| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Temná energie vysvětlena
Petr Kulhánek
Když byla v roce 1998 detekována zrychlená expanze vesmíru, bylo jasné, že jde o objev, který zcela změní náš pohled na vesmír. Do té doby jsme si mysleli, že expanzi vesmíru ovládá gravitační interakceGravitační interakce – interakce působící na všechny částice bez výjimky. Má nekonečný dosah a její intenzita ubývá s kvadrátem vzdálenosti. Současnou teorií gravitace je obecná relativita publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Podle této teorie kolem sebe každé těleso zakřivuje prostor a čas a v tomto pokřiveném světě se tělesa pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. Obecná relativita předpověděla řadu jevů, které z Newtonovy teorie gravitace nevyplývají., a ta, jakožto přitažlivá síla, jen počáteční expanzi brzdí. Proto na konci 20. století hledali minimálně dvě skupiny tzv. decelerační parametr, který určuje, jakou měrou se expanze vesmíru zpomaluje. Velkým překvapení ale bylo, když decelerační parametr vycházel záporný, což znamenalo zrychlování expanze. Co je příčinou tohoto zrychlování? Gravitace to být nemůže. Pracovně bylo toto novodobé fluidum nazváno temnou energiíTemná energie – entita zodpovědná za zrychlenou expanzi vesmíru, která byla objevena na konci roku 1998 (Saul Perlmutter, Adam Riess). Temná energie tvoří 68 % hmoty a energie ve vesmíru. Hustota temné energie je velmi málo proměnná v čase i v prostoru, pokud vůbec. Nejnadějnějším kandidátem na temnou energii je energie vakuových fluktuací.. Po temném věkuTemný věk – období mezi vznikem atomárních obalů na konci velkého třesku (400 000 let po vzniku vesmíru) a reionizací plynu v důsledku vzniku prvních megahvězd (550 milionů let po vzniku vesmíru). V tomto období látka ve vesmíru nezářila a byla temná. a temné hmotěTemná hmota – hmota ve vesmíru nebaryonové povahy, která není složena z kvarků. Temná hmota udržuje pohromadě svítící objekty velkých rozměrů, které díky ní v periferních oblastech obíhají rychleji, než odpovídá gravitačnímu zákonu aplikovanému na viditelnou hmotu. Podle posledních odhadů na základě pozorování existuje ve vesmíru 5 % baryonové hmoty, 27 % temné hmoty a 68 % temné energie. Existuje několik hypotetických částic, které jsou vhodnými kandidáty na částice temné hmoty, dosud však nebyly objeveny. Termín „temná hmota“ zavedl v roce 1933 Fritz Zwicky, když zjistil, že se členové Kupy galaxií ve Vlasech Bereniky pohybují v průměru rychleji, než by odpovídalo gravitačním účinkům viditelné látky. Existují také teorie, které se pokoušejí vysvětlit rotační křivky galaxií a pohyby galaxií v kupách jiným způsobem než temnou hmotou. sáhli astronomové potřetí po názvu, jehož slovní základ souvisí s temnotou. V té době nikdo ještě netušil, jak je tento název příhodný.
Poslední výzkumy ukázaly, že temná energie má, stejně jako temná hmota, také
svou strukturu. Podivné bubliny vyděsily i ty nejpovolanější odporníky z
NASA.
