Šířilo se světlo a gravitace v raném vesmíru stejnou anebo různou rychlostí?

Podle nové hypotézy mohlo být světlo na počátku vesmíru rychlejší než gravitace. A nejlepší je, že to bude možné poměrně snadno ověřit.

Předstihlo světlo v raném vesmíru gravitaci? Kredit: Jeff Keyzer / Flickr.

Rychlost světla je svorníkem celé relativistické fyziky. Jak jistě každý ví, rychlost elektromagnetického záření ve vakuu je přesně 299 792 458 metrů za sekundu a je to zároveň nejvyšší možná rychlost šíření informace. Stejně tak se rychlostí světla šíří i gravitační vlny. Zdálo by se, že pozice rychlosti světla je naprosto neotřesitelná. Čas od času se ale objeví kontroverzní hypotéza, která počítá s tím, že rychlost světla nemusela být vždy v historii stejná.

Například v roce 1998 Joao Magueijo z Královské univerzity v Londýně navrhl, že by změna rychlosti světla mohla vysvětlit nepříjemný problém současného kosmologického modelu. Jde o takzvaný problém horizontu (horizon problem), který spočívá v tom, že vesmír, tak jak ho známe z mapy reliktního mikrovlnného záření, je navzdory své obrovitosti překvapivě homogenní. Kosmologové tento problém obvykle vysvětlují kosmologickou inflací, tedy extrémní nafouknutím velice mladého vesmíru. Sama kosmologická inflace je ale stále zahalena tajemství. Vůbec není jasné, proč by k ní vlastně mělo dojít a proč by měla zase skončit. Jiným řešením problému horizontu je právě zmíněná změna rychlosti světla. Tahle hypotéza je ale mezi fyziky považována za velmi výstřední a doopravdy kontroverzní.

Joao Magueijo. Kredit: J. Magueijo.

Magueijo ale není z těch, co by se vzdávali. Dal se dohromady s Niayeshem Afshordim z kanadského Hraničního institutu a společně přišli s novým nápadem. Za pár dní by ho měl publikovat časopis Physical Review. Velkou výhodou této novinky je, že je vcelku rozumně testovatelná. Jinými slovy, je v našich možnostech věrohodně ověřit, jestli na tomhle nápadu něco je. Podle Magueija a Afshordiho se v raném vesmíru světlo a gravitace nepohybovali stejnou, ale naopak různou rychlostí. Pokud by to tak bylo, tak by fotony v raném vesmíru předstihly šíření gravitace a zařídily by homogenní podobu vesmíru, kterou dnes pozorujeme v mapě reliktního záření.

Niayesh Afshordi. Kredit: N- Afshordi.

Proč tento nový nápad stojí za pozornost? Podle Magueija je to tím, že zahrnuje poměrně specifickou předpověď pro reliktní záření. Pokud jejich hypotéza s různými rychlostmi šíření světla a gravitace platí, tak by se to mělo promítnout do spektrálního indexu reliktního záření, který popisuje počáteční hustotu vlnění ve vesmíru. Tato hodnota by podle Magueija a Afshordiho měla být 0,96478. A v blízké budoucnosti bychom to měli být schopni ověřit. Podle nejnovějších výstupů vesmírného teleskopu Planck z roku 2015 činí tento spektrální index přibližně 0,968, což je až provokativně blízko.

Vizualizace dat teleskopu Planck z roku 2015. Kredit: Planck Collaboration.

Jestli se časem ukáže, že se hodnota spektrálního indexu reliktního záření od předpovědi Magueija a Afshordiho liší, tak hypotézu různých rychlostí světla a gravitace v podstatě můžeme zahodit. Vlastně by šlo o celou skupinu hypotéz, které s tímto rozdílem počítají. Magueijo už naznačil, že mu to rozhodně vadit nebude. Vlastně to prý bude dobře, když kosmologii vysmýčíme od kontroverzních modelů.

Ať už ale měření spektrálního indexu reliktního záření dopadne tak či onak, nebude prý vůbec snadné kompletně vyloučit kosmologickou inflaci. Peter Coles z Univerzity v Cardiffu tvrdí, že tu stále bude veliké pole působnosti pro rozličné inflační teorie, které je velice obtížné nějak rozumně ověřit. Proto je podle Colese nutné pečlivě prozkoumat i další možnosti vysvětlení problému horizontu, jako je i hypotéza Magueija a Afshordiho.

John Webb z australské Univerzity Nového Jižního Walesu v Sydney se už dlouho zabývá zpochybňováním konstantnosti konstant. Magueijo a Afshordi ho pochopitelně nadchnuli, obzvláště tím, že jejich hypotéza je testovatelná. Jestli se ukáže, že jejich hypotéza platí, tak to bude mít dalekosáhlé důsledky. Podle Magueija by jejich model dokonce mohl ukázat cestu k usilovně hledané kvantové gravitaci, čímž by se navždy zapsali do bouřlivé historie fyziky.

Video: Varying constants for philosophers... and not only (Joao Magueijo)

Literatura
New Scientist 23. 11. 2016, arXiv:1603.03312, Wikipedia (Horizon problem).

Autor: Stanislav Mihulka

Datum: 24.11.2016

Tisk článku

Související články:

Nový obraz dětství vesmíru podle sondy Planck Autor: Stanislav Mihulka (04.08.2013)
Žijeme ve vesmíru plném giganticky supermasivních černých děr? Autor: Stanislav Mihulka (17.04.2016)
Vysvětlí temnou hmotu nová teorie gravitace? Autor: Stanislav Mihulka (10.11.2016)

Diskuze:

Jak se váží planety

N. K.,2016-11-25 22:29:16

V internetech se objevilo:

"je těžší kilo železa, nebo kilo peří? Přece ani jedno, vždyť kilo je kilo, odpovíme. Jenže pozor! Tíha není hmotnost."

- K tomu by se asi ještě mělo přidat, že ani jedno není "gravitace"?

Možná by někdo tu mohl zodpovědět jak se například váží planety? Jak "víme že něco tolik váží (byť je to aproximace, ale přesto - jakou metodou?)

Co potom takové ty úvahy o "nekonečně malých a nekonečně hmotných bodech"?...

Takové "kilo (jako "kilo" zvážené nejprve na Zemi) železa" přemístěné někam jinam v prostoru bude třeba vážit "nic". Jaká "částice" by něco takového (co není vlastností toho "předmětu" jako takového nýbrž funkcí prostoru v prostoru...) jakože měla "nést"?
"Světlo" je na tom podobně - je to jev - vlastně to není světlo, co vnímáme a na co dokážeme vyladit i "vnímání" přístrojů, co existuje, je to "stav spojitosti vakua". Světlo samo o sobě není něco "reálného".