Článek
Představte si, že roztočíte dětský kolotoč na hřišti do takové rychlosti, až by všechny děti měly podle zákonů fyziky okamžitě odletět do nedalekého křoví.
Ale neodletí.
Nějaké neviditelné bezpečnostní pásy je drží pevně na místech. Přesně tohle pozorují astronomové, když se dívají na rotující galaxie. Viditelná hmota – hvězdy, planety, zářící plyn – zkrátka svou přitažlivostí nestačí na to, aby galaxii udržela pohromadě. Většina vesmíru nám zkrátka na první pohled chybí.
Dlouho nikdo netušil, co s tím. Vědci tápali ve tmě a hledali záchytné body.
Pak na scénu vstoupil americký teoretický fyzik Michio Kaku. Skvělý vypravěč s ojedinělým talentem pro popularizaci složitých konceptů. Přinesl myšlenku, která zněla jako rajská hudba pro všechny milovníky záhad.
Podle něj nám totiž žádná hmota nechybí a temná hmota vůbec neexistuje. Je to jen obyčejná gravitace, která k nám uniká z paralelní dimenze.
Tento koncept okamžitě zaplavil internet a sociální sítě. Zní to logicky a dodává to našemu bytí nádech vzrušujícího tajemství. Kdo by nechtěl žít vedle skrytého světa?
Jenže realita je jiná.
Plátek chleba v kosmickém toustovači
Abychom pochopili, s čím vlastně populární vize pracují, musíme opustit náš běžný třírozměrný prostor. Celá tahle myšlenka stojí a padá na teoretických modelech bran (braneworld models) v rámci komplexní teorie strun.
Představte si celý mnohorozměrný vesmír jako obrovský bochník krájeného chleba. Náš svět se vším, co známe a vidíme, je jen jeden velmi tenký plátek kdesi uprostřed.
My jsme drobní mravenci, kteří žijí výhradně na tomto plátku a nemohou z něj udělat krok stranou.
Naprostá většina fyzikálních sil, jako je elektromagnetismus nebo jaderné interakce, je pevně přilepena jen a pouze na náš krajíc. Světlo z vedlejšího plátku k nám nikdy nedoletí. Proto nevidíme nic, co se děje „vedle“.
Ale gravitace funguje podle těchto teorií jinak. V našem přirovnání je spíše jako vlhkost samotného chleba. Může prostupovat celým bochníkem a prosakovat z jedné brány do druhé.
Vesmír není jen to, co vidíme. Naše realita může být jen třírozměrnou membránou ve vícerozměrném prostoru, ze kterého k nám prosakují síly přesahující naše chápání.
Pokud se hned vedle našeho světa v paralelní dimenzi nachází galaxie nebo shluk obřích hvězd, naše oči je neuvidí. Jejich mohutná gravitace by ale k nám teoreticky mohla propadnout.
Z našeho pohledu by se to jevilo jako kapsa čisté přitažlivosti, u které marně hledáme jakýkoli světelný zdroj. Vypadalo by to přesně jako projev temné hmoty.
Je to nesmírně elegantní matematika. A tady to začíná být zajímavé. Matematická krása ve fyzice ani zdaleka nezaručuje, že vzorce popisují skutečný svět kolem nás.
Ztracené haléře z bankovního účtu
Problém je v tom, že fyzici se s extra dimenzemi nespokojili jen u křídou popsaných tabulí v pracovnách univerzit. Chtěli hmatatelné důkazy. I proto vybudovali gigantický velký hadronový urychlovač ve švýcarském CERNu.
Kdyby gravitace skutečně neustále utíkala do vyšších dimenzí, muselo by to v těch nejcitlivějších detektorech zanechávat jasné stopy.
Funguje to podobně jako váš bankovní účet. Představte si, že po každém nákupu kartou se vám z účtu ztratí dva haléře. Samy o sobě nic neznamenají, ale když provedete miliardu transakcí, chybějící peníze už jasně pocítíte.
Při srážkách vysokoenergetických částic by vědci přesně takto pozorovali záhadné mizení zlomků energie doslova do „ničeho“. Případně by zachytili specifické signály těžkých ozvěn běžných částic z jiných dimenzí, kterým fyzika říká Kaluza-Kleinovy stavy.
Jenže přístroje mluví neúprosnou řečí surových dat. Během rozsáhlého pátrání po extra dimenzích detektorem ATLAS se nenašlo vůbec nic.
Po mnoha letech intenzivních srážek a analýz chybí absolutně jakékoliv stopy, které by odpovídaly úniku gravitace z jiného světa. Rovnice na papíře zatím tvrdě narazily na ocel a křemík podzemních měřících přístrojů.
