Nová divoká studie naznačuje, že gravitace může existovat bez hmoty

Co je to gravitace bez hmoty? Jak v Newtonových revolučních zákonech popisujících její univerzální účinek, tak v Einsteinově návrhu dimplovaného časoprostoru jsme si mysleli, že gravitace patří výhradně do oblasti hmoty.

Nová studie naznačuje, že gravitace může existovat i bez hmoty, což pohodlně eliminuje potřebu jedné z nejnepolapitelnějších látek v našem vesmíru: temné hmoty.

Temná hmota je hypotetická neviditelná hmota, o níž se předpokládá, že tvoří 85 % celkového objemu vesmíru. Původně byla navržena jako vysvětlení toho, proč galaxie drží pohromadě při vysokorychlostní rotaci, ale dosud nebyla přímo pozorována, což vedlo fyziky k navrhování nejrůznějších odlehlých nápadů, aby se vyhnuli tomu, že se budou odvolávat na tuto nepolapitelnou látku jako způsob, jak zacelit díry v současných teoriích.

Nejnovější návrh v tomto duchu pochází od astrofyzika Richarda Lieua z Alabamské univerzity v Huntsville, který navrhl, že spíše než temná hmota spojující galaxie a další tělesa dohromady může vesmír obsahovat tenké, skořápkovité vrstvy „topologických defektů“, které jsou příčinou gravitace bez jakékoli základní hmoty.

Lieu se nejprve snažil najít jiné řešení Einsteinových rovnic pole, které spojují zakřivení časoprostoru s přítomností hmoty v něm. Jak Einstein popsal ve své obecné teorii relativity z roku 1915, časoprostor se deformuje kolem svazků hmoty a proudů záření ve vesmíru v závislosti na jejich energii a hybnosti. Tato energie samozřejmě souvisí s hmotností v Einsteinově slavné rovnici: E=mc2.

Hmotnost objektu je tedy spojena s jeho energií, která ohýbá časoprostor – a toto zakřivení časoprostoru Einstein popsal jako gravitaci, což je o stupeň sofistikovanější než Newtonova aproximace gravitace ze 17. století jako síly mezi dvěma objekty s hmotností. Jinými slovy, zdá se, že gravitace je neoddělitelně spojena s hmotností.

Ne tak docela, tvrdí Lieu.

Ve své práci se Lieu pustil do řešení zjednodušené verze Einsteinových rovnic pole, která umožňuje konečnou gravitační sílu při absenci jakékoliv detekovatelné hmoty. Říká, že jeho úsilí bylo „vedeno mou frustrací ze současného stavu, konkrétně z představy existence temné hmoty, přestože po celé století chyběly jakékoli přímé důkazy“.

Lieuovo řešení spočívá v topologických poruchách ve tvaru slupky, které se mohou vyskytovat ve velmi kompaktních oblastech prostoru s velmi vysokou hustotou hmoty. Tyto soubory soustředných skořápek obsahují tenkou vrstvu kladné hmoty uloženou uvnitř vnější vrstvy záporné hmoty. Tyto dvě hmoty se navzájem vyruší, takže celková hmotnost obou vrstev je přesně nulová. Když však hvězda leží na této slupce, působí na ni velká gravitační síla, která ji táhne ke středu slupky.

„Tvrzení mého článku je, že přinejmenším slupky, které předpokládá, jsou bez hmotnosti,“ říká Lieu. Pokud tyto sporné návrhy mají nějakou váhu, „není pak třeba udržovat toto zdánlivě nekonečné hledání temné hmoty,“ dodává Lieu.

Další otázkou tedy je, jak případně potvrdit nebo vyvrátit Lieuem navržené slupky pomocí pozorování. „Stále častější pozorování prstencovitých a skořápkovitých útvarů galaxií ve vesmíru svědčí pro zde navrhovaný typ zdroje,“ píše Lieu ve svém článku. I když připouští, že jím navržené řešení je „velmi sugestivní“ a samo o sobě nemůže zdiskreditovat hypotézu temné hmoty.

„Mohlo by to být nanejvýš zajímavé matematické cvičení,“ uzavírá Lieu. „Ale je to první (matematický) důkaz, že gravitace může existovat bez hmoty.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: academic.oup.com, uah.edu