Co je modifikovaná gravitace?
Obecná relativita vysvětluje gravitaci pomocí geometrie prostoročasu. Modifikovaná gravitace je společné označení pro teorie, které tento popis mění nebo rozšiřují. Hledají mimo jiné odpověď na to, zda by změna gravitačních pravidel mohla vysvětlit některé projevy připisované temnému vesmíru.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Změnit pravidla místo přidání nové složky
Pozorujeme pohyb galaxií nebo historii rozpínání a porovnáváme je s výpočtem. Jedna možnost přidá novou složku, například temnou hmotu. Jiná upraví vztah mezi rozložením hmoty a energie a výslednou gravitací.
V obecné relativitě hmota a energie ovlivňují zakřivení prostoročasu a geometrie určuje pohyb těles i světla. Modifikace může například přidat další pole, které se na gravitačním působení podílí. Pak se mohou změnit pohyby galaxií i ohyb světla. Nejde o jedinou teorii, ale o širokou rodinu návrhů.
Příklad: další pole spojené s gravitací
Ve skalárně-tenzorových teoriích se vedle geometrie uplatňuje další pole, popsané v každém místě jednou hodnotou. Jeho stav může ovlivňovat sílu gravitačního působení nebo vývoj rozpínání. Změna stavu pole pak mění předpovědi pro pozorování.
Příbuznou cestou jsou modely označované f(R), které mění závislost gravitační teorie na veličině popisující zakřivení. V řadě případů je lze přepsat pomocí dodatečného skalárního pole. Jde o matematicky určené návrhy, z nichž musí být možné spočítat konkrétní důsledky.
Co by taková teorie mohla vysvětlit
Některé návrhy usilují o zrychlené rozpínání bez samostatné kosmologické konstanty. Jiné se zaměřují na pohyby uvnitř galaxií nebo na vztah mezi množstvím pozorované látky a gravitačními účinky. Tyto cíle se liší a úspěch v jednom automaticky neřeší ostatní.
Modifikovaná gravitace se přitom může kombinovat i s temnou hmotou. Otázku náhrady temné hmoty rozebírá navazující téma.
Dvě měření téže struktury
Představme si kupu galaxií. Z pohybu galaxií lze odvozovat působení gravitace na hmotu. Z deformací obrazů vzdálenějších galaxií zase zkoumáme gravitační čočkování, tedy ohyb světla při průchodu kolem kupy.
V obecné relativitě obě pozorování propojuje konkrétní vztah k rozložení hmoty. Některé modifikace tento vztah změní. Porovnání pohybu a čočkování tak pomáhá rozlišovat gravitační teorie. Současně musíme zohlednit rozložení látky, odhady vzdáleností a chyby měření.
Proč musí změna obstát i poblíž Slunce
Obecná relativita prošla přesnými zkouškami ve Sluneční soustavě, u pulsarů i pomocí gravitačních vln. Nový model musí tyto výsledky respektovat.
Některé teorie proto obsahují stínicí mechanismus: v určitých prostředích, například u hustých těles, se dodatečný účinek potlačí, zatímco v řidším kosmickém prostředí může být výraznější. Takové potlačení musí vyplývat z rovnic a být ověřitelné, nestačí je pouze předpokládat.
Kde jsme dnes
Modifikovaná gravitace nabízí konkrétní testovatelné možnosti a některé její varianty už data výrazně omezují. Dosud však nemáme potvrzenou alternativu, která by v celém rozsahu nahradila obecnou relativitu a úspěchy standardního kosmologického modelu.
Rozsáhlá pozorování milionů galaxií umožňují vědcům zkoumat, jak se vesmír rozpínal a jak se v něm hmota postupně shlukovala do galaxií a jejich kup. Nová gravitační teorie musí dokázat vysvětlit oba tyto procesy současně. To je důkladnější zkouška než shoda pouze s jedním druhem měření.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Modifikovaná gravitace mění samotná gravitační pravidla. Prověřujeme ji společně pomocí pohybu hmoty, čočkování, růstu struktur a přesných místních experimentů.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)