Všetko vo vesmíre má gravitáciu. Gravitácia je bezpochyby najznámejšou zo všetkých základných interakcií, no zároveň predstavuje tú najväčšiu výzvu.

Hoci Einsteinova teória všeobecnej relativity úspešne opisuje gravitáciu na makroskopických mierkach, teda na úrovni hviezd a planét, v tých najmenších, prípadne v tých úplne najväčších mierach prestáva platiť.

Problém so súčasne akceptovanými teóriami

Najnovšie vedci v štúdii publikovanej v žurnále Nature Astronomy testovali Einsteinovu teóriu v tých najväčších kozmologických mierkach. V závere sa potom domnievajú, že ich výsledky jedného dňa môžu pomôcť vyriešiť niektoré z najväčších záhad v kozmológii, pričom naznačujú, že teóriu všeobecnej relativity bude potrebné na týchto škálach upraviť. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Ako napísali autori  štúdie vo svojom príspevku na webe TheConversation, podľa kvantových teórií je prázdny priestor, vákuum, nabité energiou. Podľa Einsteinových teórií má  táto energia vákua odpudzujúci charakter.

Ako iste vieš, pred pár desiatkami rokov sa tiež zistilo, že rýchlosť expanzie vesmíru sa neustale zvyšuje. Problém však je, že množstvo energie vákua, ktoré je považované niekedy za temnú energiu, je na vysvetlenie neustáleho zrýchľovania expanzie vesmíru príliš malé.

Otázkou preto zostáva, či energia vákua má skutočne odpudzujúci charakter, ktorý ovplyvňuje expanziu vesmíru. Hoci nevieme, čo presne temná energia a temná hmota sú, musíme predpokladať, že existujú, aby sme mohli vysvetliť vývoj vesmíru a to, čo v ňom pozorujeme teraz.

Rýchlosť expanzie vesmíru

Všetky tieto naše predpoklady sú zakomponované do štandardnej kozmológie Lambda-CDM. Tá mimochodom tiež hovorí, že 5 % vesmíru tvorí obyčajná hmota a jej energia. Naopak 25 % z celkovej hmoty a energie vesmíru tvorí temná hmota a 70 % temná energia.

Hoci táto kozmológia prešla ostrými skúškami a je prakticky neustále úspešne testovaná, mnoho vedcov je znepokojených práve faktom, že drvivú väčšinu nášho vesmíru tvorí temná energia a hmota, ktoré nedokážeme detegovať, a ktoré v určitých prípadoch nadobúdajú nezvyčajné hodnoty. Preto sa tiež mnohí vedci zamýšľajú aj nad tým, či náhodou nie je Einsteinove teórie potrebné upraviť.

Vedci v novej štúdii preto navrhli nové testy, aby skontrolovali, respektíve overili, či vesmír dodržiava pravidlá Einsteinovej teórie. Vedci okrem testovania základných zákonov všeobecnej relativity testovali, či modifikácie tejto teórie môžu pomôcť vyriešiť niektoré z nezodpovedaných otázok kozmológie, ako je napríklad nesúlad medzi našimi dvomi najlepšími spôsobmi merania rýchlosti rozpínania vesmíru.

Z modelu založenom na analýze kozmického mikrovlnného pozadia (elektromagnetické žiarenie, ktoré zostalo po Veľkom tresku) a meraniach misie Planck totiž vyplýva, že v súčasnosti sa náš vesmír rozpína rýchlosťou 67,5 km/s na megaparsek.

Údaje založené na dátach z Hubblovho vesmírneho teleskopu však ukazujú, že rýchlosť expanzie vesmíru je 73 km/s na megaparsek. I keď sa ti môže zdať, že nejde o nejaký veľký rozdiel, tento nesúlad medzi týmito dvoma meraniami pre astronómiu predstavuje obrovský problém. Navyše, nesúlad medzi týmto dvomi typmi meraní v posledných rokoch neustále narastá. Viac o tejto problematike nájdeš v samostatnom článku.

Čo ukázal výskum?

Vedci sa aj z tohto dôvodu vo svojej štúdii skúmali hneď tri kritické aspekty kozmológie na tých najväčších mierkach – expanziu vesmíru, účinky gravitácie na svetlo a účinky gravitácie na hmotu.

Na skúmanie využili štatistické metódy, ale aj rôzne počítačové simulácie, pri ktorých využili dáta ako zo satelitu Planck, tak i z katalógov o supernovách a rozdelení a distribúcii galaxií.

Dosiahnuté výsledky porovnali s predpoveďami spomínaného kozmologického modelu Lambda-CDM, pričom objavili zaujímavé náznaky možného nesúladu s Einsteinovými predpoveďami. Jedným dychom však dodali, že tento nesúlad mal len pomerne nízku štatistickú významnosť.

Tak či onak, podľa nich to znamená, že existuje šanca, že gravitácia na tých najväčších kozmologických mierach funguje inak, než tvrdia naše najlepšie teórie, a že zrejme bude potrebné upraviť teóriu všeobecnej relativity.

Taktiež sa ukázalo, že spomínané problémy s expanziou vesmíru nie je možné vyriešiť iba zmenou našich teórií o gravitácií, ale na úspešné riešenie bude potrebné zrejme objaviť úplne novú zložku, ktorá bola prítomná vo vesmíre ešte v čase, keď vznikli prvé protóny a elektróny.