Autor teksta: Dr. Milan.M Ćirković

KO SE BOJI VELIKOG PRASKA

Hablovo ultraduboko polje - presek čitave istorije svemira od Velikog praska do danas

Evo odslušah BBC vesti, pa se prisetih verovatno najslavnije sintagme koja je skovana upravo na tom radiju: Velikog praska. To je negde u proleće 1950. godine - u verovatno prvoj naučnoj emisiji na bilo kom elektronskom mediju u istoriji - učinio ser Fred Hojl, veliki astrofizičar, kosmolog i polihistor, koji je, ironično, to prvobitno smislio da se podrugne svojim protivnicima - rečenica je bila nešto kao "Ti ljudi stvarno veruju da je sve što postoji otpočelo u nekakvom velikom prasku!" U međuvremenu se pežorativni prizvuk izgubio, te se danas Standardni kosmološki model sasvim opušteno naziva modelom Velikog praska (uz pocasno veliko slovo). Međutim, to nije samo po sebi pomoglo da se otklone pojedina pitanja i nedoumice koje se gotovo neizbežno ponavljaju kad je ovaj termin u pitanju. Mnoge zablude, greške i predrasude su, nažalost, našle put do novinskih vesti, popularnih članaka, knjiga, a ponekad i udžbenika, koji bi svakako trebalo da svoj posao bolje obavljaju. Obično je izvor tome ono što je Ajnštajn lepo rekao: "Sve treba da bude najjednostavnije moguće - ali nikako više od toga." Hajde da onda ovde bar pomalo doprinesemo razjašnjenju istih, tim pre što je u komentarima bila izražena želja za nekim kosmološkim tekstom!

Jednu stvar valja odmah naglasiti. Standardni kosmološki model Velikog praska predstavlja bez ikakve sumnje jedan od najvećih trijumfa ljudske misli. Broj posmatračkih testova koje je ovaj model prošao, naročito nakon otkrića kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja 1965. godine je tako veliki, da je to jedan od najčvršćih delova ukupnog korpusa našeg znanja o prirodi. Ne samo to, već ne postoji nijedna jedina rivalska teorija koja do sad nije višestruko oborena u sudaru sa posmatranjima i eksperimentom.

Penzias, Vilson i njihova antena - otkrivači kosmičke mikrotalasne pozadine (1965)

Već sama činjenica da su zakoni fizike tako uspešno primenjeni na jedinstveni fizički sistem kakav je svemir kao celina ne može da nas ne ispuni strahopoštovanjem. (Ovo, naravno, ne znači da se u kosmologiji nema više šta raditi; konkretno obilje rezultata koji se bukvalno svakog dana objavljuju širom sveta to na najbolji način demantuju.) Međutim, druga strana medalje leži u tome što nam ovo postignuće govori kako je svemir na velikoj skali (a posebno rani svemir) zapravo srazmerno jednostavan sistem, čije je poreklo i evoluciju daleko lakše pojmiti i razumeti nego poreklo i evoluciju drugih, složenijih sistema (recimo onih iz domena bioloških nauka). Utoliko pre, u svetlu ove čudesne jednostavnosti, treba da uložimo značajan napor da bismo razjasnili i najnejasnije aspekte standardne kosmološke teorije, te se oslobodili svih predrasuda koje se mogu pojaviti usled nekritičkog prihvatanja bilo zdravorazumskog načina razmišljanja ili autoriteta bilo koje vrste.
Stoga ću u nastavku da probam da analiziram i demantujem neke od najčešćih zabluda i predrasuda u popularnom razumevanju savremene kosmologije. Spisak je daleko od toga da bude potpun. Neka se svi osete pozvanim da kroz komentare daju materijal za dalju diskusiju povodom ovih i mnogih drugih sličnih zabluda i grešaka.

ZABLUDA 1:
Ako se svemir širi, to znači da postoji nešto van njega (jer se mora širiti "u nešto").

Milioni galaksija katalogizovani u okviru SDSS kataloga

Ovo je verovatno najtipičniji primer u kome se kosmologija sukobljava sa ljudskom intuicijom iz svakodnevnog života. U ovakvim slučajevima, kako nas uči istorija fizike, intuicija je slab vodič za razumevanje fizičke stvarnosti. "Objekti u kretanju se skraćuju!" "Vreme se usporava u sistemima u kretanju!" - ima li šokantnijih posledica Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti čiju stogodišnjicu ovih dana slavimo? Slično je i sa zakrivljenim prostorom opšte relativnosti na kome se zasniva naša vizija svemira i njegove dinamike.
Istina je da, bez obzira kakva bila topologija svemira (tj. da li je on otvoren, ravan ili zatvoren), svemir jednostavno nema nikakve spoljašnosti. Pri tom nije uopšte važno da li je on prostorno konačan ili beskonačan. Pedagoška praksa pokazuje da je ljudima (ili bar studentima!) lakše da pojme širenje beskonačnog prostora nego širenje konačnog, iako ne postoji ništa van njega. Ali i konačni prostor se ne širi ni u šta, sasvim analogno činjenici da sferna površ iako konačna nema nikakvih granica. Ovo je možda teško zamisliti, ali to je nedostatak ljudske mašte i intuicije, a ne kosmološke teorije (ponajmanje prirode same!). Na sličan način kao što bi dvodimenzionalna bića koja žive na sferi imala teškoća da zamisle promenu njihovog prostora usred promena dimenzije sfere (recimo naduvavanja balona), i mi kao trodimenzionalna bića teško možemo sebi dočarati ekspanziju prostora bez ikakve granice ili "spoljašnje" oblasti. Jednostavno, širenje znači da se razmak (ili količina prostora, ako želimo) između svake dve tačke povećava sa vremenom. To je sve - tu nema potrebe komplikovati stvar, uvoditi rubove, granice, itd.
Ovo ne znači, naravno, da šira realnost, čiji bi jedan majušni deo predstavljao naš svemir ne može postojati ili da se savremena kosmologija tome protivi. Naprotiv, u savremenoj kosmologiji se sve češće čuju diskusije o multiverzumu, pretpostavljenoj široj celini koja obuhvata mnoštvo (možda čak i beskonačno mnoštvo) kosmoloških domena kakav je naš, odnosno univerzuma. Međutim, motivacija za ovo je sasvim drugačija i nema nikakve veze sa širenjem svemira. Ono što savremena kosmologija snažno demantuje jeste da širenje svemira zahteva takvu veću celinu ili implicira da nužno postoji bilo šta van svemira.

ZABLUDA 2:
Ako se Veliki prasak odigrao pre konačnog vremena, to znači da je postojalo nešto pre nastanka svemira.

Ovo je jedna od najstarijih grešaka u istoriji kosmologije - u gotovo savremenom obliku i problem i rešenje potiču od svetog Aurelija Avgustina, hrišćanskog biskupa Hipona u severnoj Africi (današnji Tunis), i jednog od najvećih filozofa ranohrišćanske epohe (III vek n. e.). Sv. Avgustin, koji je relativno kasno u životu prešao u hrišćanstvo, priča u svojim "Ispovestima" kako su ga njegovi prijatelji, paganski filozofi koji su tradicionalno verovali u večno postojanje svemira, često mučili sledećim problemom. Ako je zaista, govorili su oni, taj vaš Gospod Bog stvorio svet kao što je opisano u biblijskoj knjizi Postanja, šta je radio pre nego što je stvorio svet? I kako se manifestovalo njegovo sveznanje i svemoć u (beskonačnom!) vremenu pre nego što je stvorio svet? Avgustin je, nakon dugačkog razmišljanja, napokon došao do odgovora na ovaj problem, što je, slučajno ili ne, suštinski isto što nam govori i savremena kosmologija. Naime, pojmovi "pre" i "posle" podrazumevaju postojanje vremena; sa druge strane, argumentovao je Avgustin, pozivajući se na sličnu ideju iz Platonovog "Timaja", postojanje vremena podrazumeva postojanje materijalnog sveta. Ukoliko nema materijalnog sveta, nema ni vremena. Nastanak sveta jeste u isti mah i nastanak vremena. O vremenu, pa dakle i o tome da je nešto pre nečeg drugog, može se smisleno govoriti samo u materijalnom svetu. Pre nastanka materijalnog sveta pitanja o "pre" ili "kasnije" su jednostavno lišena smisla.

Shematska istorija svemira

O ovome se može razmišljati i kao o vidu konvencije. Pitati šta se dešavalo pre Velikog praska (u savremenoj verziji Avgustinovog problema) je podjednako besmisleno kao i pitati šta se nalazi na 95. stepenu severne geografske širine. To može biti gramatički ispravno pitanje, ali je lišeno smisla, jer kao što je geografska širina definisana tako da ima najviše 90 stepeni, tako je i vreme definisano tako da se o njemu i temporalnim odnosima pre/kasnije može govoriti samo nakon početka materijalnog sveta (i pre eventualnog njegovog kraja).
Zašto je ovo tako teško intuitivno prihvatiti? Problem je pre svega u tome da naše mišljenje intuitivno i nekritički prihvata klasične Njutnove ideje o apsolutnom prostoru i vremenu koji ne zavisi ni od čega u svetu, već su uvek jednaki, nepromenljivi i postojani. Kad se jednom u potpunosti emancipujemo od slike koju nam nudi klasična fizika, onda se i besmisao pitanja o događajima pre Velikog praska daleko lakše prihvata. U suštini, to nije nimalo čudnije niti manje intuitivno od drugih primera relativnosti vremena, recimo usporavanju starenja blizanca koji putuje relativističkom raketom u odnosu na onoga ko je ostao na Zemlji.
Napomenuću da je ovo vremenski analog zablude 1, čije razrešenje, kao što smo videli, zavisi od oslobadjanja od predrasude o apsolutnom prostoru.

ZABLUDA 3:
Ako je svemir počeo da se širi pre konačnog vremena, to znači da je prostorno konačan, jer se ništa ne može kretati brže od svetlosti.

Ova zabluda vezana je za pogrešnu mentalnu sliku koju nam metafora Velikog praska sugeriše: eksplozija u prostoru, poput eksplozije granate gde se fragmenti konačnom brzinom udaljuju od geometrijskog sedišta eksplozije. Veliki prasak i singularnost iz koje je naš svemir izašao nisu ni izdaleka tako izgledali. Setimo se da su u Velikom prasku pored materije nastali i prostor i vreme. Stoga se on nikako ne može opisivati kao eksplozija u prostoru, već u najboljem (i nužno ograničenom metaforičnom smislu), kao eksplozija samog prostora. Ovo širenje prostora nije brzina ni u kakvom klasičnom značenju reči, ono ne prenosi nikakvo dejstvo ili informaciju kroz prostor (kao što ćemo videti dole, materijalni sadržaji u takvom širećem svemiru uglavnom miruju ili imaju veoma male brzine!), i nije ničim ograničeno, pa ni brzinom svetlosti.

Lemetr (u sredini, u mantiji) i Ajnštajn (desno) - verovatno najzaslužniji "oci" Velikog praska

Srodna predrasuda vezana je za prirodu brzine svetlosti. Slavno ograničenje koje proističe iz Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti, "ništa se ne može kretati brže od svetlosti!" važi samo za prostiranje objekata ili uticaja u prostoru. Ništa zapravo ne ograničava širenje samog prostora! To se može učiniti kao sofizam, ali nije, već je u pitanju veoma dubok fizički uvid. Drugi način da se to približno predstavi jeste da odustanemo od ideje o singularnosti Velikog praska kao o tački, i zamislimo da je ona više (opet u smislu analogije koja ima svoja jasna ograničenja) u vidu beskonačne niti koja se širi cilindrično u sve veću i veću cev. Na taj način nam je jasno kako je moguće da je iz Velikog praska izašlo beskonačno mnogo materije koje formira beskonačno mnogo galaksije od kojih se, naravno, samo konačan broj nalazi unutar vidljivog svemira. (Svaka merljiva veličina u nauci mora, naravno, biti konačna!) Sad, kako posmatramo sve udaljenije i udaljenije galaksije vidimo da one imaju sve veći i veći crveni pomak, tj. kao da se od nas sve brže i brže udaljavaju. Na samom horizontu, tj. najvećoj udaljenosti do koje bismo potencijalno mogli da vidimo, galaksije bi se od nas udaljavale brzinom jednakom brzini svetlosti. Šta je sa galaksijama koje ne vidimo, sa druge strane horizonta? Odgovor je jednostavan: one se od nas udaljuju brže od svetlosti, te je jasno da ih ne možemo videti! Tu nije u pitanju kretanje u uobičajenom smislu, već razmicanje samog prostora, što ničim nije ograničeno, pa ni brzinom svetlosti.

Nije nimalo čudno da su neke od najradikalnijih hipoteza proizašlih iz opšte teorije relativnosti zasnovane na ovoj ideji: u poslednje vreme često diskutovani "warp" pogon španskog fizičara (koji je radio u Kardifu u Velsu) Miguela Alkubijera sugeriše upravo da bismo mogli postići nadsvetlosne brzine za prenos materije tako što bismo svemirski brod okružili mehurom prostora u odnosu na koji bi sam brod mirovao, a sam mehur bi se dao ubrzati do proizvoljnih (pa i nadsvetlosnih!) brzina u odnosu na pozadinski (pa i zemaljski) referentni sistem. Da li će Alkubijerov pogon ikada biti realizovan, ostaje da se vidi, ali njegova zamisao je teorijski sasvim legitimna, tj. u skladu sa Ajnštajnovom teorijom prostorvremena.

* * *
Ovo je samo mali deo predrasuda, grešaka i opštih mesta na koja se nailazi u popularnim prikazima savremene fizičke kosmologije. Mada ponekadsadrže i drugačije namere (Evolucija svemira - poslednjih (skoro) 14 milijardi godinarecimo tendenciju da se savremena kosmologija učini smešnom ili besmislenom u cilju promovisanja antinaučnih i anticivilizacijskih doktrina poput kreacionizma ili astrologije), većina tih zabluda nastaje iz srazmerno "nedužnih" razloga, pre svega zanemarivanja sistematskog načina mišljenja, nepoznavanja matematike koja je neophodna za razumevanje kosmologije, kao i preteranog oslanjanja na intuiciju i zamišljanje.
Jedan od najvažnijih zaključaka koji, čini mi se, čovek može izvući iz razmatranja ovih pitanja (kao i iz čitavog razvitka savremene kosmologije!) jeste da se ne treba previše oslanjati na našu zdravorazumsku intuiciju. Naše poimanje prostora i vremena, izgrađeno je tokom našeg detinjstva i mladosti isključivo na euklidskom svetu malih dimenzija, malih masa i niskih brzina, dakle na svetu klasične mehanike. Kao što nas fizika u drugim domenima uči da je taj svet samo približenje realnosti, nikako tačan opis, tako nas i fizika primenjena na svemir kao celinu poučava da naša intuitivna i iskustvena rasuđivanja vezana za prostor, vreme i kretanje ne treba uzimati sa mnogo poverenja. To je crta zajednička svim uobičajenim zabludama: neke stvari u nauci jednostavno nije moguće (adekvatno) zamisliti, i uporno insistiranje na zamišljanju pre vodi sistematskim greškama i zabludama nego istinskom uvidu. Matematika ne samo da nije luksuz u opisu sveta, već je nekada i jedino što nam preostaje, kada svi drugi načini mišljenja zakazuju!