Chladná ozvěna z úsvitu času
Pokud by temná hmota byla jen gravitačním stínem cizího vesmíru, narušilo by to celou historii vývoje našeho vlastního světa. A to velmi konkrétním způsobem.
Znáte ten pocit, když přijdete domů a jen podle jemné vůně ve vzduchu s jistotou poznáte, co se před dvěma hodinami vařilo k obědu? Astronomové dělají s vesmírem něco velmi podobného.
Když zkoumají noční oblohu, nedívají se jen do prostoru. Dívají se zpět v čase. Reliktní mikrovlnné záření funguje jako tepelný otisk starý třináct miliard let.
Z těchto drobných teplotních fluktuací dokážou experti s mrazivou přesností určit, jaké přesně ingredience vařily náš raný vesmír. A rozsáhlá data z evropské observatoře Planck mluví naprosto jasně.
Ukazují na tyto tři zásadní věci:
- Pomalý pohyb: V raném vesmíru byla temná hmota nesmírně chladná a pohybovala se pomalu. Sloužila jako gravitační lepidlo.
- Zárodky struktur: Bez těchto pevných shluků by se atomy běžného vodíku nikdy neměly kolem čeho shromáždit. Nevznikly by hvězdy ani galaxie.
- Fyzická podstata: Unikající cizí gravitace napříč dimenzemi by nedokázala zformovat tak precizní a pevnou strukturu, kterou dnes teleskopy reálně pozorují. Zkrátka by se to celé chovalo mnohem více chaoticky.
Většinový proud vědecké komunity má tedy dnes poměrně jasno. Temná hmota není prázdný prostor deformovaný sousední realitou. Jde o zatím neobjevený druh reálných částic.
Skutečná výzva neleží v Hollywoodu
V literatuře tyto částice často figurují pod zkratkou WIMP (Weakly Interacting Massive Particles – slabě interagující hmotné částice) nebo ve formě extrémně lehkých částic zvaných axiony.
Ačkoliv se zatím schovávají před našimi zraky, snaha o jejich zachycení je zcela reálná. Zkuste si přečíst výsledky experimentu LUX-ZEPLIN, který v obřích podzemních nádržích kapalného xenonu loví sebemenší záblesky těchto neviditelných návštěvníků.
Michio Kaku dělá skvělou práci, když v lidech probouzí touhu zajímat se o hvězdy. Ztotožnit ale temnou hmotu s obyčejnou cizí gravitací je v současnosti spíše zábavné mentální cvičení. Žádný seriózní částicový fyzik vám na něj dnes nepřistoupí.
Proč tedy tahle myšlenka s takovou lehkostí opanovala diskuze?
Odpověď leží v naší psychice. Představa, že světová celebrita s tabulí našla definitivní rozuzlení kosmologické záhady v podobě paralelních světů, se zkrátka prodává lépe. Zní to mnohem lépe než suché konstatování z laboratoře: „Snažíme se detekovat novou částici a naše senzory zatím mlčí.“
Honba za novou formou hmoty – podivnými entitami, které právě ve chvíli, kdy čtete tyto řádky, prolétají vaším tělem po miliardách – ale nepotřebuje laciný scénář, aby byla strhující.
Lidé kvůli tomuto hledání vrtají tunely pod alpské masivy, spouští senzory na dno oceánů a noří kilometry kabelů do antarktického ledu.
Ať už na samém konci tohoto vyčerpávajícího pátrání narazíme na cokoliv, jedno je zcela jisté. Náš vesmír drží pohromadě na principech, které jsou dostatečně spletité samy o sobě. Nepotřebujeme si k nim vypůjčovat gravitaci z říše populárního sci-fi.
P.S.
Díky, že jste dočetli až sem! Doufám, že až na vás příště vyskočí na sítích virální video o tom, jak k nám proudí energie a gravitace z paralelních světů, vzpomenete si na kapající haléře z bankovního účtu a surová data z CERNu. Právě tyhle kontrasty mě baví zkoumat: na jedné straně hollywoodské sci-fi teorie, na druhé straně precizní, i když někdy zdlouhavé měření hluboko pod zemí. Pokud chcete, abych dál rozebíral podobné populární mýty selským rozumem a ukazoval vám, kde končí lákavá matematika a začíná realita, budu rád za vaši podporu. I symbolický příspěvek mi pomůže dál tvořit články, které vás vybaví neprůstřelnými argumenty pro každou debatu o tom, jak funguje svět.
