Jak už jsme na OSLU mnohokrát napsali, temná energie je astrofyzikální přízrak. A vědci, kteří po temné energii pátrají, jsou tím pádem v roli krotitelů duchů. Jsou nadšení, odhodlaní, dávají do své práce všechno, vlastně ještě mnohem víc. Jenomže, na rozdíl od lovců exoplanet, pulzarů nebo kvasarů, specialisté na temnou energii si vlastně stále nejsou jistí, jestli temná energie vůbec existuje. Už dlouho je to na vážkách. Někdy se objevují vědecké studie, které temnou energii podpoří, jindy zase takové, které ji odepřou právo na existenci.
Novozélandský astrofyzik David Wiltshire z Canterburské university v Christchurchi a jeho spolupracovníci tvrdí, že zrychlování rozpínání vesmíru, které přisuzujeme působení temné energii, je vlastně zdánlivé. Jenom přelud. Hráli si s kosmologickými modely a zjistili, že pozorování supernov typu Ia, jejichž analýzy přinutily vědce zavést temnou energii, vlastně o něco lépe sedí na modely vesmíru bez temné energie. Jejich studii uveřejnil časopis Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Pokud temná energie existuje, tak by měla tvořit necelých 70 procent celkového úhrnu hmoty a energie našeho vesmíru. Potíž je v tom, že jde o přízrak. Přes usilovné snahy fyziků je temná energie stále naprosto neuchopitelná a nikdo netuší, co je zač. Standardní modely vesmíru temnou energii nezbytně potřebují k tomu, aby vysvětlila, proč se vesmír nejen rozpíná, ale přímo se ve svém rozpínání zrychluje. Vědci k tomu dospěli pozorováním supernov typu Ia, tedy standardních kosmologických svíček, ve vzdáleném vesmíru. Zdá se totiž, že tyto supernovy jsou od nás dál, než by měly být, pokud by vesmír nezrychloval.
Právě analýzy supernov typu Ia jsou ale stále předmětem horkých debat. V těchto diskuzích obvykle vítězí dnes panující standardní kosmologický model Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) – nad modelem vesmíru, jehož rozpínání se ani nezrychluje, ani nezpomaluje. Oba dva tyto modely jsou přitom založeny na téměř sto let starých Friedmannových rovnicích. Friedmann a nezávisle na něm pak i Lemaitre předložili relativistický homogenní izotropní model vesmíru. Jde o řešení Einsteinových rovnic obecné teorie relativity bez použití kosmologické konstanty. Friedmannův (a Lemaitrův) model předpokládá vesmír izotropní a homogenní, tedy vesmír úplně prázdný a nudný.
Jenomže vesmír takový samozřejmě není. Náš vesmír je plný struktur. Vyplňuje ho kosmická síť upředená z nespočtu galaxií, která obepíná ohromné kosmické prázdnoty. Podle Wiltshira je to zásadní věc. Debaty o temné energii podle něj opomíjely to, že temná energie nemusí vůbec existovat, pokud se vesmír nerozpíná podle stařičkých Friedmannových rovnic.
Wiltshire s kolegy proto navrhuje, že bychom neměli srovnávat Standardní kosmologický model Lambda Cold Dark Matter s nudným a prázdným Friedmannovým vesmírem, ale s jeho vlastním kosmologickým modelem „timescape“ kosmologie (TS model, anglicky timescape cosmology).
Slovo timescape zní pěkně a zasloužilo by si český termín. Je to ale komplikované, protože slovo zřejmě vzniklo jako analogie k výrazu „landscape“, který se česky poněkud tupě překládá jako krajina, ale jeho význam je přitom širší. V angličtině je výraz „landscape“ chápán nějak jako „kus krajiny, země, který lze přehlédnout jediným pohledem, včetně všech objektů, které se tam nacházejí a dohromady vytvářejí scenérii“. Možná by pro české prostředí mohl být přijatelný termín „časosledná kosmologie“ nebo něco podobného. V časosledné kosmologii není žádná temná energie a měření rozpínání vesmíru velmi záleží na měření času.
