Mozda je ipak bilo drugacije
Ovakva hipoteza o nastanku Univerzuma, gde je on u početku bio vreo a zatim se postepeno hladio, u saglasnosti je sa svim posmatračkim nalazima kojima danas raspolažemo. Ali, ipak, ostaju još neka pitanja bez odgovora:
- Zašto je rani Univerzum bio tako topao?
- Zašto je Univerzum u makrokosmičkim razmerama tako homogen? Zašto izgleda isti u svim tačkama prostora i u svim pravcima? A posebno zašto je temperatura mikrotalasnog pozadinskog zračenja bezmalo ista ma u kom pravcu pogledali? Situacija pomalo nalikuje onoj kada većem broju studenata na ispitu postavite isto pitanje. Ako svi oni daju potpuno isti odgovor, možete prilično biti sigurni da su bili u vezi. No, u prethodno opisanom modelu od Velikog Praska nije proteklo dovoljno vremena da svetlost prevali rastojanje od jednog udaljenog područja do drugog, čak i ako su ta područja bila međusobno blizu u ranom Univerzumu. Prema teoriji relativnosti, ako svetlost ne može da stigne od jednog područja do drugog, onda za to nije kadra ni bilo koja druga informacija. Prema tome, nije bilo načina na koji su različita područja ranog Univerzuma mogla steći istu temperaturu, osim ako iz nekog zasad neobjašnjenog razloga to nije bio slučaj od samog početka.
- Zašto je Univerzum od početka imao gotovo kritičnu stopu širenja, što razdvaja modele u kojima dolazi do kolabriranja od onih kod kojih se širenje nastavlja u beskonačnost, tako da se i sada, deset milijardi godina kasnije, on još širi tom istom stopom? Da je stopa širenja jednu sekundu posle Velikog Praska bila manja makar i za jedan sto hiljada milioniti deo, Univerzum bi kolabrirao pre no što bi uopšte dostigao sadašnje razmere.
- Uprkos činjenici da je Univerzum tako jednoobrazan i homogen u makrokosmičkim razmerama, ona sadrži lokalne nepravilnosti, kao što su zvezde i galaksije. Za njih se smatra da su nastale iz malih razlika u gustini pojedinih područja ranog Univerzuma. Odakle vuku koren ove nepravilnosti gustine?
Ako probamo da uz pomoć Opšte teorije relativnosti odgovorimo na ova pitanja nailazimo na veliki problem, zato što iz nje dobijamo da je Univerzum počeo beskrajno gust u singularnosti Velikog Praska. U toj singularnosti više ne važe zakoni fizike, pa čak ni sama Opšta teorija relativnosti, dakle, ne može se predvideti šta će se roditi iz singularnosti. Ovo je jedan od razloga zašto pitanje šta je bilo pre nema smisla, pa prema tome iz teorije može da se isključi sam Veliki Prasak i svi događaji pre njega. U ovom slučaju prosto-vreme bi imalo granicu – početak, u trenutku Velikog Praska.
Do danas nauci je poznat niz zakona koji, u okviru granica načela neodređenosti, govore o tome kako će se Univerzum razvijati sa vremenom ukoliko znamo njeno stanje u jednom trenutku. Ali, kako je odabrano početno stanje Univerzuma? Kakvi su bili granični uslovi na samom početku?
Jedan mogući odgovor jeste tvrdnja da je Bog odabrao početnu konfiguraciju Univerzuma iz razloga koje mi nikako ne možemo razumeti. Ovako nešto svakako bi bilo u okviru mogućnosti jednog svemoćnog bića, ali ako je ono stvorilo Univerzum na jedan tako neshvatljiv način, zašto je onda pustilo da se on razvija saglasno zakonima koje smo u stanju da shvatimo? Cela istorija nauke predstavljala je postepeno uviđanje činjenice da se zbivanja ne događaju na proizvoljan način (kako je Ajnštajn rekao: "Bog se ne igra kockicama"), već da odražavaju izvestan red koji počiva u njihovoj osnovi, iza koga možda stoji, a možda i ne stoji božanski upliv. Sasvim je, onda, prirodno pretpostaviti da ovaj red važi ne samo za zakone, nego i za uslove na granici prostor-vremena koji određuje početno stanje Univerzuma. Moguće je zamisliti veliki broj modela Univerzuma sa različitim početnim stanjima, koji se svi pokoravaju zakonima nauke, ali mora postojati neko načelo koje će odrediti pravo početno stanje, pa stoga i model koji će predstavljati naš Univerzum.
