- – 29. června 2001
Kongres
Kde je hmota?
Během týdne od 25. do 29. června 2001 se v Marseille konal mezinárodní kongres, na kterém se sešlo 200 účastníků, z toho 140 přednášejících, a jehož tématem bylo „Kde je hmota?“. Byl také podtitul:
Tracing Bright and Dark Matter with the New Generation of Large Scale Surveys
Překlad:
Mapování viditelné a temné hmoty
pomocí nových prostředků pozorování na velké škále.
Tyto slova mají velký význam. Okamžitě umístění tohoto kongresu do určitého paradigmatu. Předpokládá se tedy, že vesmír je jediný a má dva obsahy, jeden, který je dostupný našimi prostředky pozorování (v rozsahu viditelného, ultrafialového, infračerveného, stručně řečeno, kde se provádějí pozorování založená na elektromagnetických vlnách) a druhý, který v současnosti uniká tomuto typu vyšetřování a je popsán obecným pojmem „temná hmota“, anglicky „Dark Matter“. Jak provádět pozorování, jak mapovat tuto temnou hmotu? Z jedné strany na základě gravitačních čočkových efektů, které se obvykle ukázaly být příliš důležité, aby byly vysvětleny pouhou přítomností viditelné hmoty, ať už jde o galaxie nebo o skupiny galaxií, z druhé strany na základě kinematických parametrů pozorovaných objektů.
Dokonce před tím, než byly zjištěny tyto „neobvykle důležité“ gravitační čočkové efekty, lidé jako Fritz Zwicky, na základě analýzy rotace galaxií nebo měření rychlostí pohybu galaxií ve skupinách, usoudili, že opticky detekovaná hmota nemůže zaručit kohezi těchto celků. Pod rotacními křivkami je třeba rozumět měřením prováděným na mezigalaktickém plynu, který obíhá v obecném gravitačním poli, provedeným pomocí Dopplerova jevu Fizeau. Tento plyn zjevně rotuje příliš rychle, zejména na jeho periferii (přítomnost „charakteristického patu“). Skupiny galaxií jsou považovány za „skupinky plynu“, kde galaxie jsou „molekuly“. „Vlastní rychlosti“ galaxií, jak je nazývají astronomové, se stávají ekvivalentem termálních rychlostí molekul plynu, náhodně rozložených ve všech směrech. Při zachování této analogie plynu kombinace „termálních rychlostí“ a hustoty dává to, co se nazývá tlak (což je měřítkem hustoty kinetické energie pohybu, na jednotku objemu). Oblak mezigalaktického plynu se nerozptýlí, protože gravitační síla vyrovnává síly tlaku, které se snaží tento oblak rozptýlit. Pokud se skupina tisíc galaxií přirovná k určitému „skupinku plynu“, lze také říci, že síly tlaku, které se snaží tento skupinku rozptýlit, vypočtené na základě měření rychlostí pohybu galaxií a detekované hmoty, jsou příliš velké, aby byly vyváženy gravitační silou. Jiným způsobem uvažujeme, známe-li hmotnost skupiny, můžeme vypočítat únikovou rychlost. Jak poznamenal Zwicky, individuální rychlosti galaxií překračují únikovou rychlost skupiny, ke které patří. Pokud by neexistovala další síla, tyto galaxie by již dávno opustily skupinu. Stejně je tomu s hvězdami v galaxiích. Problém tedy je reálný. Otázkou je však interpretace tohoto jevu.