Wiltshire tvrdí, že si jeho časosledná kosmologie poradí se zatím největším katalogem supernov typu Ia o něco lépe, nežli Standardní kosmologický model zahrnující temnou energii. Statistika je ale zatím nepřesvědčivá a nedokáže definitivně podpořit ani jeden z těchto soupeřících modelů. Jasno by do celé záležitosti mohly vnést budoucí vesmírné mise, jako například evropská sonda Euclid, a také by pomohlo hlubší porozumění supernovám typu Ia, na kterých to vše spočívá.
Video: Introduction to David Wiltshire
UC Connect: Black holes making waves around the universe
Literatura
Royal Astronomical Society 14. 9. 2017, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 472: 835–851.
Je temná energie opravdu reálná?
Autor: Stanislav Mihulka (16.09.2012)
Nejrozsáhlejší 3D mapa galaxií podpoří výzkum temné energie
Autor: Stanislav Mihulka (15.07.2016)
Za objev akcelerace vesmíru se rozdávaly nobelovky, budou i za jeho popření?
Autor: Josef Pazdera (26.10.2016)
Vysvětlí temnou hmotu nová teorie gravitace?
Autor: Stanislav Mihulka (10.11.2016)
Diskuze:
singularita
Marek Záboj,2017-09-19 22:01:14
Nejsem si jistý jestli se tomu bodu před vznikem vesmíru říká singularita takže se kdyžtak omlouvám.
Přijde opět singularita?
Marek Záboj,2017-09-19 21:50:39
Jak je tedy pravděpodobné že jednou se veškerá odstředivá energie vyčerpá a dostředivá energie opět stáhne veškerou hmotu do jediného bodu?
Zpomalování času?
Dominik Březina,2017-09-18 09:32:45
Mně se nejvíc líbí teorie, že dochází ke zpomalování času, takže se potom zdá, jako by se vesmír rozpínal stále vyšší rychlostí. Nikdo to ale nijak nedokázal (snad ani nevyvrátil). http://www.national-geographic.cz/clanky/podle-spanelskych-fyziku-se-z-vesmiru-ztraci-cas-mozna-zmizi-uplne.html
Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-17 23:53:07
Nemůže být za akcelerací rozpínání vesmíru pouze zachování hybnosti? Pokud hvězda (hbězdy, galaxie) vyzařuje kvanta energie všemi směry, musí jí ubývat hmotnost a podle zákona zachování hybnosti se musí její rychlost zvyšovat...
Re: Re: Zachování hybnosti
Bohumír Tichánek,2017-09-18 05:52:08
"vyzařuje kvanta energie všemi směry," -> pak váhám - kterým směrem by se jí měla rychlost zvyšovat?
Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-18 10:28:48
Tím chci říci, že to vyzařování energie zrychlování nemůže ovlivnit. Jenže ve vesmíru se vše pohybuje a protože to má nějakou hmotnost, má to i hybnost. Pokud daný objekt vyzařuje energii, tak mu musí ubývat hmotnost, protože e=mc2. No a když mu ubývá hmotnost, tak se musí ve svém pohybu zrychlovat, protože hybnost mu zůstává.
Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Martin Ondracek,2017-09-19 19:31:24
Když objekt vyzařuje energii, tak nepředstavuje uzavřený systém a není důvod, aby se jeho hybnost zachovávala.
Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-19 23:25:53
Pokud se pohybuje nějaký objekt s určitou hmotností nějakou rychlostí, má hybnost. Pokud se jeho hmotnost zmenší například na polovinu (třeba tím, že polovina hmotnosti shoří), jeho rychlost se zvýší na dvojnásobek. Proč by to u hvězd a galaxií mělo být jinak?
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Petr Kr,2017-09-20 07:31:33
Zákon zachování hybnosti:
m*v = m1*v1 + m2*v2
m1 = m/2
v1 = 2*v
z toho plyne v2=0
A není to pouze specifický případ, kdy hvězda hoří a plyny unikají tryskou? Z čeho je ta tryska?
