Co je to temná hmota a temná energie?

Hmota, jak ji známe. Atomy, hvězdy a galaxie, planety a stromy, skály a my. Tato hmota tvoří méně než 5 % známého vesmíru. Asi 25 % představuje temná hmota a 70 % temná energie. Obě jsou neviditelné. Je to trochu zvláštní, protože by to mohlo znamenat, že vnímáme pouze nepatrný zlomek reality. To ale není všechno. Nemáme tušení, co temná hmota a temná energie vlastně je nebo jak funguje.

Jsme si ale poměrně jistí, že existují. Co o nich tedy víme? Překlad: qetu www.videacesky.cz Temná hmota umožňuje existenci galaxií. Když jsme počítali, proč je vesmír uspořádán tak, jak je, záhy bylo zřejmé, že množství normální hmoty nestačí. Gravitace viditelné hmoty není dost silná na to, aby utvořila galaxie a komplexní struktury. Hvězdy by nejspíš byly rozptýleny všude možně a žádné galaxie by netvořily.

Proto víme, že uvnitř a kolem nich něco je. Něco, co nevyzařuje ani neodráží světlo. Něco temného. Kromě toho, že jsme schopní existenci temné hmoty vypočítat, ji můžeme tak trochu i vidět. Oblasti s velkou koncentrací temné hmoty lámou světlo ve svém okolí, a proto víme, že v nich něco ovlivňuje gravitaci. Dnes máme spíš představu o tom, co temná energie není, než co je. Víme, že temná hmota nejsou jen oblaka normální hmoty bez hvězd, protože ta by vyzařovala detekovatelné částice.

Temná hmota není ani antihmota, protože antihmota vyzařuje unikátní záření gama, když reaguje s normální hmotou. Temnou hmotu netvoří ani černé díry, velmi kompaktní objekty, které drasticky působí na své okolí, zatímco temná hmota je podle všeho rozptýlená po celém vesmíru. V podstatě jistě víme jen tři věci. Zaprvé, něco tam je. Zadruhé, ovlivňuje to gravitaci.

Zatřetí, je toho spousta. Temnou hmotu nejspíš tvoří složitá exotická částice, která se světlem a hmotou interaguje nečekaným způsobem. Zatím to ale prostě nevíme. Temná energie je ještě podivnější a záhadnější. Neumíme ji detekovat, měřit ani ochutnat. Zcela jasně ale vidíme její účinky. Edward Hubble v roce 1929 zkoumal, jak se vlnová délka světla, které vyzařují daleké galaxie, posouvá směrem k červenému konci elektromagnetického spektra, zatímco putuje vesmírem.

Zjistil, že méně jasné, vzdálenější galaxie vykazují vysokou úroveň rudého posuvu. O blízkých galaxiích se to říct nedá. Hubble zjistil, že je tomu tak kvůli rozpínání vesmíru. K rudému posuvu dochází, protože vlnové délky světla se při rozpínání natahují. Z nejnovějších objevů vyplývá, že rozpínání vesmíru nabírá na rychlosti. Dříve jsme se domnívali, že tah gravitace rozpínání buď zpomalí, nebo dokonce zvrátí a vesmír se zhroutí sám do sebe.

Vesmír při svém rozpínání nemění své vlastnosti. Jen je ho víc. Všude neustále vzniká nový prostor. Galaxie jsou shluky, které pevně při sobě drží gravitace, takže my toto rozpínání v každodenním životě nepociťujeme. Vidíme ho ale všude kolem nás. Všude ve vesmíru, kde je prázdný prostor, se ho každou vteřinou tvoří čím dál víc. Temná energie se jeví jako jistý druh energie vlastní prázdnému prostoru.

Energie, která je silnější než všechno, co známe, a která časem ještě získává na síle. Prázdný vesmír má více energie než všechno ve vesmíru dohromady. Máme několik domněnek o tom, co by temná energie mohla být. Podle jedné z nich temná energie není věc, ale jen vlastnost prostoru. Prázdný prostor není nic. Má vlastní energii. Může tvořit další prostor a je poměrně aktivní.

Je možné, že jak se vesmír rozpíná, objevuje se čím dál více prostoru, který plní mezery, což vede k rychlejšímu rozpínání vesmíru. Tato myšlenka se podobá myšlence, kterou měl v roce 1917 Einstein. Konceptu kosmologické konstanty, síly, která působí proti síle gravitace. Problémem je, že když jsme se pokusili množství této energie vypočítat, výsledek byl tak nesprávný a podivný, že nás to jen ještě víc zmátlo.

Další možností je, že je prázdný vesmír plný přechodných virtuálních částic, které spontánně a bez ustání vznikají z nicoty a pak opět mizí v nenávratnu. Energie těchto částic by mohla být temná energie. Nebo je temná energie možná neznámý druh dynamické energetické kapaliny nebo pole, které prostupuje celým vesmírem, ale z nějakého důvodu má na vesmír opačný účinek než normální energie a hmota. Pokud ale existuje, nevíme jak ani kde, ani jak bychom ji mohli detekovat.

Zůstává spousta nezodpovězených otázek. Naše teorie o temné hmotě a energii zůstávají pouhými teoriemi. Na jednu stranu je to celkem frustrující. Na druhou stranu to pro vědu představuje neprobádané obzory, což je velmi vzrušující. Učí nás to, že i když máme pocit, že jsme na vrcholu, stále jsme jen lidoopi se smartphony na křehkém pidiostrůvku ve vesmíru, kteří vzhlížejí k nebi a přemítají nad tím, jak vesmír funguje. Stále se ještě máme co učit.

A to je na tom báječné. Překlad: qetu www.videacesky.cz