Jedna takva mogućnost jeste ono što se naziva haotični granični uslovi. Iz njih proishodi ili da je Univerzum prostorno beskrajan ili da ima beskrajno mnogo Univerzuma. U okviru haotičnih graničnih uslova verovatnoća da se pronađe neko posebno područje prostora u nekoj datoj konfiguraciji neposredno po Velikom Prasku istovetna je, u izvesnom smislu, verovatnoći da se ono pronađe u bilo kojoj drugoj konfiguraciji: početno stanje Univerzuma odabrano je sasvim nasumično. Ovo bi značilo da je rani Univerzum po svoj prilici bio veoma haotičan i nepravilan, zato što postoji znatno više haotičnih i nesređenih konfiguracija Univerzuma nego što ima onih pravilnih i sređenih. Teško je, međutim, shvatiti kako je iz ovako haotičnih početnih uslova mogao nastati jedan Univerzum koji je u makrokosmičkim razmerama tako ravnomeran i pravilan kao što je to naš danas.
Ukoliko je Univerzum stvarno prostorno beskonačan, ili ako ima beskonačno mnogo Univerzuma, onda bi po svoj prilici negde postojala velika područja koja su u početku bila ravnomerna i homogena. Da li je moguće da mi živimo u jednom području koje je sasvim slučajno ravnomerno i jednoobrazno? Na prvi pogled, ovo deluje krajnje neverovatno, zato što bi broj haotičnih i nepravilnih područja znatno nadmašio ovakve ravnomerne oblasti. Pretpostavimo, međutim, da jedino u ravnomernim područjima dolazi do nastajanja galaksija i zvezda, kao i da se jedino tu javljaju pravi uslovi za razvoj tako složenih samoreplicirajućih organizama kao što smo to mi koji smo kadri da sebi postavimo sledeće pitanje: "Zašto je Univerzum tako ravnomeran?" Ovo je primer primene onoga što je poznato kao antropičko načelo, koje se može parafrazirati kao: "Univerzum vidimo onakav kakva jeste zato što postojimo.". Ili još bolje rečeno: "Zašto je Univerzum onakav kakvog ga mi vidimo?"; odgovor na ovo pitanje je vrlo jednostavan: "Da je drugačiji, mi jednostavno ne bismo postojali!"
Fizičar Alen Gat je, u nastojanju da pronađe model Univerzuma u kome iz različitih početnih uslova može da nastane nešto slično današnjem Univerzumu, došao na ideju tzv. Inflatornog modela Univerzuma. Prema ovom modelu Univerzum je u svom ranom razdoblju prošao kroz razdoblje veoma brzog, inflatornog, širenja. Prema Gatu prečnik Univerzuma se uvećavao 1030 puta u jednom malom delu sekunde!
Po pitanju samog početka Univerzuma, Inflatorni model ne odstupa od Standardnog. I ovde je Univerzum počeo Velikim Praskom u veoma toplom i prilično haotičnom stanju. Zbog visoke temperature čestice su imale ogromne energije i brzine. Pri ovakvim uslovima slaba i jaka nuklearna sila, kao i elektromagnetna sila objedinjene su u jednu jedinstvenu silu. Kasnije, kako se Univerzum širio temperatura je opadala, a samim tim i energija i brzina čestica. Konačno, usledio bi takozvani fazni prelaz i narušavanje simetrije – jaka sila postala bi različita od slabe i elektromagnetne (Poznat primer faznog prelaza je smrzavanje vode. Tečna voda je simetrična, ista u svakoj tački i u svim pravcima, ali kad dođe do nastanka kristala leda ova simetrija se narušava.)
