Je časoprostor tekutina? Zatím to vypadá, že spíš ne

26.04. 13:13 | Autor: Radek John

Kdyby byl časoprostor tekutý, ztrácely by fotony cestou z Krabí mlhoviny k Zemi energii.

Ačkoliv se toho vědcům podařilo o přírodě zjistit už spoustu, o jednu věc se snažili bez úspěchu většinu minulého století. Je to propojení teorie relativity, která popisuje svět velkých měřítek, s kvantovou mechanikou, která se zaobírá mikrosvětem. Jeden ze způsobů, jak to udělat, je považovat časoprostor za tekutinu.

Když si naléváte do sklenice vodu, chová se jako jedno těleso, ačkoliv se skládá z obrovského množství mikroskopických částic. Má spoustu vlastností, které se dají popsat a předpovídat, aniž byste vzali jednotlivé molekuly v úvahu. Fyzikální zákony dokážou předpovídat tlak a rychlost proudění tekutin, aniž by se molekulami zabývaly. Dvojice vědců, Stafano Liberati z Mnichovské univerzity a Lucy Maccione z Hamburgské univerzity, zkusila spočítat, jestli by se podobně tekutiny nemohl chovat i časoprostor.

Píšou o tom v posledním čísle časopisu Physical Review Letters. Přístup k časoprostoru jako k tekutině by mohl vyřešit problém neslučitelnosti teorie relativity s kvantovou mechanikou, na němž si už vylámal zuby kdekdo. Hmotné objekty ve vesmíru na sebe působí čtyřmi základními silami. Jsou to elektromagnetická síla, silná jaderná síla, slabá jaderná síla a gravitace.

První tři dokáže popsat a předpovídat kvantová mechanika, tajemná a paradoxní nauka o mikrosvětě. Gravitaci zase popisuje teorie relativity, elegantní systém, který s přitažlivostí zachází jako s geometrickou vlastností prostoru, respektive jeho křížence s časem, prostoročasu.

Vzájemně obíhající objekty by měly podle teorie relativity způsobovat poruchy časoprostoru, gravitační vlny. Ty se ale zatím nedaří zachytit.

Tekuté universum

Ze studia mikrosvěta plyne, že všechno na světě je rozděleno do malých balíčků, takzvaných kvant, které už se dál nedají dělit na menší kousky. Teorie relativity naopak vnímá svět jako spojitý. Podle části výzkumů by se ale v hodně malých měřítcích, srovnatelných s takzvanou Planckovou délkou, nemusel být spojitý ani prostoročas teorie relativity. Planckova délka činí asi 1,6 × 10-35 metru.

Obecná teorie relativity by se tak podobala rovnicím, které popisují chování tekutin, aniž by se zabývaly jednotlivými molekulami. V tom případě by ale vesmír musel mít vlastnosti, které mají tekutiny.

Vědce zaujala především veličina označovaná jako viskozita. Je to míra vnitřního odporu tekutiny. Tekutiny s vysokou viskozitou, jako je třeba med, tečou pomalu. Tekutiny s nižší viskozitou, jako je třeba voda nebo mléko, tečou rychleji.

Co když je časoprostor tekutý?

Vzdálené fotony

Viskozita časoprostoru by měla ovlivňovat číření světla. Čím vyšší by byla, tím víc by měly částice elektromagnetického záření, fotony, ztrácet během svého letu prostorem energii. Astronomové mají dobrou představu o fungování spousty jevů ve vesmíru, nebo si to aspoň myslí. Dokážou proto spočítat, jaké záření by měly vydávat. Jelikož zatím žádné rozptylování způsobené viskozitou časoprostoru nepozorujeme, dá se předpokládat, že se jako tekutina nechová.

Jednotlivé balíčky by podle Liberatiho a Maccioneho musely být ještě o několik řádů menší, než kolik dělá Planckova délka. Kdyby se vesmír jako tekutina choval, musel by se blížit stavu supratekutosti. Supratekutiny mají nulovou viskozitu. Nejznámější příklad takové tekutiny je kapalné helium.

Foto: Deyan Georgiev / Fotolia, NASA

Autor: Radek John