Student World

Analýza mezinárodního projektu digitální mapy vesmíru opětovně potvrdila existenci skryté energie. Zatímco galaxie tvoří zhruba 5% vesmíru, připadá na skrytou hmotu 25% a celých 70% na skrytou energii. O jakou energii se jedná? To dosud nevíme, třebaže její existence je nyní takřka nesporná.

Ambiciózní projekt třídimenzionální mapy vesmíru Sloan Digital Sky Survey (SDSS) zachycuje zhruba na 200 tisíc galaxií. Jedná se o nejpodrobnější mapu vesmíru, kterou mělo lidstvo kdy k dispozici. Pracuje na ní více než 200 astronomů z institucí a univerzit ze všech koutů světa. Kromě zmapování viditelných částí vesmíru přinesl tento projekt cenné důkazy. Jedním z nich je fakt, že neutrina nemohou být hlavní složkou „skryté hmoty“. Druhým je potvrzení existence takzvané „skryté energie“ (dark energy), tvořící zřejmě celých 70% našeho vesmíru. Tato skrytá energie, jejíž vliv se neprojevuje na úrovni galaxií, vyvolává v prázdném prostoru vesmíru odpuzování, jež je v kosmickém měřítku silnější než gravitace.

Problém skryté energie se vynořil ruku v ruce se znovuzrozením Einsteinovy kosmologické konstanty. Na konci 20. století vedlo pozorování nejvzdálenějších vesmírných útvarů k potvrzení faktu, že rozpínání vesmíru se zrychluje. Abychom mohli tuto akceleraci zařadit do obrazu vesmíru, jak jej vnímáme z hlediska působení hmoty a energie, musíme uvažovat o působení další kosmické síly. Jedná se podle všeho o jakýsi druh vesmírného odpuzování, který převažuje nad gravitací. Že nejde o nic nového, o tom jsme se již zmínili. Již v roce 1917 uvažoval Albert Einstein o existenci síly, která vyvažuje působení gravitace. Z tohoto důvodu do svých rovnic zařadil takzvanou „kosmologickou konstantu“, označovanou řeckým písmenem lambda, kterou po Hubbleově objevu rozpínání vesmíru nakonec označil za největší omyl svého života.

Geniální fyzik vycházel ovšem z diametrálně odlišného předpokladu: považoval vesmír za statický útvar, jenž se nerozpíná ani nesmršťuje. Když se ukázalo, že vesmír se rozpíná, oprávněnost kosmologické konstanty, jež měla vyvažovat působení gravitace, se zdála být zbytečná. Na dlouhých sedmdesát let „lambda“ zapadla. Před několika lety se existence této tajemné antigravitační síly v astrofyzice znovu dostala na přetřes. Hovoří se o tom, že tato energie je dokonce obsažena i v prázdném prostoru (tzv. „energie vakua“).

Britský astrofyzik Martin Rees, který se problematikou skryté energie zabývá, klade v knize Náš neobyčejný vesmír tuto otázku: „Pokud prázdný prostor skutečně obsahuje energii (která se rovná hmotnosti, jak nás učí slavná Einsteinova rovnice), proč má na rozpínání vesmíru opačný účinek než atomy, záření a skrytá hmota, které expanzi naopak zpomalují?“ Vysvětlení nabízejí Einsteinovy rovnice obecné relativity, podle nichž gravitační síla nezávisí pouze na hodnotách energie a hmoty, ale i na tlaku. Pokud je energie vakua pozitivní, je jeho tlak negativní – vyznačuje se tenzí. Důsledkem toho může být samotná expanze vesmíru.

Je tahle teorie dostatečně šílená, aby mohla být správná? Rees totiž dále uvádí: „Pokud kosmologická konstanta představuje energii skrytou v prostoru, jež je vytvářena komplikovanou strukturou v subatomárních měřítkách, pak nejlepší teoretický odhad praví, že by měla vyvolávat odpuzování 10 exp 120 (sic!!) silnější, než jaký je jí nyní připisován.“

Pozorování termojaderných explozí vzdálených supernov v roce 1998 naproti tomu svědčí o tom, že hodnota kosmologické konstanty lambda je poměrně nízká. Proč? To zatím nevíme. Zřejmě v úvahách o hodnotách negativního tlaku vakua něco skřípe. Alternativní teorie hovoří o tom, že odpuzování není v režii prázdného prostoru (vakua), nýbrž v něčem jiném. Podle této teorie existuje ve vesmíru jakési všudypřítomné fluidum (kvintesence) s negativním tlakem, který je zdrojem odpudivé síly. Ta se však během rozpínání natolik rozptýlila a prořídla, že je její účinek nyní velmi slabý.

To je samozřejmě pouhá spekulace. Jisté snad je alespoň to, že rozpínání vesmíru se zrychluje. A to v důsledku převládající složky vesmíru, jíž je skrytá energie s negativním tlakem. Zdroj a povahu této energie neznáme. Může se jednat o projev prázdného prostoru (jenž – jak víme z kvantové mechaniky – není ani trochu prázdný). Může ale také jít o pozůstatek mohutné síly, která podle teorie inflace nastartovala úžasnou expanzi raného vesmíru. Proč kdysi tak mohutná síla vykazuje dnes pouze slabé hodnoty, to je otázka, na kterou zatím nemáme uspokojující odpověď.

Odpověď na tuto otázku je jedním z nejzávažnějších a nejdůležitějších úkolů současné teoretické fyziky. Řada vědců (mezi nimi i zmíněný Martin Rees) je přesvědčena, že v příštích letech spolehlivě objasní povahu i vlastnosti skryté hmoty a skryté energie. „Pokud k tomu opravdu dojde,“ píše Martin Rees, „bude to velký triumf kosmologie: poznali bychom náš vesmír stejně zevrubně, jako jsme v průběhu několika posledních let změřili velikost a tvar našeho Slunce a Země.“ Zda je to opravdu uskutečnitelný předpoklad, anebo pouhé zbožné přání, na to si budeme muset ještě pár let počkat.

Sloan Digital Sky Survey
http://www.sdss.org

Resource Book of Dark Energy
http://supernova.lbl.gov/~evlinder/sci.html

Dark Energy in Accelerating Universe
http://snap.lbl.gov/brochure

autor Jan Kapoun