Nastanak Univerzuma – I. deo

„Sada imamo direktne dokaze rođenja univerzuma i njegove evolucije… talasanja vreme-prostora su nastala pre prvog jednomilijarditog dela sekunde od početka vremena. Ukoliko ste religiozni, to je isto kao da ste upravo upoznali boga“, Džordž Smut (George Smoot).

Iz današnje perspektive deluje gotovo nestvarno podatak da je pre 1920. godine najveći broj ljudi, kako laika, tako i naučnika, zaista verovao da univerzum nema početak. Zapravo, verovali su da je univerzum večan, kako sa stanovišta gledanja unazad kroz vreme, tako i u smislu njegove budućnosti. Istine radi, malo njih je u to vreme verovalo i da će Sunce ikada istrošiti svoje gorivo. A onda, nakon 1920. godine, nove naučne činjenice su dovele do toga da ljudi počnu da preispituju uvrežene stavove o univerzumu.

Zvezde i galaksije su počele da nastaju daleko nakon nastanka prvih atoma i prve svetlosti.

U to vreme, čovek pod imenom Edvin Habl (Edwin Hubble) koristio je najmoćniji teleskop na svetu. Držao ga je usmerenog ka zvezdanim sistemima sa milionima ili čak milijardama zvezda, koji se nazivaju galaksije, iako se tada smatralo da je ceo svemir, zapravo, naš Mlečni put. Recimo odmah i to da su gotovo sve zvezde delovi galaksija. Mi živimo u galaksiji koja se zove „Mlečni put“ (neko će reći i „Kumova slama“), koja, po svoj prilici, ima preko dvesta milijardi zvezda. I nije jedina, što je jedan od ključnih doprinosa Hablovih izučavanja, uz otkriće da se svemir širi, svakako. Dakle, on je otkrio da iza naše galaksije (koliko god u beskrajnom svemiru pojmovi „ispred“, „iznad“, „gore“ i „dole“ zvučali nepraktično) postoje i druge galaksije. I ne samo to, on je čak uspeo da ih donekle uspešno i grupiše prema obliku, postavši tako ne samo čovek koji je otkrio, već i onaj koji je uspešno klasifikovao galaksije.

Rezultat Hablovog otkrića trajno je izmenio način na koji mi posmatramo univerzum, a sve shodno međusobnom kretanju galaksija. Habl je utvrdio da se najveći broj galaksija udaljava od drugih, i to velikim brzinama. Što je neka galaksija dalje od Zemlje, to se brže i kreće. Potom su i mnogi drugi naučnici teleskope usmerili ka daljinama univerzuma, uporedili podatke i složili se sa Hablom. Sam Habl je, prateći logiku svojih istraživanja, kao jedini ispravan zaključak izveo teoriju da se univerzum, zapravo, neprekidno širi, što je postalo potkrepljeno istraživanjima većeg broja nezavisnih naučnika.

Jedini izuzetak od novouspostavljenog pravila su bile galaksije koje se nalaze blizu jedna drugoj, što je, takođe, imalo svoje jednostavno objašnjenje. Naime, kada su galaksije blizu, gravitacija ih privlači. Tokom dovoljno dugog vremena, približavaju se sve više i sve brže, sve do trenutka dok se ne sudare. Taj sudar nije baš pravi, katastrofalni sudar, nalik na fantastične prikaze iz filmova. Pre se može reći da se radi o sudaru gravitacionih uticaja, koji kao posledicu ima deformisanje galaksija. Naravno, u beskraju svemira, moguće je zamisliti i sudar zvezda. Ako ste ikada videli, makar i na filmu, sudar dva automobila koji su se kretali velikom brzinom, možete da zamislite, makar i otprilike (korišćenje mašte je više nego preporučeno), kako bi izgledao sudar neke druge zvezde sa našim Suncem. U najmanju ruku, to bi bio kraj života na Zemlji. U najmanju ruku! No, o tome ne treba brinuti previše, jer se sigurno neće desiti još mnogo godina.

Na osnovu zaključaka o kretanju, odnosno međusobnom udaljavanju galaksija, rodilo se more novih ideja o samoj prirodi svemira. Zanimljivo je to, da je većina novih ideja, zapravo, bila istinita i lako dokaziva, kao da je jednim otkrićem pokrenuta prava lavina novih naučnih proboja. Najvažnija nova ideja je bila ta, da se univerzum vremenom širi. Druga važna ideja se pozabavila razdaljinom među galaksijama. Udaljenije galaksije se kreću brže od onih koje nisu toliko daleko, ili se može reći da se udaljenije galaksije kreću sve većim brzinama. To se naziva Hablovom konstantom.

I, kako su ljudi prihvatili nove ideje? Nove činjenice mogu izazvati velike promene, a ova činjenica je bila zbilja velika.

