Naše představa o vesmíru v podstatě závisí na tom, jak vnímáme prostor a čas. Od počátku 20. století zásadní objevy—Einsteinova teorie relativity, kvantová mechanika a další—změnily tyto koncepty z statických, absolutních systémů na dynamické a někdy dokonce kontraintuitivní oblasti, kde částice, pole a dokonce samotná struktura prostoročasu vzájemně působí překvapivými způsoby. Tyto vědecké průlomy přiměly opustit tradiční Newtonovy principy a přijmout vesmír, kde rychlosti blízké rychlosti světla zkreslují měření vzdáleností a trvání, kde gravitace vychází z zakřivení prostoročasu a ne z „neviditelné síly“, a kde kvantové jevy umožňují částicím chovat se jako vlny, proplétat se na velké vzdálenosti a existovat v diskrétních energetických stavech.
9. téma: podstata prostoru a času zkoumá tyto zásadní přeměny moderní fyziky: od relativního pohybu a kauzality až po tajemné černé díry, temnou hmotu a temnou energii, které určují kosmickou evoluci. Zatímco čelíme výzvám spojení kvantové mechaniky a relativity, rozvíjíme možnou cestu k jednotné teorii, která by mohla spojit geometrii vesmíru ve velkém měřítku s interakcí částic v nejmenším měřítku. Zde jsou hlavní témata:
- Speciální relativita: dilatace času a kontrakce délky – pravda odhalená Einsteinem, že rychle se pohybující hodiny „zpožďují“ a délky se zkracují, což popírá každodenní logiku.
- Obecná relativita: gravitace jako zakřivený prostoročas – teorie geometrie vysvětlující jevy od orbit planet až po gravitační čočkování a předpovídající exotické objekty jako černé díry.
- Kvantová mechanika: dualita vln a částic – přechod od klasického determinismu k pravděpodobnostní vlnové funkci, s principem neurčitosti a existencí diskrétních energetických hladin.
- Kvantová teorie polí a Standardní model – vrchol částicové fyziky popisující fermiony a bosony a jejich základní interakce, přičemž ponechává otázky ohledně gravitace a fyziky mimo Standardní model.
- Černé díry a horizonty událostí – extrémně silné gravitační studny, odkud ani světlo nemůže uniknout, s vlastnostmi jako Hawkingovo záření a významné pro procesy vývoje galaxií.
- Červí díry a cestování časem – hypotetická řešení Einsteinových rovnic; ač velmi spekulativní, zpochybňují naše chápání kauzality a kosmické propojenosti.
- Temná hmota: „neviditelná“ hmota – nepřímé důkazy o neviditelné hmotě, která ovlivňuje rotační křivky galaxií a zákonitosti čočkování; probíhají hledání WIMP, axionů či jiných exotických částic.
- Temná energie: zrychlující se expanze – pozorování ukazují, že vesmír se rozpíná stále rychleji, což může být způsobeno „odpudivou“ energií prostupující prostoročas.
- Gravitační vlny – vlny prostoročasu předpovězené Einsteinem, již pozorované při slučování černých děr nebo neutronových hvězd, potvrzující předpovědi relativity.
- Směřování k jednotné teorii – v současnosti se vyvíjejí teorie jako teorie strun nebo smyčková kvantová gravitace (loop quantum gravity), s cílem spojit kvantovou mechaniku s obecnou relativitou, tedy vytvořit univerzální teorii „všeho“.
Společně tato témata odhalují, že prostor a čas nejsou jen pasivní „scény“, ale aktivní, proměnliví účastníci vesmíru. Od subatomární škály až po samotnou expanzi vesmíru – naše snahy je pochopit nás vedou k hranici, kde se matematika, experimenty a představivost spojují. Tyto články 9. tématu podrobně hodnotí, kolik už jsme pochopili o nejhlubších zákonech přírody – a jaké otázky ještě čekají na odpověď na cestě k úplnějšímu obrazu reality.