HIPOTEZE

Pripremio: Zoran Janjušević

Početak i kraj vasione

Tačka, beskraj, tačka

Nekoliko godina pre Hablovog otkrića, Belgijanac Žorž Lemetr postavio je hipotezu po kojoj je vasiona nastala širenjem iz, kako je on to nazvao, Praiskonskog atoma. Protokom vremena, poprimila je sadašnji oblik. Brojni naučnici nisu prihvatili Lemetrove ideje. Preokret je nastao posle objavljivanja Hablovog otkrića o širenju vasione. Polazeći vremenski unazad, dolazi se do zaključka da je vasiona nekada bila sabijena u znatno manjoj zapremini, ogromne gustine i energije. Hipoteza Lemetra je tako prihvaćena u širokim naučnim krugovima.

Na bazi te hipoteze postavljena je teorija Velikog praska. Po njoj je, u dalekoj prošlosti, taj atom, kasnije nazvan Kosmičko jaje, jednog trenutka eksplodirao ogromnom snagom.

Ralf Alfer i Robert Herman

Dva američka studenta, Ralf Alfer i Robert Herman predvideli su postojanje reliktnog zračenja posle Velikog praska. Ova eksplozija morala je stvoriti neshvatljivo veliku količinu toplote i zračenja, čiji ostaci i danas postoje kao slabo pozadinsko radio-zračenje sa temperaturom od svega nekoliko stepeni iznad apsolutne nule. To zračenje je kasnije sasvim slučajno otkriveno...

Dva inženjera kompanije «Bel», spremajući antenu za prijem signala sa satelita, otkrili su šum koji je dolazio iz vasione. O tome su obavestili tim naučnika koji je u isto vreme bezuspešno tragao za pozadinskim zračenjem na koje su ukazali pomenuti studenti. Prema opisu šuma, pomenuti tim naučnika je sa razočarenjem shvatio da su ih “Belovi” inženjeri pretekli i otkrili traženo pozadinsko zračenje. Za ovo otkriće dvojica inženjera dobili su Nobelovu nagradu.

Budućnost vasione

Nejednom pokušano je da se odredi količina materije u vasioni. Jer, od količine te materije zavisi veličina gravitacionog privlačenja među galaksijama. Ako je ta veličina iznad kritične, vasiona će prestati da se širi i krenuti u suprotnom pravcu. Ovo daje vasionu zatvorenog tipa ili oscilatornu, kako je još zovu zbog mogućnosti da se proces širenja i skupljanja ponavlja neograničeni broj puta. Ukoliko je veličina gravitacije a time i količina materije u vasioni ispod kritične vrednosti, vasiona će nastaviti da se širi, što znači da je otvorenog tipa. Ovo je kao let raketa koja se ispaljuju sa Zemljine površine. Ukoliko je brzina rakete manja od kritične brzine potrebne da se otrgne od gravitacije, ona će se posle izvesnog vremena zaustaviti i poći natrag ka Zemlji. Pri većoj brzini od kritične, raketa će krenuti dalje.

Edvin Habl

Za sada, proračuni o količini materije u vasioni uključujući i tzv. Tamnu materiju daju rezultat koji je znatno ispod kritične veličine potrebne za slučaj zatvorene vasione. Potrebno je napomenuti da su ovi rezultati vrlo nepouzdani. Načini kojima se dolazi do njih puni su pretpostavki pa zato nemaju čvrst oslonac u nauci. Za sada astrofizika nije pronašla mogućnost registrovanja približno tačnih količina Tamne materije.

Usvojeno je mišljenje da se vasiona rodila Velikim praskom iz skupine vrlo gustog oblika materije, koju smo nazvali Kosmičko jaje. To jaje se stvorilo u jednom momentu večitog trajanja u svemiru, dolazeći niodkuda, pre 13,7 milijardi godina, sa tendencijom večitog širenja. Ovo širenje dovešće u dalekoj budućnosti do potpune dezintegracije celokupne materije koja će se na kraju pretvoriti u zračenje, rasuto i izgubljeno u beskonačnom prostoru.

A kako se stvorilo Kosmičko jaje? Postoji niz spekulativnih teorija. Jedna od njih pretpostavlja da se, u praznom prostoru koji ispunjava neka fantomska energija, u jednom trenutku našla tačka u kojoj je narušena ravnomernost raspodele pomenute energije. Pojavila se nestabilnost koja je uzrokovala okupljanje energije u toj tački. Dalji razvoj je poznat prema Ajnštajnovoj teoriji relativiteta, kada se Velikim praskom energija pretvorila u materiju.

