Prečo sa vesmír rozširuje akcelerujúcou rýchlosťou a rozširuje svoj obsah do stále väčších rozmerov vesmíru? Pôvodné riešenie tejto hádanky, určite najzaujímavejšej otázky v modernej kozmológii, predložili štyria teoretickí fyzici Edward W. Kolb z amerického ministerstva energetiky Fermi National Accelerator Laboratory, Chicago (USA): Sabino Matarrese z University of University Padova; Alessio Notari z University of Montreal (Kanada); a Antonio Riotto z INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) z Padova (Taliansko). Ich štúdia bola včera predložená časopisu Physical Review Letters.
Za posledných sto rokov bola expanzia vesmíru predmetom vášnivých diskusií a zapojila najoslnivejšie mysle storočia. Podobne ako jeho súčasníci si Albert Einstein spočiatku myslel, že vesmír je statický: že sa ani nerozširoval, ani sa neuchýlil. Keď jeho vlastná teória všeobecnej relativity jasne ukázala, že vesmír by sa mal rozširovať alebo zmenšovať, Einstein sa rozhodol zaviesť do svojej teórie novú zložku. Jeho „kozmologická konštanta“ predstavovala masovú hustotu prázdneho priestoru, ktorá viedla vesmír k expanzii stále rastúcou rýchlosťou.
Keď v roku 1929 Edwin Hubble dokázal, že vesmír sa skutočne rozširuje, Einstein odmietol svoju kozmologickú konštantu a nazval ju „najväčšou chybou môjho života“. Potom, takmer o storočie neskôr, fyzici vzkriesili kozmologickú konštantu vo variante zvanom temná energia. V roku 1998 pozorovania veľmi vzdialených supernov ukázali, že vesmír sa rozširuje zrýchľujúcou sa rýchlosťou. Táto zrýchľujúca sa expanzia sa zdala byť vysvetliteľná iba prítomnosťou novej zložky vesmíru, „temnej energie“, ktorá predstavuje asi 70 percent celkovej hmotnosti vesmíru. Z ostatných asi 25 percent vyzerá, že je vo forme inej záhadnej zložky, temnej hmoty; zatiaľ čo iba asi 5 percent obsahuje obyčajnú hmotu, tieto kvarky, protóny, neutróny a elektróny, z ktorých sme my a galaxie vyrobené.
„Hypotéza temnej energie je mimoriadne fascinujúca,“ vysvetľuje Padova Antonio Riotto, „ale na druhej strane to predstavuje vážny problém. Žiadny teoretický model, ani najmodernejší, ako je supersymetria alebo teória strún, nedokáže vysvetliť prítomnosť tejto tajomnej temnej energie v množstve, ktoré si vyžadujú naše pozorovania. Keby temná energia bola takou veľkosťou, akú predpovedajú teórie, vesmír by sa rozšíril s takou fantastickou rýchlosťou, že by to zabránilo existencii všetkého, čo vieme v našom vesmíre. “
Potrebné množstvo temnej energie je také ťažké zladiť so známymi prírodnými zákonmi, že fyzici navrhli všetky druhy exotických vysvetlení, vrátane nových síl, nových rozmerov časopriestoru a nových ultraľahkých elementárnych častíc. Nová správa však nenavrhuje žiadnu novú zložku pre vesmír, iba uvedomenie si, že súčasné zrýchlenie vesmíru je dôsledkom štandardného kozmologického modelu pre počiatočný vesmír: inflácie.
„Naše riešenie paradoxu, ktorý predstavuje zrýchľujúci sa vesmír,“ hovorí Riotto, „sa spolieha na tzv. Inflačnú teóriu, ktorá sa narodila v roku 1981. Podľa tejto teórie sa vesmír prežil v zlomku sekundy po Veľkom tresku. neuveriteľne rýchla expanzia. Toto vysvetľuje, prečo sa zdá, že náš vesmír je veľmi homogénny. Nedávno experimenty Boomerang a WMAP, ktoré merali malé kolísanie žiarenia pozadia pochádzajúce z Veľkého tresku, potvrdili inflačnú teóriu.
Všeobecne sa verí, že počas inflačnej expanzie na začiatku dejín vesmíru sa generovali veľmi malé vlnky v časopriestore, ako to predpovedá Einsteinova teória všeobecnej relativity. Tieto vlnky boli roztiahnuté expanziou vesmíru a dnes siahajú ďaleko za náš kozmický horizont, ktorý je nad oblasťou oveľa väčšou ako pozorovateľný vesmír, vzdialenosť asi 15 miliárd svetelných rokov. Vo svojej súčasnej práci autori navrhujú, že práve vývoj týchto kozmických vlniek zvyšuje pozorované rozšírenie vesmíru a zodpovedá za jeho zrýchlenie.
"Uvedomili sme si, že do Einsteinovej všeobecnej relativity jednoducho musíte pridať túto novú kľúčovú zložku, vlnky časopriestoru generovaného počas epochy inflácie, aby ste vysvetlili, prečo sa vesmír dnes zrýchľuje," hovorí Riotto. „Zdá sa, že riešenie problému zrýchlenia zahŕňa vesmír za naším kozmickým horizontom. Nevyžaduje sa žiadna záhadná temná energia. “
Fermilabov Kolb nazval autorov návrh najkonzervatívnejším vysvetlením zrýchľujúceho sa vesmíru. „Vyžaduje to iba správne zaznamenanie fyzických účinkov vlniek za naším kozmickým horizontom,“ uviedol.
Údaje z nadchádzajúcich experimentov umožnia kozmológom vyskúšať návrh. „Či má Einstein pravdu, keď prvýkrát predstavil kozmologickú konštantu, alebo či mal pravdu, keď túto myšlienku neskôr vyvrátil, čoskoro bude testované novým kolom presných kozmologických pozorovaní,“ povedal Kolb. „Nové údaje nám čoskoro umožnia rozlišovať medzi našim vysvetlením pre urýchlené rozšírenie vesmíru a riešením temnej energie.“
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), taliansky národný inštitút jadrovej fyziky, podporuje, koordinuje a vykonáva vedecký výskum v oblasti jadrovej a jadrovej fyziky a fyziky častíc a podieľa sa na vývoji príslušných technológií.
Fermilab, v Batavii, Illinois, USA, prevádzkuje Asociácia univerzitného výskumu, Inc. pre Oddelenie vedy energetiky, ktorá financuje pokročilý výskum v oblasti fyziky častíc a kozmológie.
Pôvodný zdroj: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