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-20 15:09:39
Já to myslím se zachováním hybnosti takto:
P = m1 * v1
... po nějaké době
P = m2 * v2
pokud m2 = 1/2 m1, potom v2 = 2*v1
Kde je v mé úvaze chyba?
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Petr Kr,2017-09-20 15:45:19
Celá vaše úvaha je chybná. Zákon zachování mluví o uzavřeném systému v němž součet všech entit před a po je stejný. Vemte si dvě kulečníkové koule. Při dokonalém předání hybností se první zastaví a druhá musí převzít celou hybnost. Protože zde je m1=m2, bude tedy v1(před)=v2(po).
Vy řešíte jiný případ, kdy máte na počátku jednu hmotu m o rychlosti v, a potom máte jedno těleso m1 a v1 a nekonečno shořelých hmot, jejichž suma musí být m2 a v2. Potom viz výše moje rovnice. Vaše jsou neúplné. Nechci to ale komplikovat relativistickými vztahy. Zůstaňme u Newtona.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Petr Kr,2017-09-20 15:49:49
Vaše vztahy opravte na:
P1 = m1 * v1
P2 = m2 * v2
přičemž obecně je P1 nerovno P2.
A připište:
P3 = m3 * v3
P1 = P2 + P3
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-20 22:29:20
Jestli Vás dobře chápu, tak Vaší P3 = m3 * v3 myslíte hybnost toho co shoří (m3 je úbytek hmotnosti a v3 je rychlost s jakou ten úbytek hmotnosti opouští původní těleso). Jenže pokud úbytek hmotnosti není provázen odlétnutím části tělesa nějakou rychlostí jinam, ale prostě část hmotnosti zmizí (promění se ve světlo), musí zbytek tělesa zvýšit rychlost.
Například lze akceleraci piruety krasobruslařky chápat tak, že přitažením rukou k tělu ubyla hmotnost na nejvyšším poloměru rotace a proto se rychlost rotace zvýšila (i když při tom dáma nezhubla :-).
Vy se na to díváte tak, jako by se od původního tělesa v podstatě oddělovaly jeho části, které by pokračovaly původní rychlostí a tím pádem odebíraly původnímu tělesu i část hybnosti.
Můj pohled je ten, že se od původního tělesa nic žádnou rychlostí neodděluje, ale že tomu tělesu z důvodu proměny ve světlo (které se od tělesa ubírá všemi směry rychlostí světla) ubývá hmotnost.
Zcela určitě je v mé úvaze nějaká chyba, ale nějak na to nemůžu přijít. Buď se hmotnost zářící hvězdy nezmenšuje, nebo je třeba přibrzďována tím, že ve směru pohybu září s vyšší frekvencí (energií), než opačným směrem (Dopplerův jev).
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Petr Kr,2017-09-20 22:50:37
To P3 je "vaše", co vám tam chybí. Zákon zachování hybnosti ctíte, ale zákon zachování hmoty a energie ne. Světlo je energie? Pokud ano, pak znáte e=mc2? Pak je to také hmota?
Pokud světlo neodnáší dle vás energii, pak končíme hned. A hvězda nezáří jen fotony, ale také jiné částice. A to všemi směry.
Takže finále je tu... a výsledek je možná překvapující: v1 = v2. (Těleso zůstává v klidu nebo rovnoměrně přímočarém pohybu, pokud na něj nepůsobí jiné síly.)
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Petr Kr,2017-09-20 23:13:01
Vysvětlení:
Přestavte si tu svojí hvězdu jako kouli obalenou slupkou budoucí hmoty určené k vyzáření. Potom celá hvězda váží m1 a skládá se to z m2 (co zbyde dále, tedy ta koule) a z m3 (vyzářená hmota v budoucnu, tedy slupka). Vše to letí rychlostí v. Po čase se celá slupka vyzáří všemi směry, tedy zprůměrovaná rychlost slupky vzhledem k hvězdě je 0 (k pozorovateli však v).
