecké stránce je zde ovšem ještě jedna okolnost. Z určitých důvodů se ví, že v blízkosti singularity se nějakým způsobem musí projevit efekty kvantové teorie. Kdo má jakousi představu o kvantových efektech a Heisenbergovu principu neurčitosti, který nedovoluje, aby částice měla zároveň přesně určenou rychlost i polohu, toho napadne vágní myšlenka, že dojde k jakémusi "kvantovému rozmazání". Například: vesmír se "před velkým třeskem" smršťoval, dostal se do skoro singulárního stavu, v důsledku kvantových efektů však hustota byla sice obrovská, nikdy však nevzrostla nade všechny meze a pak se začal opět rozpínat. Historii vesmíru lze tedy prodloužit před velký třesk a zachránit představu nekonečného času. Takto se však kvantové efekty neprojeví. Konečná forma kvantové teorie gravitace není dosud známá, tak není možno říci s jistotou, jak bude konečné řešení problému vypadat. Existují však slibné náznaky takové teorie i modely kvantového počátku vesmíru. A odpověď je opět velmi překvapivá.

Před stvořením nebyl čas
(Sv. Aurelius Augustin, Vyznání, kniha 11., hlava XXX)

Jsem dalek toho podkládat Augustinovu výroku význam, který mu je možno dát v moderní vědě, i když jeho analýza času mi připadá na svou dobu velmi hluboká a nechám povolanějším bádáním nad tím, co měl Augustin přesně namysli – beru zde citát spíše jako bonmot. Augustin však věnuje dosti místa otázce, jak čas měříme. Takto kladená otázka je základní otázkou, která vedla ke vzniku teorie relativity. Co je zde třeba zdůraznit, že čas nemůžeme chápat jako prerekvisitu fyzikálních teorii. Čas je implicite definován v určité teorii spolu s jejími ostatními prvky. Klasická obecná relativita vede k tomu, že prostoročasový popis má svou hranici. Kvantová teorie se zdá ukazovat jiným směrem.

Na klasické úrovni je rozdíl mezi prostorem a časem vyjádřen příčinnou strukturou prostoročasu – pro odborníky, základní zákony a mezi nimi Einsteinův gravitační zákon, jsou popsány hyperbolickými rovnicemi. V "kvantové oblasti" získávají rovnice eliptický charakter. Jsem si vědom, že tímto mnoho většině čtenářů neříkám, ale shrnul bych to tvrzením, že zde nemůžeme u dvou událostí stanovit jejich časové pořadí, pojmy "před" a "po" ztrácejí smysl. K odstranění nepříjemné singularity dojde tím, že náš kausální prostoročas je určitým způsobem navázán na něco, kde mizí rozdíl mezi prostorem a časem. (Podrobnější, ale stejně ne moc srozumitelný výklad najde čtenář v známé knize S. Hawkinga Stručná historie času.)

Proč tedy o tom zde hovořím, když to nejsem schopen jasně vyložit (a po pravdě řečeno, sám se necítím v těchto otázkách zasvěceným odborníkem)? Chci jen zdůraznit, že naše prostoročasové koncepce nebo spíše naše představa, že prostor a čas jsou fundamentální pro jakýkoli fyzikální popis, doznají ještě významných změn, které filosofie bude muset reflektovat stejně, jako musí reflektovat změny, které do této oblasti vnesla teorie relativity a proto je třeba s argumentací založenou na klasickém prostoro – časovém i prostoročasovém popisu zacházet opatrně. Kvantová kosmologie, zdá se, ukazuje, že může existovat "realita" která je "mimo čas". Pro oprávněnost slova "existuje" zde můžeme argumentovat tím, že ovlivňuje vývoj vesmíru v jeho prostoročasovém režimu.

