Kupa galaxií na snímku HST. Kredit: UC Davis.

Už je to jako stará známá písnička. Vesmír se rozpíná. A nejen to. Vesmír se dokonce rozpíná tak, že jeho rozpínání neustále zrychluje. Ale proč by mělo rozpínání vesmíru zrychlovat? Mohla by v tom mít prsty nějaká energie, velmi záhadná, protože jsme ji doposud neobjevili. Budeme ji říkat temná energie, alespoň s ní můžeme strašit malé děti. To je příběh jedné z největších fyzikálních záhad dneška.

Temná energie je vlastně ze všech záhad ta nejvíce záhadná. Museli jsme si vymyslet a stále není jisté, jestli vůbec existuje. Od objevu zrychlování rozpínání vesmíru uběhly dvě desítky let a v pátrání po temné energii jsme příliš nepokročili. A stále se objevují alternativní vysvětlení, které se snaží vyřešit problém s rozpínáním vesmíru, aniž by se zaklínaly temnou energií.

Nově se s takovým vysvětlením ozvalo trio matematiků. Podle nich vlastně Einsteinovy původní rovnice obecné relativity předpovídají zrychlování rozpínání vesmíru kvůli nestabilitě. Jejich studii nedávno uveřejnil časopis Proceedings of the Royal Society A.

Blake Temple. Kredit: UC Davis.

Když Einstein sepsal své rovnice obecné relativity popisující gravitaci, tak záhy poté zavedl antigravitační faktor, kterému se říká kosmologická konstanta. Jeho záměrem bylo vyvážit působení gravitace a vytvořit tím statický vesmír, který byl v Einsteinově době populární. Později toho Einstein litoval a nazýval kosmologickou konstantu svým největším omylem.

Když se moderní kosmologové začali potýkat s nečekanou podobou rozpínání vesmíru (jeho zrychlování vážně nikdo nečekal) a přízrakem temné energie, tak přitom oprášili Einsteinovu kosmologickou konstantu a prohlásili, že by to vlastně mohlo být alter ego temné energie. Potíž je samozřejmě v tom, že i Einstein si kosmologickou konstantu vymyslel z nouze, a navíc ji neměl rád.

Joel Smoller. Kredit: UC Davis.

Blake Temple a Zeke Vogler z Kalifornské univerzity v Davisu se společně s nedávno zesnulým Joelem Smollerem z Michiganské univerzity v Ann Arbor nehodlali s takovým přístupem spokojit. Snaží se najít řešení v původní podobě Einsteinovy obecné relativity bez temné energie.

Podle badatelů vypadají původní rovnice obecné relativity zcela v pořádku. Tak proč k nim zavádět takový podezřelý faktor, jako je temná energie, nebo chcete-li kosmologická konstanta? Temple, Vogler a Smoller tvrdí, že rovnice jsou ok, špatně je podle nich její předpoklad uniformně se rozpínajícího vesmíru s galaxiemi. Taková konfigurace je prý nestabilní.

Soudobé kosmologické modely obvykle vycházejí z Friedmannnova vesmíru, který se sice rozpíná, ale jinak je zcela homogenní v prostoru. Podle Templa, Voglera a Smollera rovnice obecné relativity ukazují, že Friedmannův vesmír je ve skutečnosti nestabilní. Jakékoliv narušení homogenního prostředí, například to, že někde bude hustota hmoty o něco nižší, podle jejich výpočtů vede ke zrychlování rozpínání vesmíru.

Zmíněná nestabilita vede podle badatelů k tomu, že při měření vykazují lokální oblasti časoprostoru právě takové údaje o zrychlování rozpínání, které odpovídají hodnotám v teoriích temné energie. Z toho lze odvodit, že námi pozorované zrychlování rozpínání vesmíru vlastně vyplývá z původní obecné relativity, aniž bychom museli zavádět temnou energii či kosmologickou konstantu. Výpočty prý nejsou kontroverzní, nestabilita rovněž ne a tahle nová teorie navíc obsahuje předpovědi, které bude možné testovat. Tak uvidíme.

Video:  Applied Mathematics vs Dark Energy


Literatura
University of C alifornia, Davis 13. 12. 2017, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical & Engineering Science online 22. 11. 2017.