Máme tedy: Před = m1*v = (m2+m3)*v
Po = m2*w + m3*v
Řešením je: w=v, neboť Před=Po
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Milan Dobeš,2017-09-22 22:46:35
Děkuji za vysvětlení, nicméně stále to není ono. Z mého pohledu ta hvězda skutečně pozbyla hmotnost aniž by z ní nějakou rychlostí odešlo něco, co s sebou odnáší část hybnosti.
Nedošlo mi, že elektromagnetické vlnění (nebo proud fotonů), směřující z hvězdy všemi směry má nějakou hmotnost a ne ve všech směrech stejnou. Totiž ve směru, kterým se hvězda pohybuje má světlo hvězdy vyšší frekvenci a ve směru ze kterého hvězda letí má frekvenci nižší ("rudý posuv - "Dopplerův jev). Jelikož energie světelného záření (elektromagnetického vlnění) je úměrná frekvenci, vyzařuje hvězda ve směru kterým letí dle e=mc2 více hmoty, než ve směru, ze kterého letí. Tato disproporce množství vyzařované energie (hmoty) pravděpodobně působí proti té mojí domnělé akceleraci způsobené zachováním hybnosti. Spočítat to sice neumím, ale nějaká logika v tom z mého pohledu je. Moc děkuji za Vaši trpělivost a lituji, že jsem se mýlil. Bylo by příjemné přispět...:-)
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zachování hybnosti
Pavel A1,2017-09-23 14:16:32
Pokud byste stál na té hvězdě, tak byste viděl, že světlo odletuje všemi směry se stejnou frekvencí a stejnou intenzitou, takže ta hvězda je stále na stejném místě a nezačne se pohybovat. Toto samozřejmě musí platit i pro pozorovatele pohybujícího se vůči této hvězdě rovnoměrným přímočarým pohybem - hvězda se vůči němu pohybuje také rovnoměrným přímočarým pohybem, nezrychluje se.
Vy argumentujete, že když se hvězda pohybuje vůči pozorovateli rovnoměrným přímočarým pohybem, tak díky Dopplerovu jevu světlo ve směru pozorovatele má vyšší frekvenci, tady fotony mají větší energii a hybnost a tedy by se hvězda měla vůči pozorovateli zpomalovat. Jenže tak to není.
Pro vysvětlení je třeba použít teorii relativity (a tedy se vzdát selského rozumu a intuice založené na zkušenosti z běžného života), protože světlo se holt pohybuje rychlostí světla a tedy pro jeho popis klasická mechanika a naše intuice nestačí. Při pohybu hvězdy vůči pozorovateli dochází k aberaci světla, což je čistě relativistický efekt, který způsobuje, že ve směru pohybu je sice světlo vyzařováno s vyšší energií (a tedy i hybností), ale s menší intenzitou. Když se to správně spočítá, tak hybnost světla vyzářeného ve směru pohybu hvězdy je přesně rovna hybnosti světla vyzářeného proti směru jejího pohybu, a tedy hvězda setrvává v rovnoměrném přímočarém pohybu. Pro podrobnější popis vás odkážu na libovolnou učebnici STR, bývá to spočítáno hned po odvození kontrakce délek a dilatace času.
Multivesmír
Milan Závodný,2017-09-17 17:59:28
Stále chýba akýkoľvek relevantný dôkaz, ibaže práve existencia iných vesmírov by elegantne vysvetlila temnú energiu. Neviem, prečo by sa škála priestoru mala zastaviť na reliktnom žiarení. Len preto, že nie sme schopní preniknúť ďalej? Len preto, že sme obmedzení nie len výhľadom, ale aj intelektom? Už dávno skúmame makro a mikro svet, teda niečo, s čím sme evolučne neprišli do styku, tak si to nevieme predstaviť. A prečo nie rovno multivesmír? Týkal by sa isto i časovej osi, inde by platili iné fyzikálne zákony, takže je do istej miery možná existencia opačnej gravitácie - po 7 miliardách rokov bytia nášho vesmíru. Alebo jednoduchšie vysávanie zvonku. Možno sme jedným z miriád "atómov" veľkokozmu a dostali sme sa pod vplyv inej gravitačnej konštanty.
