Izvor: B92, 18.Dec.2011, 01:35 (ažurirano 02.Apr.2020.)
Zašto kosmos postoji?
„Naše sadašnje teorije mogu da se približe početku do takozvanog Plankovog vremena (10-43 ili 10 na minus 43 sekunde). Ako bude razrađena neka koja će omogućiti prodor u ovaj interval, to će nas približiti odgovoru na pitanje – zašto postoji kosmos?
A verovatno će nam dozvoliti i da zavirimo u unutrašnjost „crne rupe”, naglašava prof. dr Milan Dimitrijević, naš astrofizičar. Hoće li kosmos skončati u „velikom smrzavanju” ili >> Pročitaj celu vest na sajtu B92 << u „velikom survavanju”
Zašto kosmos, uopšte, postoji?
Pitanje koje su ljudi odvajkada postavljali i koje je još u domenu religije i filozofije jeste da li je postojanje univerzuma potreba, slučajnost ili svrha. Veliki engleski filozof Karl Poper zaključio je da se nešto može smatrati naučnim ako postoji način da se dokaže da to nije istina, što ovde još nije slučaj. Ako bi iz neke naučno zasnovane teorije proistekla neophodnost postojanja univerzuma ili irelevantnost potrebe za njim, ovaj problem bi dobio potpuno drugačiji značaj.
Naše sadašnje teorije mogu da se približe početku do takozvanog Plankovog vremena (10 na minus 43 sekunde). Ako bude razrađena neka koja će omogućiti prodor u ovaj interval, to će nas približiti odgovoru na pitanje – zašto postoji kosmos? A verovatno će nam dozvoliti i da zavirimo u unutrašnjost „crne rupe”.
Šta se pouzdano zna, a šta je i dalje izvan dosega našeg saznanja?
Ajnštajnova teorija relativnosti omogućila je potpuno novi pristup kosmologiji i univerzum kao celina postao je predmet nauke. Na osnovu Ajnštajnovih jednačina, Aleksandar Fridman je 1922. pokazao da kosmos mora da se širi i da će, zavisno od srednje mase u njemu, to širenje da se nastavi beskonačno ili će on početi da se sažima ka početku. Edvin Habl je 1929, posmatrajući udaljene galaksije, potvrdio da se nalazimo usred velike eksplozije i da se galaksije što su dalje sve brže udaljavaju od nas. Mnogi nisu prihvatali da se univerzum širi. Podsmešljivo govoreći o takvom modelu, veliki astronom Fred Hojl je upitao: Zar je sve ovo postalo kao jedan „Veliki prasak”, što je prihvaćeno kao ime za prapočetak.
Četrdesetih godina prošlog veka DŽordž Gamov je, analizirajući model, zaključio da hemijski sastav univerzuma, u kome se nalazi oko 90 odsto vodonika, ne mogu da obezbede sadašnji termonuklearni procesi u zvezdanim unutrašnjostima i da je to potvrda da su temperatura i gustina vaseljene u doba stvaranja hemijskih elemenata, za vreme takozvane primordijalne nukleosinteze, bili takvi da su brzi i brojni fotoni razbijali teža jezgra brže nego što su se ona stvarala, a kada se taj period završio vodonik je ostao dominantan hemijski element.
Gamov je, takođe, predvideo da vodonik u vasioni koja se hladi, kada temperatura opadne do tačke njegove neutralizacije, treba da pređe iz jonizovanog u neutralno stanje. U tom trenutku menjaju se uslovi prostiranja svetlosti i univerzum koji je bio neprovidan postaje providan. Pošto se to to dešava uz ogromno oslobađanje energije, sinula bi prva svetlost čiji tragovi treba da postoje i danas. On je zaključio da, ako je teorija „Velikog praska” ispravna, iz svih pravaca treba da dolazi pozadinsko zračenje čiju je temperaturu procenio na nekoliko Kelvina. Time je DŽordž Gamov, u poperovskom smislu, dao mogućnost da se dokaže da je teorija lažna, ako takvo zračenje ne postoji. Otkrili su ga Arno Penzijas i Robert Vilson 1965. godine, za šta su dobili Nobelovu nagradu 1974.
Uprkos ogromnom napretku astronomije, postoje misterije univerzuma izvan dometa naučnog saznanja. Osim razloga za njegovo postojanje, za sada neprelaznu granicu predstavlja i takozvani Plankov period od samog početka vremena koje se iskazuje sa do 10^-43 sekunde, u kome nauka tapka u tami.