Ni druge teorije ne daju bolje objašnjenje. Sva ta rešenja protive se jednom od osnovnih zakona prirode - a to je neprekidno kruženje materije, preobražaji i vraćanje u prvobitni oblik. Postavlja se i jedno filozofsko pitanje: kako je moguće da se, u beskonačnom prostoru, u vremenu koje beskonačno traje, u jednom trenutku ni iz čega stvori Kosmičko jaje koje je rodilo sadašnju vasionu? Ta vasiona će se, po nekim teorijama, ako je otvorena, kroz stotinak milijardi godina dezintegrisati i nestati u beskonačno praznom prostoru.

A šta je sa zatvorenom vasionom? Do sada nije otkrivena dovoljna količina materije koja bi omogućila gravitaciji da zaustavi dalje širenje vasione i započne povratni proces skupljanja do novog Kosmičkog jajeta. Ali ako otvorena vasiona ne predstavlja rešenje datog problema, ostaju druga mogućnost sa verom da sigurno mora postojati za sada neotkrivena dodatna Tamna materija koja će dati jedino moguće rešenje: zatvorenu vasionu.

Brzina sadašnjeg radijalnog kretanja naše galaksije procenjena je na 200.000 km/sec. Ako pretpostavimo da je vasiona, posle Velikog praska, bila sastavljena isključivo od energetskog zračenja (fotona, neutrina i sličnih elementarnih čestica), njena početna brzina kretanja je bila brzina svetlosti, odnosno 300.000 km/sec. Da bi ta brzina opala za jednu trećinu, morala je da ima značajno usporenje, što se ne slaže sa pretpostavkom o otvorenoj vasioni. Relativno prostom računicom dobija se vreme kada će se to kretanje zaustaviti: ono iznosi oko trideset milijardi godina. Posle toga traje povratni proces koji se završava za oko 45 milijardi godina (pretpostavka je da povratni proces traje isto kao i vreme širenja), kada se vasiona ponovno sabija u Kosmičko jaje.

Šta je izazvalo Veliki prasak?

Nema odgovora na ovo pitanje. Postoje pretpostavke da je Kosmičko jaje neka vrsta Crne rupe ili nešto slično njoj.

U 20. veku je dosta proučavana evolucija zvezda. Bez obzira na veličinu, životni put zvezde je borba sa gravitacijom. Sam čin njenog rađanja uslovljen je dejstvom te sile, koja unutar oblaka vodonika i helijuma, kasnije i kosmičke prašine, ostataka posle eksplozija supernove, počinje sa skupljanjem i sabijanjem razređene materije u zgusnutu zvezdanu masu. Pod uticajem sve većeg gravitacionog pritiska, unutar te sabijene mase raste temperatura i otpočinje proces fuzije vodonika u helijum. Oslobađa se velika količina energije koja podiže temperaturu sabijene mase do belog usijanja i - nova zvezda je rođena. Daljem sabijanju materije suprotstavlja se povećani pritisak unutar zvezde koji održava ravnotežu sa silom gravitacije dok god traje fuzija vodonika u helijum. Kada se rezerve vodonika smanje do mere da unutrašnji pritisak ne može da drži ravnotežu sa gravitacijom, nastaje dalje sabijanje sada već zvezdane mase uz istovremeno zagrevanje i širenje spoljnjeg omotača do tzv. faze crvenog džina, kada nastupa sledeći fuzioni proces.

Indijski a kasnije američki astrofizičar S.Čandrasekar je izračunao granicu do koje degenerisani elektroni mogu da izdrže gravitacioni pritisak sabijanja zvezdane mase.Ta granica iznosi 1,4 mase Sunca i zove se Čandrasekarova granica.Tako za masu koja je manja od 1,4 masa Sunca zvezda se skuplja, kojom prilikom se lakši elementi pretvaraju u teže sve do elementa gvožđa koje ima stabilnu strukturu i gde otpor degenerisanih elektrona zaustavlja dalje sabijanje. Zvezda prima oblik tzv. belog a kasnije crnog patuljka sa stabilnom konfiguracijom. Zvezde sa većom masom od 1,4 mase Sunca, prelaze gvozdenu barijeru i eksplodiraju kao supernove. U daljem toku evolucije, sabijaju elektrone do veličine atomskog jezgra. Elektroni i protoni se sjedinjuju i stvaraju neutrone. Sva masa novostvorenog zvezdanog objekta sastoji se sada od neutrona, čime je gustina zvezde izjednačena sa gustinom atomskog jezgra. Novostvoreno vasionsko telo postaje neutronska zvezda, odnosno pulsar, kako ga još zovu zbog periodičnog isijavanja jakog usmerenog mlaza elektromagnetnog zračenja.

Zbog nekog razloga pulsar izbacuje usmeren mlaz zračenja sa jedne ili dve tačke svoje površine. Usled rotacije, taj mlaz stiže do posmatrača na Zemlji u određenim vremenskim intervalima i pulsira, zavisno od brzine rotacije neutronske zvezde.

Zvezde sa najvećom masom, deset i više puta veće od Sunca, postaju supernove. Pri tome one veliki deo svoje mase izbace u okolni vasionski prostor. Kada je ostatak mase dva ili više puta veći od masa Sunca, nastavlja se gravitaciono sabijanje materije do granica kada gravitacija poraste do mere da joj više ništa ne može da odoli uključujući i svetlost. Ovakvo stanje materije dobilo je naziv Crna rupa jer ne emituje nikakvo zračenje pa je za okolinu nevidljiva.

Crna rupa predstavlja tačku bez dimenzija sa beskonačno velikom energijom. Neki naučnici ipak smatraju da ona ima vrlo smanjenu ali konačnu dimenziju sa masom ogromne gustine i velikom koncentracijom energije.

Koje su granice daljeg urušavanja materije? Neutronske zvezde su eliminisale prazni prostor unutar atoma sabijajući elektrone do krajnjih granica. Dalje sabijanje moguće je samo unutar neutrona. Po Teoriji kvarkova, svaki neutron je sastavljen iz tri kvarka povezana čvrstim vezama. Po toj teoriji među njima postoji prazan prostor čije dimenzije ne znamo jer su nam nepoznate i dimenzije kvarkova. Da li je to prostor koji će u svom sabijanju eliminisati Crna rupa? Nauka zasad ne zna za postojanje drugog praznog prostora pa možemo pretpostaviti da je gravitaciona sila sabila kvarkove u tom prostoru i eventualno ih spojila u neku drugu elementarnu česticu nama nepoznatu, znatno manjih dimenzija od dimenzija neutrona. Kvarkovi poseduju svoj obrtni momenat - spin koji zbog sve većeg sabijanja povećava broj obrtaja a temperatura Crne rupe dobija vrlo visoke vrednosti. Neki astrofizičari smatraju da je ta rupa hladna, što se ne slaže sa ogromnom energijom skoncentrisanom u njoj. Prema definiciji, Crna rupa uvlači u sebe sve što joj se približi. Odolevaju samo mase sa velikom rotacionom brzinom oko rupe čija centrifugalna sila održava ravnotežu sa gravitacionim privlačenjem.

Ubrzano gutanje materije

U dalekoj budućnosti, kada zatvorena vasiona počne da se skuplja, prvo će se spajati crne rupe sa sve jačom gravitacijom a zatim će nastati ubrzano gutanje preostale materije. Sva materija vasione biće skoncentrisana u toj novoj crnoj rupi koju sada možemo zvati njenim pravim imenom - Kosmičko jaje. Gravitaciona sila imaće najveću moguću veličinu i počeće da privlači elektromagnetno zračenje koje se još uvek nalazi u prostoru bivše vasione. Usisavanje elektromagnetskog zračenja neće osetno podizati masu a samim tim ni gravitacionu silu Kosmičkog jajeta. Prema važećim shvatanjima, ovi zraci nemaju masu ili je ona zanemarljive veličine, ali poseduju energiju izraženu kroz obrtni momenat - spin. Ovaj spin se sada stalno dodaje Kosmičkom jajetu i povećava brzinu rotacije kao i unutrašnju energiju. Gravitaciona sila praktično ne raste jer ne raste osetno ni masa. Unutrašnja energija i centrifugalna sila površinske mase Kosmičkog jajeta se stalno povećava i jednog momenta može da nadjača gravitaciono privlačenje. Površinski sloj se razleće, što smanjuje gravitacioni pritisak na sledeći sloj, dok unutrašnji naponi ostaju isti. Dolazi do lančanog oslobađanja sledećih slojeva materije od gravitacionog privlačenja što se pretvara u najveću eksploziju koja je dobila ime Veliki prasak.

Zoran Janjušević