"timescape"
Pavel Jetušek,2017-09-17 16:57:37
Ačkoliv "scape" skutečně bylo utvořeno odtržením od "landscape", jako slovotvorný morfém se používá už od 18. století, tudíž bych tam nutně neviděl přímý blend s "landscape". Dnešní význam této pseudopřípony je spíš "pohled na scenérii či prostředí, výhled". Timescape je tedy "pohled na krajinu času", v čemž se sice asi v podstatě s panem autorem shoduji, nicméně spíše než "časosledný", jehož druhá část ve mě evokuje "posloupnost, sekvence", bych raději volil "časohledný". Možné jsou i latinismy, grecismy či grekolatinismy "chronoramatický", "chronoskopický", "tempo(ro)ramatický", "tempo(ro)skopický", "chronovizní", "tempo(ro)vizní", "chronospektivní", "tempospektivní", "chronospektuální", "tempospektuální", ale mám pocit, že bychom se příliš vzdálili od původní inspirace. :-)))
Re: "timescape"
Pavel Psenak,2017-09-18 11:04:47
Já bych zase asi spíše použil termín Kosmologie časového dosahu či Kosmologie časového rozsahu, ale není to bohužel na jedno slovo. Máte pravdu, že ve výrazu časosledný, který se mi nezdá úplně od věci, jsou oba spojené slovní základy výrazy přímo související s časem, přitom ale historii Vesmíru díky konečné rychlosti světla vlastně přímo vidíme. Vámi navržený výraz, který v podstatě o něco více odpovídá lidskému vnímaní, bych možná ještě trochu překroutil na Časudohledná kosmologie :-). Pokud by to tedy musel být čistě český výraz, ale nějaký ten grekolatinimus by se asi nakonec v české terminologi vyjímal lépe.
Myslím si že jsme tak malí,mnohem menší jako viry v těle
Karel Rabl,2017-09-17 15:25:48
že si ani neuvědomujeme,že vesmír může vypadat úplně jinak v jiných škálách velikosti. Nikdo si nepoložil otázku co je za mikrovlnným pozadím, i co jej "vytváří" a jelikož nás zcela obklopuje jestli nevnímáme prostor chybně protože jsme v něm "vyvinuti". Mikrobi v Petriho misce si také budou myslet, že vesmír končí na okrajích sklíčka.
Temná energie
Vláďa Hradec,2017-09-17 09:32:31
Není možné temnou energii vysvětlit tím, že všechna látka ve vesmíru dosahuje složitějších struktur? Všechny procesy v přírodě vznikají/probíhají na úkor něčeho.
Mám takovou představu, že zhlukování částic do protonů a pod. nebo výroba těžších jader ve hvězdách, by mohlo mít za následek menší působení na časoprostor. Ten by pak v rozpínání musel překonávat menší a menší odpor, tudíž by se rozpínání zrychlovalo. To by možná vysvětlovalo i vesmírnou inflaci, kdy se vesmír skokově zvěšil, protože se hromadně z kvark-gluonového plazmatu začali tvořit atomy..
Re: Temná energie
Florian Stanislav,2017-09-17 21:27:46
Vypadá to zajímavě, ale když se "z kvark-gluonového plazmatu začaly tvořit atomy", tak hmoty nepřibylo, ta už existovala a jak sám píšete se přeměnila. Stejně tak shlukováním jader ve hvězdách, hmoty je pořád stejně, žádné skoky. Gravitace působí na vše i na světlo.
Re: El. náboj
Jiří Svejkovský,2017-09-18 09:25:48
Zajímavá otázka.
Co se týče kladného náboje, ten byl tvořen nejspíš kaší z kvarků u a d (2:1). Ty se hned slepily na protony a neutrony (1:2). Volný neutron má poločas rozpadu čtvrt hodinky, pak je z něj proton, elektron a antineutrino. Mě z toho vyplývá přebytek protonů. Atom ke své pouti vesmírem nepotřebuje plný počet elektronů, zdá se, že iontový stav je obvyklejší, než ten neutrální.