|
Temný věk – období mezi vznikem atomárních obalů na konci velkého třesku (400 000 let po vzniku vesmíru) a reionizací plynu v důsledku vzniku prvních megahvězd (550 milionů let po vzniku vesmíru). V tomto období látka ve vesmíru nezářila a byla temná. Temná hmota – hmota ve vesmíru nebaryonové povahy, která není složena z kvarků. Temná hmota udržuje pohromadě svítící objekty velkých rozměrů, které díky ní v periferních oblastech obíhají rychleji, než odpovídá gravitačnímu zákonu aplikovanému na viditelnou hmotu. Podle posledních odhadů na základě pozorování existuje ve vesmíru 5 % baryonové hmoty, 27 % temné hmoty a 68 % temné energie. Existuje několik hypotetických částic, které jsou vhodnými kandidáty na částice temné hmoty, dosud však nebyly objeveny. Termín „temná hmota“ zavedl v roce 1933 Fritz Zwicky, když zjistil, že se členové Kupy galaxií ve Vlasech Bereniky pohybují v průměru rychleji, než by odpovídalo gravitačním účinkům viditelné látky. Existují také teorie, které se pokoušejí vysvětlit rotační křivky galaxií a pohyby galaxií v kupách jiným způsobem než temnou hmotou. Temná energie – entita zodpovědná za zrychlenou expanzi vesmíru, která byla objevena na konci roku 1998 (Saul Perlmutter, Adam Riess). Temná energie tvoří 68 % hmoty a energie ve vesmíru. Hustota temné energie je velmi málo proměnná v čase i v prostoru, pokud vůbec. Nejnadějnějším kandidátem na temnou energii je energie vakuových fluktuací. |
Objev temné energie
Při sledování hlubin vesmíru vždy patřila k největším problémům neschopnost měřit kvalifikovaně obří vzdálenosti mezi vesmírnými objekty (viz kapitola Měření vzdáleností v sekci Astrofyzika). Na konci 20. století se konečně našla relativně úspěšná metoda využívající supernovy typu IaSupernova typu Ia – závěrečné vývojové stádium těsné dvojhvězdy. Tvoří-li dvojhvězdu bílý trpaslík a obr (veleobr) nebo hvězda hlavní posloupnosti, může docházet k přenosu látky na bílého trpaslíka, který tak zvětšuje svoji hmotnost. Po překročení Chandrasekharovy meze (1,4 MS) se bílý trpaslík zhroutí do neutronové hvězdy, dojde k explozivnímu termonukleárnímu hoření C a O na 56Ni v celém objemu trpaslíka a uvolněná potenciální energie se projeví jako supernova typu Ia. Množství energie je vždy zhruba stejné, takže z relativní pozorované jasnosti lze vypočítat vzdálenost příslušné supernovy. Přesnější hodnoty se pak určí z tvaru světelné křivky (z průběhu nárůstu a poklesu jasnosti). Supernovu typu Ia lze identifikovat podle tvaru jejího spektra, ve kterém chybí čáry vodíku a jsou přítomné čáry křemíku. jako standardní svíčky, pomocí nichž je možné vzdálenosti rozumně odhadnout. A právě tato měření vzdáleností supernov Ia a spekter jejich mateřských galaxií vedla k jasnému nesouladu mezi vzdálenostmi galaxií a jejich červeným kosmologickým posuvemKosmologický posuv – posuv spektrálních čar k červenému konci spektra díky rozpínání vesmíru. Při rozpínání dochází nejen ke vzájemnému vzdalování galaxií, ale i k prodlužování vlnových délek záření. Spektrum vzdálených objektů ve vesmíru se tak jeví posunuté směrem k červené až infračervené oblasti. Kosmologický červený posuv je definován předpisem z = (λ − λ0)/λ0, kde λ0 je vlnová délka spektrální čáry v okamžiku vyslání paprsku, λ je vlnová délka téže spektrální čáry v okamžiku zachycení paprsku. Malé kosmologické červené posuvy lze interpretovat pomocí Dopplerova jevu. U velkých posuvů závisí vzdálenost objektu na parametrech expanze vesmíru (Hubbleově konstantě, křivosti, procentuálním zastoupení temné energie atd.) a není jednoduché z naměřeného kosmologického posuvu vzdálenost přesně určit. Proto se většinou časové období udává pouze hodnotou naměřeného kosmologického posuvu.. Bylo jasné, že rychlosti objektů jsou vyšší, než se předpokládalo, a že se v současnosti vesmír rozpíná zrychleně. Další analýza dat z různých zdrojů (WMAPWMAP – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, sonda z roku 2001, která pořídila podrobnou mapu fluktuací reliktního záření s úhlovým rozlišením kolem 15′ a citlivostí 20 μK. Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,4×1,6 m a teplota chlazené části byla nižší než 95 K. Data sondy jsou důležitým zdrojem informací o raných fázích vývoje vesmíru, většinou se kombinují s daty z pozemských zařízení jako je CBI a ACBAR a s daty z novější sondy Planck. Sonda byla umístěna v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce, kde pracovala do 28. října 2010., PlanckPlanck – mikrovlnná observatoř evropské kosmické agentury ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Byla určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování vesmíru v mikrovlnné oblasti. Měla úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK. Oblohu snímkovala v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz (0,2 až 10 mm). Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,9×1,5 m. Teplotu vysokofrekvenční části ohniska se podařilo po dobu dvou let udržet na extrémně nízké hodnotě 0,1 K. Činnost sondy byla ukončena v říjnu 2013.) měření skupin vedených Adamem Riessem a Saulem Perlmutterem potvrdila. Za tento fascinující objev dostali jeho autoři Nobelovu cenuNobelova cena – je udílena švédskou Královskou akademií věd jednou ročně v pěti kategoriích: za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu, literaturu a za úsilí o mír. Cena je hrazena z Nobelovy nadace, kterou založil Alfréd Nobel, vynálezce dynamitu, v roce 1895. První cena za fyziku byla udělena v roce 1901 Wilhelmu Roentgenovi za objev rentgenového záření. Hodnota Nobelovy ceny se mění, v roce 2021 činí 10 milionů švédských korun, tj. 25 milionů českých korun. Uděluje se vždy 10. prosince při výročí smrti Alfreda Nobela. za fyziku pro rok 2011 (viz AB 39/2011)
Samotné pojmenování problému ovšem nestačí. Bylo třeba najít síly, které jsou za zrychlenou expanzi zodpovědné, a to se až do nedávné doby nedařilo. Uvažovalo se především o kvantových fluktuacích vakua, které by podle orientačních výpočtů mohly být za expanzi zodpovědné. Na druhém místě v pomyslném žebříčku návrhů řešení se umístila kvintesenceKvintesence – hypotetické kvantové pole, které by mohlo být nositelem páté interakce, která se chová jako dynamická, časově se vyvíjející a prostorově nehomogenní forma energie vykazující tlak dostatečně záporný na to, aby urychlovala rozpínání vesmíru., jakási pátá silová interakce, kterou jsme právě objevili. Uvažovalo se i o tom, že problém je způsobený naší neznalostí gravitační interakce a chybami v koncepci Einsteinovy obecné relativityObecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách., která gravitaci dosud úspěšně popisovala. Jak už to bývá, řešení je nakonec mnohem prostší a všechny tyto úvahy byly mylné.
Zrychlená expanze. Zdroj: Adam Riess.
Nečekané rozuzlení
Po celá ta léta tápání a nejasností nikdo netušil, že se řešení najde u nás v České republice. V průběhu roku 2017 došlo ke třem významným, nicméně zdánlivě nesouvisejícím událostem. V březnu 2017 popraskaly v budově Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze na podlaze v přízemí dlaždičky. Ve světle světového objevu, který následoval, je poškození památkově chráněné podlahy drobností. Druhou událostí bylo narušení obvodového zdiva pražského planetária, které se monumentálně vypíná ve Stromovce (pro nepražáky: jde o lesopark v blízkosti Výstaviště, dříve Parku kultury Julia Fučíka, tzv. Fučíkárny neboli Juldy-Fuldy). Do třetice došlo na sklonku roku k nebývale silnému zemětřesení v Ostravě, a to dne 10. prosince 2017. Vědcům z NASA začalo být jasné, že tyto tři události nejsou náhodné, ale jsou důsledkem temných sil, jejichž ohnisko je v České republice. Nejprve provedli hlubší analýzu seismických dat. Ta ukázala, že ostravská událost má ve skutečnosti ohnisko v Praze, seismické vlny se pouze šířily podél středoevropského zlomu, který míří severovýchodním směrem. Vlny po několikasetkilometrové pouti vyhřezly na povrch a vyděsily tamní obyvatelstvo. Frekvenční analýza naměřených vln ukázala, že jejich spektrum je zcela atypické a nijak se nepodobá běžným seismickým vlnám. Po dlouhém váhání odborníci konstatovali, že vůbec nejde o seismické vlny, ale o zcela nový typ vlnění, který způsobil lokální expanzi a následně všechny tři události.
Seismický záznam ostravského zemětřesení. Došlo k němu
symbolicky
v době udílení Nobelových cen. Zdroj: PUSA.
