Temná hmota možná vyvolává časové změny základních konstant vesmíru

Podle současných kosmologických a astrofyzikálních představ tvoří tzv. temná hmota asi 22 % hmotnosti či energie vesmíru. Víme o ní však zatím jen velmi málo. Zatím nebyla žádným způsobem přímo detekována. Pozorujeme víceméně jen její nepřímé gravitační účinky na hmotu viditelnou, tedy na zakřivení časoprostoru. Viditelné svítící hmoty (například té, která je uspořádána ve formě atomů či iontů) je přitom ve vesmíru asi 5x méně, tedy zhruba jen 4-5 % celkové hmotnosti (energie). Zbývajících 73-74 % tvoří tzv. temná energie (či energie vakua), o které zatím nevíme téměř vůbec nic.

Základními konstantami přírody či vesmíru jsou například velikost rychlosti světla, Planckova konstanta nebo konstanta gravitační interakce (gravitační konstanta). Jak už sám název napovídá, tyto veličiny se opravdu zdají být dlouhodobě konstantními či neměnnými resp. nebylo zatím pozorováno, že by se v závislosti na čase, s rostoucím věkem vesmíru či jakkoliv jinak pozorovatelně měnily. Už od roku 1937 sice někteří významní vědci, jako například Paul Dirac, spekulovali, že obecně vzato nějaká změna základních konstant není vyloučena (například pomalý pokles velikosti gravitační konstanty), ale to nemění nic na tom, že důkazy o jejich případných změnách nebo o mechanismu těchto změn zatím nikdo nepřinesl.

Autoři článku v Physical Review Letters, fyzikové Stadnik a Flambaum, vycházejí z představy, že temná hmota je složena mj. z lehkých, slabě působících a pomalých částic, podobných hypotetickým částicím zvaným axiony. Jejich existence bývá dokazována pomocí jistých teoretických konstrukcí. Autoři na tomto základě vyvozují závěr, že tyto částice temné hmoty se na kvantové úrovni přeci jen nějak vzájemně slabě ovlivňují s částicemi normální hmoty a míra či síla této interakce má potom jistý vliv na kosmologický časový vývoj základních konstant. Autorům se dokonce povedlo vymezit možnou velikost této interakce, díky pozorováním percentuálního zastoupení prvků helia a dysprosia ve vesmíru, dále díky pozorovaným vlastnostem reliktního mikrovlnného záření.

Autoři dále předpovídají možnost jakési oscilace těchto spolu svázaných veličin. Pokud se ovšem základní konstanty mění v závislosti na nějaké částicové interakci, pak mohou být nejen časově, ale navíc i prostorově závislé. Autoři dokonce vyvozují z těchto představ tvrzení, že s lokálními hodnotami konstant v naší části vesmíru a s jejich vyladěnosti může souviset i možnost existence života ve vesmíru, tedy i na naší planetě. Pokud by základní (fyzikální) konstanty vesmíru byly dostatečně odlišné od těch současných, život ve vesmíru by nemohl vzniknout. Pro důkaz vlivu temné hmoty na velikost základních konstant však bude třeba uskutečnit ještě mnoho měření, například v oblasti atomových a jaderných hodin nebo za použití laserových interferometrů.

Zdroje: Phys.Org, Physical Review Letters, arXiv