Hajde da napravimo jedan pravi eksperiment sopstvene mašte. Zamislite da treba da napravimo igrani film o svim galaksijama koje se udaljavaju jedne od drugih, od početka vremena. Kako vreme prolazi, galaksije se udaljavaju sve više i više. Nakon završetka snimanja, odlučimo da film premotamo i tako posmatramo kako se galaksije približavaju jedne drugima, a sve ka trenutku njihovog nastanka, na samom početku našeg filma. Svaka velika, na spiralu nalik galaksija tako bi se prividno razbijala na jednu ili više manjih beba galaksija. Onda, gledajući još dalje unazad, te male bebe galaksije kao da se raspadaju do stanja izuzetno svetle i ekstremno vrele ključajuće svemirske „čorbe“. Mogli bismo samo zapanjeno da posmatramo kako nam se pred očima čitav univerzum smanjuje do veličine obične čestice i nestaje brzinom svetlosti. Ne bi bilo neobično ni da, gledajući takav snimak unazad, pomislimo da je ceo svemir nastao ni iz čega. I upravo je taj trenutak nastanka svega, iz prividno ničega, trebalo nekako opisati i objasniti.

Možda bi najlakše bilo reći da je univerzum nastao iz nekakvog gigantskog oslobađanja energije. E, upravo je to ona tačka iz koje je nastala čitava teorija „Velikog praska“ („Big Bang theory“), koju savršeno podržava upravo činjenica da se galaksije stalno udaljavaju jedne od drugih. Dobro. A šta je to tako važno kod teorije „Velikog praska“? Po svoj prilici, najbitnija je upravo ideja da je univerzum kakav mi danas poznajemo, zapravo, imao početak, i to vrlo definitivni, vrlo određeni početak.

I, naravno, kako je svaki naučni proboj praćen i određenom, manjom ili većom dozom skepse (čuveni Lord Kelvin je 1895. godine negirao bilo kakvu naučnu mogućnost da će ikada poleteti bilo kakva naprava teža od vazduha), isto se dogodilo i sa teorijom „Velikog praska“. Po poznatom, nepisanom pravilu, pojavili su se naučnici koji su, da bi sporili novu teoriju, izbacivali nove ideje i postulate, sve pokušavajući da objasne da svemir nije imao početak.

Tako je nastala direktno suprotstavljena teorija „Stabilnog univerzuma“. Da bi uspeli da objasne svoju tezu, ti naučnici su morali, pre svega, da objasne činjenicu da se univerzum stalno širi. Prizivanjem antičkog „boga iz mašine“ („Deus ex machina“), izveli su jedini mogući zaključak, a to je da se nova materija jednostavno pojavljuje sa vremenom i tako čini da je univerzum zapravo nepromenljiv sa vremenom i suštinski večan.

Tako se, zapravo, učvrstio snažan otpor teoriji „Velikog praska“, za koju su naučnici morali da nađu još novih dokaza, kako da bi je branili, tako i da bi uspešno iz igre izbacili teoriju „Stabilnog univerzuma“.

Nova otkrića iz 1965. godine su dala i teoriji „Velikog praska“ novi podsticaj. Zapravo, čitav period ubrzanog razvoja nauke i tehnologije nakon II svetskog rata je pogodovao punom dokazivanju teorije „Velikog praska“.

Ključni momenti i ključne činjenice koje dokazuju teoriju „Velikog praska“ mogu se dati kao niz tema, predstavljenih u nastavku.

Kosmičko pozadinsko mitrotalasno zračenje
(Cosmic Microwave Background Radiation-CMB)

Hajde da još jednom pustimo mašti na volju. Kada pogledate noćno nebo, videćete mnoštvo zvezda, poneku planetu i, neretko, Mesec. Zamislite sada na jednom mestu sve zvezde iz celog svemira, sve planete, Zemlju, Mesec i Sunce. Potom, zamislite da sve to možete da stavite na sopstveni dlan. A onda dlan stisnete. Prema teoriji „Velikog praska“, čitav univerzum biva sabijen na veličinu manju od samog dlana. Zapravo, bio bi sabijen do veličine koju čak i nije moguće videti. Za običnog posmatrača (nekoga od nas), delovalo bi kao da je čitava materija koja čini naš svemir, potekla ni iz čega.

Isprva, univerzum je bio potpuno drugačiji od svega što možemo zamisliti. Okolnosti te prvobitne sredine su bile toliko ekstremne, da čak ni elementarni atomi nisu mogli postojati. Na primer, vrelina je bila veća nego što je moguće zamisliti. Isto važi i za pritisak. Ipak, umesto atoma, postojale su subatomske čestice, koje su tokom vremena narastale, zauzimajući sve veći prostor.

I tako, sve je nastalo na prečac, odjednom, naglo, praskovito. Otuda i naziv „Veliki prasak“, koji je, isprva šaljivo, osmislio britanski astronom i matematičar, ser Fred Hojl (Sir Fred Hoyle), a koji se zadržao, iako bismo verovatno očekivali neki naučniji i, svakako, komplikovaniji naziv. Prema sada već uoblikovanoj teoriji, čitav svemir je „ispao“ iz te malene zapremine. Kako se širio, tako su temperatura i pritisak opadali, što je sasvim u skladu sa postulatima termodinamike. Nakon mnogo vremena (a veruje se da je svemir star blizu 14 milijardi godina), temperatura se spustila sasvim dovoljno da omogući atomima da nastanu iz subatomskih i novih čestica. Negde u to vreme, koliko god bilo neprecizno govoriti o vremenskim intervalima od više stotina hiljada ili miliona godina, pojavila se i svetlost, kao vrsta zračenja nazvanog „Kosmičko pozadinsko mikrotalasno zračenje“ (CMB).

