Vesmír je ... průhledný.

Max Planck, německý fyzik, který dal jméno nejmenšímu smysluplnému úseku prostoru a času, dostal od svého profesora dobře míněnou radu: "Mladý muži, věnujte se raději hře na klavír...

... fyzika Vám nic nového nepřinese, vše již bylo objeveno." Planck se nenechal odradit od svého plánu, prozkoumat fyzikální záhady, které tehdy byly považovány za jedny z posledních. O několik let později položil základy nové fyzice, kterou dnes nazýváme kvantovou. Její vlastnosti se od vlastností hmoty v našem běžném světě často dramaticky liší. 

Následovaly generace fyziků, které se opíraly o nově získané znalosti kvantových jevů. Stovky vědců rozpracovaly teorie popisující chování mikro- i makrosvěta. Jejich práce přispěla k odhalení dalších a dalších fyzikálních zákonitostí. Zároveň se objevily další fyzikální záhady. Situace ve vědě dělá dojem nekonečné posloupnosti. Každá nová teorie, která řeší problémy, způsobené teorií stávající, otevírá dveře dalším problémům a vytváří půdu pro teorii budoucí. I dnes pořád ještě stojíme na prahu dalších objevů, které budou možná ještě velkolepější a zajímavější než to, čím kdysi udivil vědeckou společnost Max Planck.

Dnešní teorie, popisující stav vesmíru, vycházejí z paralelní existence dvou druhů hmoty, baryonové a tzv. "temné".

Baryonová hmota

je druh hmoty, která se svým okolím reaguje všemi čtyřmi základními silami: silnou a slabou interakcí, gravitací a (pokud vlastní náboj) i elektromagnetickou interakcí. Typickými zástupci baryonové hmoty jsou proton a neutron. Podléhají tzv. Paulimu vylučovacímu principu, který postuluje, že v jednom bodě prostoru se může nacházet vždy jen jedna hmotná částice. (Na rozdíl od tvz. "bosonů", kterým koexistence se stejnojmennými kolegy v jednom bodě prostoru nevadí, tak jako je tomu například u fotonů.) 

"Všechno, co ve vesmíru vidíme, se skládá z baryonů."

Naše pozorování vesmíru je založeno na příjmu elektromagnetického záření, nesoucího informaci. Ať už jsou to fotony ve viditelném části spektra nebo v rentgenové oblasti, radiovlny nebo pozorování reliktního záření - informace se k pozorovateli zpravidla dostávají díky schopnosti hmoty interagovat se zářením, případně ho samostatně vysílat. 

Je tedy logické, že hmota, ze které jsme sami vznikli, hmota, která je schopná reagovat na světlo, pro nás donedávna byla obsahem vesmíru a vším, co vesmír definuje. 

"Víme, že nic nevíme."

Situace se změnila koncem minulého století. S postupným rozvojem technologií se zlepšily naše pozorovací schopnosti. Dnes umíme například rozlišit jednotlivé hvězdy cizích galaxií tak dokonale, že jsme schopni pozorovat nejen jejich svítivost, ale i jejich pohyb. 

Bylo to právě sledování objektů v okrajových částech galaxií, které zásadním způsobem změnilo naši definici vesmíru. 

Okrajové hvězdy, které se nacházejí daleko od centra galaxie, se totiž pohybují způsobem, který zdánlivě odporuje fyzikálním zákonům. Jejich rychlost je neúměrně vysoká. Logickým vysvětlením tohoto stavu je předpoklad, že se v galaxiích nachází daleko více hmoty, než jen té, o které máme informace a kterou pozorujeme. 

Jev dostal název "temná hmota". 

Temná hmota

je inaktivní druh hmoty. Nereaguje s elektromagnetickým zářením. O jejích vlastnostech ohledně slabé a silné interakce proto nemáme logicky žádné informace. Byla objevena díky svému gravitačnímu působení. Nevíme, jakými částicemi je tvořena. 

Ve skutečnosti by se pro něj lépe hodilo označení "průhledná hmota". Tzv. temná hmota totiž na rozdíl od baryonické nereaguje s elektromagnetickým zářením. V praxi to znamená, že může existovat okolo nás, aniž bychom kdy měli možnost ji zaregistrovat. Procházíme skrz ni, aniž bychom si toho všimli. Pravděpodobně to platí také naopak. 

Zatímco baryonická hmota tvoří 4 % hmoty vesmíru, na "průhlednou hmotu" připadá 27 % z jeho celkové hmotnosti.

