Zadivljujući svemir

Što objašnjava veliki prasak — a što ne

SVAKO jutro predstavlja jedno čudo. Duboko unutar jutarnjeg Sunca, vodik se fuzijom pretvara u helij na temperaturama od milijunâ stupnjeva. Rendgenske i gama zrake nevjerojatno razorne snage izlijevaju se iz Sunčeve jezgre u slojeve koji je obavijaju. Da je Sunce prozirno, ove bi zrake eksplozijom izbile na površinu razvivši ogromnu toplinu u samo nekoliko sekundi. Umjesto toga, one se počinju odbijati od jednog do drugog atoma Sunčeve “izolacije”, postepeno gubeći energiju. I tako prolaze dani, tjedni i stoljeća. Tisuće godina kasnije, to nekad smrtonosno zračenje konačno se odvaja od površine Sunca kao blagi pljusak žutog svjetla — ono više nije opasno već je upravo pogodno da okupa Zemlju svojom toplotom.

I svaka noć predstavlja čudo. Druga sunca namiguju nam kroz ogromno prostranstvo naše galaktike. Ona sačinjavaju obilje raznih boja, veličina, temperatura i gustoća. Neka su superdivovi koji su toliko veliki da kad bi se jedan smjestio u položaj našeg Sunca, ono što bi ostalo od naše planete nalazilo bi se ispod površine te ogromne zvijezde. Druga su sunca sićušni, bijeli patuljci — manji od naše Zemlje a ipak teški kao naše Sunce. Neka će spokojno nastaviti živjeti još milijarde godina. Druga su na rubu eksplozija koje se zovu supernove, koje će ih u potpunosti razoriti i koje će čitave galaktike nakratko nadmašiti sjajem.

Drevni narodi govorili su o morskim čudovištima, o bogovima koji se bore, o zmajevima, kornjačama i slonovima te o lotosovim cvjetovima i bogovima koji sanjare. Kasnije su, tijekom takozvanog Doba razuma, bogovi bili zamijenjeni novootkrivenom “magijom” diferencijalnog i integralnog računa i Newtonovim zakonima. Mi sada živimo u vremenu koje je lišeno stare poezije i legendi. Djeca današnjeg atomskog doba kao svoj obrazac za stvaranje nisu izabrala ni drevno morsko čudovište ni Newtonov “mehanizam” već sveobuhvatni simbol 20. stoljeća — bombu. Njihov je “stvoritelj” eksplozija. Svoju kozmičku vatrenu loptu nazivaju veliki prasak.

Što “objašnjava” veliki prasak?

Najpopularnija verzija ove generacije u pogledu stvaranja tvrdi da prije nekih 15 do 20 milijardi godina svemir nije postojao, kao ni prazan prostor. Nije postojalo ni vrijeme ni materija — nije bilo ničega osim neizmjerno guste i neizmjerno male točke nazvane singularitet, koja je eksplodirala u današnji svemir. Ta je eksplozija uključivala jedan kratak period tokom prvog djelića sekunde kada se rani svemir napuhnuo, odnosno proširio, puno brže od brzine svjetlosti.

Tokom prvih nekoliko minuta velikog praska, nuklearna je fuzija poprimila univerzalne razmjere, prouzročivši postojanje vodika i helija čije su koncentracije nedavno mjerene te barem dijela litija u međuzvjezdanom prostoru. Nakon možda 300 000 godina, vatrena lopta veličine svemira spustila se na malo nižu temperaturu od temperature površine Sunca, omogućavajući da elektroni počnu kružiti oko atoma te da se oslobodi roj fotona ili svjetlost. Taj se prvobitni roj može i danas izmjeriti, iako se uvelike ohladio, kao svemirsko pozadinsko zračenje na mikrovalnim frekvencijama koje odgovaraju temperaturi od 2,7 kelvina.a Ustvari, upravo je otkriće ovog pozadinskog zračenja 1964/65. uvjerilo većinu znanstvenika da teorija velikog praska ima neku vrijednost. Teorija također pokušava objasniti zašto se svemir izgleda širi u svim smjerovima, s udaljenim galaktikama koje se očigledno velikom brzinom udaljavaju od nas i jedna od druge.

