Vesmír plný záhad: Pět kosmických otazníků, které věda zatím nerozlouskla
Každá odpověď ve vesmíru otevírá nové otázky a hranice našeho poznání se utěšeně posouvají. I přes desítky nových objevů nám ale vesmír s ironickou elegancí vždy připomíná, že i největší mozky lidských dějin zatím jen klopýtají po jeho prahu.
Navzdory ohromujícímu pokroku moderní kosmologie zůstává vesmír plný otazníků, které vzdorují logice i matematice. Einsteinova kosmologická konstanta se po desítkách let vrátila do hry, temná hmota a temná energie stále unikají přímému pozorování a fyzikové se marně snaží vysvětlit, co bylo před Velkým třeskem. S každým novým objevem se zdá, že místo odpovědí spíše přibývá nových záhad – a že čím víc o vesmíru víme, tím méně mu rozumíme.
Jaké potíže působí kosmologická konstanta?
Když byla čerstvě vytvořená obecná teorie relativity použita k popisu vesmíru, vznikl tím kosmos, který působením gravitace kolaboval. Pro Alberta Einsteina šlo o vážnou komplikaci. Nebál se sice ve fyzice narušovat zavedené pořádky, ale nedělal to pokaždé. V tomto případě původně zastával názor, že je náš vesmír statický, v čase se nijak zvlášť nemění a prostě trvá. Aby tedy situaci napravil, zavedl do svých výpočtů kosmologickou konstantu – matematickou berličku vyjádřenou řeckým písmenem lambda, která v rovnicích vyrovnávala působení gravitace a bránila kosmu ve smršťování.
Když Edwin Hubble v roce 1929 Einsteina přesvědčil, že se vesmír ve skutečnosti rozpíná, slavný fyzik s úlevou zahodil kosmologickou konstantu do pomyslného koše fyzikálních teorií. George Gamow ve svých pamětech napsal, že podle Einsteina představovala jeho největší omyl. Jak se ovšem později ukázalo, fyzika má sklony k ironii. V 90. letech totiž vyšlo najevo, že se vesmír nejen rozpíná, ale že se jeho expanze zřejmě zrychluje – a odborníci museli kosmologickou konstantu z onoho koše opět vytáhnout. Stále se sice označuje jako lambda, ale plní teď novou roli: Nebrání kosmu ve smršťování, nýbrž popisuje vliv temné energie, jež by měla zodpovídat za pozorované zrychlování jeho expanze.
Dotyčná lambda každopádně vědcům stále působí silné bolesti hlavy. Hodnota kosmologické konstanty, kterou odvodili z pozorování vzdálených supernov typu Ia a jež koresponduje s uvedeným zrychlujícím se rozpínáním vesmíru, se od hodnot předpovídaných v rámci kvantové mechaniky liší o neuvěřitelných 10¹²¹ čili číslo tvořené jedničkou a 121 nulami. Proto se o zmíněné konstantě mluví jako o nejhorší fyzikální předpovědi všech dob. A jak se zdá, rozumné řešení zatím na obzoru není.
Co je temná hmota?
Podle posledních teorií tvoří temná hmota asi 27 % látky a energie ve vesmíru. Přestože ovšem hraje v současném pojetí vzniku a vývoje kosmu důležitou roli, stále v podstatě netušíme, co je opravdu zač. Nicméně oproti temné energii, která snad utváří většinu vesmíru, máme v jejím případě alespoň představu, čím není: Neměla by interagovat s běžnou hmotou sestávající z elektronů, protonů a neutronů ani se zářením, anebo jen velice nenápadně. Víme, že se neskládá z běžné látky, takže jedinou aktuální možnost, jak odvodit existenci temné hmoty, nabízí její gravitační vliv. Uvedené působení se projevuje na běžné látce i na samotném časoprostoru, což pozorujeme v okolním vesmíru našimi přístroji.
K objevu temné hmoty došlo, když astronomové zjistili, že některé galaxie rotují příliš rychle na to, aby je dokázala udržet pohromadě pouze tamní pozorovaná běžná látka. Z daného úhlu pohledu funguje temná hmota jako lepidlo držící hvězdné ostrovy vcelku, aby samy sebe neroztrhaly. Skutečnost, že ji podle všeho netvoří běžná hmota, vedla k intenzivnímu hledání částic, jež by mohly být její podstatou.
V průběhu let se objevilo úctyhodné množství adeptů, ale navzdory počátečním nadějím jsme se v řadě případů dočkali trpkého zklamání. V současnosti představují vůdčí kandidáty nesmírně lehké částice axiony, ale ani s nimi to nevypadá moc růžově. Temná hmota tak zůstává tvrdošíjně temná.
Co bylo před Velkým třeskem?
