Jak vysvětlit zrychlování rozpínání vesmíru bez temné energie?  
Maďarsko – americký tým fyziků nespokojených s duchařinou současné kosmologie provedl exorcismus. Zbavil obecnou relativitu nutnosti vyvolávat ducha temná energie.
Vesmír podle modelu Avera. Kredit: Csabai et al. (2017).
Vesmír podle modelu Avera. Kredit: Csabai et al. (2017).

Temné energii, která by měla tvořit 68 procent celkového úhrnu hmoty a energie vesmíru, by spíše slušelo jméno tajemná energie. Už se s tím opakujeme, ale je to tak. Je to více přízrak, nežli fyzikální síla. Nikdo neví, jaká je její podstata. Jsou sice nějaké, méně či více výstřední hypotézy, co by temná síla mohla být zač, ale přes poměrně intenzivní pátrání jsme se tomu zatím ani nepřiblížili. Není divu, že se část fyziků s existencí temné energie nesmířila a snaží se vysvětlit pozorované chování vesmíru i bez této neuchopitelné síly.

 

Gábor Rácz. Kredit: ELTE.
Gábor Rácz. Kredit: ELTE.

K těmto lidem očividně náleží i maďarsko-americký tým maďarského doktoranda Gábora Rácze z Univerzity Loránda Eötvöse (ELTE) v Budapešti. Podle nich vlastně žádná temná energie možná neexistuje a nemuseli bychom tudíž být smutní, že jsme ji neobjevili. Celý problém s temnou energií spískal výzkum supernov typu Ia, tedy explodujících bílých trpaslíků v binárních hvězdných systémech, kteří fungují jako praktické standardní svíčky k měření kosmických vzdáleností. Ať totiž vybuchnou kdekoliv ve vesmíru, vždy by měli být stejně jasní. Problém je v tom, že podle těchto standardních svíček se rozpínání našeho vesmíru zrychluje, což původně téměř nikdo nečekal. Když se fyzici probrali ze šoku, tak museli zrychlení rozpínání vesmíru nějak vysvětlit. Vymysleli si sílu, která by za to měla zodpovědná. A tak se zrodila temná energie.

 

Eötvös Loránd Tudományegyetem. Kredit: BáthoryPéter / Wikimedia
Eötvös Loránd Tudományegyetem. Kredit: BáthoryPéter / Wikimedia

Ráczův tým nabízí alternativní vysvětlení. Vycházejí z toho, že mainstreamové kosmologické modely fungování vesmíru spoléhají na zjednodušení struktury vesmíru a na předpoklady podle nichž má vesmír rovnoměrně rozloženou hmotu. A to je podle badatelů chyba. Rácz uvádí, že Einsteinovy rovnice obecné relativity, které lze vztáhnout k rozpínání vesmíru, jsou matematicky natolik komplexní, že za století jejich existence ještě nebyla nalezena řešení, která by zahrnovala strukturu vesmíru. Z velmi přesných pozorování supernova typu Ia sice podle Ráczova týmu víme, že se rozpínání vesmíru nejspíš zrychluje, zároveň prý ale spoléháme na pouze hrubé aproximace, tj. odhady odvozené z rovnic obecné relativity, což může vést, řečeno slangem medicíny, k závažným vedlejším účinkům. Takovým nepříjemným vedlejším efektem je třeba posedlost temnou energií, kterou fyzici používají k vyladění svých modelů na pozorovaná data.

 

Simulace vývoje vesmíru. Vlevo klasický model lambdaCDM s temnou energií, uprostřed nový model Avera, vpravo původní Einstein-de Sitterova kosmologie bez temné energie. Kredit: Csabai et al. (2017).
Simulace vývoje vesmíru. Vlevo klasický model lambdaCDM s temnou energií, uprostřed nový model Avera, vpravo původní Einstein-de Sitterova kosmologie bez temné energie. Kredit: Csabai et al. (2017).

Vesmír ale ve skutečnosti není homogenní. Připomíná nezměrnou pěnu, ve které jsou kupy a nadkupy galaxií nalepené na stěny bublin, obalujících enormní vesmírné prázdnoty. Rácz s kolegy prohnali počítačovými simulacemi modely vesmíru, v nichž uvažovali vliv gravitace na rozložení milionů částic temné hmoty (které jsou ovšem stále zcela neznámé a není jisté, zda vůbec existují, abychom byli spravedliví). Těmito simulacemi rekonstruovali evoluci vesmíru, od raného rozložení hmoty až po utvořené největších vesmírných struktur.