Jednotná odpověď astronomů nyní má název: „temná hmota“, i když nikdo není schopen určit, jaká může být povaha této „temné hmoty“. Ale nikdo nikdy nepochyboval o tom, že pozorované efekty mohou pocházet z jiného než z přítomnosti nezaznamenaného komponentu, který má kladnou hmotnost a klidně se nachází v našem (jediném) vesmíru. V tomto kontextu již začaly práce na „mapování neviditelného“. Na začátku se jen řeklo „v této skupině galaxií musí existovat určitá hmotnost M, aby se skupina nezničila, nebo, což je to samé, pro vysvětlení silných gravitačních čočkových efektů, které vytváří (několikanásobné obrázky, galaxie na pozadí deformované, tato deformace se může roztažit až do tvaru oblouků)“. Později astrofyzici, jako Albert Bosma, z laboratoře astrofyziky v Marseille, kde jsem také, empiricky přidali „halo“ temné hmoty, neurčeného druhu, aby „přizpůsobily rotacní křivky“, anglické slovo označující akci, kdy tímto empirickým způsobem najdeme zákony rychlosti odpovídající hodnotám získaným pozorováním. Několik lidí se tedy nyní plně věnuje výpočtům rozložení hmoty v těchto neviditelných „halo“ temné hmoty. To se nazývá „nulté teorie“. Tato činnost, která nepotřebuje žádné zvláštní dovednosti, je čistě technická. Lidé, kteří se jí věnují, vůbec nechtějí poskytnout informace o povaze této „temné hmoty“, kterou empiricky mapují, a vůbec ne o procesech, které způsobily její přítomnost v galaxiích. Neznáme ani povahu, ani původ tohoto komponentu, je tedy zcela vyloučeno, že bychom mohli vytvořit „galaktickou dynamiku“. Na tomto kongresu jsem slyšel američanku, která shrnula modely, kde se pokouší popsat vznik galaxií (z chladné temné hmoty, anglicky „cold dark matter“ nebo „CDM“). Všechny tyto modely, samozřejmě, vycházejí pouze z Newtonovy zákona (plus obrovský počítač, který to všechno zpracuje). Zůstávají málo přesvědčivé v tom smyslu, že bez ohledu na zavedené počáteční údaje, „protogalaxie“ vzniklé mají mnohem příliš slabé úhlové hybnosti. Takže jednou z otázek zvednutých těmito „novými teoretiky“ (Newtonův zákon plus velký počítač) byla „kde se bere úhlová hybnost galaxií?“ Jsme na úrovni „nultých teorií“, ať už jde o mapování nebo o pokusy o simulace.
Od roku 1999 astrofyzici jako Yannick Mellier a Fort, následovaní polovinou desítky týmů v různých bodech světa, připravili výsledky šesti let práce, odpovídající rozsáhlému programu. Pokud by v univerzu byla přítomna temná hmota, zejména v galaktických skupinách, způsobila by gravitační čočkové efekty. Extrémně to vytváří téměř kaleidoskopické obrázky, jaké mohl ukázat Hubbleův dalekohled, kde objekty umístěné za galaktickou skupinou se rozpadají na soubor několikanásobných obrázků, vytvářejí případně jeden nebo několik gravitačních oblouků.
Pochopíme tedy, že když jsou předpokládané koncentrace temné hmoty menší, způsobují jednoduché zkreslení obrázků galaxií, přidávají k jejich obrázku další eliptičnost, prostým optickým efektem, který se pak překrývá s jejich skutečnou eliptičností. Mellier, Fort a ti, kteří se jich později připojili, vyvinuli metodu zpracování obrázků, kde počítač detekuje lokální anizotropie obrázků (vycházející z předpokladu, že bez gravitačního čočkového efektu by velké osy eliptických obrázků galaxií měly být náhodně rozloženy). Poté metoda umožňuje rekonstruovat rozložení (3D) předpokládané temné hmoty, která by mohla vytvořit takové obrázky. V roce 1999 Mellier a Fort vyvolali velký rozruch tím, že publikovali barevný obrázek, perspektivní, znázorňující rozložení temné hmoty v určité části vesmíru, odpovídající části oblohy o rozměru několika čtverečních stupňů.
Obrázek byl publikován v časopise Monde a autor článku, novinář Jean-François Augereau, napsal titulek „Temná hmota existuje, protože zakřivuje světelné paprsky“.
Odkaz na tento článek
. Všechno to v té době vypadalo velmi dojímavě, začátek „mapování neviditelného“. Ale o rok později Fort (ředitel Institut d'Astrophysique de Paris, kde je také Yannick Mellier) udělal rozhovor pro časopis Ciel et Espace (číslo z června 2000), ve kterém zmínil několik problémů, které dosud zůstaly nezaznamenané. Metoda vedla našeho dvou vědců k lokalizaci dvou zvlášť důležitých koncentrací temné hmoty (5 × 1014 slunečních hmot, ekvivalentní tisíci galaxií, hmotnost srovnatelná s největšími známými skupinami: skupinou Věhy nebo skupinou Coma). Ale zmatený fakt je, že tyto oblasti oblohy vypadaly zvlášť prázdné:
Takové výsledky byly samozřejmě velmi nepříjemné a na začátku oba autoři je prostě přehlédli, doufali, že se jedná buď o artefakt, nebo o nový typ skupiny vyzařující v určitých frekvencích. Proto byly provedeny nové pozorování v UV nebo infračerveném rozsahu, které nic významného neukázaly. Nakonec Fort a Mellier pojmenovali tyto objekty „tmavé skupiny“ (dark clusters), upřesňujíc, že může jít o „skupiny složené výhradně z exotické hmoty“, zvláštní hmoty, která, i když podléhá gravitační nestabilitě, má schopnost přitahovat pouze hmotu stejného typu. Fort, v rozhovoru z roku 2000, řekl, že měl potíže uvěřit, že takový potenciální dojem by neměl přitáhnout nějaké galaxie, plyn nebo jiné objekty vyzařující elektromagnetické vlny. Níže je reprodukce úryvku z rozhovoru Forta.
