Vesmír je ... plný tajemné energie.

Vesmír je plný záhad. Čím víc toho o vesmíru víme, tím záhadnějším jevy objevujeme. Jedním z nejexotičtějších je tzv. "temná energie", která tvoří 70 procent toho, čemu říkáme univerzum.

Paradoxně je hmota, která je nám důvěrně známá - hmota, ze které jsou vytvořena naše těla, zářící hvězdy, planety i veškeré pozorované objekty, hmotou spíše exotickou. Vesmír jí obsahuje jen 4 procenta. 

Oproti tomu 25 procent celkového obsahu vesmíru připisujeme takzvané "temné hmotě". Tajemná "temná" (spíše bychom jí měli říkat "průhledná hmota") není schopna interakce s elektromagnetickým zářením. Nejen že sama záření nevysílá, dokonce ani záření nepohlcuje. Je prostupná nejen pro záření ale i pro klasickou, výše zmíněnou baryonovou hmotu vesmírných objektů. Právě teď, když čtete tyto řádky, procházíte shlukem temné hmoty, aniž byste si její existence všimli, aniž by vás nějak ovlivnila. Tuto zvláštní, neutrální hmotu registrujeme pouze díky jejímu gravitačnímu vlivu. (Více v předchozím blogu.) Oba druhy hmoty ovšem nejsou hlavní komponentou, ze které se náš vesmír skládá. Tou je neznámý, tajemný jev, který dostal název "temná energie". 

Temná energie

Ještě před padesáti lety by se většina fyziků této myšlence jen usmála.

Určité procesy, které pozorujeme díky moderní technice, nám odhalily zajímavý fakt. Vesmír je z velké části tvořen další, tajemnou komponentou. Ve skutečnosti nevíme, zda se jedná o jeden jediný jev nebo souhrn několika jevů. Nevíme ani, kam bychom měli fyzikálně "temnou energii" zařadit. Zdá se jen, že je svým projevem spojena ne s hmotou vesmíru, ale s jeho prostorem. 

Pokus o definici

Při vysvětlení podstaty tajemné "temné energie" se vědci většinou drží dvou schemat.

Podle jednoho by mohla být konstantou, která je neměnná. Znamenalo by to, že vznikla spolu s prostorem samým a vyjadřuje jednu z jeho vlastností.  Tato představa příjemně navazuje na existenci tzv. "kosmologické konstanty". Ta byla zavedena Albertem Einsteinem a měla pomoci "opravit" některé rovnice tak, aby výpočty souhlasily s tehdy platnými představami o neexpandujícím, statickém vesmíru. Einstein sice později svého počinu litoval a označil ho za "největší oslovinu svého života", temná energie by mu dnes, s odstupem desetiletí, ovšem mohla přinést určitou rehabilitaci. 

Představa temné energie jako vlastnosti vesmíru, konstanty, kterou je nutno akceptovat, se řadě fyziků nelíbí. Je málo elegantní. Konstanty, jedno jakého druhu, jsou vnímány spíše jako kapitulace, jako neschopnost vysvětlit daný jev. Proto se nemálo vědců přiklání ke druhému schematu. Temná energie v něm vystupuje ve formě fyzikálního pole. Mělo by se jednat o skalární pole, které je homogenní, takže nepůsobí žádným vybraným směrem. I u něj se dá najít analogie se starší představou uspořádání vesmíru - s představou všudypřítomného etéru. 

První praktický důkaz

Na představách a osobních preferencích fyziků ale koneckonců nezáleží - důležité jsou výsledky praktických pokusů. I ta sebeelegantnější teorie není ničím bez praktického ověření.

K dnešnímu dni se zdá být teorie, předpokládající existenci temné energie ve formě pole, pravděpodobnější, než ve formě konstanty. Porovnání rychlostí, kterými se vesmír rozpínal dnes a dříve, přineslo překvapivé zjištění: expanze vesmíru se (minimálně v průběhu posledních 6 miliard let) zrychluje. To by znamenalo postupné zvýšení podílu "temné energie" na chování vesmíru. Odpovídalo by vlastnosti skalárního pole, jehož síla vzrůstá s jeho objemem.  

Je možné najít další důkazy?

Změřit hodnotu "temné energie" nebude vůbec lehké. Přesto se vynalézavé vědecké týmy snaží vyvinout  experimenty, které by mohly prokázat existenci nebo neexistenci příslušného silového pole. To by mělo v malých měřítcích působit na atomy jakousi novou, neznámou silou. Částice, která by tuto sílu zprostředkovávala, dostala název "kosmon" (analogicky ke jménu "graviton"). Jako následek působení tohoto pole bychom mohli teoreticky očekávat minimální změny přírodních konstant v čase. Změnou stavu pole, například jeho odstíněním, by se daly teoreticky vyvolat změny v hodnotě elektrického náboje, změny ve vzájemné interakci, neodpovídající hmotnosti jednotlivých částic, a podobně.

Vzhledem k tomu, že je temná energie v kosmu rozmístěna pravidelně a nevykazuje žádnou strukturu, nedá se její vliv odvodit podobně, jako se to povedlo u temné hmoty. Ta má naopak tendenci shlukovat se do útvarů ne nepodobných shlukům viditelné hmoty - a působit na svoje okolí gravitační silou. Spolehlivě ji prozradí efekt gravitační čočky, při kterém mění dráhu světelných paprsků jiných objektů.

Temná energie se projevuje jen svým celkovým vlivem na vývoj vesmíru. Působí jako negativní gravitace, která se snaží vesmír rozpínat. V dobách, kdy temná energie převládá, je rozpínání vesmíru rychlejší. Předpokládáme, že to byla právě ona, kdo způsobil tzv. "inflační fázi" v době krátce po velkém třesku. Tehdy vznikal nový prostor rychlostí, která několikanásobně přesahovala rychlost světla. Později vliv temné energie poklesl, nejspíše díky většímu vlivu gravitace v tehdy poměrně malém univerzu. V dnešní době získává znovu větší vliv, díky narůstajícím rozměrům vesmíru. 

Na vlivu temné energie na náš vesmír bude záležet i jeho budoucnost. Pokud se nám podaří zjistit, jakým způsobem tato energie funguje, na jakých principech pracuje, můžeme odhadnout, jaký scénář ho čeká. Podle dnešních představ pravděpodobně skončí roztržením vazeb elementárních částic, kolapsem hmoty, který dostal zkratku "big rip". 

Objevy temné hmoty a temné energie posunuly fyziku na novou úroveň tak, jako to kdysi udělal objev kvantových jevů. Je těžké odhadnout, jaké další úžasné objevy, spojené s temnou energií, lidstvo čekají.

Je ale dobře možné, že už dnes - kdesi - kreslí mladý, nadějný fyzik první čáry do nového diagramu, který jednoho dne změní naše myšlení. Že se právě někde otevírá brána do světa, jaký si dnes neumíme ani představit.