Budući da teorija velikog praska izgleda toliko toga objašnjava, zašto sumnjati u nju? Zato što postoji i toliko toga što ona ne objašnjava. Naprimjer: Drevni astronom Ptolemej imao je teoriju da Sunce i planete kruže oko Zemlje u velikim krugovima, čineći istovremeno male krugove koji se nazivaju epicikli. Teorija je ostavljala dojam kao da objašnjava kretanje planeta. Kako su tokom stoljeća astronomi prikupljali više podataka, tako su ptolemejski kozmolozi uvijek mogli dodavati nove epicikle na svoje stare epicikle i “objasniti” nove podatke. Ali to teoriji nije pružilo ispravnost. Na kraju je bilo zaista previše podataka da bi ih se moglo objasniti, a druge su teorije, kao što je Kopernikova ideja da se Zemlja okreće oko Sunca, bolje i jednostavnije objasnile stvari. Danas bismo teško pronašli nekog ptolemejskog astronoma!

Profesor Fred Hoyle je nastojanja ptolemejskih kozmologa da licem u lice s novim otkrićima ponovo učvrste svoju propalu teoriju, usporedio s pokušajima današnjih pobornika velikog praska da održe vjerodostojnost svoje teorije. U svojoj knjizi The Intelligent Universe on je napisao: “Glavni napori istraživača sastojali su se u prikrivanju kontradikcija unutar teorije velikog praska, da bi na kraju izgradili ideju koja je postala još složenija i nezgrapnija.” Nakon što se osvrnuo na Ptolemejevu ispraznu primjenu epicikla, kojima je htio spasiti svoju teoriju, Hoyle je nastavio: “Gotovo da ne oklijevam reći da kao rezultat toga nepomičan zastor sada visi nad teorijom velikog praska. Kada se, kako sam ranije napomenuo, ono na što činjenice ukazuju suprotstavi teoriji, iskustvo pokazuje da se teorija rijetko kad oporavi” (stranica 186).

Izdanja časopisa New Scientist od 22. i 29. prosinca 1990. odrazila su slične misli: “Ptolemejska metoda obilno se primjenjuje na (...) kozmološki model velikog praska.” Članak potom postavlja pitanje: “Kako možemo postići stvarni napredak u fizici subatomskih čestica i u kozmologiji? (...) Moramo biti iskreniji i otvoreniji u pogledu čisto spekulativne naravi nekih od naših najdražih pretpostavki.” Nova zapažanja sada pristižu.

Pitanja na koja veliki prasak ne daje odgovora

Jedan od glavnih izazova teoriji velikog praska došao je od promatrača koji koriste korigiranu optiku Svemirskog teleskopa Hubble kako bi izmjerili udaljenosti do drugih galaktika. Novi podaci zaprepašćuju teoretičare!

Astronom Wendy Freedman, kao i drugi, nedavno je koristila Svemirski teleskop Hubble kako bi izmjerila udaljenost do galaktike u zviježđu Djevice i veličine koje je dobila sugeriraju da se svemir brže širi, pa je stoga mlađi nego što se ranije mislilo. Ustvari, taj podatak “navodi na pomisao da dob kozmosa iznosi najviše osam milijardi godina”, izvijestio je časopis Scientific American već u lipnju prošle godine. Iako osam milijardi godina zvuči kao vrlo dugačak vremenski period, on iznosi otprilike samo polovicu trenutno procijenjene dobi svemira. To stvara poseban problem, kako izvještaj dalje bilježi, budući da “drugi podaci ukazuju na to da određene zvijezde imaju najmanje 14 milijardi godina”. Ako se pokaže da su brojke Wendy Freedman točne, na kraju će ispasti da su te vremešne zvijezde starije negoli sam veliki prasak!