Pohled na tato čísla dává tušit, jaké místo zaujímají lidé ve vesmíru jako celku. My, zástupci uvědomělé hmoty, nejen že nejsme pomyslným centrem stvoření, nejsme ani centrem vlastní galaxie nebo vlastního hvězdného systému. Nejsme dokonce ani vytvořeni z hmoty, která je ve vesmíru nejběžnější...

... přesto chceme důkazy.

Pouhý předpoklad existence "průhledné hmoty" na základě pozorovaných rychlostí hvězd v galaxiích samozřejmě není dostačující k tomu, abychom přehodnotili svůj pohled na vesmír. Jakkoliv je teorie existence temné hmoty elegantní a logická, potřebuje důkaz o své platnosti. Dokázat existenci hmoty, kterou pozorovatel není schopen vidět, ovšem není lehké. Nezbývá než využít jejího gravitačního působení a najít situaci, ve které bude tato interakce zjevná i pro vzdáleného pozorovatele.

Praktické důkazy

Vědci vzali na pomoc jev, kterému se říká "gravitační čočka". Dochází k němu v případě, kdy se mezi pozorovatelem a pozorovaným objektem nachází vysoká koncentrace hmoty. Ta poté zakřivuje prostor ve svém okolí a nutí záření, nesoucí informaci o vzdálenějším pozorovaném objektu, nepatrně změnit svou dráhu. Pozorovatel na Zemi vidí tento objekt deformovaně, například v podobě kruhu, "kříže" nebo víceméně nepravidelného shluku. Zbývá jen odlišit deformovaný objekt od náhodně rozmístěných objektů. To se děje pomocí spektrální analýzy. V případě, že daný shluk objektů vykazuje identické spektrum, jedná se o jeden objekt, jehož obraz je deformován gravitační čočkou. Pokud v místě, kde bylo nalezeno gravitační působení, není žádný zdroj elektromagnetického záření - můžeme vycházet z toho, že je tato čočka vytvořena temnou hmotou.

Dalším praktickým pokusem je snaha o "zachycení" temné hmoty. Probíhá v Gran Sasso tunelu, chráněném téměř 1400 metry skalního masivu. Ten by měl odstínit kosmické záření tak, aby detektor temné hmoty reagoval pouze na ni. Krystal detektoru je chlazen a udržován na rozhraní teploty, při které v něm vzniká supravodivý stav. Výsledkem "zachycení" temné hmoty by měl být nepatrný nárůst teploty detektoru a tím i změna jeho vodivosti. Experiment, nazvaný zkratkou KREST, zatím neměl úspěch. 

Teoretický důkaz

Existenci temné hmoty předpovídá i jedna z četných teorií o uspořádání hmoty. Tzv. teorie "Supersymetrie" vyžaduje existenci "symetrických částic". Umí mimo jiné vypočítat a předpovědět chování částic při srážkách, jejich rozpad a vznik částic nových. Výsledkem četných rozpadů by měla být neutrální, teoreticky existující částice nesoucí malou energii a větší množství hmoty. Tato částice by mohla být ideálním kandidátem pro temnou hmotu.

Logický důkaz

Existenci tzv. "temné" nebo "průhledné" hmoty můžeme odvodit také logickou úvahou. Pozorovaný vesmír vykazuje specifickou strukturu. Hmota je v něm ale rozložena pravidelně. Tato pravidelná struktura musela vzniknout ve velmi raném stadiu vesmíru. V dnešní době jsou jednotlivé části vesmíru od sebe totiž příliš vzdáleny, v podstatě spolu nemohou komunikovat, a tedy vytvářet společnou strukturu. Ve zmiňovaném časném období vesmíru však byly podmínky pro vznik shluků baryonické hmoty velmi nepříznivé. Vesmír ovládalo ultratvrdé záření, které veškeré vzniklé struktury zničilo. "Průhledná" hmota s tímto zářením nereaguje. Nejspíše to byla právě ona, kdo se podílel na vzniku prvních shluků, které k sobě později gravitativně přitahly baryonickou hmotu, a vytvořila tak zárodky hvězd a galaxií.

Lidstvo stojí na prahu fenomenálního objevu. Kdo se bude podílet na odhalení dalších tajemství existence temné hmoty?

Bude to pravděpodobně ten, kdo bude oplývat jinými nápady, než mají ostatní.