Opišite nam, u kratkim crtama, kako on izgleda: koliki je, od čega se sastoji, dokle doseže?
Kada govorimo o razmerama, treba naglasiti da je reč o onom opservabilnom. Najveći teleskopi omogućuju astronomima da vide galaksije koje su 10 do 13 milijardi svetlosnih godina udaljene. Ali pošto se za 13,7 milijardi godina svoga postojanja kosmos širio, prečnik opservabilnog dela nije 2 h 13,7 nego oko 46 milijardi godina. Tu granicu astronomi zovu čestični horizont. Iza njega kosmička inflacija je mogla da se dogodi na mnogim mestima stvarajući nama nedostupne nove vaseljene.
Alan Gut i Andrej Linde su 1981. razradili scenario ovakvog mehanizma, koji danas većina kosmologa smatra najverovatnijim. Prema njemu, naš veoma mali i gusti univerzum je 10-35 sekundi posle početka ušao u fazu eksponencijalne inflacije, kada se za sićušni delić sekunde razduvao do razmera neuporedivo većih od opservabilne vaseljene. Tako je ona postala potpuno ravna i, uprkos sve moćnijim instrumentima, nikakav znak njene zakrivljenosti nije do danas primećen.
Mi danas poznajemo samo četiri odsto materije u univerzumu, onu vidljivu, koju čine oko 90 posto vodonika, 10 procenata helijuma i oko jedan postotak ostalih hemijskih elemenata. Ostalo je 73 odsto misteriozne tamne energije i 23 posto tajanstvene tamne materije.
Zar ne zvuči gotovo metafizički da je nastao takoreći ni iz čega (ex nihilo)? Sme li se takvo tumačenje smatrati verodostojnim?
Ono što se nekada smatralo za „ništa”, za potpuno prazan prostor – vakuum, danas ima potpuno drukčije značenje. On ima svoju unutrašnju energiju, koja može da „porodi” česticu i antičesticu, a u doba njegovog detinjstva bila je neuporedivo veća. Osim toga, pojedine kosmološke teorije predviđaju postojanje multiverzuma u kome vaseljene stalno nastaju i nestaju. Na primer, teorija struna pretpostavlja da se tu kreću Dirihleove brane (od membrana) različitih dimenzija u devetodimenzionalnom prostoru, a jedna od njih je i naša trodimenzionalna vaseljena.
Ako se sve brže širi, može li mu se predskazati konačna sudbina? Zbog čega zakoni fizike isključuju ikakvo konačno stanje?
Ukoliko naš univerzum posmatramo kao auto, onda se on širi pod dejstvom dva uzroka. Sila gravitacije predstavlja kočnicu koja pokušava da ga uspori i zaustavi, a tamna energija papučicu za gas što teži da ga ubrza. Kakva će biti njegova konačna sudbina zavisi od, za sada, nepoznate prirode tamne energije. Ako se ona ponaša kao kosmološka konstanta koju je zamislio Ajnštajn – ne menja se s vremenom, sudbina mu je ništavilo. On će se pod njenim uticajem razduvavati dok ne postane ledena i beskonačna praznina. Ovakav scenario astronomi zovu „veliko smrzavanje” ili „toplotna smrt vasione”.
S druge strane, ukoliko se svojstva tamne energije menjaju s vremenom, pa se sa širenjem razređuje i njena moć slabi, na kraju će sila gravitacije odrediti konačni usud vaseljene. Ako ona prevlada, doći će do „velikog survavanja”, neke vrste inverznog „Velikog praska”.
Kakve ga to "nečastive sile" na sve strane rastržu? Hoće li, naposletku, biti rastočen na najsićušnije sastavne deliće?
Do toga bi došlo ako tamna energija, kao unutrašnja energija vakuuma, bude dobijala na moći sa širenjem vaseljene, pošto će ono uvećavati i sam vakuum. Tada bi ona, zaista, postala „nečastiva sila”. Kako bude jačala, počela bi da rastrže galaksije, planete i, na kraju, atome. Za dvadesetak milijardi godina pretvorila bi univerzum u strahovito retku „supu elementarnih čestica”.
Zbog čega pojedini kosmolozi i astrofizičari prizivaju Ajnštajnovu konstantu, iako se on sam nje vrlo brzo odrekao?