U slučaju vode moguće je pravilnim postupkom izvesti superhlađenje, tj. smanjenje temperature ispod tačke mržnjenja, 0O C, bez obrazovanja leda. Prema Gatovom mišljenju Univerzum je mogao da se ponaša na isti način: temperatura je mogla pasti ispod kritične granice, ali pri tom ne bi došlo do narušavanja simetrije između sila. Ako se ovo dogodilo, Univerzum bi se nalazio u nestabilnom stanju sa više energije nego što bi imao onda kada bi simetrija bila narušena. Može se pokazati da ovaj poseban višak energije ima antigravitaciono dejstvo: on bi se ponašao upravo kao kosmološka konstanta koju je Ajnštajn uveo u Opštu relativnost kada je pokušavao da sazda statični model Univerzuma. Budući da bi se Univerzum već nalazio u stanju širenja, baš kao i u modelu toplog Velikog Praska, odbojno dejstvo ove kosmološke konstante dovelo bi do toga da se Univerzum širi sve bržom stopom. Čak i u područjima u kojima bi čestica materije bilo iznad proseka, gravitaciono privlačenje materije bilo bi nadjačano odbojnim dejstvom gravitacione konstante. Prema tome, ova područja takođe bi se širila na ubrzani, inflatorni način. Kako bi se ovo širenje nastavljalo, a čestice materije se razmicale, na kraju bi preostao jedino Univerzum koja se širi i koji je gotovo sasvim lišen čestica, premda se još nalazi u superohlađenom stanju. Sve nepravilnosti u tom Univerzumu bile bi otklonjene širenjem, baš kao što se nabori na balonu otklanjaju kada ga naduvate. Sadašnje ravnomerno i jednoobrazno stanje Univerzuma moglo je, dakle, nastati iz mnoštva različitih nejednoobraznih početnih stanja.
U takvom Univerzumu, u kom kosmološka konstanta ubrzava širenje, umesto da ga usporava gravitaciono privlačenje materije, bilo bi dovoljno vremena da svetlost prevali put od jednog do drugog područja u ranom Univerzumu. Ovo bi moglo da predstavlja rešenje ranije pomenutog problema istovetnosti osobina različitih područja ranog Univerzuma. Štaviše, stopa širenja Univerzuma automatski bi postala veoma bliska kritičnoj stopi određenoj gustinom energije Univerzuma. A ovo bi, dalje, moglo da bude objašnjenje zašto je stopa širenja i dalje tako blizu kritične vrednosti, bez obaveze da se pretpostavi da je početna stopa širenja Univerzuma bila veoma precizno odabrana.
Zamisao o inflaciji takođe može da objasni zašto u Univerzumu ima toliko materije. U području Univerzuma koje je dostupno našim posmatranjima postoji približno 1085 čestica. Odakle sve one potiču? Odgovor glasi da, prema kvantnoj teoriji, čestice mogu biti stvorene iz energije u obliku parova čestica-antičestica. Ali time se otvara pitanje odakle potiče energija. Odgovor glasi da je ukupna energija u Univerzumu jednaka nuli. Materija u Univerzumu sagrađena je od pozitivne energije. Međutim, materija samu sebe privlači silom teže. Dva "parčeta" materije koja se nalaze blizu jedan drugome imaju manje energije nego onda kada su udaljeniji, zato što treba da utrošite energiju da biste ih razdvojili, dejstvujući protiv gravitacione sile koja ih privlači jedan drugome. Prema tome, u izvesnom smislu, gravitaciono polje ima negativnu energiju. U slučaju Univerzuma koji je približno jednoobrazan u prostoru može se pokazati da se ova negativna gravitaciona energija tačno poništava sa pozitivnom energijom koju predstavlja materija. Ukupna energija u Univerzumu jednaka je, dakle, nuli. A dva puta nula takođe je nula. Prema tome, Univerzum može da udvostruči količinu pozitivne energije materije i da udvostruči negativnu gravitacionu energiju bez narušavanja zakona o održanju energije. Ovo se ne događa kod normalnog širenja Univerzuma, gde se gustina energije materije smanjuje kako se Univerzum povećava. Zbiva se, međutim, kod inflatornog širenja, zato što gustina energije superohlađenog stanja ostaje stalna dok se Univerzum širi: kada se veličina Univerzuma udvostruči, pozitivna energija materije i negativna gravitaciona energija takođe se udvostručuju, tako da ukupna energija ostaje ravna nuli. Tokom inflatorne faze, veličina Univerzuma veoma se povećava. Prema tome, ukupna količina raspoložive energije za stvaranje čestica postaje izuzetno velika.