Abych shrnul, co zde chci říci. Jsem dalek toho tvrdit, že něco takového měl na mysli sv. Augustin a euklidovský režim v kvantové kosmologie má jistě velmi daleko k osobnímu Bohu mimo prostor a čas. Na druhé straně, připomeňme si heslovitě ontologii dialektického materialismu: Objektivní realita = hmota je vše, co existuje, prostor a čas jsou formy existence hmoty – hmota existuje v prostoru a čase. Existence v čase je tedy podle dialektického materialismu, zdá se, nutným atributem hmoty, současná fyzika však ukazuje, že přiznat reálnost musíme i entitám, které do tohoto schématu nezapadají.

Význačnost našeho světa

...pátá cesta se bere z řízení věcí. Vidíme totiž, že některá tělesa, která postrádají poznání, totiž přírodní tělesa, jsou činná pro cíl. ... Z toho je patrné, že ne náhodou, ale z úmyslu docházejí k cíli.
(Sv. Tomáš Akvinský, Theologická summa.)

Náš svět má opravdu pozoruhodné vlastnosti. Například, uváděl jsem, že většina kosmologických modelů předpokládá homogenitu vesmíru. Popravdě řečeno, tento tzv. kosmologický princip byl zaveden proto, že bez tohoto předpokladu se Einsteinovy rovnice řeší neobyčejně obtížné a vůbec se ve fyzice obvykle začíná s tím nejjednodušším modelem, jaký lze vzít. Podivuhodné je, že pozorování potvrzují, že skutečný vesmír opravdu a velkých škálách homogenní je.

Proč je to tak pozoruhodné? Představíme-li si, že do nádoby nalijeme například vodu a víno. Na počátku bude výsledná kapalina značně nehomogenní, časem se ale prostřednictvím difuse vytvoří zcela homogenní směs. Zdálo by se tedy, že pokud na počátku, ve velkém třesku, vznikl vesmír velice neučesaný, jakýmsi mechanismem připomínajícím difusi může vzniknout uniformní, homogenní rozložení hmoty. Problém je tom, že díváme-li se dostatečně daleko, to znamená hluboko do minulosti, protože pozorujeme něco, odkud světlo vyšlo před dávnou dobou, na dvě opačné strany, pozorujeme oblasti, které od velkého třesku spolu nikdy nemohly interagovat. Žádná interakce se nešíří rychleji než světlo a světelný paprsek prostě nestačil za dobu od "počátku" obě oblasti propojit. Zdá se tedy, že jde o "predestinovanou harmonii" pro kterou fyzikální zákony samy nedávají důvod.

A takovýchto pozoruhodných symetrií či velmi speciálních vlastností najdeme více. Dnes už dávno pominula doba, kdy někteří vědci byli přesvědčeni, že pokud např. na nějaké planetě vzniknou podmínky podobné podmínkám na Zemi, vznikne tam i život. Naopak, vznik života se zdá být velmi nepravděpodobnou záležitostí a řada vědců se domnívá, že jsme ve Vesmíru právě z tohoto důvodu možná jediní. Navíc, jen nepatrné změny hodnot základních fyzikálních konstant by vedly k tomu, že život by vůbec vzniknout nemohl.

Tuto skutečnost pokládá např. známý kosmolog a popularizátor kosmologie Paul Davies ve své knize The mind of the God za dostatečný důvod pro víru v existenci inteligentního plánu – alespoň pro sebe. Je si ovšem vědom, že řada z těchto pozoruhodných skutečností dovoluje vědecké vysvětlení. Např. zmíněná homogenita vesmíru je záhadná, předpokládáme-li, že dynamiku vesmíru ovládá hmota toho typu, kterou známe běžně kolem nás, částice a záření. Exotičtější pole, pro jejich existenci v raném vesmíru však dává dobré důvody částicová fyzika, mohou ve velmi raném vesmíru vyvolat tzv. inflaci, která vede k nepředstavitelně prudké expansi. Řešením záhady homogenity pak je, že nepatrná oblast, která se mohla zhomogenizovat ve velmi raném stadiu, se inflací rozepnula tak, že obsahuje celý pozorovaný vesmír. A u jiných význačností přijde na pomoc tzv. slabý antropický princip, který vychází z toho že existujeme. Pokud by se realizovala jiná možnost, která by naši existenci neumožňovala, pak by zde nebyl nikdo, kdo by se mohl něčemu podivovat.

Shrnuto – řada vědců uznává spolu s Daviesem, že mnoho pozoruhodných koincidencí našlo a najde vědecké vysvětlení, přesto se jim indikace o existenci celkového plánu zdají významné. Řada jiných vědců uzná, že zatím neumí věda vyložit beze zbytku vše, ale věří, že v jakési finální teorii, či teorii všeho, se vysvětlení najde.

Co je to vědecké vysvětlení?

Užil jsem termínu "vědecké vysvětlení" a nebude na škodu upřesnit, co tím míním. Představme si, že se nás dítě zeptá, proč vlákno žárovky svítí. Odpovíme mu: protože je žhavé. Je to dobrá odpověď, máme zkušenost, že roztopíme-li hodně kamna, začnou pláty svítit. Může však následovat otázka: "Proč žhavé předměty svítí?" Hlubší a hlubší odpovědi povedou nakonec ke kvantové mechanice a – trochu zjednodušeně – část odpovědi bude: "Protože platí relace neurčitosti."

Teď ale můžeme mít dojem, že ta konečná odpověď je horší než ta první – Heisenbergovy relace neurčitosti nám připadají záhadnější, než fakt, že žhavý předmět svítí. Máme dojem, že odpověď by měla vycházet z něčeho "samozřejmého". Příkladem dobré odpovědi nám může připadat vysvětlení chodu starších hodin získané tím, že je rozmontujeme a pečlivě sledujeme, jak se odstrkují jednotlivé zuby jednotlivých koleček. Jenže: proč se zuby odstrkují a neprocházejí skrz sebe, když víme, že z mikroskopického hlediska je meziatomovém prostoru spousta volného místa? Skončíme zase u kvantové mechaniky. Nakonec uznáme, že žádná "samozřejmá" východiska neexistují.

Má pak ale vůbec cenu hledat vědecké odpovědi, když se prostě jeden postulát nahrazuje jiným?

Z čistě praktického hlediska musíme uznat, že má. Počítače, televize, mobily jsou nacpány součástkami, které by bez teoretického zázemí kvantové mechaniky nikdy nevznikly.

Z obecného metodologického hlediska je cena této vědecké metody v tom, že z postulátů na hlubší úrovni lze odvodit mnohem větší množství dílčích zákonů, než tomu bylo z postuláty na fenomenologické úrovní typu "žhavé předměty září". To však nic nemění na skutečnosti, že jakkoli hluboké vysvětlení vždy postuluje určité předpoklady, které nejsou vůbec samozřejmé.

To, co je fascinující a zároveň neobyčejně tajemné, je skutečnost, že tato vědecká metoda je tak úspěšná. Základní rovnice, podle nichž se řídí fyzikální svět kolem nás, lze napsat na jeden list papíru a v hledání "finální teorie" zjevně ještě nepadlo poslední slovo. Je to umožněno tím, že svět je v určitém smyslu jednoduchý.

Právě tuto skutečnost pokládal Albert Einstein za to největší tajemství a mnozí ji řadí k věcem, jež vyžadují transcendentní výklad. I od takového výkladu k představě osobního Boha je ovšem ještě dlouhá cesta.

Chci zde vystupovat především jako advocatus diaboli a tak navíc uvedu, že lze hledat výklad opět ve slabém antropickém principu: v hodně složitém a v důsledku toho zcela nepředvídatelném světě by se asi těžko mohlo vyvinout u živých bytostí myšlení. My ale jsme myslící bytosti a tak se nemáme podivovat na tím, že žijeme ve světě, který vznik myšlení umožňuje.

Nebudu však zaujímat žádné konečné stanovisko k tomu jaký a zda vůbec nějaký výklad si existence pro náš život přátelského světa žádá. Většina přírodovědců však asi sdílí pocit, že čím se nám zdá svět díky vědeckému pokroku jasnější, tím se zdá zároveň tajemnější.