Gravitácia je jednou z najzakladnejších síl, ktoré formujú náš vesmír. Od čias Isaaca Newtona, ktorý v 17. storočí sformuloval gravitačný zákon, až po Alberta Einsteina a jeho teóriu všeobecnej relativity, bola gravitácia vždy spojená s hmotou. Teraz však nová štúdia publikovaná v periodiku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society prichádza s „kacírskou“ myšlienkou  – gravitácia môže existovať aj bez hmoty. Táto predstava by mohla zmeniť náš pohľad na vesmír a vyriešiť niektoré z najväčších záhad modernej astrofyziky. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Gravitačné zákony

Newtonov gravitačný zákon popisuje gravitáciu ako príťažlivú silu medzi dvoma telesami, ktorá závisí od ich hmotností a vzájomnej vzdialenosti. Tento zákon je základom klasickej fyziky a vysvetľuje mnoho javov v každodennom živote aj vo vesmíre. Newtonov gravitačný zákon má svoje obmedzenia. Pre veľmi hmotné vesmírne objekty a rýchlosti blížiace sa rýchlosti svetla nie je dostatočne presný. Tu prichádza na rad Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá poskytuje presnejší a komplexnejší popis gravitácie.

Albert Einstein v roku 1915 predstavil svoju teóriu všeobecnej relativity, ktorá priniesla nový pohľad na gravitáciu. V tejto teórii je gravitácia vysvetlená ako zakrivenie časopriestoru, čo je spôsobené prítomnosťou hmoty a energie. Tento model pritom vysvetľuje, prečo sa planéty pohybujú po eliptických dráhach a prečo svetlo ohýba svoj smer pri prechode okolo masívnych objektov.

Hoci Einsteinova teória veľmi presne popisuje mnoho gravitačných javov, v 20. storočí vedci narazili na problém. Pri pozorovaní galaxií zistili, že rotujú tak rýchlo, že viditeľná hmota by ich nedokázala udržať pohromade. Aby sa toto správanie vysvetlilo, bola navrhnutá hypotéza temnej hmoty – neviditeľná látka, ktorá tvorí približne 85 % hmoty vo vesmíre. Vzhľadom na to, že temná hmota nikdy nebola priamo pozorovaná, či detegovaná, mnoho vedcov pochybuje o jej existencii.

Gravitácia bez hmoty

Astrofyzik Richard Lieu z University of Alabama teraz vo svojej štúdii navrhuje radikálne odlišný prístup. Podľa neho môže gravitácia existovať aj bez hmoty. Teória naznačuje, že vesmír obsahuje veľmi tenké vrstvy nazývané „topologické defekty“, ktoré vytvárajú gravitáciu bez toho, aby mali hmotnosť. Defekty pripomínajú škrupiny s tenkou vrstvou pozitívnej hmoty obklopenej negatívnou hmotou. Vzhľadom na to, že tieto dve vrstvy sa navzájom rušia, celková hmotnosť je nulová, no stále by dochádzalo ku vzniku gravitačnej sily. Keď hviezda prechádza cez tieto vrstvy, cíti gravitačnú silu, akoby bola priťahovaná k stredu týchto vrstiev.

Podľa Lieuove topologické defekty mohli vzniknúť počas fázovej premeny v rannom vesmíre. Opisované defekty sú pritom veľmi kompaktné oblasti s vysokou hustotou hmoty, ktoré môžu existovať vo forme lineárnych štruktúr známych ako kozmické struny, prípadne ako dvojrozmerné štruktúry podobné sférickým škrupinám. V jeho modeli majú tieto škrupiny vnútornú vrstvu pozitívnej hmoty a vonkajšiu vrstvu negatívnej hmoty, pričom celková hmotnosť je nulová avšak gravitácia je stále prítomná.

Táto teória môže vysvetliť pozorované gravitačné efekty bez nutnosti existencie temnej hmoty. Napríklad, ohyb svetla pri prechode cez tieto vrstvy môže imitovať prítomnosť veľkého množstva temnej hmoty, podobne ako rýchlosti orbitálnych pohybov hviezd v galaxiách. To by znamenalo, že namiesto nekonečného hľadania temnej hmoty by sme sa mohli zamerať na pozorovanie a hľadanie topologických defektov.

Defekty vznikli pravdepodobne počas kozmologickej fázovej premeny v rannom vesmíre. Kozmologická fázová premena je fyzikálny proces, pri ktorom sa stav hmoty mení naprieč celým vesmírom, uvádza sa v tlačovej správe.