U vreme kada je Albert Ajnštajn radio na teoriji relativnosti, smatralo se da je vaseljena beskonačna i ravnomerno ispunjena zvezdama, da je oduvek postojala i da se tokom prošlih i budućih eona nije menjala, niti će se menjati. To je izgledalo zdravorazumski i on je smatrao da njeno širenje ili skupljanje, što proizilazi iz jednačina, predstavlja nedostatak koji treba ukloniti, pa je uveo kosmološku konstantu da je uravnoteži. Kada je Habl otkrio da se galaksije udaljavaju, Ajnštajn je rekao da je to bila njegova najveća zabluda.
Međutim, 1998. su Sol Perlmuter, Brajan Smit i Adam Rajs otkrili da naša vaseljena ne samo što nije počela, pod dejstvom gravitacije, da usporava širenje, nego je od pre pet milijardi godina počela i da ga ubrzava, za šta su 2011. dobili Nobelovu nagradu. Da bi se opisala tamna energija koja ubrzava univerzum, član koji je analogan kosmološkoj konstanti vraćen je u jednačine, ali s drugim smislom. Kod Ajnštajna, ona je igrala ulogu neke vrste energije svojstvene prostoru, koja se sa njegovim širenjem nije razređivala. Bila je konstantna, što joj je i dalo ime. Sada dodati član zavisi od prirode tamne energije: da li se ona sa širenjem univerzuma uvećava, razređuje ili ostaje konstantna.
Za kojim će tajanstvenim česticama naučnici posegnuti da razjasne poreklo mase, ukoliko se - kako se naslućuje - izjalovi potraga za Higsovim bozonom?
Generalno se smatra da je masa osobina koja pripada esencijalnoj prirodi čestica, ali teorija pre sugeriše da je to sekundarno svojstvo koje proizlazi iz njihove interakcije s vakuumom. On nije potpuno prazan nego sadrži Higsovo polje koje im, poput viskozne sredine, usporava kretanje, odnosno prividno im daje masu. Ali ova teorijska pretpostavka traži postojanje jedne nove čestice nosioca ovog polja, Higsovog bozona, koja tek treba da dobije eksperimentalnu potvrdu. To je nedostajući delić fundamentalne teorije materije „Standardni model”. Veliki sudarač će nam svakako ponuditi nešto novo. Ili Higsov bozon ili neke druge nove egzotične čestice, možda nosioce dosada nepoznatih interakcija, odnosno nove fizičke fenomene.
Kako objasniti samo "srce tame" svekolikog kosmosa - neuhvatljivu tamnu materiju i nedokučivu tamnu energiju?
Tamna materija može biti sastavljena od niza nepoznatih čestica, koje možda interreaguju novim silama i predstavljaju čitav novi univerzum isprepletan s našim. Među glavnim kandidatima su hipotetičke teške čestice VIMP, što je skraćenica od engleskog naziva „slabo interreagujuće masivne čestice”. Nevidljive su i nemaju praktično nikakav uticaj na obične čestice. Ima i drugih kandidata – neutralino, stabilna čestica čija je masa više stotina puta veća od protonove ili laka čestica nazvana aksion.
I za tamnu energiju, osim energije vakuuma, postoje i drugi egzotični kandidati. Među njima su čestice u obliku struna, koje predviđa ova teorija.
Iz kojih se pobuda izbegava, čak unapred osuđuje, svaki pokušaj promišljanja zbivanja koja su prethodila "Velikom prasku"?
Osude se odnose samo na nenaučne pristupe. „Veliki prasak” je samo početak faze širenja našeg univerzuma, a ne i nastanak vremena. Kosmolozi danas pokušavaju da zavire u doba pre „Velikog praska” i pokušavaju da osmisle gde bi se mogli naći njegovi tragovi. Poznati matematičari Rodžer Penrouz i Vahe Gurzadjan objavili su 2010. članak u kome tvrde da su u podacima o pozadinskom zračenju sa satelita VMAP pronašli koncentrične krugove koje su interpretirali kao posledicu gravitacionih talasa iz perioda pre „Velikog praska”, nastalih fuzijom gigantskih „crnih rupa”. Rad je podvrgnut kritici i sumnjama, ali je pobudio pažnju. I ako se pokaže da su im zaključci pogrešni, ukazali su put kako se mogu u nepravilnostima pozadinskog zračenja tražiti ožiljci prohujalih eona.
Trka da se „proviri” iza „Velikog praska” je počela. Zato se s nestrpljenjem čekaju i razmatraju podaci sa evropskog satelita Plank, lansiranog 2009. i novih kosmičkih misija, čiji su dobijeni podaci sve veće preciznosti i, možda, mogu da omoguće pogled iza „Velikog praska”.
