Kosmologie je poměrně mladá věda, která se pokouší rekonstruovat historii našeho vesmíru před miliardami let. Ohlédnutí se tak daleko v čase je nesmírně obtížné a ke složitosti přispívá to, že mnoho pilířů, na kterých spočívají teorie kosmologie, bylo vytvořeno teprve během posledních zhruba 20 let. To nedalo vědcům a teoretikům mnoho času na to, aby plně objasnili a pochopili situaci, a kosmolog Michael Turner říká, že buď bude třeba objevit nějakou důležitou novou fyziku, nebo najdeme fatální chybu v našem převládajícím pohledu na svět. Vesmír.
Co tedy bude zapotřebí k tomu, abychom kosmologii posunuli přes okraj, kde se plně přechází od teorie k vědě, a my máme alespoň trochu kosmologického porozumění? Měl jsem možnost položit tuto otázku Turnerovi minulý týden na konferenci National Association of Science Writers. Turner, který vymyslel termín „temná energie“, je ředitelem Kavliho institutu pro kosmologickou fyziku na Chicagské univerzitě. Zde jsou jeho čtyři hlavní přání k objevům v kosmologii:
Přání č. 1: Zjistěte povahu temné hmoty.
'Myslím, že jsme velmi blízko k vyřešení tohoto problému temné hmoty a myslím, že to bude ohromující, když si všichni uvědomí, že většina věcí ve vesmíru je vyrobena z něčeho jiného, než jsme my,' řekl Turner.
Temná hmota drží vesmír pohromadě, podle kosmologů. Ale protože nevyzařuje elektromagnetické záření a my ho nevidíme, jak víme, že tam je? 'Je potřeba držet galaxie pohromadě, je potřeba držet kupy pohromadě, je to tak jednoduché,' řekl Turner. 'Ve všech hvězdách pohromadě není dostatečná gravitace, aby udržely hvězdokupy pohromadě.'
Turner přirovnal temnou hmotu k venkovnímu stromečku ozdobenému vánočními světly. Z dálky jsou vidět jen světla, ale je to neviditelný strom, který drží světla tam, kde jsou, a dává jim jejich tvar. Poetičtěji Turner řekl: 'Vesmír je síť temné hmoty, kterou zdobí hvězdy.'
Turner učinil odvážnou předpověď: „Rok 2010 je dekáda temné hmoty – tuto věc dokončíme.“
Temná hmota v Bullet Cluster. Jinak pro teleskopické pohledy neviditelná temná hmota byla zmapována pozorováním gravitačních čoček galaxií v pozadí. Kredit: Rentgen: NASA/CXC/CfA/ M.Markevitch et al.; Mapa čočky: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe a kol. Optické: NASA/STScI; Magellan/U. Arizona/D. Clowe a kol.;
Přání č. 2. Zjistěte povahu temné energie.
„Temná energie může být dnes nejzávažnějším problémem v kosmologii a já jsem to tušil už 10 let a říkám to,“ řekl Turner. 'Pokud temná hmota drží vesmír pohromadě, temná energie řídí jeho osud.'
Temná energie pravděpodobně tvoří 66 % vesmíru a o její existenci se teoretizuje teprve od roku 1998, kdy si astronomové uvědomili, že na rozdíl od převládající představy, že expanze vesmíru by se měla zpomalovat, se ve skutečnosti s postupem času pohybuje rychleji.
Jaké je současné teoretické chápání temné energie? 'Nemáme tušení,' řekl Turner. 'Ale dovolte mi, abych vyšel na končetinu s temnou energií a řekl, že možná zjistíme, že to není energie vakua.' Energie vakua je matematicky ekvivalentní Einsteinově kosmologické konstantě a doufám, že zjistíme, že je to něco divnějšího než energie ničeho. To problém neřeší, ale byl by to dárek pro mé mladší kolegy, protože věda je o velkých otázkách a oni potřebují vodítka a něco velkého, do čeho by se mohli zabořit.'
Ano, temná energie je velký problém, ale pro teoretiky je to velká příležitost. Turner však má jisté pochybnosti. „Temná energie je jednou z velkých otázek, které se budou v příštím desetiletí zabývat, a nevím, jestli ji budeme schopni vyřešit,“ řekl.
Michael Turner na konferenci National Association of Science Writers v roce 2010 na Yale University. Obrázek: Nancy Atkinson
Přání č. 3: Potvrzení inflace s objevem polarizace v B-módu.
Naše současná nejlepší teorie o nejranějších okamžicích vesmíru se nazývá inflace, kde se během nepatrného zlomku sekundy po Velkém třesku zdá, že se vesmír exponenciálně rozšířil. Zejména vysoce přesná měření tzv. B-módů (důkaz gravitačních vln) polarizace záření kosmického mikrovlnného pozadí by byla důkazem gravitačního záření produkovaného inflací a také ukáže, zda energetická škála inflace předpovídaná nejjednoduššími modely je správná.
'To je ta kuřácká pistole na inflaci.' řekl Turner. 'Vysvětluje, odkud se vzala veškerá struktura - že kvantové mechanické fluktuace v subatomárním měřítku byly vyhozeny do povětří touto obrovskou expanzí. To je úžasný nápad a v jedné rovnici bychom mohli přesně zjistit, kdy k inflaci došlo. Ve všech našich řečech o inflaci si všimnete, že vám nikdo nikdy neřekne, kdy k ní došlo, protože to nevíme. Ale ty B-režimy by nám řekly.“
Přání #4. Nechte multivesmír odejít.
Pokud byla inflace, znamená to, že je tam také velmi pravděpodobně velké množství vesmírů.
Turner nazval koncept multivesmíru 800 lb gorila v místnosti.
„Dilema je, máme důkazy, že k inflaci došlo, a rovnice inflace říkají, že pokud se to stalo jednou, stalo se to dvakrát a je to něco jako myš a sušenka – kdyby k tomu došlo dvakrát, mohlo by se to stát. nekonečněkrát,“ řekl.
Multivesmír předpokládá, že mnohonásobné vesmíry nebo paralelní vesmíry zahrnují vše, co existuje, nejen náš jeden „místní“ vesmír. 'Pokud existuje multiverzní struktura a pokud to spojíte s teorií strun, skončíte s obrázkem vesmíru, kde mohou existovat různé místní fyzikální zákony a různé podvesmíry se od sebe mohou neuvěřitelně lišit - rozdíly v prostor a čas, některé nemají stabilní částice, mnohé nemají život a tak dále. To je neuvěřitelně odvážná myšlenka a může to být dokonce ta nejdůležitější myšlenka od dob Koperníka.“
Ale zeptal se Turner, jak to testujete? 'A pokud to nemůžete otestovat, nemůžete tomu říkat věda,' řekl. 'Takže tomu říkám multiverzní bolest hlavy - máte tento neuvěřitelně důležitý nápad, ale je to věda?'
S čím tedy skončíte? Slon, prohlásil Turner, jako v příběhu o slepí muži popisující slona.
'To je místo, kde jsme v kosmologii,' řekl. „Jsme slepí kosmologové, kteří cítí vesmír a každý kus dat něco popisuje. Stále existují velké otázky, které je třeba zodpovědět, a to, co děláme v kosmologii, se snažíme dát to všechno dohromady a ve skutečnosti bychom to mohli dát během příštích 10-15 let dohromady. To je naprosto úžasné; vesmír je velmi velký a naše schopnosti jsou velmi primitivní. Ale podívejte se, co jsme zatím dokázali.'
Snímek z Turnerovy prezentace ukazující vesmír jako slona. Obrázek: Nancy Atkinson