Změní se Einsteinova teorie relativity kvůli vesmírným chameleonům?

Vesmír se rozpíná a zároveň zrychluje. O tom mezi vědci panuje v zásadě shoda. Většina z nich také zastává názor, že je za touto skutečností temná energie. Co je však její podstatou, zatím nikdo neví. Zdá se, že by to mohli být chameleoni…

Nikoli ovšem tato roztomilá zvířátka s vypoulenýma očima a dlouhatánským jazykem, ale částice, které se dovedou stejně jako tyto ještěrky dovedně přizpůsobit svému okolí, a tak s ním i splynout. Je tu však ještě jeden „malý“ problém.

Einsteinova obecná teorie relativity, která popisuje gravitaci jako geometrickou vlastnost prostoru a času, je obecně fyziky pokládána za zatím nejlepší a nejobsáhlejší. Má ale určité mezery, do nichž se snaží proniknout teorie alternativní. K nim patří i modifikovaná gravitace f(R), jinak též takzvaná chameleonská gravitace (Chameleon Theory).

Čtyři síly, dvě či jedna

Teorie říká, že chameleon je skalární pole, tedy pole, jehož hodnota (či dejme tomu velikost) se dá vyjádřit jediným číslem, a zároveň pole s hmotou, která se mění podle hustoty okolního prostředí. Jestliže má okolí nízkou hustotou, což je například meziplanetární prostor, bude mít takový částicový chameleon extrémně nízkou hmotnost a zároveň bude zprostředkovávat sílu na velkou vzdálenost. To platí i naopak.

Vlastnosti těchto hypotetických částic, tedy proměna hmotnosti podle okolí, velice znesnadňuje jejich objevení. To pochopitelně neznamená, že neexistují.

V prostředí s vysokou hustotou hmoty by i hmotnost takové částice měla být velká s tím, že bude zprostředkovávat sílu jen na malou vzdálenost. Zde bychom si měli připomenout, že fyzikové pracují se čtyřmi základními silami (základními interakcemi) – elektromagnetickou, se slabou a silnou interakcí a gravitací, přičemž nositelem takové interakce je příslušná částice hmoty.

Tyto interakce by měly obsáhnout známé způsoby vzájemného silového působení částic a pole. Zatímco všechny první tři interakce se podle posledních poznatků jeví jako tři různé aspekty jedné síly, gravitace se liší. Dostat všechny interakce pod teorii jedinou je pro fyziku velkým oříškem a takzvaná teorie velkého sjednocení by znamenala konečně propojení teorie obecné relativity s kvantovou teorií.

Na počítači to funguje

Ale zpět k našim chameleonům. Vlastnosti těchto (zatím) hypotetických částic, tedy proměna hmotnosti podle okolí, velice znesnadňuje jejich objevení. To pochopitelně neznamená, že neexistují. Tým vědců z Institute for Computational Cosmology na univerzitě v Durhamu pod vedením Christiana Arnolda použil superpočítač k simulaci vzniku a vývoje vesmíru, jenž by byl založen právě na chameleonské gravitaci. A světe div se, s programem simulace vesmírných dějů IllustrisTNG se jim podařilo zjistit, že i chameleonská gravitace dokáže vytvořit zcela funkční hvězdy a galaxie, jako jsou ve vesmíru našem.

První experimenty žádné výsledky nepřinesly, žádný chameleon se nechytil.

To, že se chameleonské částice mění podle okolního prostředí, tomu nebylo vůbec na překážku. Takže co teď, Einsteinova obecná teorie relativity, nebo chameleonská gravitace, která by mohla vysvětlit podstatu temné energie? Pomoci rozřešit toto dilema by mohla zanedlouho pozorování na soustavě radioteleskopů s poměrně popisným názvem Pole o ploše kilometr čtvereční (Square Kilometre Array – SKA), která vyrůstá v Austrálii a Jihoafrické republice. Zanedlouho, to znamená už v příštím roce, se obrovská síť antén na obou místech bude snažit zkoumat temnou hmotu, zachytávat gravitační vlny a také polapit světlo prvních hvězd, jehož frekvence se za světelného vlnění vlivem rozpínání vesmíru dostala až do radiové oblasti.

A zase se schovali

Na lov chameleonů se už také vydali vědci z CERNu, tedy Evropské organizace pro jaderný výzkum (Conseil Européen pour la recherche nucléaire - CERN). Tým experimentu KWISP chce lovit chameleony z našeho Slunce. Stejnojmenný detektor je součástí ještě jednoho experimentu, a to CERN Axion Solar Telescope, což je helioskop, na němž jiný tým hledá axiony. To jsou hypotetické částice, jež by měly tvořit zase temnou hmotu…

Podstatou experimentu KWISP je předpoklad, že solární chameleon v hustém prostředí bude mít velkou hmotnost, a když narazí na velice tenkou membránu, jíž je přístroj vybaven, neprojde jí, jen v tom okamžiku membránu prohne. Samozřejmě jen velice nepatrně, protože by působil silou asi 0,000 000 000 044 newtonu.

Ke změření nepatrného prohnutí je zapotřebí optické soustavy s laserem. První experimenty žádné výsledky nepřinesly, žádný chameleon se nechytil. Nebo se jen dokázal detekci vyhnout nějakými novými mimikry?