Nová kontroverzní teorie tvrdí, že gravitace a temná hmota nemusí „existovat“

Gravitace je síla, se kterou začneme počítat už od dětství hned po několika empirických zkušenostech se zakopnutím. Obdobně je tomu u fyziků, kteří po dlouhou dobu s gravitací počítají také poměrně konzistentně – je považována za jednu ze čtyř hlavních interakcí (sil přírody), a její fungování popisoval jak Newton, tak Einstein. Nicméně nedávno přišel profesor Erik Verlinde z University of Amsterdam s poměrně originální teorií, která zpochybňuje gravitaci jako všudypřítomnou sílu. Podle této teorie je totiž gravitace emergentní, tedy vzniká z mikroskopických změn struktury časoprostoru. Jinými slovy je to, co nazýváme gravitací, jen makroskopickým projevem růstu entropie mikroskopických systémů, a naše dosavadní chápání tohoto fenoménu bylo mylné.

Gravitaci první popsal Newton svými známými rovnicemi, nicméně i on sám nebyl úplně spokojen s tím, že “jen” popsal jak gravitace funguje. K tomu ji totiž musel předem předpokládat, a nikdy se mu pořádně nepodařilo zjistit proč a jak gravitace vzniká. Poté přišel Einstein se svou teorií relativity, ve které bral gravitaci jako projev způsobený ohnutím časoprostoru masivní hmotou velkých těles. Ale i to je vlastně spíš lepší popis efektu a fungování toho, čemu říkáme gravitace, než přímá odpověď na otázku jak a proč vlastně gravitace vzniká.

Erik Verlinde na to jde jinak. Začíná aniž by předpokládal, že by gravitace tak jak ji známe a popisujeme vůbec existovala. Snaží se vyvodit koncept a efekty, které nazýváme gravitací, z mikroskopických procesů a rovnicí, aniž by předpokládal gravitaci samu o sobě. Takový přístup řeší problém, který má gravitace popisovaná pomocí Einsteinových rovnic ve velkých měřítcích – v opravdu velkých systémech totiž pozorujeme více gravitace, než bychom podle teorie relativity předpokládali. V současné době se tento problém řeší přičítáním temné hmoty. Verlinde ale tvrdí, že to samé dokáže vysvětlit i bez temné hmoty, a vytváření konceptu temné hmoty je podle jeho další teorie irelevantní, protože fenomény v současné době přičítané temné hmotě jsou tak vysvětlovány jen kvůli našemu nedokonalému pochopení “gravitace”.

Tady je dobré si vysvětlit, co se myslí pojmy jako mikroskopický a makroskopický. Dobře se to dá uvést třeba na konceptu teploty – teplotu většinou chápeme jako nějakou danou vlastnost systému. Ale když se podíváme blíž, tak je to v podstatě jen průměr toho, jak moc rychle a s jakou energií do sebe tělesa na nějakém místě narážejí. Teplota tedy není úplně mikroskopicky definovatelná, vzniká až při makroskopickém pohledu na věc – a stejně tak je to podle Verlindeho teorie i s gravitací. Současné rovnice popisující gravitací jsou sice odvozené z procesů, které se dějí na mikroskopických měřítkách, jenže dále v procesu opomínají detaily a informace, které jsou podle Verlindeho důležité.

Jeden z největších současných nevyřešených problémů fyziky je propojení teorií popisující gravitací a kvantovou mechanikou do jednoho uceleného systému – tyto teorie totiž někde narážejí na své limity (zjednodušeně) a tam jsou pak nekompatibilní. Samozřejmě už mnoho lidí dlouho pracuje na takzvaných teoriích všeho – nejznámější z nich je nejspíš teorie strun, kterou se Verlinde také dlouhou dobu zabývá. A i zde by mohl být zlomový nový způsob přemýšlení o gravitaci, jaký Erik představil – s pomocí jeho nové teorie se totiž, zdá se, dá vysvětlit z čeho gravitace vychází a jak by do sebe gravitace a kvantová mechanika mohla zapadat.

Jde o to, že na mikroskopické úrovni existují informace, které my lidé sami o sobě nevidíme a nebereme je tedy v potaz. Když ale tyto informace vezmeme v potaz a více se jimi zabýváme, tak zjistíme, že z nich lze vyvodit jak gravitace vzniká. Zároveň by se s pomocí těchto rovnic měla dát předpovídat přesná rychlost hvězd a jejich “nadměrná” gravitace, což dosud nebylo pomocí jiných teorií dost dobře možné.

Tento aspekt zmiňované teorie byl ostatně úspěšně otestován holandskými vědci. To ale ještě neznamená, že je celá teorie potvrzena, protože se konalo i několik jiných studií, které testovaly jiné části teorie a ty pro ni nedopadly moc dobře. Nakonec jde také o to, že Verlinde na teorii stále pracuje a není ještě dokončena. Kromě toho může být vyvrácena například pokud dokážeme detekovat samotné částice temné hmoty, v což věří velká část vědeckého světa – podle nich tuto částici jednou nutně budeme must detekovat, jde jen o citlivost našich senzorů a pozorovacích technik. Kdyby ale Verlindeho teorie byla potvrzena, tak by to mohlo mít dalekosáhlé implikace na naše porozumění celého vesmíru. Na teoriích popisující gravitaci je totiž závislých mnoho dalších teorií, kromě jiného například o Velkém třesku nebo rozpínání vesmíru. Nicméně jelikož Verlinde na své teorii stále ještě pracuje a dále ji rozvíjí, dozvíme se jestli tato teorie opravdu změní svět až někdy jindy.