Poneko se, s vremena na vreme, osmeli da učenje Alberta Ajnštajna dovede pod sumnju. Verujete li da je moguća brzina kretanja veća od brzine svetlosti?
Dario Autijero sa saradnicima uhvatio je in flagranti 23. septembra 2011. neutrin koja se kreću brže od dozvoljene svetlosne brzine, što je eksces nemoguć prema sve preciznije proveravanoj Ajnštajnovoj teoriji relativnosti. Najverovatnije je da će se pre ili kasnije ustanoviti da je u pitanju neka greška. Pogotovo što je jedan od otaca neutrinske astronomije, Košiba, uhvatio neutrin istovremeno s fotonima koji su objavili pojavu supernove 1987A, što znači da su se kretali brzinom koju je dozvolio Ajnštajn. Šta ako je rezultat tačan?
Neutrini koja su prekoračili brzinu imaju mnogo veću energiju. To može da bude prozor ka novom prodoru u fizici visokih energija, korak bliže jedinstvenoj teoriji svega. Oni koji se bave strunama smatraju da ovaj rezultat, ako je tačan, može da bude dokaz postojanja više dimenzija. Naime, pretpostavljaju da postoji i četvrti tip neutrina koji može da prođe u neku drugu dimenziju i stigne prečicom, što bi nama izgledalo kao da je prekoračio svetlosnu brzinu.
Dario Autijero je predložio kako da astronomi potvrde ili opovrgnu ovaj rezultat. Eksplozije s najviše energije u univerzumu jesu gama bleskovi, kojima se u našoj grupi za astrofizičku spektroskopiju bave Luka Č. Popović i Saša Simić. Ta energija je mnogo veća nego kod neutrina-prekršitelja i ako bi se kretali brzinom makar malo većom od svetlosne, iz udaljenih galaksija bi stizali hiljadama godina pre gama bleska. Ako se detektuju istovremeno, u Autijerovom eksperimentu postoji ozbiljan problem.
Dakle, za naučnike brzina veća od svetlosne nije pitanje verovanja, nego eksperimenta, teorijskog razmatranja i modeliranja. Setite se tahiona, hipotetičkih čestica bržih od svetlosti.
S kakvom slikom stvarnosti će se čovek suočiti kada se bude zavirilo u preostale dimenzije?
Druge dimenzije predviđa teorija struna, prema kojoj postoje devet prostornih i jedna vremenska dimenzija, a da bi se uklonili određeni problemi dodata je i jedanaesta. Prema ovoj teoriji, subatomske čestice kao što su elektroni i protoni jesu otvorene strune pa ne mogu da napuste našu vaseljenu. Samo neke hipotetičke čestice to mogu. Na primer graviton, nosilac ili posrednik sile gravitacije. Za instrumente koje koristimo, napravljene od čestica koje su vezane za naše tri dimenzije, druge su nevidljive. Za sada možemo samo da maštamo da li će ih jednoga dana instrumenti dosegnuti pomoću gravitona ili nekih drugih egzotičnih čestica i omogućiti nam jednu potpuno novu sliku stvarnosti.
Da li je kosmos započeo s četiri ili s više dimenzija?
Svakako to zavisi od teorije, šta uzimamo za početak i da li mislimo na multiverzum, opservabilni univerzum ili našu branu u teoriji struna. Dodatni problem jeste to što nam teorije dosežu samo do Plankovog vremena, a koliko je dimenzija bilo u njemu izvan je naših mogućnosti.
Zanimljivo je da postoje pretpostavke da su u samom početku bile samo dve prostorne dimenzije. Ali najlepše je što su dva naučnika predložila metod kako da se to testira i da je jedan od njih Dejan Stojković, sa Univerziteta u Bafalu, a drugi Jonas Murejka iz Los Anđelesa. Oni su pokazali da bi se, ako su u najranijem početku bile samo dve prostorne dimenzije, pojavili primordijalni gravitacioni talasi koji bi zatim nestali, ali bi ostavili tragove. Da li je u najranijem detinjstvu vaseljena imala tri, četiri ili jedanaest dimenzija, kako kaže teorija struna, za sada je otvoreno pitanje.
Koliko daleko se misaonim putem stiže u kosmičku budućnost?