Narychlo se analyzovala data z gravitačních observatoří GOCEGOCE – první evropská družice určená pro mapování zemského gravitačního pole s bezprecedentní přesností. Název sondy je zkratkou z anglického Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer. Družice startovala v roce 2009 byla funkční do roku 2013. Přesnost měření tíhového zrychlení byla 10−5 m/s2 a zemský geoid byl proměřen s přesností několika centimetrů. a SwarmSwarm – trojice družic Evropské kosmické agentury určená k detailnímu měření magnetického pole Země ve více místech současně. Sondy startovaly v roce 2013 a letí v trojúhelníkové formaci (dvě ve výšce 450 km, třetí ve výšce 530 km) na zhruba polární dráze. Jména družic jsou: Alpha, Bravo a Charlie. Družice připravila společnost Astrium a startovaly z ruského kosmodromu Pleseck (180 km jižně od Archangelska) na palubě nosné rakety Rokot., která nezávisle potvrdila lokální expanzi časoprostoru nebývalé intenzity vycházející z České republiky. Následovala nová analýza dat ze sond PlanckPlanck – mikrovlnná observatoř evropské kosmické agentury ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Byla určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování vesmíru v mikrovlnné oblasti. Měla úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK. Oblohu snímkovala v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz (0,2 až 10 mm). Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,9×1,5 m. Teplotu vysokofrekvenční části ohniska se podařilo po dobu dvou let udržet na extrémně nízké hodnotě 0,1 K. Činnost sondy byla ukončena v říjnu 2013. a WMAPWMAP – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, sonda z roku 2001, která pořídila podrobnou mapu fluktuací reliktního záření s úhlovým rozlišením kolem 15′ a citlivostí 20 μK. Zrcadlo sondy mělo rozměry 1,4×1,6 m a teplota chlazené části byla nižší než 95 K. Data sondy jsou důležitým zdrojem informací o raných fázích vývoje vesmíru, většinou se kombinují s daty z pozemských zařízení jako je CBI a ACBAR a s daty z novější sondy Planck. Sonda byla umístěna v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce, kde pracovala do 28. října 2010. a nové přehodnocení měření Adama Riesse a Saula Perlmuttera. Závěr byl nečekaný. Centrum expanze vesmíru není v každém jeho místě, jak se dosud mlčky předpokládalo, ale vychází z České republiky! Tato „temnota“ je nově objeveným typem vlnění, jehož vlastnosti jsou zcela odlišné jak od elektromagnetických, tak gravitačních vln. V České republice byla lokalizována mnohačetná ohniska tohoto vlnění. Pesimisté varují, že by temnota mohla pohltit celý svět, ale podle průzkumů NASA se není třeba obávat. Jde o stabilní stav a temnota způsobující expanzi umírněně zaplavuje okolí našeho území už delší dobu. Situace poněkud připomíná Tolkienův Mordor, možná, že spisovatel o záhadné energii věděl už dávno, a proto ji ztvárnil ve svých románech. Jsou zde ale odlišnosti. Temnota není v naší zemi rozložena homogenně. Vytvářejí se v ní malé uzlíčky (tzv. chuchvalce, zhustky či klky), které způsobují na první pohled podivné lokální jevy. Často diskutované patogenní zóny tak získávají zcela nový rozměr. Dalším příkladem je nepochopitelné chování některých individuí na významných postech. Může být totiž způsobeno jejich interakcí s chuchvalcem temnoty. Celá věc bohužel nefunguje jednoduše dle schématu: potkáš temný chuchvalec a je z tebe gauner. Nové vlnění a interakce lidí s ním vyžaduje podrobné zkoumání. Jako ideální se pro zaštítění tohoto výzkumu jeví Grantová agentura České republiky, která má bohaté zkušenosti s financováním i těch nejobskurnějších projektů. Je jen otázkou, kolik prostředků tato agentura na nový výzkum věnuje, ale dle dosavadní praxe by mohlo jít o kulantní sumu, pokud budou mít předkladatelé grantu jakékoli publikace v předem schválených časopisech. Americká NASA se rozhodla provádět vlastní šetření z oběžné dráhy procházející nad Českou republikou. Naše malá země se tak brzy stane středem pozornosti mnoha výzkumných týmů a agentur. Má to své klady i zápory. K největším kladům samozřejmě patří to, že původcem chaosu, který u nás vládne, není ve skutečnosti naše přirozená náklonnost k bordelům všeho druhu, ale chuchvalce temnoty. Ze záporných stránek nového jevu jmenujme například to, že by situace mohla vést i k oficiální legalizaci organizovaného zločinu a veškeré nekalé praktiky nekalých živlů by byly svedeny na přítomnost temnoty. Ať tak či onak, s rokem 2018 vstupujeme do nové epochy dějin naší země, která je (jak si někteří politici už dávno správně mysleli) skutečným pupkem světa. Návrat geocentrického modelu má nečekané rozuzlení a umožní Ministerstvu školství, mládeže a tělovýchovy opět distribuovat na svých stránkách nové superkvalitní výukové materiály, které nepochybně předčí i slavné výukové texty magistry Pavlátové, jež prosluly svou novátorskou interpretací přírody v nedávné minulosti.
Objev znamenal kompletní předělání map vesmíru. Zdroj: HUSA.
Odkazy
