3.6.11 TEMNÁ HMOTA VE SVĚTLE POZNÁNÍ

V první části knihy jsme v kapitole Temná hmota stručně vysvětlili historický kontext, na jehož základě novodobá fyzika „objevila“ Temnou hmotu. Ve druhé části knihy jsme již předem vyslovili principiální „nesouhlas“ se způsobem, jakým se soudobá fyzika vyrovnává s tím, když experimenty dávají jiné výsledky nežli naše zjednodušené výpočty zjednodušených principů (prostě tam někam šoupneme adekvátní množství „temné“ či „černé“ hmoty).

V této části knihy finálně odhalíme, že myšlenka Temné hmoty vznikla zcela naivní interpretací Newtonova gravitačního zákona – částečně tuto problematiku popisuje již kapitola Omezení Keplerových zákonů:

Terminologický i významový pojem Temná hmota zavedl do fyziky roku 1933 švýcarsko-americký astronom s českými kořeny (matka byla Češka) Fritz Zwicky. Tento astronom a jeho následovníci pozorovali v okolních galaxiích jev, že (na rozdíl od poměrů v naší Sluneční soustavě) oběžná rychlost těles neklesá nepřímo úměrně odmocnině vzdálenosti (jak postulují Keplerovy zákony), ale oběžná rychlost je v celém galaktickém disku téměř lineární.

Zwicky tento jev vysvětlil „elegantně“ přidáním neviditelné a nedetekovatelné hmoty v takovém množství, aby Keplerovy zákony mohly nadále platit.

Taková konstrukce je však nejen nevědecká, ale především mylná a zcela zbytečná – Keplerovy zákony totiž podle Newtonových zákonů v podobných galaxiích platit nemohou!

Keplerovy „zákony“ platí jen pro pohyb jediného „satelitu“ v gravitačním poli jediného centrálního dokonale kulovitého tělesa produkujícího homogenní radiální gravitační potenciál – který za splnění všech výšeuvedených podmínek rovnoměrně klesá (nepřímo úměrně vzdálenosti).

Mléčná dráha (dále i MD) je však něco zcela jiného:

Zatímco SS má 9 hmotnostně významných objektů, MD jich má cca 300 000 000 000 (300 miliard = 3·10¹¹)!

Onen nepoměr nelze vyjádřit jakýmkoliv nákresem či grafikou – oba obrázky výše jsou fyzikálně i umělecky zkreslené – obrázek SS vysoce zveličuje poměrnou hustotu hmoty, obrázek MD ji naopak vysoce podceňuje. Pakliže bychom usilovali o proporčně věrnější zobrazení obou situací, dopadlo by to nějak takto:

Na obrázku vlevo je zakresleno všech 9 hlavních objektů naší SS, jsou však zakreslené v měřítku vůči Slunci, a proto je nevidíte (tak malé tečky nelze na papír vytisknout).

Přesto zůstává grafika poměrného zastoupení hmoty v prostoru vysoce zkreslená – i když modrá v pravém obrázku již nemůže být modřejší, v Mléčné dráze je fakticky milionkrát více objektů, nežli se nám podařilo v pravém obrázku vytisknout pixelů!

Je již dostatečně zřejmé, jak jiné jsou gravitační poměry v naší Sluneční soustavě nežli v Mléčné dráze?

Ve Sluneční soustavě ovlivňuje trajektorii objektu de facto pouze Slunce (platí to na 99,86 %), všechny ostatní vlivy jsou marginální – byť nejsou zanedbatelné (viz Stáčení Merkurova perihelia).

Kdyby byly v prázdném vesmíru pouze dvě dokonale homogenní koule, pohybovaly by se vůči sobě navzájem obě po eliptických drahách (či kružnicích) se stejnou periodou – poměr velikosti elips by byl dán poměrem hmotností těchto těles. Rovnice elipsy je totiž jednoduchou rovnicí, která má pouze dva určující parametry (a, b).

Existuje zde ona paralela: 2 tělesa ≈ pohybová rovnice křivky se 2 parametry ≈ elipsa!

rovnice elipsy

Trajektorii hvězd v centru Mléčné dráhy však ovlivňují miliony objektů bezprostředního okolí – představa, že výsledná pohybová rovnice bude rovnicí elipsy (se dvěma určujícími parametry), je tudíž zcela absurdní!

Mléčná dráha se chová spíše jako hustý bílek v míse při velmi pomalém míchání. Na takovéto rozložení hmoty nelze aplikovat Keplerovy zákony – takový postup je v přímém rozporu s Newtonovým gravitačním zákonem (a v rozporu s bazálním fyzikálním uvažováním)!

Již v roce 1687 formuloval Newton svůj gravitační zákon a nejen to!

Newton též popsal (spočítal), jak vypadá gravitační pole uvnitř homogenní duté koule (představte si třeba dutinu uprostřed naší planety). Newton matematicky dokázal, že uvnitř dutiny se žádná gravitace neprojeví (intenzita gravitačního pole je nulová)! Jak je to možné? Nějaká Temná antihmota??

Důvod je však zcela prostý – vezmete Newtonovy zákony a (protože je situace složitější nežli u jednoho homogenního bodu) použijete integrální počet dle prostorového rozložení hmoty – spočítáte gravitační potenciál (v místě dutiny) od všech hmotných bodů, jež dutinu obklopují. Výsledkem je nulová gravitace uvnitř dutiny.

Vyznavačům „temných sil“ navzdory – pravý stav věcí časem vždy vyjde najevo:

V dnešní době již každá lepší učebnice mechaniky „cvičně“ řeší idealizovaný případ sférických galaxií s předpokladem, kdy počet hvězd (hustota hmoty) klesá s druhou mocninou vzdálenosti od středu galaxie. Integrální počet pro takový scénář generuje výsledek, že orbitální rychlost hvězd nezávisí na vzdálenosti od středu galaxie konstantní.

Zavedl-li Zwicky (a jeho následovníci) do fyziky pojem „Temná hmota“ (na základě pozorování „záhadně“ neklesajících oběžných rychlostí hvězd v galaxiích), nešlo v tomto případě o geniální novum, nýbrž o faktickou neznalost Newtonova gravitačního zákona. Jelikož je však fyzika rigidní vědou – Temná hmota zakořenila ve fyzice rychleji, nežli se podařilo vysvětlit výšeuvedený omyl.

Zprávy o existenci Temné hmoty jsou samozřejmě pro vědecká i laická média mnohem atraktivnější nežli zprávy o tom, že Temná hmota je jen jedno veliké nedorozumění.

Kauza „Temné hmoty“ tak není ani prvním, ani posledním případem, kdy vědecký bulvár zrodil zcela nový (byť bezcenný) fenomén.

Temná hmota je tak i dnes hlavním předmětem zájmu stovek výzkumných týmů, tisíců vědeckých pracovníků a desetitisíců odborných statí. Hodí se všude tam, kde něco nesedí!

My ostatní si vystačíme s Newtonovými zákony gravitace, respektive s Gravitačním zákonem symetrického pohybu (ve 4D prostoru).