Výsledky simulací v novém modelu Avera se lišily od běžných kosmologických modelů. Když totiž Rácz a spol. do simulací zahrnuli reálnější strukturu vesmíru, tak je to dovedlo k modelu, kde se různé oblasti vesmíru rozpínají různou rychlostí. Průměrná rychlost rozpínání vesmíru v takovém modelu přitom odpovídá současným pozorováním, z nichž vyplývá zrychlování rozpínání vesmíru. Rácz s kolegy podotýkají, že nezpochybňují platnost obecné relativity. To prý ani náhodou. Jenom mají problém s používaným zjednodušováním rovnic obecné relativity. Ráczův tým zůstává v hájemství obecné relativity a ještě ke všemu ji zbavil nutnosti vyvolávat záhadného ducha temné energie. Jestli Rácz a spol. své výsledky obhájí v nadcházející konfrontaci, tak to bude zemětřesení v kosmologii. A kdyby nic jiného, badatelé alespoň očekávají vzrušující debaty.


Schválně, je tohle apríl anebo ne?

 

Video:  The AvERA simulation of the expansion of the universe lze shlédnout zde


Literatura
Royal Astronomical Society 30. 3. 2017, arXiv:1607.08797, Wikipedia (Dark energy).

Datum: 01.04.2017
Tisk článku

Temné hlubiny - Bryndza Robert
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 339 Kč
Temné hlubiny
Bryndza Robert
Související články:

Je temná energie opravdu reálná?     Autor: Stanislav Mihulka (16.09.2012)
Je náš vesmír na pokraji zhroucení?     Autor: Stanislav Mihulka (26.03.2015)
Vysvětlí množství temné hmoty ve vesmíru nová teorie sekundární inflace?     Autor: Stanislav Mihulka (18.01.2016)
Nejrozsáhlejší 3D mapa galaxií podpoří výzkum temné energie     Autor: Stanislav Mihulka (15.07.2016)



Diskuze:

Me pobavilo

Petr Špak,2017-04-04 21:36:06

koukal jsem na nejakej dokument jak chytaj temnou energii a musel jsem se smat. Borci sedej v dole kde jim udelali laborator uz 10 let! a vysledek jejich prace je velky nic :) To je dzob snu, delate naprosto kulove s nejasnym vysledkem, klidne tam stravite celou pracovni karieru, pohodlne ziveni a NIC :)


Jak rikal Barry Kripke : ja jsem fyzik pragmatik. Necham si dat grant na neco co nelze prokazat a utratim ho za chlast a stetky :)

Odpovědět


Re: Me pobavilo

Richard Palkovac,2017-04-05 17:21:57

Oni tam chytaju temnu hmotu a nie temnu energiu. Podla mna ju sice tiez nikdy nechytia , ale stale lepsie minut peniaze takto , ako nechat politikom rozkradnut.

Odpovědět


Re: Re: Me pobavilo

Milan Krnic,2017-04-05 22:40:26

Souhlasím.
Mě se libí Super-Kamiokande, kde chytají neutrina. Jsem pro investice do výzkumu čehokoli, hlavně když z toho jsou pěkné obrázky! :)

Odpovědět

No, jediné, co zatím víme, je to,

Josef Blecha,2017-04-02 20:43:46

že je nejspíš všecko jinak. Je to sice starý židovský vtip, ale zdá se mi, že v tomto případě (opět) sedí.

Odpovědět

Zrýchľovanie rozpínania je potvrdené aj inak

Tomáš Habala,2017-04-01 23:00:10

Zrýchľovanie rozpínania vesmíru je potvrdené nielen pozorovaním supernov, ale aj rozborom reliktného žiarenia.

Odpovědět


Re: Zrýchľovanie rozpínania je potvrdené aj inak

Milan Krnic,2017-04-02 08:48:38

Děj potvrzený hypotétickými ději je stále pouze hypotéza.
Což nám ale nebraní v to věřit.

Odpovědět

Kosmologie ve slepé uličce a hypotéza "Revel"

Zdeněk Jícha,2017-04-01 16:49:40

Datum 1.dubna 2017 jsem si nevybral k tomuto příspěvku náhodou. Jako aprílový žertík by mohlo vyznít, že pokud je chvění časoprostoru skutečné a skutečně je pozůstatkem inflační fáze, mohlo by jeho využití otevřít lidstvu v budoucnosti možnost cestování po hraně časoprostoru podobnou rychlostí, tedy o mnoho řádů překonávající rychlost světla. Deformace času (jako ve filmu "Počátek") bude ale potřeba.

