Tamna energija i tamna tvar objašnjavaju većinu svemira koji vidimo na kozmološkim razmjerima, no u našem Sunčevu sustavu, nema im ni traga. Upravo taj nesklad jedno je od najvećih pitanja moderne fizike. Novi rad fizičara Slave Turysheva iz NASA-inog Jet Propulsion Laboratory razmatra kako bi buduće misije unutar Sunčeva sustava mogle provjeriti teorije koje pokušavaju objasniti tu zagonetnu razliku.
Jedan od najvećih izazova suvremene fizike jest razlika između onoga što opažamo u svemiru na velikim razmjerima i onoga što precizno mjerimo unutar Sunčeva sustava. U golemim kozmičkim prazninama, gdje je gustoća materije vrlo niska, čini se da su učinci tamne energije i izmijenjenih modela gravitacije koji odstupaju od Einsteinove opće teorije relativnosti jasno vidljivi. No u regijama visoke gustoće, poput okolice Sunca i planeta, svi dosadašnji instrumenti potvrđuju da se gravitacija ponaša upravo onako kako teorija predviđa.
Planeti se gibaju po očekivanim putanjama, a zakrivljenost prostorvremena u blizini Sunca, izmjerena radio signalima sondi, savršeno se poklapa s općom relativnošću. Sve svemirske letjelice koje su istraživale Sunčev sustav ponašaju se kao da ne postoji ništa izvan standardnog gravitacijskog modela.
Na razini galaksija i među galaktičkim prostorom slika je bitno drukčija. Svemir se širi, i to ubrzano. Iako se znanstvenici ne slažu oko točne brzine tog širenja, jedino objašnjenje koje trenutno imamo jest da nešto narušava naše razumijevanje gravitacije ili samih temelja relativnosti.
Dva moguća objašnjenja nesklada
Kako bi objasnili zašto se učinci tamne energije i tamne tvari jasno vide na kozmološkoj razini, a ne i unutar Sunčeva sustava, fizičari razvijaju tzv. screening modele. To su mehanizmi koji predviđaju da se potencijalna peta sila prirode ponaša različito ovisno o gustoći materije.
U okviru chameleon screeninga pretpostavlja se postojanje pete fundamentalne sile, uz gravitaciju, elektromagnetizam te jaku i slabu nuklearnu silu. Njezina efektivna snaga ovisi o okolini. U područjima male gustoće, primjerice među galaksijama, bila bi dovoljno snažna da objasni učinke koje danas pripisujemo tamnoj energiji. U područjima visoke gustoće, poput Sunčeva sustava, učinak bi bio toliko slab da je izvan dosega sadašnjih instrumenata, iako u teorijskim opisima ne nestaje u potpunosti. U blizini masivnih tijela eventualno bi se mogao pojaviti samo u vrlo tankom sloju oko objekta.
Vainshtein screening nudi drugo objašnjenje. Peta sila ne mijenja vlastita svojstva, nego je gravitacijsko polje masivnih tijela učinkovito potiskuje. Ključan je pojam Vainshteinova radijusa, udaljenosti izvan koje se djelovanje pete sile vraća na puni intenzitet. Za Sunce se taj radijus procjenjuje na oko 400 svjetlosnih godina, što obuhvaća mnoge zvijezde u našem susjedstvu i u praksi skriva učinak gotovo po cijeloj Mliječnoj stazi.
Gdje tražiti tragove nove fizike
Oba modela mogla bi ostaviti prepoznatljive tragove u podacima koje prikupljaju veliki kozmološki projekti poput svemirskog teleskopa Euclid i spektroskopskog instrumenta DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). No ti projekti promatraju udaljene galaksije i goleme kozmičke strukture te ne mogu pokazati kako bi se peta sila očitovala unutar Sunčeva sustava. Za to bi bila potrebna posebna misija osmišljena upravo s tim ciljem, temeljena na jasno definiranoj i provjerljivoj teorijskoj pretpostavci.
Prema dr. Turyshevu, nema smisla nastavljati s eksperimentima u Sunčevu sustavu sve dok nemamo teoriju koja se može testirati i potencijalno opovrgnuti. Dosadašnja mjerenja nisu otkrila ništa što bi odstupalo od opće relativnosti. Ako se, međutim, iz podataka velikih kozmoloških istraživanja izvuku hipoteze koje se mogu provjeriti lokalnim misijama, tada bi ih trebalo provesti.
Najveći izazov ostaje tehnološki, današnji instrumenti vjerojatno nisu dovoljno osjetljivi da bi otkrili eventualne efekte. Ako teorijski modeli ipak ponude provjerljive prognoze, a znanstvenici razviju misiju koja ih može testirati, rezultati bi mogli dovesti do temeljne promjene u razumijevanju svemira.
Ako to zasad nije izvedivo, potrebno je postupno razvijati sve osjetljivije instrumente. No, jednom kada se teorija i tehnologija usklade, moglo bi se otvoriti put prema otkriću nove sile prirode – i preispisivanju fizike na kozmološkoj razini.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
