Einsteinova nejslavnější teorie právě prošla největší výzvou v historii své existence

Matematika, kterou Albert Einstein na počátku 20. století vytvořil pro popis gravitačního fungování fyzikálního vesmíru, je stále silná. V jednom z největších testů obecné teorie relativity zmapoval obrovský tým astronomů rozložení téměř 6 milionů galaxií v průběhu 11 miliard let historie vesmíru.

Způsob, jakým gravitace shlukuje tyto galaxie podél vláken vesmírné sítě proti vnějšímu tahu rozpínání vesmíru, a způsob, jakým se tato síť vyvíjí v čase, přesně odpovídá předpovědím Einsteinovy slavné teorie. Jedná se pravděpodobně o dosud nejrozsáhlejší test obecné teorie relativity, který pokrývá většinu 13,8 miliard let dlouhé historie vesmíru, což znamená, že teorie platí v největších i nejmenších měřítkách.

Výsledky byly předloženy k publikaci a jsou k dispozici ve třech nových preprintech, které byly před recenzním řízením nahrány na arXiv. „Obecná teorie relativity byla velmi dobře otestována v měřítku slunečních soustav, ale my jsme potřebovali ověřit, že náš předpoklad funguje i v mnohem větších měřítkách,“ říká kosmoložka Pauline Zarrouková z francouzského Národního centra pro vědecký výzkum.

„Studium rychlosti vzniku galaxií nám umožňuje přímo testovat naše teorie a zatím se shodujeme s tím, co obecná relativita předpovídá na kosmologických škálách.“ Gravitace je základem fungování vesmíru. Nevíme, co to je ani proč to je, víme jen, že objekty s hmotností mají tendenci přitahovat jiné objekty s hmotností, že síla přitažlivosti je přímo úměrná hmotnosti, a že mění geometrii časoprostoru kolem hmoty.

Chová se také jako lepidlo, které stahuje vesmír dohromady. Velká vlákna gravitačních polí vytvářená temnou hmotou se táhnou celým vesmírem v jakési síti a většina hmoty ve vesmíru je rozmístěna podél vláken a uzlů této kosmické sítě. Je předvídatelná a měřitelná a zatím velmi dobře omezená a definovaná obecnou teorií relativity. Nalezení chyb v teorii by však mohlo odhalit řešení některých pozoruhodně palčivých problémů, jako jsou nesmiřitelné rozdíly mezi kvantovou mechanikou a klasickou fyzikou. Vědci se proto stále snaží zjistit, zda obsah vesmíru vypadá přesně tak, jak by podle obecné teorie relativity měl, a to na všech měřítkách.

To nás přivádí ke Spektroskopickému přístroji temné energie (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) pod vedením Lawrence Berkeley National Laboratory, což je obrovská mezinárodní spolupráce, která v současné době pracuje na mapování pozorovatelného vesmíru, aby odhalila jeho největší tajemství. V provozu je od roku 2019, nové výsledky vycházejí z podrobné a rozšířené analýzy pouze prvního roku dat získaných tímto přístrojem.

DESI Collaboration na základě těchto dat provedla pečlivý průzkum 5,7 milionu galaxií a kvazarů napříč historií vesmíru, přičemž zmapovala jejich růst, vývoj a rozložení podél kosmické sítě od raného vesmíru před 11 miliardami let. Pomocí obecné teorie relativity předpověděli růst a rozložení vesmírné sítě a zjistili, že vesmír, ve kterém žijeme, se chová tak, jak by se podle teorie relativity chovat měl, a to v epickém kosmickém měřítku. Kdybychom přidali více gravitace nebo naopak nějakou odebrali, vesmír by už nevypadal stejně.

Tento výsledek navazuje na práci ze začátku letošního roku, která měřila rychlost rozpínání vesmíru na základě kosmických reliktů akustických vln, které zmrzly, když se rozplynula atomová mlha, jež vyplňovala raný vesmír. Spolupráce DESI doufá, že pokračující úsilí bude i nadále objasňovat vývoj vesmíru a následně i záhadné síly, které jej pohánějí.

„Je to poprvé, co se DESI zabývá růstem vesmírné struktury,“ říká fyzik Dragan Huterer z Michiganské univerzity. „Ukazujeme novou obrovskou schopnost zkoumat modifikovanou gravitaci a zlepšit omezení modelů temné energie. A to je teprve špička ledovce.“ Výsledky také stanovily horní hranici hmotnosti neutrina, částice tak „přízračné“, že jsme ji dosud nedokázali přesně zvážit.

Průzkum stále probíhá, stejně jako práce spolupráce. Výzkumníci v současné době analyzují údaje z prvních tří let fungování DESI. Než přístroj dokončí svou práci, shromáždí údaje o více než 40 milionech galaxií a kvazarů.

Mezi nejvroucnější naděje patří, že pomůže odhalit povahu temné hmoty, tajemného neviditelného čehosi, co je zodpovědné za vytváření dodatečné gravitace ve vesmíru, a temné energie, tajemného neviditelného čehosi, co je zodpovědné za různě zrychlující se rozpínání vesmíru. „Temná hmota tvoří asi čtvrtinu vesmíru a temná energie dalších 70 procent a my vlastně nevíme, co to je,“ říká fyzik Mark Maus z Lawrence Berkeley National Laboratory a Kalifornské univerzity v Berkeley.

„Představa, že můžeme pořídit snímky vesmíru a řešit tyto velké, zásadní otázky, je ohromující.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: data.desi.lbl.gov, newscenter.lbl.gov, cs.wikipedia.org, ChatGPT AI