Abstrakt:
aby se vesmír choval tak, jak je pozorováno, musí nutně vibrovat, tedy zvětšovat a zmenšovat se na velmi malých škálách, což v důsledku přináší kvantové jevy a zdánlivou nespojitost současných teorií

Lidstvo prosadila evolučně především představivost. Současným kosmologům poněkud chybí, alespoň se mi zdá. Hypotéza "Revel" nepotřebuje přesnou volbu mnoha konstant, nepotřebuje skrytou hmotu ani temnou energii, limitní rychlost světla i gravitačních vln vyplyne z jediné nebo dvou volených proměnných, rodina částic s pozoruhodnými vlastnostmi se pravděpodobně zmenší a nejspíše se podaří propojit makrosvět se světem kvantovým. Hypotéza "REVEL" nevylučuje nic z toho, co bylo dosud zjištěno a zároveň nechává prostor pro náhodu i Boha:

a/jestliže se setrvačník (gyroskop) ve trojrozměrném prostoru tváří jako by jeho hmotnost byla mnohem větší, než ve skutečnosti je, a popírá zdánlivě zákony díky momentu setrvačnosti, položme si základní otázku, jak by takový setrvačník měl vypadat ve čtyřrozměrném časoprostoru? Napadá mě chvění - tedy vibrace, drobná změna rozměru. Pokud tedy připustíme, že celý časoprostor vibruje na velmi malých délkách,

b/reliktní záření přináší jakýsi otisk z doby velkého třesku. Vědce zneklidňuje ale jeho polarizace B-módu, nezdá se totiž, že by polarizace reliktního záření byla způsobena jen kosmickým prachem. Také jeho teplota 2,73 K je na poloviční hodnotě proti výpočtům. Je tedy otázkou, co skutečně reliktní záření v zachycené podobě dokumentuje. Inflační fáze nebyla pravděpodobně ukončena ve zcela hladké kuloploše, ale povrch golfového míčku by polarizaci mohl vysvětlit. Ukončení jakéhokoliv pohybu na dráze nula vede k nekonečnům a nesmyslným výsledkům. Je tedy jasné, že ani inflační fáze rozepnutí vesmíru se nemohla ukončit na nulové dráze a zmíněná hrbolatá kuloplocha musela zapružit.

c/velkorozměrové struktury vesmíru neodpovídají výpočtům. Vložíme-li do systému chvění, připomínají nám tyto struktury rozložení písku na ocelové desce, do které udeříme kladivem.

d/zhruba od poloviny vypočteného stáří vesmíru se jeho rozpínání jeví jako zrychlující se, což vede vědce k hledání skryté energie odpudivého charakteru. Pohled na galaxie a jejich chování nabádá zase vědce k hledání skryté hmoty.
Vraťme se tedy nyní k představě setrvačníku jako demopomůcky ve 3D s určitými vlastnostmi zlepšujícími představivost a technické cítění. Představme si tedy setrvačník o průměru 2m z ocelového plechu 1cm tlustého a mírně prohlého (do tvaru zrcadla dalekohledu ale méně). Kromě toho je shora jeho povrch polepen molitanovou vrstvou. Osu setrvačníku si můžeme představit jako hladkou tyč, která po 1m přechází na vystupující závit. Setrvačník má ve svém středu osazenou závitovou matici a taky sklenici 1 litru rtuti. Setrvačník roztočíme na 30 otáček za minutu, navlíkneme na hladkou tyč a necháme gravitačně spadnout na závit (inflační fáze), sklenice rtuti se rozbije a tisíce nepatrných i větších kuliček rtuti se rozsypou po celém molitanovém povrchu setrvačníku a dle své velikosti vytvoří menší či větší důlky v molitanu (hmota deformuje časoprostor).
Setrvačník se po pádu zarazil maticí o závit a dál se točí s určitým poklesem otáček - řekněme 20 otáček za minutu. Postupně klesá po nekonečné závitové tyči, přičemž tření v závitu je přesně kompenzováno gravitační silou působící na setrvačník - jinými slovy - žádná ztráta a žádný přírůstek v otáčkách ze středového uložení.

e/po nárazu na závit, který musel mít pružný charakter (v místě závitu a větší dále od středu), se setrvačník rozechvěl a taky mírnou nerovnoměrností rozložení kuliček rtuti i rozkymácel a rozvlnil. Rovina daná pozicí závitu představuje orientaci času - tedy jen dolů, a proti němu nemůže setrvačník jako celek v součtu jít, ale je zřejmé, že k porušování pravidla kauzality vlivem chvění i drobného rozkolíbání a rozvlnění plochy setrvačníku dochází. Tam je pravděpodobně zakopáno kvantové chování i vlastní problematické propojení mikro a makrosvěta teorií velkého sjednocení. Možná tam spočívá i dualita částic. Tam asi také dochází ke ztrátám energie,k mírnému poklesu otáček setrvačníku, a tedy i ke zpomalení postupu setrvačníku po šroubu (po dobu 7 mld let mírně se zpomalující expanse vesmíru). Tento pokles se následně projevil v odstředivé síle a způsobil postupný pohyb rtuťových kuliček ke středu setrvačníku díky jeho zakřivené ploše, nezanedbatelné je taky jejich nepravidelné slévání posílené chvěním setrvačníku. To ale způsobuje zároveň zvyšování otáček setrvačníku a zrychlující se pohyb po šroubu, což zde symbolizuje naměřené tendence zrychlující se expanse vesmíru.