Upravo u tom momentu dolazimo do tačke koja laičkom posmatranju svemira može da deluje kao paradoks, a to je trenutak u kom je svetlost nastala pre nastanka zvezda. Zapravo, zvezde i galaksije su počele da nastaju daleko nakon nastanka prvih atoma i prve svetlosti, ponekad zgodno nazvane i „zid svetlosti“. Tom pojavom, tim finim talasnim fenomenom, završeno je rađanje teorije „Velikog praska“.

Već smo spomenuli da nauka počinje da proučava teorije drugačije od večitog univerzuma, još od dvadesetih godina dvadesetog veka. Ipak, konkretnije, decidnije formiranje same teorije „Velikog praska“ počinje negde od 1933. godine. Od tada, pa narednih petnaestak godina, matematičari i fizičari su se znojili nad mogućnostima koje su se otvarale i nemogućnostima koje je trebalo razbiti.

Univerzum kakav mi danas poznajemo je imao početak, i to vrlo definitivni, vrlo određeni početak.

Godine 1948, američki naučnik rođen u Rusiji, Georgij Antonovič Gamov (Георгий Антонович Гамов), prvi je pretpostavio da je upravo „Veliki prasak“ izazvao CMB i prvobitnu svetlost. Već 1950. godine, još dva naučnika, Ralf Ašer Alfer (Ralph Asher Alpher, sin ruskih emigranata u SAD) i Robert Herman (ne, on nije ruskog porekla), nezavisno od Gamova, dolaze do istog zaključka. Međutim, tek je predstojao teži deo, jer je trebalo otkriti CMB svetlost da bi se moglo jasnije ukazati na „Veliki prasak“ kao trenutak stvaranja univerzuma. Ali, iako to nije baš naučni pristup, i sreća je ponekad neophodna za naučne proboje. Godine 1965, američki naučnici Arno Alen Pencias (Arno Allen Penzias, ovaj put rođeni Nemac) i Robert Vudro Vilson (Robert Woodrow Wilson, rođeni Teksašanin) pukim slučajem su došli do otkrića CMB-a. Od tog trenutka, otvorilo se izuzetno široko polje izučavanja svih pojedinosti CMB-a.

Štaviše, 1992. godine NASA je u orbitu Zemlje poslala satelit COBE („Cosmic Background Explorer“), namenjen isključivo sakupljanju najnaprednijih podataka o CMB zračenju. Rezultati rada satelita su bili toliko dobri, da je direktor NASA dao vrlo originalnu izjavu tim povodom: „Sada imamo direktne dokaze rođenja univerzuma i njegove evolucije… Talasanja vreme-prostora su nastala pre prvog jednomilijarditog dela sekunde od početka vremena. Ukoliko ste religiozni, to je isto kao da ste upravo upoznali boga.“ – Džordž Smut (George Smoot).

Poslednjih godina, otkrića i naučni napori samo se intenziviraju. NASA je 2001. godine u orbitu poslala još sofisticiraniji satelit, nazvan WMAP („Wilkinson Microwave Anisotropy Probe“), sa ciljem da sakupi još kvalitetnije podatke od onih do kojih je došao COBE. I WMAP je opravdao očekivanja. Načinio je izoštreni snimak CMB-a, daleko kvalitetniji od onog sa COBE satelita. Pomoću tih rezultata, naučnici su mogli da fino podese svoje formule i proračune i da zaključe da se CMB svetlost pojavila nekih 379.000 godina od „Velikog praska“ (ako bismo zamislili da je celo dosadašnje trajanje univerzuma predstavljeno kao dan od 24 časa, od ponoći do ponoći, onda bi se pojava CMB svetla desila ni dve i po sekunde otkako otkuca ponoć početka dana).

I, zašto je pronalaženje CMB-a bilo toliko važno? Pa, pre svega, naučnici su predvideli postojanje tog zračenja i pre nego što je pronađeno. Ako se nauka zasniva na tim principima, jasno je da ideja ima čvrste osnove. Upravo zato je otkriće CMB-a iz 1965. godine dovelo do toga da teorija „Velikog praska“ deluje veoma kvalitetno i ispravno.

Naučnici koji se drže teorije „Stabilnog univerzuma“ ne mogu da objasne CMB. No, bar im upornosti ne nedostaje, s obzirom na to da čak i danas postoje oni u naučnoj zajednici koji se tvrdokorno drže te teorije.

Da bismo nastavili dalje, moramo da pogledamo sam kraj vidljivog svemira. U tome će nam pomoći svemirski teleskop „Habl“.

Nastavak teksta u sledećem broju.

Autor: Marko Ekmedžić

%d bloggers like this: