Kvantový prostor a čas

   Než si představíme kvantový model hmoty, musíme se seznámit s pro nás nestandardním průběhem kvantového prostoru a času, protože vše se odvíjí od měnících se vlastností energetických kvant. Při rozpínání vesmíru totiž musí k zachování celkové energie těchto strun zůstat počet jejich kmitů stejný, což znamená, že s rozpínáním rozměrů vesmíru se úměrně zvětšuje i jejich vlnová délka. Mechanismus rozpínání byl a je následující.

    Při otáčení vznikajícího vesmíru se závity počátečních energetických kvant protínaly a působily tak na sebe silou, kterou směle můžeme nazvat gravitační. To způsobilo jakési ukotvení jednoho konce těchto kvant v pomalu se rozpínajícím středu a směrem od středu se rozpínající, respektive natahující svou vlnovou délku. Tak vznikl počátek času a od té doby se vesmír rozpíná. Mechanismus rozpínání je následující. Jednotlivá kvanta jsou jedním koncem vázána gravitací a tento konec se pomaleji rozpíná než druhý konec, který se rozpíná rychleji. Tím se vlnová délka kvanta natahuje. Není možné, aby se vysoceenergetické struny nebo fotony při zachování své energie neomezeně rozpínaly. Po dosažení určitého rozdílu se musí rozštěpit nebo oddělit nové méněenergetické struny, případně jednotlivé závity nízkoenergetických fotonů. Jestliže definujeme jednu vteřinu času jako 9 192 631 770 kmitů Cesia 137, pak při frekvenci počátečních kvant kolem  1040 Hz uběhla sekunda o 31 řádů rychleji než dnes.

    Nedá se říci, že čas plyne v celém vesmíru konstantně. Každé kvantum energie má v podstatě svůj postup následností, který měříme jako čas. Dá se říci, že v blízkém okolí daného energetického kvanta proběhly změny nejrůznějšího druhu stejně nebo podobně a že z toho důvodu mají stejný nebo velice podobný čas měřený od určité události. V širším okolí se již může jejich čas významně odlišovat. Ještě výraznější jsou rozdíly kvantového času mezi částicemi hmoty a energetickými kvanty. Energetická kvanta letí na rozdíl od hmoty rychlostí světla a jsou z velké části ve vnější vrstvě vesmíru obalující jeho hmotnou část. Tato energetická kvanta mají větší vlnovou délku a při vykonání stejného množství kmitů proběhnou větší vzdálenost. Ve stejném kvantovém čase jaký mají hmotné částice jsou mnohem dále od středu vesmíru. Naopak energetická kvanta letící směrem ke středu vesmíru zkracují svou vlnovou délku a částečně se vracejí v čase. Nelze však reálně uvažovat o tom, že by se mohly vrátit do stejného kvantového času, který měly předtím než se začaly vracet.

    Lidé si velice ulehčili situaci, když zavedli konstantní respektive konstantně plynoucí čas, který kalibrují podle definovaných událostí. Umožňuje jim to orientovat se v dění kolem nich s dostatečnou přesností. Začneme-li však zkoumat děje na mikroskopické úrovni, problém nekonstantního času se ihned objeví. Například výskyt energetického kvanta nebo hmotné částice v čase a prostoru můžeme popsat pouze jako statistickou pravděpodobnost. Nemůžeme ji vzhledem k porovnávání s výskytem jiných energetických kvant určit jednoznačně. Na to přišel již fyzik Heisenberg se svým principem neurčitosti. V jím uváděném měření však došlo ještě k jednomu jevu na mikroskopické úrovni.  Pohyb nebo výskyt kvant měříme v podstatě světelnými paprsky. Jestliže měříme pohyb elektronu, dodáme mu tím energii a tím změníme jeho trajektorii. Je tedy důležité, v jakém okamžiku měříme, jaký je postup měření. Toto platí pro všechna měření na mikroskopické úrovni a při dostatečné přesnosti měření i na molekulární úrovni hmoty.

     Neobvyklý náhled na rozměry vesmíru nám poskytuje již samotný vznik vesmíru, který dle dosavadních poznatků vznikal z miniaturního klubíčka. Musel tedy mít všechny rozměry  prostoru i času svinuté do klubíčka. Současné základní prostorové rozměry vesmíru mají kruhový charakter o poloměru téměř rovném poloměru vesmíru, takže se nám jeví jako lineární. Zvlášť zajímavý je rozměr parametru času, neboť vzhledem k jeho kruhovému rozměru je v současnosti obsažena minulost, přítomnost i budoucnost. Není možné je zcela oddělit a při našich lineárních měřeních měříme při rozpínání vesmíru pouze zvětšování poloměru kruhové dimenze času. U různých těles ve vesmíru měříme časový rozdíl letu fotonu od těchto těles k nám. Při velkých měřených vzdálenostech jsou však námi měřené časové intervaly ve skutečnosti působením gravitace a zčásti i elektromagnetické síly deformované a nejsou tedy lineární, jak běžně předpokládáme.    

