Jak každý ví, vesmír se neustále rozšiřuje. Mnoho lidí si ale ani neuvědomuje, že se tento proces zrychluje a že fyzici nemají pro tento jev žádné rozumné vysvětlení. Skupina teoretiků navrhla, aby se jednalo o tajemnou „temnou energii“, a nyní vám v přístupné formě řekneme, o co jde.
Po téměř dvě desetiletí astronomové věděli, že rozpínání vesmíru se zrychluje, jako by jej záhadná „temná energie“nafoukla zevnitř jako balón. Tato energie zůstává jedním z největších tajemství fyziky současnosti. Nyní trojice teoretiků tvrdí, že temná energie vychází z úžasného zdroje. Jakkoli to může znít strašidelně, podle jejich názoru jde proti základům fyziky, které se všichni učili ve škole: množství celkové energie ve vesmíru není pevné a nezměněné, může postupně mizet.
Podle vědců může být temná energie zvláštním polem, trochu podobným elektrickému, které vyplňuje prostor. Na druhou stranu může být součástí samotného kosmu, kterému se říká kosmologická konstanta (jinak lambda). Druhý scénář vypadá jako výsměch Einsteinově teorii relativity, která tvrdí, že ke gravitaci dochází, když hmota a energie ohýbají prostor a čas. Kosmologická konstanta je ve skutečnosti také vynálezem Einsteina a vynalezl ji doslova přidáním konstanty do svých rovnic, aby vysvětlil, jak vesmír odolává destrukci vlastní gravitací. Od této myšlenky však upustil, když ve dvacátých letech minulého století astronomové zjistili, že vesmír není statický, ale rozpíná se, jako by se zrodil z exploze.
Při bližším pozorování vyšlo najevo, že rozpínání vesmíru se zrychlovalo a kosmologická konstanta se znovu vrátila. V rámci kvantové mechaniky je to však mnohem mazanější. Kvantová mechanika naznačuje, že vakuum samo o sobě musí nepozorovaně oscilovat. Obecně relativita, tyto malé kvantové výkyvy produkují energii, která bude sloužit jako kosmologická konstanta. Pokud jsou však všechny ostatní věci stejné, musí být vesmír zničen o 120 řádů větší. Vysvětlení, proč je kosmologická konstanta, i když existuje, ale ve velmi skromné podobě, je pro fyziky velkou záhadou. Když to ještě nebylo nutné, fyzici jednoduše předpokládali, že nějaký dosud neznámý efekt by ji jednoduše snížil na nulu.
Nyní Thibault Josette a Alejandro Perez z University of Aix-Marseille ve Francii a Daniel Sudarski z National Autonomous University of Mexico v Mexico City tvrdí, že našli způsob, jak odvodit rozumnou hodnotu pro kosmologickou konstantu. Začali verzí obecné relativity, kterou sám Einstein vynalezl, nazvanou unimodulární gravitace. Obecná relativita předpokládá matematickou symetrii, obecnou kovarianci, což znamená, že bez ohledu na to, jak určíte polohu souřadnice v prostoru a čase, teoretická předpověď zůstane stejná. Tato symetrie vyžaduje zachování energie a hybnosti. Unimodulární gravitace má omezenější verzi této matematické symetrie.
Tento systém reprodukuje většinu předpokladů obecné relativity. Podle něj však kvantové fluktuace vakua nevytvářejí gravitaci ani neovlivňují kosmologickou konstantu (což je koneckonců jen matematická konstanta a její hodnota může být cokoli). Ale to má svou cenu: unimodulární gravitace nevyžaduje energii, aby se šetřila, takže teoretici ji musí libovolně omezovat.
Trojice vědců prokázala, že unimodulární gravitace, pokud je přijata a je jí dovoleno porušovat zákon zachování energie a hybnosti, ve skutečnosti nastavuje hodnotu určené konstanty. Argument je matematický, ale ve skutečnosti i malá část energie, která mizí ve vesmíru, zanechává stopu v podobě změny kosmologické konstanty. "Temná energie v našem modelu je přesně výsledkem toho, kolik energie a hybnosti bylo ve vesmíru ztraceno po celou dobu jeho existence," říká Perez.
Aby dokázali, že jejich teorie je rozumná a aplikovatelná na realitu, vědci zvažovali dva scénáře, jak by porušení zákona zachování energie teoreticky ovlivnilo základní problémy kvantové mechaniky. Například teorie kontinuální spontánní lokalizace (CSL) se snaží vysvětlit, proč subatomární částice, jako jsou elektrony, mohou být doslova na dvou místech současně, ale takové velké objekty jako auta nebo lidé nemohou. CSL předpokládá, že takové stavy hmoty spontánně vznikají a rozpadají se v závislosti, která roste s nárůstem objemu objektu, což znamená, že velký objekt jednoduše nemůže být „zdvojnásoben“v podmínkách Země. Proti této teorii stojí skutečnost, že nebere v úvahu zachování energie. Teoretici však prokázali, že součet porušení ustanovení o zachování energie je právě to,dát kosmologickou konstantu požadované velikosti.
Propagační video:
Podle některých vědců si však teoretici jednoduše hrají s matematikou. Stále musí předpokládat, že kosmologická konstanta začíná na nějaké malé hodnotě, ale tento aspekt nevysvětlují. Moderní fyzika je však plná nevysvětlitelných konstant, jako je náboj elektronu nebo rychlost světla, takže je to jen další konstanta na dlouhém seznamu.