Temná hmota anebo něco jiného? Kredit: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University).

Znáte to. Když nejde hora k Mohamedovi … S temnou hmotou je to podobné. Je jako ta hora. Zkusili jsme už leccos. Nápadité, odvážné i naprosto šílené hypotézy. A nic. Jako by žádné částice temné hmoty vůbec nebyly. Existenci temné hmoty přitom odvozujeme z podivného chování gravitace v galaxiích i jinde. Jako by „něco“ mělo gravitační vliv na hvězdy a hmotu v galaxiích, my to „něco“ ale stále nemůžeme najít. Co když je to ale naopak? Co když jsou špatně naše představy o gravitaci? Někteří fyzici očividně postupují tímto směrem.

Erik Verlinde. Kredit: E. Verlinde.

Teď s jedním takovým zajímavým nápadem přišel expert na teorii strun Erik Verlinde z Amsterdamské univerzity a Delta institutu teoretické fyziky. Ten v roce 2010 překvapil kompletně novou teorií gravitace. Podle Verlindeho gravitace není jednou ze základních fyzikálních sil, ale jde prý o emergentní (vynořující se) fenomén. Podobně jako se teplota „vynořuje“ z pohybu mikroskopických částic, tak se pro Verlindeho objevuje i gravitace ve změnách základních jednotek informace, která jsou uložená v jemném předivu časoprostoru.

Ve své publikaci z roku 2010 Verlinde ukazuje, že z takových změn základních stavebních kamenů informace lze odvodit druhý Newtonův zákon, takzvaný Zákon síly (Jestliže na těleso působí síla, pak se těleso pohybuje se zrychlením, které je přímo úměrné působící síle a nepřímo úměrné hmotnosti tělesa). V roce 2016 Verlinde svou hypotézu propracoval a rozšířil. Podle něho vysvětluje pozorované chování hvězd v galaxiích, aniž by bylo nutné zavádět záhadnou temnou hmotu.

University of Amsterdam.

Verlinde tvrdí, že ve skutečnosti žádnou temnou hmotu nepotřebujeme. Na tohle vědci odkojení Occamovou břitvou samozřejmě rádi slyší. Svými výpočty Verlinde předvádí, že jeho teorie gravitace velmi dobře odpovídá pozorované rychlosti, jakou hvězdy krouží kolem naší domácí supermasivní černé díry, i kolem center jiných galaxií. Verlindeův závěr je pak pochopitelně nekompromisní – ve velkém měřítku se podle něj gravitace prostě nechová tak, jak předpovídá Einsteinova obecná relativita. Verlindeova teorie na první pohled připomíná modifikované teorie gravitace, jako je například MOND (MOdified Newtonian Dynamics). Podle Verlindeho ovšem jeho teorie vychází z úplně jiného počátečního bodu, nežli MOND.

Temná hmota v galaxii M33. Kredit: Stefania.deluca / Wikimedia Commons.

Jednou z ingrediencí vylepšené Verlindeovy teorie je i zabudování holografického principu, který mají na svědomí Gerard 't Hooft a Leonard Susskind. Podle původního pojetí holografického principu může být veškerá informace ve vesmíru vnímána jako projekce na pomyslném dvourozměrném povrchu, který obklopuje celý vesmír. Verlinde ve své teorii ovšem podotýká, že to není tak úplně pravda. Podle něj je část informace ve vesmíru vetknutá přímo do samotného prostoru.

Taková informace je ve Verlindeově pojetí nutná k popisu další „temné“ komponenty vesmíru, zodpovědné za pozorované zrychlování rozpínání vesmíru, které obvykle říkáme „temná energie“. Verlinde prozkoumal vliv této informace na běžnou hmotu a dospěl k překvapivému závěru. Zatímco běžná gravitace by podle něj měla být součástí holograficky zakódované informace na dvourozměrné ploše, působení informace vnořené do samotného prostoru, čemuž Verlinde říká temná gravitace (dark gravity) prý krásně odpovídá efektu, který připisujeme temné hmotě. Problémem podobných teorií ovšem je, že samotný holografický princip na tom poslední dobou není nijak zvlášť dobře. A pozorování, která by jeho fungování potvrzovala, také nejsou v dohledu.

Hlavním, přímo osudovým úkolem současné fyziky je sjednotit obecnou relativitu a kvantovou mechaniku. Oba tyto koncepty fungují – na svém konci škály vesmíru. Jakmile ale dojde na nepěkné singularity, jako je černá díra nebo Velký třesk, tak jsou obecná relativita i kvantová mechanika v koncích. Verlindeho teorie gravitace představuje jeden z celé řady pokusů, jak tuto nepříznivou situaci zvrátit. Podaří se to právě jemu?

Video: Faculty of Science - Erik Verlinde


Literatura
University of Amsterdam 8. 11. 2016, arXiv:1611.02269, Wikipedia (Modified Newtonian dynamics).