Drugi problem za teoriju velikog praska proizlazi pak iz postojano rastućeg dokaza u obliku “mjehura” u svemiru koji su veličine 100 milijuna svjetlosnih godina, s galaktikama na rubu a s prazninama iznutra. Margaret Geller, John Huchra i drugi iz Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, otkrili su, kako to oni nazivaju, veliki zid galaktika koji se proteže nekih 500 milijuna svjetlosnih godina preko sjevernog neba. Jedna druga grupa astronoma koja je postala poznata kao Sedam samuraja, pronašla je dokaz o postojanju drugačijeg kozmičkog konglomerata koji nazivaju Veliki privlačitelj, a koji se nalazi u blizini južnih zviježđa Hidre i Kentaura. Astronomi Marc Postman i Tod Lauer vjeruju da se nešto još veće mora kriti iza zviježđa Orion, koje uzrokuje da stotine galaktika, uključujući našu, klizi u tom smjeru kao splavi na nekoj vrsti “rijeke u svemiru”.

Sva ova struktura zbunjuje. Kozmolozi kažu da je eksplozija velikog praska tekla izuzetno glatko i ujednačeno, zaključujući prema pozadinskom zračenju koje je veliki prasak navodno ostavio iza sebe. Kako je takav glatki početak mogao dovesti do takve masivne i složene strukture? “Gomila novootkrivenih zidova i privlačitelja intenzivira misterij kako se toliko mnogo strukture moglo formirati unutar 15 milijardi godina, kolika je dob svemira”, priznaje Scientific American — problem postaje samo još teži kako Freedmanova i drugi sve više smanjuju procijenjenu dob kozmosa.

“Nedostaje nam neki ključni element”

Trodimenzionalne karte koje je izradila Gellerova, a koje prikazuju tisuće grudastih, isprepletenih i mjehurastih galaktičkih skupova, promijenile su način kako znanstvenici zamišljaju svemir. Ona se ne pretvara da razumije ono što vidi. Izgleda da već sama gravitacija ne može objasniti njen veliki zid. “Često mi se čini da nam nedostaje neki ključni element u pokušajima da shvatimo ovu strukturu”, priznaje ona.

Gellerova je proširila svoju sumnju dodavši sljedeće: “Sasvim je jasno da ne znamo objasniti veliku strukturu u kontekstu velikog praska.” Objašnjenja u vezi s kozmičkom strukturom na osnovi tekućih karata neba daleko su od toga da budu konačna — više sliče pokušaju da se napravi karta cijelog svijeta od mape Rhode Islanda u SAD-u. Gellerova je u nastavku rekla: “Jednog dana možda ćemo otkriti da nismo ispravno spajali djeliće, a kad to učinimo, to će izgledati tako očito da ćemo se čuditi kako se toga nismo ranije sjetili.”

To nas vodi do najvećeg pitanja: Za što se pretpostavlja da je prouzročilo sam veliki prasak? Nitko drugi do Andrei Linde, jedan od začetnika vrlo popularne inflacione verzije teorije velikog praska, otvoreno priznaje da standardna teorija ne pruža odgovor na ovo temeljno pitanje. “Prvi i glavni problem predstavlja samo postojanje velikog praska”, kaže on. “Netko se možda pita: Što je bilo prije toga? Ako prostor i vrijeme nisu tada postojali, kako je sve moglo doći u postojanje ni iz čega? (...) Objasniti ovaj inicijalni singularitet — gdje je i kada sve to započelo — predstavlja još uvijek najtvrdokorniji problem suvremene kozmologije.”

Jedan je članak u časopisu Discover nedavno zaključio da “nijedan razuman kozmolog ne bi tvrdio da je veliki prasak konačna teorija”.

Izađimo sada van i promotrimo ljepotu i tajnovitost zvjezdanog svoda.

[Bilješka]

[Okvir na stranici 5]

Svjetlosna godina — kozmički metar

Svemir je toliko velik da bi njegovo mjerenje u miljama ili kilometrima izgledalo kao da udaljenost od Londona do Tokya mjerimo mikrometrom. Mnogo prikladnija jedinica za mjerenje je svjetlosna godina, udaljenost koju svjetlo prevali za godinu dana ili otprilike 9 460 000 000 000 kilometara. Budući da je svjetlo najbrža stvar u svemiru i da mu je potrebno svega 1,3 sekunde da doputuje do Mjeseca i otprilike 8 minuta do Sunca, svjetlosna godina zaista djeluje ogromno!