Za temnou hmotu i enegii může kosmický oceán o záporné hmotnosti, tvrdí nová hypotéza

- Vesmír autor: Ladislav Loukota

Jaká je podstata vesmíru? Na to se kosmologie a astrofyzika snaží najít řešení, co je věda vědou. Už zhruba sto let platí představa, že to, co z kosmu vidíme, je nejspíše jenom malou frakcí jeho opravdové podoby. Naučili jsme se používat termíny jako "temná hmota" nebo "temná energie", které by měly vyplňovat 96 procent zbylé neviditelné kosmické hmoty. Taková odpověď však uspokojuje jenom část fyziků. Jeden britský proto nyní přišel s alternativním vysvětlením, které je sice neméně prapodivné, ale o fous logičtější. V jeho modelu by totiž vesmír mohl být plný oceánu tekutiny o negativní hmotnosti vyluzující negativní gravitaci. 

Snad jednou přijdeme na to, co se skrývá pod označením temná hmota. Ilustrační snímek

Snad jednou přijdeme na to, co se skrývá pod označením temná hmota. Ilustrační snímek,zdroj: ESO

Nynější hypotézu nelze uvést jinak, než připomenutím toho, co temná hmota a temná energie vlastně ve stávajících teoriích jsou. U obou odpovědí platí, že jde jenom o dosavadní zjednodušení - kdybychom věděli, co tyto dva jevy "skutečně" jsou, nemuseli bychom řešit nejnovější fyzikální teorie a mohli bychom si dokráčet pro Nobelovku...

Temná hmota je v současném chápání kosmu označením pro hypotetickou exotickou hmotu (v zásadě ale násobně přečíslující nám známou baryonovou hmotu - takže vlastně my jsme ti exotičtí...), která neemituje elektromagnetické záření. Temná hmota by mohla ve velkém existovat jak uvnitř, tak především vně galaxií, kterým by svým působením umožňovala rotovat tak, jak je rotovat vidíme.

Galaktické disky totiž obíhají jednotné centrum více méně pospolitě – tedy v podstatě jako disky. To dle platných gravitačních zákonů ale znamená, že mimo viditelnou hranici galaxií musí existovat další kvantum neviděné hmoty. Temná hmota by v součtu měla obsahovat až 23 procent celkové hmoty kosmu - naše běžná hmota pak jenom čtyři procenta. Na její nalezení však stále čekáme, ačkoliv budoucí teleskopy jako WFIRST by již mohly snad pozorovat vliv temné hmoty skrze gravitační čočkování - tedy průchod světla vzdálené galaxie kolem mezigalaktického chuchvalce temné hmoty.

Temná energie je oproti tomu dána jinou potřebou - rozpínáním vesmíru. Tato pak v dnes nejpřijímanějších modelech tvoří 73 procent vesmíru. Ještě donedávna si astrofyzikové mysleli, že rozpínání započaté Velkým třeskem postupně upadá. Poslední dvě dekády měření však naznačují opak.

Teorie Velkého třesku stále počítá s tím, že krátce po zrození vesmíru došlo na rapidní inflaci, následně se další rozpínání zpomalilo či dokonce zvrátilo. Od doby zhruba před pěti miliardami let však rozpínání znovu nabírá na rychlosti. Jednou by tato rychlost mohla vesmíru dokonce být i osudná - jakmile se (stále rychlejším tempem) zvětší vzdálenosti mimo dosah gravitace, můžou se rozpadnout galaxie, hvězdné systémy i subatomární struktura hmoty. Za to vše prozatím v rovnicích může právě "temná energie" v podobě kosmologické konstanty.

Jeden za cenu dvou

Zjednodušeně lze říct, že pod temnou hmotou ani temnou energií si momentálně nemůžeme představit žádnou fyzickou "věc". Obě veličiny jsou především zástupnými koncepty, na jejichž vyřešení stále čekáme. Jde o jakési placeholdery, kartonové figuríny stojící na místě toho, kde jednou očekáváme jiné, "opravdové" řešení. Podobná simplifikace je ve skutečnosti pravdivá jenom částečně (temnou hmotu bychom jako "věc" skutečně najít mohli, viz hledání skrze čočkování výše), v praxi však není záhadná povaha obou fenoménů daleko od pravdy.

Část kritiků by proto mohla namítnout, že temná hmota i temná energie jsou jenom "z prstu vycucané" koncepty. Problém je, že jejich projevy jednoduše vidíme kolem sebe, jsme schopni je přesně měřit a mají hluboké implikace pro povahu kosmu. Rotace galaxií motá hlavy astronomům od roku 1932, zrychlující expanze od roku 1998. Zbývá tedy už jenom přijít na to, co za dosavadními kartonovými postavičkami stojí.

Fyzik Jamie Farnes z Oxfordu nyní přišel s novou možností řešení rébusu, a totiž spojení obou jevů do jediného. Ten si bere něco z obou modelů a přichází s vizí jakési kosmické částicové tekutiny se zápornou hmotností a zápornou gravitací, která by okolní hmotu odpuzovala.

Ta by nejenom vyplňovala mezigalaktický prostor podobně jako temná hmota, ale navíc by ve vesmíru (principem doposud nepopsaným, ale v zásadě slučitelným třeba s nápady kvantové fyziky) stále vznikala - a tak urychlovala i expanzi galaxií a hvězd od sebe. Výhodou hypotetického modelu je fakt, že skutečně vcelku dobře sedí do pozorování - jde tak o pozoruhodnou alternativu.

Farnesův model je prozatím pouze zajímavým nápadem, kolem kterého bude před dalšími pozorováními potřeba třeba přidat celou řadu navazujících prací - pokud tedy nebude cela idea strhaná oponováním dalších fyziků. Hlavní tváře mezi kosmology se již vyjádřily v zamítaném duchu, pokud však Farnes získá alespoň jednoho spojence, může situaci ještě obrátit. 

Idea vesmíru, v němž dominuje negativní gravitace a vznik nové negativní hmoty, je pozoruhodná - a není vlastně o mnoho zvláštnější než stávající modely. Možná nás tak hledání odpovědi na povahu vesmíru ještě překvapí. I kdyby ale teorie zůstaly jenom u temné hmoty a temné energie, nebylo by to vlastně v součtu o méně matoucí. 

Teoretická práce byla publikována v časopise Astronomy & Astrophysics.

Tagy: fyzika Vesmír astrofyzika temná hmota věda a poznání