   Z minulosti vesmíru máme až na pravděpodobný inflační počátek vcelku věrohodně doloženo, že desetinásobné zvětšení rozměrů proběhlo v desetinásobném čase a tak dále. To znamená, že se úměrným způsobem rozpínají jednotky času a prostoru. Při desetinásobném zvětšení rozměrů vesmíru se desetinásobně zvětšila i jednotka času. Sledování vývoje vesmíru v takto proměnných jednotkách by bylo velice nepřehledné. Proto se jeví jako vhodný ukazatel času logaritmická stupnice o základu deset. Mohla by to být i logaritmická stupnice o základu 2 , ale tím by se silně komplikovaly přepočty z našich stálých časových měřítek. Jestliže zatím nejkratší časový okamžik ve vývoji vesmíru 10-43 sec. stanovíme za nejmenší jednotku času, pak čas 10-42 sec. odpovídá logaritmickému kvantovému času 1 a čas 10-41 sec. odpovídá logaritmickému kvantovému času 2. Za každou takovou jednotku kvantového času na kterémkoli stupni vývoje vykoná teoretický foton stejný počet kmitů. Pro něj se tedy jedná o stejný časový interval. Přehled základních údajů kvantového času při vývoji vesmíru je v následující tabulce :

  

Náš čas

(Logaritmický)  

 Kvantový čas       

10-43 sec.

          0         

10-20 sec.

        23,0      

10-10 sec.

        33,0       

1 sec.

        43,0       

1 rok

        50,5          

380 tis.roků

        55,7       

13,7 mld.roků

        60,6       

 

Zde je dobré si uvědomit, že například při posunu o 10 kvantových jednotek času od 10-20 sec. do 10-10 sec. se zvětšila měřítka prostoru a času desetimiliardkrát, což pro energetické struny znamenalo ohromně dlouhý čas, třebaže z našeho hlediska se jeví jako velice krátký. Ještě zajímavější je výhled do budoucnosti. Zvětšení kvantového času o 1 jednotku znamená přesunout se do času 138 miliard roků dle naší konstantní časové stupnice.

    Podobná situace je u jednotek prostoru. Uvědomíme-li si, že při vzniku 3. generace kvarků up a down byly všechny kvarky celého dosavadního vesmíru v kouli o průměru  necelých 10 miliard kilometrů, což je méně než je rozměr naší sluneční soustavy, je jasné, že měly neskonale menší rozměry než v současné době. Zároveň byl celý prostor vesmíru tak nahuštěný, že ani nemohly vznikat vyšší formy hmoty. To bylo možné až v době, kdy se vesmír dostatečně zvětšil a zředil. Přitom volné fotony se natahovaly úměrně rozpínání vesmíru, ale fotony v silových strunách  cirkulovaly ve složených kružnicích a spirálách a silové struny (interakce) tak zvětšovaly v každém stupni (interakce, kvarky, hadrony, atomy) svou velikost přibližně o polovinu pomaleji ve všech 3 prostorových dimenzích než se rozpínaly volné fotony a neutrina. Tím se vytvořily prostorové podmínky pro vznik kvarků, protonů, neutronů, elektronů a následně atomů a molekul a ve vyšších fázích planetárních, slunečních a galaktických soustav.

    Tyto vyšší hmotné celky vznikly až zázračně vždy, když teplota dostatečně poklesla a současně se vytvořilo dost prostoru. Je proto více než pravděpodobné, že při větším nebo menším množství energie v počátečním energetickém klubíčku vznikajícího vesmíru by měl vesmír jiné rozměry a uspořádání, což se týká i energie a velikosti jeho hmotných částic.  S rozpínáním vesmíru se jeho dílky charakterizované vlastnostmi fotonů zvětšují úměrně s tímto rozpínáním. Tak zůstává vnitřní frekvence energetických strun a jejich rychlost stejná po celou dobu rozpínání vesmíru a čas pro ně plyne konstantně.

     Rozpínání vesmíru má však ještě jednu běžně přehlíženou stránku. Energetická struna o určité energii se nemůže zvětšit bez výdeje energie. K tomuto výdeji energie ve vesmíru skutečně dochází. Z energetických strun se odštěpují jednotlivé závity zvané energetická kvanta. Jeden závit energetické struny je totiž nejmenším množstvím energie, které je tato energetická struna schopna předat. S postupným předáváním energie formou energetických kvant se energie energetické struny zmenšuje, její délka se zvětšuje a vydávaná kvanta energie se prodlužují, ale po energetické stránce se zdánlivě zmenšují. Celková energie jednotlivých vydávaných kvant energie je však stále přibližně stejná, ale při rozpínání vesmíru se část jejich energie přeměňuje na potenciální (gravitační a silovou), kterou za jejich součást běžně nepovažujeme. To názorně uvidíme na vývoji stavby hmoty. Jedná se  o indukované fotony jednotlivých sil, kterými hmotné částice působí na vzdálené okolí.