Zrychujuce rozpinanie
Tomáš Habala,2017-09-16 21:46:58
Pokiaľ si dobre pamätám o zrýchľujúcom rozpínaní vieme nielen meraním supernov ale aj meraním mikrovlnného pozadia. Takže nestačí vyvetliť len supernovy.
Re: Zrychujuce rozpinanie
Florian Stanislav,2017-09-17 00:55:46
http://dudr.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=370651
Píše a má grafy o nelineárním rozpínání a vlivu gravitace v pro pozorovatele deformovaném prostoru.
http://sciencemag.cz/rozpinani-vesmiru-se-pry-nemusi-zrychlovat/
"Sakar uznává, že pro podporu zrychlujícího se rozpínání jsou i další argumenty, např. data o mikrovlnném pozadí vesmíru ze sondy Planck. Tyto důkazy jsou však dle něj stejně jen nepřímé, mikrovlnné pozadí jednoznačně nedokládá existenci temné energie. Ta podle Sakara navíc nijak nevyplývá z fundamentálních fyzikálních zákonů. A nakonec, výsledky měření se podle něj dají vysvětlovat i jinak, stačí opustit/změnit některé standardně přijímané předpoklady, třeba že vesmír je homogenní nebo že se jeho obsah chová cca jako ideální plyn."
Re: Re: Zrychujuce rozpinanie
Pavel A1,2017-09-17 18:35:18
Není to jen měření CMB, ale i baryonových akustických oscilací a dalších nezávislých jevů.
Vyčítat měření CMB, že to je jen nepřímé měření, je od astrofyzika poněkud chucpe, vždyť v astronomii je přímo měří jen jas a spektrum objektů (a někdy i tangenciální rychlost, ale jen velmi výjimečně), všechno ostatní je nepřímé měření.
A že temná energie nijak nevyplývá z fundamentální zákonů - no a co má bejt? Existence člověka taky nijak nevyplývá z fundamentálních fyzikálních zákonů - má to znamenat, že vlastně neexistujeme a jsme jen přeludem?
Re: Re: Re: Zrychujuce rozpinanie
Milan Krnic,2017-09-17 19:40:08
Ani jas, spekrum, rychlost neměříme v kosmologických škálách přímo. Vše z toho je postaveno na paradigmatu.
Vždyť zatím nedokážeme uchopit ani zákonitosti zemského klimatu, a to máme hojnou a dá se říci komplexní sadu pozorovacích strojů v rámci celé Země. V kosmu nemáme defakto nic. A Euclid v libračním bodě na tom nic nezmění.
Re: Re: Re: Zrychujuce rozpinanie
Florian Stanislav,2017-09-17 21:32:27
No fundamentální zákony třeba zachování energie mmají problémy, když cosi, co se někdo rozhodl pojmenovat temná energie, vesmír rozpíná. A nikdo neví, co to je.
Existence člověka je na Zemi na základě známých přírodních jevů a zákonů možná a navíc proti temné energii existujeme tu jistě.
Re: Re: Re: Re: Zrychujuce rozpinanie
Pavel A1,2017-09-18 20:02:07
Fundamentální zákon zachování energie s rozpínáním Vesmíru žádný problém nemá. V OTR se totiž něco jako energie vůbec nedá definovat, tedy se to ani nemůže zachovávat. Zákon zachování energie platí jenom lokálně v lokálním Minkovského prostoru, ale nelze ho uplatňovat na oblasti časoprostoru jejichž zakřivení už není zanedbatelné. Tam totiž samotný pojem energie ztrácí smysl.
A temná energie je také na základě známých zákonů možná - člen s kosmologickou konstantou lze do Einsteinových gravitačních rovnic přidat (jak to udělal už Einstein), aniž by se tím jakkoliv narušila jejich konzistence (a nic dalšího k nim bez narušení konzistence už přidat nelze).
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
