Ako každý vie, vesmír sa neustále rozširuje. Mnohí si ale ani neuvedomujú, že proces sa zrýchľuje a že fyzici nemajú pre tento jav rozumné vysvetlenie. Skupina teoretikov naznačila, že išlo o záhadnú „temnú energiu“, a teraz vám v prístupnej forme povieme, o čo ide.
Už takmer dve desaťročia vedia astronómovia, že rozpínanie vesmíru sa zrýchľuje, akoby ho z vnútra nafúkla záhadná „temná energia“ako balón. Táto energia zostáva jednou z najväčších záhad vo fyzike súčasnosti. Teraz trio teoretikov tvrdí, že temná energia pochádza z úžasného zdroja. Akokoľvek to môže znieť strašidelne, ide to podľa nich proti základom fyziky, ktoré sa všetci učili v škole: množstvo celkovej energie vo vesmíre nie je pevné a nezmenené, môže postupne miznúť.
Podľa vedcov môže byť tmavá energia špeciálnym poľom, trochu podobným elektrickému, ktoré vypĺňa priestor. Na druhej strane to môže byť súčasť samotného kozmu, ktorý sa nazýva kozmologická konštanta (inak lambda). Druhý scenár vyzerá ako výsmech Einsteinovej teórii relativity, ktorá tvrdí, že ku gravitácii dochádza, keď hmota a energia ohnú priestor a čas. Kozmologická konštanta je v skutočnosti tiež vynálezom Einsteina a on ju vynašiel doslova pridaním konštanty k svojim rovniciam, aby vysvetlil, ako vesmír odoláva zničeniu vlastnou gravitáciou. Od tejto myšlienky však upustil, keď v 20. rokoch 20. storočia astronómovia zistili, že vesmír nie je statický, ale rozpína sa, akoby sa zrodil z výbuchu.
Pri bližšom pozorovaní bolo zrejmé, že rozpínanie vesmíru sa zrýchľovalo a kozmologická konštanta sa opäť vrátila. V rámci kvantovej mechaniky je to však oveľa mazanejšie. Kvantová mechanika naznačuje, že samotné vákuum musí nepostrehnuteľne oscilovať. Všeobecne platí, že tieto malé kvantové výkyvy produkujú energiu, ktorá bude slúžiť ako kozmologická konštanta. Ak sú však všetky ostatné veci rovnaké, musí byť o 120 rádov väčšie, aby zničili vesmír. Takže vysvetlenie, prečo kozmologická konštanta síce existuje, ale vo veľmi skromnej podobe, je pre fyzikov veľkou záhadou. Ak to ešte nebolo potrebné, fyzici jednoducho predpokladali, že niektoré zatiaľ neznáme účinky ho jednoducho znížia na nulu.
Teraz Thibault Josette a Alejandro Perez z univerzity v Aix-Marseille vo Francúzsku a Daniel Sudarski z Národnej autonómnej univerzity v Mexiku v Mexico City tvrdia, že našli spôsob, ako odvodiť primeranú hodnotu pre kozmologickú konštantu. Začali verziou všeobecnej teórie relativity, ktorú sám Einstein vynašiel, nazvanou unimodulárna gravitácia. Všeobecná relativita predpokladá matematickú symetriu, všeobecnú kovarianciu, čo znamená, že bez ohľadu na to, ako určíte polohu súradnice v priestore a čase, teoretická predpoveď zostane rovnaká. Táto symetria vyžaduje zachovanie energie a hybnosti. Unimodulárna gravitácia má obmedzenejšiu verziu tejto matematickej symetrie.
Tento systém reprodukuje väčšinu predpokladov všeobecnej teórie relativity. Podľa nej však kvantové výkyvy vákua nevytvárajú gravitáciu ani neovplyvňujú kozmologickú konštantu (čo je koniec koncov iba matematická konštanta a jej hodnota môže byť akákoľvek). Má to však svoju cenu: unimodulárna gravitácia si nevyžaduje konzerváciu energie, takže teoretici ju musia svojvoľne obmedzovať.
Trojica vedcov preukázala, že unimodulárna gravitácia, ak je akceptovaná a je v rozpore so zákonom zachovania energie a hybnosti, v skutočnosti nastavuje hodnotu určenej konštanty. Argument je tu matematický, ale v skutočnosti aj malá časť energie, ktorá zmizne vo vesmíre, zanechá stopu v podobe zmeny kozmologickej konštanty. „Temná energia v našom modeli je presne výsledkom toho, koľko energie a hybnosti sa stratilo vo vesmíre počas celej jeho existencie,“hovorí Perez.
Aby vedci dokázali, že ich teória je rozumná a použiteľná na realitu, skúmali dva scenáre, ako by porušenie zákona zachovania energie teoreticky ovplyvnilo základné problémy kvantovej mechaniky. Napríklad teória kontinuálnej spontánnej lokalizácie (CSL) sa snaží vysvetliť, prečo môžu byť subatomárne častice ako elektróny doslova na dvoch miestach súčasne, ale také veľké objekty ako autá alebo ľudia nie. CSL predpokladá, že také stavy hmoty spontánne vznikajú a rozpadajú sa v závislosti, ktorá narastá so zväčšením objemu objektu, čo znamená, že veľký objekt v podmienkach Zeme jednoducho nemôže byť „dvojitý“. Proti tejto teórii stojí skutočnosť, že neberie do úvahy úsporu energie. Teoretici však preukázali, že suma porušení ustanovení o úspore energie je práve to,aby sme dostali kozmologickú konštantu požadovanej veľkosti.
Propagačné video:
Napriek tomu sa podľa niektorých vedcov teoretici jednoducho hrajú s matematikou. Stále musia predpokladať, že kozmologická konštanta začína na nejakej malej hodnote, ale tento aspekt nevysvetľujú. Moderná fyzika je však plná nevysvetliteľných konštánt, ako je náboj elektrónu alebo rýchlosť svetla, takže toto je len ďalšia konštanta na dlhom zozname.