f/co tedy vidí pozorovatel, který se dívá shora v ose setrvačníku? Je mu divné, že kuličky neopustí disk, je mu divné že se neslejou okamžitě ke středu a navzájem, a tudíž hledá skrytou hmotu vysvětlující toto chování. Také zjistí, že se setrvačník začíná zrychlovat, hledá tedy temnou energii, která to má na svědomí a ptá se, jak to všechno skončí. Přitom je jasné, že se budeme blížit k původním 30 otáčkám za minutu a k umístění veškeré rtuti ve středu setrvačníku. Pravděpodobně pak zmizí čas, tedy i závit na tyči a něco nastaví jiné otáčky a množství rtuti (každý příklad v méně dimenzích je zavádějící, ale určitou představu poskytne).

g/podle termodynamických zákonů vychází jako jediný zdroj energie uvnitř systému našeho vesmíru gravitace, měla by mít tedy znaménko mínus a schopnost pohybu nadsvětelnou rychlostí (dle limitního stavu pravděpodobně 4,141592 x c). Inflační fázi započalo překročení kritického množství energie a ukončila ji gravitace zakřivením časoprostoru zpět proti směru inflace. Další pohyb hmoty i fotonů je už limitován tehdejším rozdílem, tedy chvěním časoprostoru. Pokud se chvění časoprostoru mění, rychlost světla ve vakuu by změnu měla kopírovat. Chvění časoprostoru tedy brání spolu s jeho deformací nadsvětelné rychlosti pohybu hmoty a při snaze o další urychlování se vlastně opíráme o celý vesmír, a to je podle Einsteina energeticky velmi náročné.

Odpovědět


Re: Kosmologie ve slepé uličce a hypotéza "Revel"

Karel Rabl,2017-04-02 02:43:53

Ano takhle nějak si jako laik představuji zjednodušenou představu o vesmíru a ještě bych ji rozvinul o pohyb vpřed téměř rychlostí C (toho setrvačníku) a reliktní záření bych považoval za vnitřní okraje "setrvačníku" a rychlost gravitace bych dosadil -4,...a +4,...Takže př této rychlosti Vás zdánlivě okolní prostor obklopí a Vy máte pocit že se nacházíte uvnitř "koule, disku" a jste někde ve zdánlivém středu, zatímco skutečnost je jiná podobně, jak si kdysi lidé ve středověku, představovali země plochu jako rovinu, než se dostatečně vzdálili.

Odpovědět


Re: Re: Kosmologie ve slepé uličce a hypotéza "Revel"

Zdeněk Jícha,2017-04-04 16:05:22

1/ Tak gyroskop byl mnou vybrán jako příklad toho, co se tváří ve 3D jako by to skrývalo temnou hmotu, a jeho zdánlivě nelogické zrychlování (viz příklad se rtutí výše), zase působí na pozorovatele, jako by to roztáčela temná energie.
Chtěl jsem jen poukázat na to, že se více než půl století možná hledá to, co vůbec neexistuje a při zachování standardního modelu, ani existovat nemusí.

2/ Snažíme se zachytit reliktní gravitační vlny, což je obtížné, ale přitom jsme je schopni přesně stanovit podle pozorovaného chování galaxií. Samozřejmě pokud připustíme, že se všichni zvětšujeme a zmenšujeme s určitou frekvencí v reliktních gravitačních vlnách ("tedy Karel, já i tady lékárník, všechno to driftuje na sever ....") Pokud se něco houpe - těžko s tím pohnouti - a ještě to vytváří podivné matoucí stopy jako písek v příboji.

3/ LIGO dokázalo mimo jiné existenci gravitačních vln i rychlost jejich šíření jako deformaci časoprostoru, která je rovna rychlosti světla. To by ale nemělo být v rozporu s výše zmíněnou rychlostí gravitace. Tou je v mém příspěvku myšleno něco jiného než gravitační vlna časoprostoru.

Odpovědět

Zdeněk Jícha,2017-04-01 15:10:14

Odpovědět

Ejpril

Milan Krnic,2017-04-01 12:20:13

Aprílem jsou všechny články, hovořící o pozorování vzdálených těles ve Vesmíru (např. supernov typu Ia).
Tak ale asi pořád lepší. než živit bandu astrofyziků na sociálních dávkách.

Odpovědět

různé oblasti vesmíru rozpínají různou rychlostí

Antonín Hvízdal,2017-04-01 12:15:54

Nevyhánějí náhodou maďarští exorcisté čerta ďáblem?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace