KOSMOLOGIJA

Pripremio: Mirko Jakovljević

Nova teorija o rađanju Univerzuma

Veliki prasak - veliki odbitak

Naš svemir možda nije nastao usled Velikog praska, već usled velikog odbitka - implozije koja je izazvala eksploziju, a sve je to pokrenuto egzotičnim kvantnim-gravitacionim efektima.

Kao što ponašanje materijala ukazuje da su sačinjeni od atoma, tako i ponašanje svemira i prostora kao da nagoveštava da i oni imaju neku strukturu izuzetno male veličine - mozaik „atoma“ prostor-vremena ili neki sličan filigranski rad. Materijalni atomi su najmanje nedeljive jedinice hemijskih jedinjenja; slično tome, i pretpostavljeni atomi prostora su najmanje nedeljive jedinice razdaljine. Uglavnom se smatra da je njihova veličina 10-35 m, što je premalo da bi se uočilo najmoćnijim instrumentima današnjice kojima se može posmatrati do veličine od 10-18 m. Zbog ovoga, mnogi naučnici dovode u pitanje da li se koncept atomskog prostor-vremena uopšte može smatrati naučnim. Međutim, ima naučnika koji ne dozvoljavaju da ih ovo obeshrabri i smišljaju nove načine da indirektno uoče takve atome.

Najviše obećava posmatranje kosmosa. Ajnštajnova teorija relativiteta nagoveštava da je svemir u trenutku nastanka, to jest Velikog praska, imao beskonačnu gustinu i temperaturu. Ovaj trenutak se ponekad navodi kao početak svemira, rođenje materije, prostora i vremena. Takva interpretacija se ne može potvrditi na osnovu Teorije relativiteta, već je potrebno razviti teoriju kvantne gravitacije, koja bi tačno odredila finu strukturu prostor-vremena koju ne vidi relativitet.

Detalji te strukture su bili značajni u uslovima gustine prvobitnog svemira, a njeni tragovi su možda preživeli u današnjem rasporedu materije i radijacije. Uz malo sreće, tokom naredne decenije mogli bismo da utvrdimo da li atomi prostor-vremena postoje.

Velika ali konačna gustina

Fizičari su predložili nekoliko teorija kao kandidate za kvantnu gravitaciju, od kojih svaka primenjuje kvantne principe generalnoj relativnosti na određeni način. Razlike među predloženim teorijama su izazvale brojne kontroverze, ali prema mišljenju jednog broja naučnika, one su više komplementarne nego kontradiktorne.

Jedna od teorija, nazvana „loop gravity“, po linijama koje su analogne linijama električnog i magnetnog polja, predviđa postojanje atoma prostora i vremena, i pruža jedinstven pogled na najosnovnije koncepte. Ovi atomi formiraju gustu mrežu. Pod normalnim uslovima nikad ne primećujemo njihovo postojanje; mreža je toliko gusta da deluje kao kontinuum. Ali kada je prostor-vreme prepun energije, kao u trenutku Velikog praska, fina struktura prostor-vremena postaje važan faktor i predviđanja kvantnih teorija se razlikuju od onih na osnovu generalnog relativiteta.

Prema ovom modelu, materija u ranom Univerzumu je imala veoma veliku, ali konačnu gustinu, jednaku bilionu sunca na prostoru veličine jednog protona. U takvim uslovima, gravitacija je delovala kao odbojna sila i izazvala širenje svemira; dok se smanjivala gustina, gravitacija se polako pretvarala u privlačnu silu koju poznajemo. Inercija je održala to širenje do danas.

U stvari, odbojna gravitacija je izazvala da se svemir širi ubrzano. Kosmološka posmatranja predviđaju postojanje ranog perioda ubrzavanja, po imenu kosmička inflacija. Dok se svemir širi, inflacija polako usporava. Kada se završi ubrzavanje, višak energije se pretvara u običnu materiju, koja počinje da ispunjava svemir u procesu poznatom kao ponovno zagrevanje. Prema trenutnim modelima, inflacija je dodata samo da bi opravdala posmatranja; ali, prema kvantnoj kosmologiji, ona je prirodna posledica atomske prirode prostor-vremena. Ubrzavanje se automatski javlja kada je svemir mali i kada je značajna njegova porozna priroda.

Korišćenjem diferencijalnih jednačina, možemo pokušati da rekonstruišemo daleku prošlost. Jedan mogući scenario je da je prvobitno stanje visoke gustine nastalo kada se prethodno postojeći svemir urušio pod gravitacionom silom privlačenja. Gustina je toliko porasla da se gravitacija pretvorila u odbojnu silu, a svemir je počeo ponovo da se širi. Kosmolozi ovaj proces nazivaju odbitkom.

Zaboravni svemir

Nakon brojnih istraživanja, utvrđeno je da odbitak nije predstavljao kratko guranje od strane odbojne sile, poput sudara bilijarskih kugli. Umesto toga, verovatno se radi o pojavljivanju našeg svemira iz skoro neizmernog kvantnog stanja. Čak i ako je svemir koji je ranije postojao nekad bio veoma sličan našem, prošao je kroz produženi period tokom kog su gustina materije i energije fluktuirale snažno i nasumično, izmešavši sve. Svemir je možda tragično zaboravan. Možda je postojao pre Velikog praska, ali su kvantni efekti tokom odbitka izbrisali skoro sve tragove o ovoj praistoriji.

Koliko god ovo delovalo frustrirajuće, možda se zapravo radi o konceptualnom blagoslovu. U fizičkim sistemima, kao i u svakodnevnom životu, nered teži da se poveća. Ovaj princip, poznat kao drugi zakon termodinamike, je argument protiv večnog univerzuma. Ako je red opadao tokom beskonačnog vremenskog perioda, svemir bi trebalo da sada bude toliko dezorganizovan da bi sve strukture koje vidimo u galaksijama i na Zemlji trebalo da budu nemoguće. Prava količina kosmičke zaboravnosti bi mogla da donese spas, pružajući novom mladom svemiru čistu stranu papira, nezavisno od svog haosa koji se možda nakupio ranije.

Međutim, to ne znači da se kosmolozi ne nadaju da će prodreti u kvantno-gravitacioni period. Gravitacioni talasi i neutrini posebno obećavaju, jer jedva da stupaju u interakciju sa materijom i stoga prodiru u prvobitnu plazmu uz minimalne gubitke. Ovi glasnici bi nam mogli doneti vesti iz perioda neposredno nakon ili pre Velikog praska.

U slučaju materijalnih atoma, više od 25 vekova je prošlo od prvih nagađanja o atomima od strane drevnih filozofa do Ajnštajnove analize Braunovskog kretanja, koje je čvrsto uspostavilo atome kao predmet eksperimentalne nauke. Ne treba očekivati toliki period za otkriće atoma prostor-vremena.

Mirko Jakovljević