Univerzum se danas više ne širi na inflatoran način. Prema tome, mora postojati neki mehanizam koji odstranjuje veoma veliku efektivnu kosmološku konstantu, te tako menja stopu širenja, čija se brzina više ne povećava, nego se smanjuje pod dejstvom gravitacije, upravo kao što je to sada slučaj. Kod inflatornog širenja može se očekivati da će simetrija između sila konačno biti narušena, baš kao što se superohlađena voda na kraju ipak uvek smrzne. Višak energije iz stanja nenarušene simetrije tada se oslobađa i zagreva Univerzum do temperature tik ispod kritične vrednosti za simetriju između sila. Univerzum bi potom nastavio da se širi i hladi, baš kao u modelu toplog Velikog Praska, ali sada postoji objašnjenje zašto se širi upravo kritičnom stopom i zašto njegova različita područja imaju istu temperaturu.
Ovakav Inflatorni model bio je samo početak drugačijeg tumačenja razvoja Univerzuma. U njemu je takođe bilo dosta nejasnih i nerazumljivih stvari. Gatov Inflatorni model je kasnije je dopunio Stiven Hoking, čovek koga smatraju za najvećeg teorijskog fizičara posle Alberta Ajnštajna. U uvodu jedne knjige Karl Sagan za Hokinga kaže:
U proleće 1974, oko dve godine pre no što se kosmička sonda "Viking" spustila na Mars, prisustvovao sam jednom skupu u Engleskoj, pod okriljem Kraljevskog društva iz Londona, na kome su se razmatrala pitanja traganja za vanzemaljskim životom. Za vreme pauze zapazio sam da se u susednoj dvorani održavao jedan znatno veći skup, kome sam se iz radoznalosti pridružio. Uskoro sam shvatio da prisustvujem jednom drevnom obredu, primanju novih članova u Kraljevsko društvo, koje predstavlja jednu od najstarijih naučnih organizacija na planeti. U prvom redu, jedan mladić u invalidskim kolicima sasvim lagano je upisivao svoje ime u knjigu na čijoj se prvoj strani nalazio potpis Isaka Njutna. Kada je konačno završio, sa svih strana razlegao se gromki pljesak. Stiven Hoking je već tada predstavljao legendu.Hoking je sada profesor matematike na Lukasovoj katedri Kembridžskog univerziteta. Oglašava se sa istog mesta odakle su to nekada činili Njutn, a kasnije i P. A. M. Dirak, dvojica slavnih istraživača veoma velikog i veoma malog. On je svakako njihov dostojan nastavljač…
Ovaj dopunjeni model pretenduje da zameni Standardi model ali on je još uvek u razvoju a do tada treba ga ostaviti teorijskim, nuklearnim fizičarima i kosmolozima da se njime bave…
Zamisao o tome da prostor i vreme mogu obrazovati zatvorenu površinu bez granica takođe ima duboke implikacije po ulogu Boga u stvarima Univerzuma. Sa uspehom naučnih teorija u opisivanju događaja mnogi ljudi su poverovali u to da Bog dopušta da se Univerzum razvija saglasno nekom skupu zakona i da ne utiče na nju kako bi osujetio ove zakone. Međutim, ti zakoni nam ništa ne govore o tome kako je Univerzum trebalo da izgleda u početku; prema tome, od Boga bi i dalje zavisilo navijanje časovnika i njegovo puštanje u rad. Sve dok Univerzum, dakle, ima početak, mogli bismo pretpostaviti da ima i nekog tvorca. Ali ako je ona uistinu potpuno samosvojna, bez granica ili rubova, onda ne bi imala ni početak ni kraj, već bi naprosto bila. A zar tu ima mesta za Tvorca? – Stiven Hoking, Kratka povest vremena
Related Posts
Poslednji komentari: