Čo je temná energia – a prečo vládne vesmíru

Najväčšia záhada vo fyzike

Niečo tlačí vesmír od seba – a vyhráva. Približne 70 % všetkej energie a hmoty v kozme tvorí záhadná sila nazývaná temná energia. Nedá sa vidieť, dotknúť ani priamo merať, no jej odtlačky sú všade. Bez nej by hviezdy, galaxie a prázdne priestory, ktoré vedci pozorujú, nedávali zmysel.

Napriek desaťročiam výskumu fyzici stále nevedia povedať, čo temná energia vlastne je. Vedia však, že poháňa zrýchľujúcu sa expanziu vesmíru, čo je objav, ktorý si vyslúžil Nobelovu cenu za fyziku v roku 2011.

Ako bola temná energia objavená

Príbeh sa začína v roku 1998, keď dva nezávislé tímy astronómov študovali vzdialené supernovy typu Ia – hviezdne explózie, ktorých jas je dostatočne predvídateľný na to, aby slúžili ako kozmické meradlá. Tímy očakávali, že zistia, že expanzia vesmíru sa spomaľuje, ťahaná späť gravitáciou. Namiesto toho sa supernovy javili slabšie, ako sa predpokladalo, čo znamená, že boli ďalej, ako sa očakávalo. Vesmír sa nielen rozpínal – on sa zrýchľoval.

Astronómovia Adam Riess, Saul Perlmutter a Brian Schmidt viedli túto prácu. V tom istom roku astrofyzik Michael Turner z University of Chicago na fyzikálnom stretnutí v Austrálii vytvoril termín „temná energia“. Názov sa ujal, hoci opisuje niečo, čomu vedci sotva rozumejú.

Čo si vedci myslia, že by to mohlo byť

Niekoľko konkurenčných teórií sa pokúša vysvetliť temnú energiu:

• Energia vákua (kozmologická konštanta) — Samotný prázdny priestor nesie fixné množstvo energie, čo je koncept, ktorý pôvodne navrhol Albert Einstein. Kvantová teória však predpovedá hodnotu viac ako 100 rádov väčšiu, ako sa pozoruje, čo vytvára jedno z najväčších zahanbení fyziky.
• Kvintesencia — Dynamické energetické pole, ktoré preniká vesmírom a môže sa postupne meniť v priebehu času, na rozdiel od fixnej konštanty.
• Modifikovaná gravitácia — Možno je Einsteinova všeobecná teória relativity neúplná a zdanlivé zrýchlenie pramení z chyby v teórii, a nie z novej sily.

„Nevieme, aká je jej základná povaha,“ povedal Turner. „Je to kvantová energia prázdneho priestoru? Je to skalárne pole? Je to niečo iné, o čom sme ani nesnívali?“

Ako vedci hľadajú odpovede

Pretože temnú energiu nemožno pozorovať priamo, vedci študujú jej účinky na rozsiahlu štruktúru vesmíru. Medzi hlavné prístupy patria:

• Prieskumy supernov — Meranie jasu a vzdialenosti explodujúcich hviezd na sledovanie toho, ako sa rýchlosť expanzie menila v priebehu miliárd rokov.
• Mapovanie galaxií — Zaznamenávanie polôh miliónov galaxií na detekciu vzorov – nazývaných baryónové akustické oscilácie – vytlačených v ranom vesmíre. Tieto vzory fungujú ako kozmické pravítko.
• Gravitačné šošovky — Štúdium toho, ako masívne štruktúry ohýbajú svetlo zo vzdialených galaxií, čím odhaľujú rozloženie hmoty a geometriu priestoru.

Spektroskopický prístroj pre temnú energiu (DESI), namontovaný na teleskope v Arizone, nedávno dokončil svoj päťročný prieskum, ktorý zmapoval viac ako 47 miliónov galaxií a kvazarov – šesťkrát viac objektov ako všetky predchádzajúce prieskumy dohromady. Jeho prvé výsledky naznačujú, že temná energia nemusí byť konštantná, ale mohla by sa vyvíjať v priebehu času, čo je zistenie, ktoré by v prípade potvrdenia pretvorilo kozmológiu.

Pripravované projekty, ako napríklad Vesmírny teleskop Nancy Grace Romanovej od NASA a pozemné Observatórium Very C. Rubinovej, posunú pozorovania ďalej a zmapujú miliardy ďalších galaxií, aby sprísnili obmedzenia na správanie temnej energie.

Prečo na tom záleží

Temná energia nevypĺňa len učebnice – určuje osud vesmíru. Ak zostane konštantná, vesmír sa bude navždy rozpínať, galaxie sa budú od seba vzďaľovať a vesmír bude v priebehu biliónov rokov chladnúť a tmavnúť. Ak temná energia zosilnie, môže nakoniec roztrhať galaxie, hviezdy a dokonca aj atómy v scenári nazývanom „Veľký roztrhnutie“. Ak zoslabne, gravitácia by mohla jedného dňa všetko stiahnuť späť k sebe.

Pochopenie temnej energie teda nie je len o vyriešení hádanky. Ide o to, ako sa vesmír začal, ako sa vyvíja a ako sa skončí. Zatiaľ odpoveď na najväčšiu otázku fyziky zostáva: zatiaľ nevieme.