Približne 68 % všetkého, čo existuje, tvorí niečo, čo žiadny prístroj nikdy priamo nezaznamenal: temná energia. Kozmológovia dnes odhadujú podiel temnej hmoty na 27 % a bežných atómov — teda látky, z ktorej sú hviezdy, planéty a ľudia — len na 5 %. Napriek tomu, že temná energia svojou hmotnosťou prevyšuje všetko ostatné dohromady, zostávala bez mena a bez povšimnutia až do posledných rokov dvadsiateho storočia.
To sa zmenilo v roku 1998, keď dva konkurenčné tímy skúmajúce vybuchujúce hviezdy zistili, že rozpínanie vesmíru sa nespomaľuje, ale zrýchľuje. Výsledok bol taký neočakávaný, že prinútil fyzikov vrátiť sa k myšlienke, ktorú Albert Einstein pred desaťročiami zaviedol a následne opustil.
Tento článok popisuje, čo tieto pozorovania skutočne ukázali, ako ich potvrdzuje najstaršie svetlo vesmíru a prečo sa vysvetlenie temnej energie stále považuje za jeden z najťažších nevyriešených problémov fyziky.
Chýbajúcich 68 percent vesmíru
Rozdelenie 68/27/5 predstavuje súčasný najlepší odhad kozmológie na všetko, čo existuje, a naďalej sa spresňuje s tým, ako sa zlepšujú prístroje. Údaje z družice Planck Európskej vesmírnej agentúry stanovili podiel temnej hmoty na 26,8 %, čo je takmer o pätinu viac, než naznačovali skoršie odhady — znak toho, že aj „ustálené" čísla v kozmológii sú stále pohyblivým cieľom.
Na temnej energii je zvláštne to, že dominuje v kozmickej bilancii, hoci jej hustota je takmer zanedbateľná. Jej hustota predstavuje približne 7×10⁻³⁰ gramu na kubický centimeter, čo zodpovedá zhruba 6×10⁻¹⁰ joulu hmoty-energie na kubický meter — hlboko pod hodnotami, aké dosahuje bežná alebo temná hmota nahromadená vnútri galaxie. Vo výslednej bilancii vyhráva nie preto, že by bola niekde sústredená, ale jednoducho preto, že je všade naraz, takže jej celkový účinok rastie spolu s rastom samotného vesmíru.
Chyba, ktorá sa napokon ukázala ako správna
Dlho predtým, než niekto zmeral zrýchlenie, mal Einstein už vytvorený matematický nástroj, ktorý ho napokon dokázal opísať. Do svojich gravitačných rovníc pridal doplnkový člen, aby umožnil existenciu statického, nemenného vesmíru, čo bol vtedajší štandardný predpoklad jeho doby. Keď neskoršie pozorovania namiesto toho ukázali, že sa vesmír rozpína, Einstein svoju vlastnú úpravu zavrhol a nazval ju chybou.
Tento opustený člen zostal takmer zabudnutý, kým kozmológ Michael S. Turner tento koncept neoživil pod novým názvom. V práci napísanej spolu so Saulom Perlmutterom a Martinom Whiteom v roku 1998 Turner vytvoril pojem „temná energia" pre silu, ktorá spôsobovala novo objavené zrýchlenie — a tým fakticky rehabilitoval práve tú myšlienku, ktorú Einstein zavrhol.
Vybuchujúce hviezdy, ktoré prepísali kozmológiu
Prelom nastal v roku 1998, keď dve konkurenčné skupiny — Supernova Cosmology Project na jednej strane a High-Z Supernova Search Team na druhej — nezávisle od seba využili vzdialené supernovy typu Ia na sledovanie toho, ako sa tempo kozmického rozpínania menilo v priebehu miliárd rokov.
Práve tieto supernovy sú spoľahlivými kozmickými meradlami vďaka tomu, ako konzistentne vybuchujú. Vznikajú, keď sa hmotnosť uhlíkovo-kyslíkového bieleho trpaslíka priblíži k približne 1,44 hmotnosti Slnka — hranici, za ktorou sa hviezda už nedokáže udržať vlastnou váhou. Keďže táto hranica je pre takmer každú hviezdu takmer rovnaká, výsledné výbuchy dosahujú porovnateľnú maximálnu jasnosť, čo obom tímom umožnilo použiť ich na odhad vzdialenosti. Keď sa tieto vzdialenosti porovnali s mierou červeného posunu svetla, čísla dávali zmysel iba vtedy, ak sa samotné rozpínanie zrýchľovalo.