Dnes se vědci v podstatě shodnou, že na počátku našeho vesmíru byl Velký třesk. Silným argumentem, díky němuž se daná teorie prosadila, se stal objev reliktního záření. Od té doby se shromáždila spousta dalších důkazů, takže v současnosti je pozice Velkého třesku velmi silná. Otázku, co bylo před ním, však mnozí raději ignorují – mimo jiné kvůli problému s konceptem času. Podle některých totiž vznikl právě až při Velkém třesku, tudíž nemá smysl se ptát, co bylo předtím.
Dle kvantové kosmologie, na níž se podíleli Stephen Hawking a Thomas Hertog, mohl mít čas v době Velkého třesku spíš podobu prostorové dimenze. Když byl vesmír menší než atom, mohl být doslova zamrzlý v bezčasí, kdy žádné „předtím“ nemělo význam.
Existují i alternativní teorie, podle nichž Velký třesk neznamená počátek času. Dřív byly populární různé koncepty cyklického vesmíru, ve kterém se – možná věčně – opakují Velké třesky následované po nesmírně dlouhé době Velkými křachy, kdy se celý kosmos smrskne do nepatrného bodu. Další možnost nabízejí rozmanité teorie mnohovesmíru, v nichž ten náš není jediný, ale tvoří dílčí, snad jen zcela nepatrnou součást multiversa. Některé z ohromného množství dalších vesmírů se mu přitom mohou podobat a jiné se zas dramaticky liší.
Jak to dopadne s temnou energií?
Když Edwin Hubble ve 20. letech minulého století zjistil, že se náš vesmír rozpíná, vědce to šokovalo. Prakticky všichni se tehdy domnívali, že je kosmos stacionární. Jak se ovšem zdá, uvedené zjištění nebylo nic proti objevu z 90. let, kdy dva týmy nezávisle na sobě analýzou supernov Ia odhalily, že se kosmická expanze zrychluje. Šlo o blesk z čistého nebe, a když se s ním vědci vyrovnali, museli situaci nějak řešit.
Zrychlené rozpínání vesmíru neobsahoval prakticky žádný tehdejší model jeho vzniku a vývoje. Odborníci proto improvizovali a vymysleli si temnou energii, jež má pozorovanou expanzi pohánět. Jsou-li naše představy správné, tvoří zmíněná materie asi 68 % celkové látky a energie vesmíru. Záhadou ovšem zůstává nejen její podstata, ale také proč najednou začala v kosmu převládat. Ukazuje se totiž, že když se asi 400 milionů let po Velkém třesku zformovaly první galaxie, rozpínání vesmíru zpomalilo. Nicméně zhruba 9–10 miliard roků po Velkém třesku expanzi něco – a zřejmě právě temná energie – opět popohnalo, přičemž pokračuje dodnes, stále rychleji a rychleji.
Odkrytí tajemství temné energie by mělo rovněž osvětlit konečný osud vesmíru: Možná se bude rozpínat stále intenzivněji, až podle modelu nazvaného Big Rip skončí roztrhaný na nejmenší částečky. Další varianta zahrnuje pozvolnější expanzi, jež nebude tak dramatická. Anebo časem převáží vliv gravitace a kosmos se začne smršťovat. Všechny popsané scénáře se ovšem týkají opravdu velmi vzdálené budoucnosti.
Existuje život mimo Zemi?
Pokud jde o život na jiných planetách, dlouho jsme se neměli čeho chytit a šlo spíš o teoretizování než o hledání odpovědí. Věděli jsme, že ve vesmíru existuje ohromné množství galaxií a v každé z nich se nacházejí miliardy hvězd. Zvrat přinesl až výzkum exoplanet, který odhalil, že přinejmenším v Mléčné dráze a pravděpodobně i v dalších hvězdných ostrovech se nachází bezpočet cizích světů. A mezi nimi je nejspíš spousta takových, jež by alespoň teoreticky mohly hostit život, jak ho známe.
Se stále výkonnějšími přístroji se můžeme pokoušet zjistit, zda se organismy nenacházejí na blízkých exoplanetách. Bohužel vlastně nevíme, jak oběžnice oplývající životem vypadá zdálky a jak se dá odlišit od planety třeba i s výskytem vody či kyslíku, ale nikoliv živých forem. Známe jen jedno takové těleso – a nacházíme se přímo na něm. Kromě toho mimozemské organismy vůbec nemusejí stavět na bázi uhlíku.
V samotné Sluneční soustavě bychom snad mohli život najít na Marsu anebo v podpovrchových oceánech na velkých měsících plynných obrů. Mezi kandidáty patří Europa, Enceladus, Ganymed, Titan, Triton, a možná také Kallisto, Mimas, Miranda či Ariel. Podobné rezervoáry by se pak mohly ukrývat i pod povrchem trpasličích planet Ceres, Pluto, Eris, Sedna nebo Orcus.
