reklama

Temná hmota: Najdeme podstatu odvrácené strany kosmu? (3.)

14.2.2016 – Michal Švanda
Rozlousknout tajemství temné hmoty ve vesmíru ještě chvíli potrvá. Proč při pouhém vyslovení této hypotézy se některým fyzikům zvedá žaludek? A co považoval Einstein za největší omyl svého života?
Temná hmota

Vraťme se na samotný počátek 20. století k Einsteinově zásadní práci, obecné teorii relativity. Již víme, že Einstein měl problém s přijetím Fridmanova řešení svých rovnic, proto do nich přidal odpudivý člen – kosmologickou konstantu –, čímž existenci stacionárního vesmíru umožnil. Traduje se, že po nezpochybnitelném Hubbleově objevu označil Einstein kosmologickou konstantu za největší omyl svého života. Není zcela zřejmé, zda génius tuto větu skutečně pronesl, v současnosti je to však irelevantní. S objevem zrychleného rozpínání vesmíru totiž kosmologická konstanta opět získala na ceně. 

Nepřehlédněte:

Povaha temné energie je zcela neznámá, zato však z moderních měření (prováděných například sondou Planck) plyne, že tato energie představuje 68,3 % celkové hmotnosti vesmíru. Více než dvě třetiny kosmu tedy tvoří substance, o níž víme jen to, že existuje!

Popravdě není ani zřejmé, zda temná energie přímo souvisí s Einsteinovou kosmologickou konstantou. O ní se totiž předpokládá, že by byla známkou záporné síly homogenně vyplňující prostor, nezávisle na místě i čase. Ekvivalentní formulace téhož mluví o energii vakua, důsledku kvantových jevů. Pro smrtelníka je to těžké pochopit, avšak kvantoví fyzici nás přesvědčují, že energie vakua by se projevovala záporným tlakem, tedy skutečně potřebnou odpudivou silou řídící expanzi vesmíru. Vzhledem k tomu, že energie vakua nezávisí na místě ani čase, v rozpínajícím se vesmíru její důležitost postupně převažuje, neboť se na rozdíl od baryonické nebo temné hmoty neředí. Gravitační síla by už nikdy nedostala možnost převážit a zastavit expanzi vesmíru. 

Kosmologická konstanta nepředstavuje jedinou hypotézu vysvětlující temnou energii. Jiní fyzikové se domnívají, že jde o demonstraci páté interakce, dynamické veličiny, jež může v principu záviset na místě i čase. Teoretičtí fyzici jsou schopni dát určitá omezení vlastností této páté síly, avšak konkrétní představy se zatím poněkud ztrácejí v mlhách. 

Mezi oběma alternativami může být jen velmi těžké rozhodnout, neboť proměny páté interakce mohou být velmi pomalé, tudíž by se mohlo zdát, že jde o konstantní jev, tedy o kosmologickou konstantu. V každém případě je třeba si uvědomit, že účinky temné energie jsou v současnosti na lokálních škálách převáženy ostatními čtyřmi interakcemi. Představíme-li si vesmír jako prádelní šňůru a například galaxie nahradíme kolíčky, pak budeme-li šňůru natahovat (náš model vesmíru se rozpíná), nedojde k natahování kolíčků, neboť ty drží pohromadě jiné síly (elektromagnetická a silná v tomto případě). S rozpínáním vesmíru se tedy rozhodně nerozpíná ani Galaxie ani Země, a dokonce ani vy nebo vaše sousedka. Ve velmi daleké budoucnosti se to však může změnit, pokud temná energie totálně převáží ostatní interakce. Tím se ale dostáváme do oblasti čistě teoretických úvah. 

Je temno opravdu temné?

Jestliže je pro některé fyziky hypotéza temné hmoty těžce stravitelná, pak temná energie vyvolává u mnohých přímo pocity na zvracení. Kdo kdy viděl odpudivou sílu pocházející od substance se záporným (sic!) tlakem vznikající z vakua (tedy z ničeho), jejíž prostorová hustota se navíc nemění, i když se prostor zvětšuje? 

Nejjednodušší je napadnout napozorovaná data. Objevily se práce zpochybňující nikoliv měření zrychlené expanze, ale jeho interpretaci. Podle nich by zrychlené rozpínání vesmíru mohlo být pouhou iluzí způsobenou naším pohybem vůči zbytku vesmíru. Z některých pozorovacích dat se zdá, že se jakási lokální bublina okolního vesmíru s rozměrem 2,5 miliardy světelných let pohybuje velmi rychle vůči vzdálenějšímu pozadí. To by sice mohlo vysvětlit pozorovanou závislost rychlosti vzdalování supernov na jejich vzdálenosti, není však již zřejmé, jak by se bylo možné vyrovnat s měřeným rozložením reliktního záření a velkorozměrovou strukturou vesmíru, přičemž i tato pozorování svědčí o přítomnosti temné energie. Podobně se objevila tvrzení, že měřená zrychlená expanze se týká pouze našeho pozorovatelného okolí, tzv. Hubbleovy bubliny, které má navíc nižší průměrnou hustotu látky než vzdálenější části vesmíru. Obojí by bylo hypoteticky možné zaměnit za zdánlivou zrychlenou expanzi. 

Druhou možností je pokusit se o alternativní vysvětlení bez potřeby temné energie. Někteří vědci považují zrychlenou expanzi vesmíru za první experimentální důkaz nesprávnosti obecné teorie relativity. Gravitace by se tedy mohla na obřích škálách chovat jinak, než předpověděl Einstein. Dostatečně přesně by obecná relativita popisovala makrosvět na škálách menších, než jsou nadkupy galaxií, podobně jako si při popisu pádu kamene vystačíme s Newtonovou teorií gravitace a nepotřebujeme používat obecnou relativitu, přestože tomu v principu nic nebrání. Jiní spojují jak temnou energii, tak temnou hmotu jako důkazy pro nutnost modifikovat zákony gravitace. 

Temná budoucnost vesmíru

V souvislosti s výše uvedeným není možné zodpovědět otázku konečné budoucnosti vesmíru. V závislosti na chování obou temných činitelů, jemuž stále ještě dostatečně nerozumíme, zůstávají otevřeny všechny scénáře – dokonce i budoucí kolaps, Velký křach. To v případě, že se temná energie bude časem ztrácet, nebo dokonce nabude přitažlivých vlastností. Současná pozorování sice tento závěr nepodporují, avšak ani nevylučují. 

Foto, ilustrace: 
NASA, Wikipedie
Zdroj: 
Tajemství vesmíru 11/2013
reklama
reklama