Účastník tohoto kongresu v červnu 2001 a přednášející („Twin matter against dark matter“) jsem byl velmi zvědavý, co si Mellier řekne na této akci. Začal tím, že prohlásil, že je plně důvěřivý ve správnost své metody zpracování dat. V této chvíli znovu ukázal na obrazovce 3D mapu, která mu v roce 99 získala celou stránku v Monde, potvrdil identifikaci jeho dvou „tmavých skupin“ a dodal, že od té doby objevil třetí objekt tohoto typu, stejně hmotný. Když jsem se ho ptal na tyto objekty, veřejně mi odpověděl následovně:
- Osobně, tyto tmavé skupiny si nevěřím....
Bylo nemožné zjistit více a přiznávám, že tato odpověď mě zcela zmatla. Buď jeho metoda trpí náhodnostmi, které dosud unikly analýze, je schopna vytvářet artefakty (což odpovídá těmto zmateným objektům), nebo je spolehlivá a existence těchto tří objektů vyvolává velmi znepokojivou otázku, na kterou nelze odpovědět takovou piruetou. Přidejme, že od vypuštění dalekohledu provádějícího pozorování v rentgenovém rozsahu se ukázalo, že skupiny jsou důležitými zdroji s energií kolem 10 keV. Přiřazení tohoto záření vodíku se nachází v teplotě kolem 100 milionů stupňů, což odpovídá rychlosti termálního pohybu 1400 km/s.
Dle Melliera: jeho tmavé skupiny také nevyzařují rentgenové záření.
Vysvětlení tohoto chování lze najít jednoduše přečtením podtitulu tohoto kongresu, který nezanechává žádnou jinou interpretaci než tu temné hmoty. Toto chování není výjimkou ve světě současné astronomie a astrofyziky. Uveďme příklad. Slavný Hubbleův zákon, podle kterého je červený posun úměrný vzdálenosti zdroje, se stala dlouho způsobem dogmatu. Všechny zdroje musí být podřízeny této zákonitosti a ty, které náhodou odmítnou to dělat, budou „vyloučeny“. Je známo, že Halton Arp, pravý zabránění v kruhu, tvrdil, že identifikoval mnoho „neobvyklých červených posunů“. Protože zřejmě nechtěl poslušně přijmout, že tyto „odchylky“ jsou jen chyby pozorování, byl nakonec zakázán pozorování jeho kolegy (těmi, kteří rozdělují „časy pozorování“) a přesunut do New Yorku. Pokud by se měl konat kongres na toto téma, mohl by být jen „výběrem“ s cílem lepšího určení „Hubbleovy konstanty“. Jakýkoli výzkum, který by naznačoval anizotropii červeného posunu, nebo významné změny této známé zákonitosti pro různé skupiny objektů nebo kvaziperiodické fluktuace v určitém směru, by byl považován za neklidnou odchylku, nebo prostě za práci „mimo téma“.
Když jsem se rozhodl představit komunikaci na tomto kongresu, moje kolegyně Evangelina Athanassoula, vědecká pracovnice CNRS, která je také v observatoři v Marseille, přijala tuto novinu s úžasem, považovala mé práce za „mimo téma“. Je to skutečně způsob, jak se na věci dívat, ale považuji to za poměrně nevědecké (stejně jako poznámku Yannicka Melliera o jeho vlastních pracích!). Neměli bychom tedy být překvapeni tím, že práce, které jsem byl přijat k prezentaci na tomto kongresu, nevyvolaly vůbec zájem, nebo kritiku: byly prostě „mimo téma“. V úterý 26. června 2001 jsem měl 40 kopií „dlouhé verze“ mé komunikace (43 stran) a 30 exemplářů zkrácené verze (16 stran) a rozhodl jsem se znovu zkusit, vrátil jsem se do amfiteátru, kde se konal kongres, a rozložil na stoly, před začátkem prvních sezení těchto sedmdesáti dokumentů, s poznámkou, červeným tužkou, na obálce: „vzít mě, přečíst mě“. Všechny zmizely v batohách účastníků. Nikdy jsem žádný nenašel na zemi nebo v košíku na papír. Navzdory této nové snaze o začátek diskuse, žádný z 200 účastníků se se mnou neozval. V následujících dnech mé vystoupení během sezení zcela selhaly. Vezměme to. Jeden účastník právě provedl „výběr“ ohledně obecného problému gravitačního čočkování, předtím, než jeho kolegové (včetně Melliera) představili své nejnovější výsledky. Dialog:
-
Mluvíme stále více o možné existenci komponenty s negativní energií v našem vesmíru, která je odpudivá z hlediska gravitace. Zvažovali jste efekty gravitačního čočkování, které by vznikly přítomností takových koncentrací částic? Měli bychom mít co do činění s „negativním čočkováním“. Já osobně jsem popsal tento druh jevu v článku z roku 1995 v Astrophysics and Space Science.
