Tento omyl Alberta Einsteina možná změnil fyziku navždy

Pojďme se podělit o něco, co mě tento týden opravdu dostalo.

Někdy uděláme chybu, a ta chyba se ukáže jako geniální. Přesně to se stalo Albertu Einsteinovi a něčemu, čemu říkáme kosmologická konstanta.

Co to vlastně je?

Jednoduše řečeno, kosmologická konstanta je číslo. Popisuje energii, která se vyskytuje v prázdném prostoru. Tato energie způsobuje, že se náš vesmír rozpíná čím dál rychleji.

Zní to jasně, že?

Teď přijde ten divný detail. Podle našeho nejlepšího chápání fyziky (kvantová teorie pole) by měl být prázdný prostor plný energie. Doslova přetékající. Tolik energie, že by měl vesmír dávno explodovat.

Jenže naměřená hodnota? Je neuvěřitelně malá.oproti tomu, co matematika předpovídá.

Rozdíl je zhruba 10^120. To je jednička následovaná stovkami nul. Možná největší nesoulad mezi teorií a realitou v celé fyzice.

Einsteinův „omyl" se vrací

Tehdy přichází na scénu Einstein. V roce 1917 byl přesvědčený, že vesmír je statický. Ale jeho rovnice obecné relativity říkaly něco jiného — vesmír by měl vlivem vlastní gravitace kolabovat.

Tak přidal kosmologickou konstantu. Jakousi „odpudivou sílu", která měla vše vyvažovat.

Pak v roce 1929 Edwin Hubble zjistil, že vesmír se rozpíná. Einstein údajně prohlásil, že jeho kosmologická konstanta byla jeho „největší hloupost", a odstranil ji.

Desítky let to vypadalo, že konec příběhu.

A pak přišel rok 1998.

Překvapení: vesmír zrychluje

Astronomové zjistili něco šokujícího. Rozepínání vesmíru se zrychluje. Kosmologická konstanta najednou dávala smysl. Vysvětlovala přesně to, co jsme pozorovali. Dnes je jednou z klíčových složek toho, čemu říkáme „temná energie".

Problém zůstává

Tady je kámen úrazu. Kvantová teorie pole je jedním z nejúspěšnějších nástrojů vědy. Popisuje částice, síly, energii s neuvěřitelnou přesností.

Ale říká, že energie vakua by měla být obrovská. Pozorování říkají, že je nepatrná. Jak to, že obě tvrzení platí zároveň?

Fyzici tomu říkají „kosmologický konstantní problém". A řeší ho desítky let.

Vědci z Brown University vstupují do hry

Teď přichází to opravdu zajímavé. Tým z Brown University navrhl možné řešení. A je to vlastně docela krásné.

Jejich myšlenka vychází z něčeho called Chern-Simons-Kodama stav — kvantový stav gravitace odvozený z kvantové teorie pole. Zjednodušeně: způsob, jak popsat gravitaci na těch nejmenších měřítkách.

Tady přichází ta skvělá část. Matematika této metody se nápadně podobá něčemu, co známe jako kvantový Hallův jev. Ten se vyskytuje v fyzice kondenzovaných látek. Jde o jev, kde elektrická vodivost nabývá neuvěřitelně přesných hodnot.

A tyto hodnoty zůstávají stabilní, i když má materiál nedokonalosti. Proč? Kvůli topologii — základní matematické „struktuře" systému.

Mohl by samotný prostor být řešením?

Tým argumentuje, že podobná topologická vlastnost by mohla existovat v samotném časoprostoru. Pokud má prostor tuto netriviální topologii, mohla by přirozeně potlačovat všechny kvantové fluktuace, které by měly kosmologickou konstantu vyhnat do nebeských výšek.

Jinými slovy: tvar vesmíru by mohl aktivně držet kosmologickou konstantu na uzdě.

Jak řekl spoluautor studie Stephon Alexander: „Ukázali jsme, že pokud má časoprostor tuto netriviální topologii, vyřeší to jeden z nejsmrtonosnějších problémů kosmologické konstanty. Všechny kvantové perturbace, které by měly hodnotu rozfouknout, jsou touto topologií znehybněny."

Jak úžasné je, že samotná struktura reality může elegantně řešit zdánlivě neřešitelnou hádanku?

Co z toho všeho plyne?

Upřímně — ještě nemáme všechny odpovědi. Fyzika je těžká. Ale tenhle výzkum otevírá fascinující cestu kupředu.

Je to také krásná připomínka, že i „omyly" mohou obsahovat semínka geniality. Einstein zavedl kosmologickou konstantu, aby jeho rovnice fungovaly. Prohlásil ji za chybu, když si myslel, že ji nepotřebuje. A o sto let později stále rozplétáme, na co vlastně narazil.

Někdy má vesmír smysl pro humor.

Co mě nejvíc fascinuje: tento výzkum propojuje kvantovou fyziku s gravitací novým způsobem. Možná nás to přibližuje k svatému grálu fyziky — jednotné teorii, která popíše vše od nejmenších částic po největší galaxie.

A to je docela vzrušující, nemyslíte?