Einstein to považoval za svoju „najväčšiu chybu“. Dnes bez nej nevieme vysvetliť vesmír
Einstein vo svojej teórii relativity ukázal, že vesmír nemôže zostať statický, hoci tomu spočiatku sám neveril. Dnes je tento poznatok jedným zo základov modernej kozmológie.
Kozmológia má za sebou niekoľko momentov, keď nové pozorovanie prinútilo fyzikov prehodnotiť predstavy o celom vesmíre. Jeden z najvýraznejších prišiel v roku 1998. Astronómovia vtedy zistili, že rozpínanie vesmíru sa nespomaľuje, ako by sa pri pôsobení gravitácie dalo očakávať. Naopak, vesmír sa rozpína čoraz rýchlejšie.
Tento objav vrátil medzi úvahy myšlienku, ktorú Albert Einstein kedysi považoval za svoju veľkú chybu. Dnes ju poznáme ako kozmologickú konštantu a spájame ju s temnou energiou. Lenže príbeh má jeden háčik. Model, ktorý z tohto objavu vznikol, dokáže vysvetliť obrovské množstvo pozorovaní. Zároveň sa však čoraz častejšie objavujú dôvody na otázku, či temná energia naozaj funguje tak jednoducho, ako predpokladá súčasná kozmológia, informuje Universe Today.
Einstein chcel mať pokojný vesmír
Keď Einstein v roku 1915 dokončil všeobecnú teóriu relativity, získal nový spôsob, ako opísať gravitáciu. Jeho rovnice však priniesli aj nepríjemný problém. Keď ich použil na celý vesmír, vyšlo mu, že vesmír nemôže zostať navždy rovnaký. Podľa relativity sa mal vesmír buď rozpínať, alebo zmršťovať. Vtedajší vedci však prevažne počítali so statickým vesmírom. Einstein preto do svojich rovníc pridal ďalší člen, kozmologickú konštantu označovanú gréckym písmenom lambda.
Môžeš si ju predstaviť ako vlastnosť samotného priestoru. Aj keby v nej nebola žiadna hmota, tento člen môže vytvárať efekt podobný odpudivej gravitácii. Einstein jej hodnotu nastavil tak, aby vyvážila gravitáciu všetkej hmoty a udržala vesmír v stabilnom stave. Lenže už o niekoľko rokov neskôr Edwin Hubble ukázal, že vesmír sa skutočne rozpína. Teoretici navyše začali Einsteinove rovnice používať pri opise vyvíjajúceho sa vesmíru a postupne vznikol teoretický základ modelu veľkého tresku.
Einstein tak kozmologickú konštantu prestal potrebovať. Podľa neskorších svedectiev ju dokonca označil za svoju „najväčšiu chybu“.
Neprehliadni
O niekoľko desaťročí sa všetko otočilo
Príbeh sa však v roku 1998 poriadne zamotal. Dva nezávislé tímy astronómov skúmali vzdialené supernovy typu Ia. Vedci ich využívajú ako takzvané štandardné sviečky, pretože dokážu pomerne dobre určiť ich skutočnú jasnosť. Keď následne porovnajú túto hodnotu s jasnosťou, ktorú pozorujú zo Zeme, môžu odhadnúť vzdialenosť objektu. Astronómovia chceli pomocou týchto supernov zistiť, ako sa rozpínanie vesmíru menilo v minulosti.
Očakávanie bolo pomerne jednoduché. Gravitácia všetkej hmoty vo vesmíre by mala rozpínanie postupne brzdiť. Čím viac hmoty by vesmír obsahoval, tým výraznejšie by malo brzdenie pôsobiť. Výsledok však ukázal diametrálne odlišný výsledok. Vzdialené supernovy sa nachádzali ďalej, než by vedci očakávali pri spomaľujúcom sa vesmíre. Pozorovania preto naznačili, že rozpínanie vesmíru sa zrýchľuje. A práve tu sa kozmologická konštanta vrátila na scénu.
To viedlo ku zrodu modelu Lambda-CDM
Najjednoduchším vysvetlením zrýchleného rozpínania sa stala kozmologická konštanta. Fyzici jej dnes dávajú súvis s takzvanou temnou energiou, neznámou zložkou vesmíru, ktorá podľa súčasného modelu pôsobí proti gravitačnému priťahovaniu na kozmologických škálach. Postupne vznikol model Lambda-CDM.
Lambda označuje kozmologickú konštantu, teda temnú energiu. CDM znamená „cold dark matter“, čiže studenú temnú hmotu. Tá má podľa modelu tvoriť väčšinu hmoty v galaxiách a výrazne ovplyvňuje ich vznik a vývoj. Model pritom nie je iba elegantnou matematickou myšlienkou. Dokáže veľmi dobre opísať veľké množstvo pozorovaní.
Pomáha vysvetliť históriu rozpínania vesmíru, vlastnosti kozmického mikrovlnného pozadia, rozloženie galaxií aj vznik rozsiahlych štruktúr vo vesmíre. Vedci ho preto podrobili obrovskému množstvu testov. Práve preto je ďalšia časť príbehu taká zaujímavá.
Model funguje až podozrivo dobre
Lambda-CDM patrí medzi najúspešnejšie kozmologické modely, aké máme. Na jeho fungovanie nepotrebujeme desiatky komplikovaných parametrov. Vychádza zo všeobecnej relativity, pridáva studenú temnú hmotu a kozmologickú konštantu a následne dokáže opísať veľkú časť pozorovaného vesmíru.
To však ešte neznamená, že poznáme skutočnú povahu temnej energie.Práve naopak. O temnej energii stále nevieme, čo fyzicky predstavuje. Vieme najmä to, aký efekt jej pripisujeme pri pozorovaní rozpínania vesmíru. A ak sa ukáže, že sa tento efekt v priebehu kozmického času mení, jednoduchá kozmologická konštanta nemusí stačiť.
To by znamenalo zásah priamo do jedného zo základných pilierov dnešnej kozmológie. Vedci by museli hľadať inú formu temnej energie alebo upraviť niektoré predpoklady, na ktorých súčasný model stojí. Zaujímavé pritom je, že problém nevznikol preto, že by Lambda-CDM nedokázal vysvetliť pozorovania. Práve jeho obrovská úspešnosť robí prípadné odchýlky takými dôležitými.
Kozmológia sa tak môže nachádzať v podobnej situácii ako pred desaťročiami. Máme model, ktorý funguje pozoruhodne dobre, no zároveň sa objavujú merania, ktoré naznačujú, že príbeh môže byť o niečo komplikovanejší. Temná energia preto nemusí predstavovať poslednú kapitolu nášho chápania rozpínania vesmíru. Môže ísť aj o stopu k ďalšiemu modelu, ktorý vysvetlí, prečo sa vesmír vyvíja práve tak, ako ho dnes pozorujeme.