-
V tom případě by se jednalo o mezeru v homogenní distribuci pozitivní hmoty.
-
Ne, to není to, o čem mluvím. Mělo by jít o zvážení efektů způsobených objekty s negativní energií.
-
Takže mezerami v pozitivní hmotě....
Konec diskuse s tím, že v pozadí byla úplně nezájmová sál. Nakonec jsem řekl účastníkům:
- Jsme v červnu 2001. Analýzy gravitačních čočkových efektů a výsledné mapování vedou k nechápavým objektům: „tmavým skupinám“. Dynamika galaxií „vyžaduje, aby většina jejich hmoty byla ve formě temného halo“, kterou nikdo nezaznamená a nikdo nemůže určit ani složení, ani původ. Všechny pokusy o identifikaci této temné hmoty se v posledních deseti letech ukázaly jako neúspěšné. Podobný jev pro galaktické skupiny, kde poměr nezaznamenané hmoty k viditelné dosahuje sto. Astronomové nám předpovídají existenci černých děr s milionem slunečních hmot v jádru každé galaxie, a nikdo je nezaznamená. Viděli jsme během tohoto kongresu, jak kolegové představovali stále zjemňované obrázky, popisující Very Large Structure (VLS), velkou strukturu vesmíru. Zřejmě se potvrzuje „obraz s propojenými mydlinami“ každým rokem. Ačkoliv jsme viděli, že nejvýkonnější numerické simulace, založené na CDM (Cold Dark Matter nebo chladné temné hmotě), vytvářejí filamentární vesmír, který se zdá nemít nic společného s pozorováním. Níže je nový obrázek, představený během kongresu.
Přesto jste viděli obrázky, které jsme vytvořili už osm let:
a které odpovídají pozorováním:
Jak je možné, že je naprosto nemožné navázat dialog mezi těmito dvěma myšlenkovými proudy?
Úplné ticho.
V téže době (červen 2001) se v Blois konal kongres, na kterém se teoretickí fyzici zabývali povahou nového kosmického komponentu, který byl jedním z nich pojmenován „temná energie“. Podle některých je tato záhadná látka, mající vlastnost odpudivosti hmoty, prostřednictvím síly nazývané „antigravitační“, zastupuje několik procent kosmického obsahu. Proč „antigravitační“? Protože akumulace pozorování prováděných na supernovách s velkým červeným posunem zdá se potvrzovat pozdní zrychlení vesmírné expanze.
Tento objekt dostal několik názevů. Všimněte si, že dnes, kvůli nedokázání prokázat existenci svého objektu studia, ať už experimentální nebo pozorovací, vědci produkují ... velké množství označení. Jedna z navržených jmen je:
Quintessence
Toto slovo je významné. Skutečně „quintessence“ je „pátá esence“, „pátý prvek“. Slovo je půjčené z alchymie, která se založila na popisu hmoty podle čtyř prvků: vody, ohně, vzduchu, země. Takže pátý. Naše teoretická fyzika se zdá být zpět v středověku. Ale to není výjimka. V době, kdy se základy ztrácí, kdy se neví, co je co, vědci se shromažďují za různými vlajkami. Ta astrofyziků se jmenuje „temná hmota“, zatímco teoretickí fyzici se věnují jen „supercordám“. Neměli bychom tedy být překvapeni, že současné vědecké konference vypadají jako shromáždění teologů, shromáždění kolem organizovaných systémů víry.
Text našeho sdělení na mezinárodním kongresu „Kde je hmota?“.
Trochu humoru na chvíli