Najstaršie svetlo vesmíru
Príbeh temnej energie sa spája aj s najstarším svetlom, aké astronómovia dokážu pozorovať. Reliktové žiarenie objavili celkom náhodou v roku 1965, keď dvaja výskumníci z Bell Labs, Arno Penzias a Robert Wilson, pátrali po zdroji rádiového rušenia a namiesto toho narazili na slabú žiaru pokrývajúcu celú oblohu.
Táto žiara je momentkou vesmíru z obdobia približne 375 000 rokov po jeho vzniku, keď bolo všetko ešte horúcou, hustou zmesou častíc. Ako sa priestor odvtedy rozpínal, rozpínalo sa spolu s ním aj samotné svetlo a ochladzovalo sa na mikrovlnné vlnové dĺžky zodpovedajúce dnes už len 2,7 stupňa nad absolútnou nulou. V roku 1992 družica NASA Cosmic Background Explorer zistila, že táto žiara nie je dokonale rovnomerná — nesie v sebe nepatrné teplotné odchýlky naprieč oblohou, a práve mapovanie týchto odchýlok so stále vyššou presnosťou priviedlo kozmológov k dnešnému pomeru 68/27/5.
Najhoršia predpoveď fyziky
Vedieť, že temná energia existuje, je jedna vec; vysvetliť, čím v skutočnosti je, je oveľa ťažšie. Jedna z popredných teórií ju považuje za vnútornú energiu prázdneho priestoru — vákua, ktoré opisuje kvantová teória poľa. Problém spočíva v tom, že keď sa fyzici pokúšajú vypočítať, koľko energie by toto vákuum malo niesť, výsledok prevyšuje skutočne pozorovanú hodnotu približne o 120 rádov — priepasť taká obrovská, že niektorí výskumníci ju označujú za najmenej presný výpočet v dejinách fyziky. Žiadna úprava matematiky túto priepasť nezmenšila, čo je jeden z hlavných dôvodov, prečo sa temná energia stále považuje za nevyriešenú záležitosť.
Overovanie Einsteina v kozmickom meradle
Ak temná energia neexistuje, zrýchlenie musí vysvetľovať niečo iné — a najpravdepodobnejšou alternatívou je, že samotná Einsteinova teória gravitácie prestáva platiť pri dostatočne veľkých vzdialenostiach, čo umožňuje priestoru rozpínať sa rýchlejšie, než ho dokáže gravitácia brzdiť. Vylúčenie tejto možnosti trvalo desaťročia a stalo sa možným až vtedy, keď astronómovia dokázali priamo merať gravitačné vlny.
GW170817, prvá gravitačná vlna potvrdená aj negravitačnými pozorovaniami, umožnila fyzikom zmerať rýchlosť gravitácie natoľko presne, že vylúčila mnohé teórie modifikovanej gravitácie, ktoré boli navrhnuté ako alternatíva k temnej energii.
Argumenty v prospech meniaceho sa vesmíru
Príbeh ešte nekončí. Kolaborácia Dark Energy Spectroscopic Instrument, ktorá zverejnila výsledky v marci 2025, zistila, že sila temnej energie možno vôbec nie je konštantná. Kombináciou údajov o baryónových akustických osciláciách z tohto prístroja s meraniami reliktového žiarenia, prieskumami slabého gravitačného šošovkovania a katalógmi supernov tím našiel dôkazy o temnej energii, ktorá sa v čase mení, so štatistickou spoľahlivosťou pohybujúcou sa medzi 2,8 a 4,2 sigma v závislosti od toho, ktoré súbory údajov sa kombinovali.
Tento výsledok je zaujímavý, no zatiaľ nie je definitívny, takže skutočná povaha temnej energie zostáva otvorenou otázkou aj desaťročia po tom, čo jej Turner ako prvý dal meno.