Najbolje mogućnosti za misaono putešestvije u što dalju kosmičku budućnost pruža model u kome se vaseljena beskonačno širi. Fred Adams, koji među precima ima i Srba, i Gregori Laflin, razradili su 1997. godine budućnost ovakvog univerzuma do fantastičnih 10100 godina i to opisali u svojoj knjizi. L. Kraus i R. Šerer su 2007. i 2008. otišli dalje: predočili su šta će se zbivati u vaseljeni, zavisno od toga da li će se protoni raspasti ili ostati stabilni. U prvom slučaju išli su do 10793 godina kada će se raspasti poslednji pozitronijumi i ostati samo strahovito retki fotoni. Ako su protoni stabilni, evolucija univerzuma do, kako pišu „kraja kosmologije i povratka statičkog univerzuma”, trajaće do 1056 godina. Tada će praznim kosmosom lutati samo poneka čestica gvozdene prašine, neuništivi ostatak sveta koji smo poznavali.
Postoji li i najmanja nada za opstanak života u konačnoj sveobuhvatnoj pustoši kosmičkog "mračnog doba"?
Nade se nikada ne treba odreći. Pustoš „mračnog doba” daje šanse kojih nema u scenariju „velikog survavanja” ili „velikog rastrzanja”. Pogledajte koliko je čovečanstvo napredovalo za vreme zanemarljivo u kosmičkim razmerama. Pred razumom su eoni da se pripremi za takve uslove. Ukoliko uspe da u bezgraničnoj pustoši stvori sebi neki mali raj, opasnosti za iznenadno uništenje, kao što su gama bleskovi ili eksplozija bliske supernove, nestaće.
Zašto kosmos ima, upravo, takve odlike koje su dovele do pojave života?
Politikin dodatak NIT
Zaista, mnoge konstante u našem univerzumu naizgled su tako podešene da nas, ako bi se samo malo razlikovale, ne bi bilo. Još DŽordž Gamov je pokazao da, ako bi brzina svetlosti bila veća, zvezde bi brže trošile svoju energiju i kraće trajale. Uzmemo li u obzir da je našem Suncu trebalo gotovo pet milijardi godina da se u njegovom sistemu razvije razum, jasno je da kod zvezda znatno kraćeg života nas ne bi bilo. Ukoliko bi, pak, brzina svetlosti bila manja, svi procesi u njima tekli bi sporije, pa ne bi eksplodirale kao nove i supernove i tako rasejavale po kosmosu životvorne hemijske elemente nastale u termonuklearnim reakcijama u njihovim nedrima, kao što su kalcijum, fosfor i ugljenik u našim telima – i nas, takođe, ne bi bilo.
I druge osnovne fizičke konstante i relativne jačine četiri osnovne sile tako su fino podešene da bi i sasvim male promene imale veliki uticaj na strukturu i hemiju univerzuma i mogućnosti našeg nastanka i opstanka. Neki se pitaju da li je to slučajno. Smatraju da je sve udešeno da bismo mi nastali, i to nazivaju antropički princip.
Ali mi postojimo zato što je univerzum takav kakav jeste, inače bi tu bili ili neki drugi ili bi on bio bez života. Ako želimo da izbegnemo zaključke kao što su da je Bog stvorio univerzum radi nas ili da je realizovana neverovatno mala verovatnoća, razumno je pretpostaviti da su kockice bacane više puta.
Da li je naš kosmos samo malo ostrvo u gigantskom multiverzumu, beskonačno prostranom i raznovrsnom?
Pitanje o mnogim svetovima, postavljano još od Anaksimandera, danas se postavlja na novi, naučni način i u kopernikanskom stilu relativizuje naš položaj i ulogu u multiverzumu, svodeći celu našu vaseljenu na beznačajni mehurić u beskrajnoj kosmičkoj peni, u kojem se, za razliku od drugih, pojavila upravo ona od bezbroj kombinacija uslova koja je omogućila naš postanak.
Hoće li jednog dana dovoljno napredna civilizacija biti u stanju da napravi novi kosmos?
Legenda sovjetske astronomije Nikolaj Kardašov, sada direktor Instituta za radio-astronomiju u Podmoskovlju, u svom čuvenom radu iznetom na naučnom kongresu o vanzemaljskim civilizacijama, podelio ih je na tri tipa. Tip 1 kontroliše energiju planete, tip 2 eksploatiše energiju svoga sunca, istražio je planetarni sistem i osniva kolonije na planetama oko susednih zvezda. Tip 3 kontroliše čitavu galaksiju i upravlja prostornovremenskim kontinuumom. Hoće li biti potrebe da se uvede i civilizacija tipa 4, koja kontroliše univerzum i u stanju je da napravi novi, za sada je stvar naučne fantastike.
Izvor: Politika.
