Uprkos tome što su savremene nauke u minulih nekoliko decenija odgovorile na mnoštvo velikih i malih pitanja – od toga kako je nastao svemir do toga kako se razvio život na Zemlji – još postoje ipitanja na koja nema odgovore, a postoji mogućnost da ih nikada neće ni imati. Navedimo samo nekoliko.
Na primer, jedna od teško rešivih misterija jeste pitanje abiogeneze: Kako je tačno na Zemlji pre 3,5 milijardi godina iz nežive materije nastao prvi život?
Drugo teško pitanje je: Kako i zašto nastaje svest?
Treće: Gde su vanzemaljci? Ako u svemiru postoje tehnološki razvijene civilizacije, zbog čega nema nikakvih informacija o njima? Zašto nam se ne jave?
Konačno, jedno teško pitanje koje se ovih dana ponovo našlo u fokusu znanstvenika jeste zašto se i kako širi svemir.
Otkriće da se svemir širi pripisuje se američkom astronomu Edvinu Hablu, no ono se temelji na nekim ranijim opažanjima.Prvi korak na tom putu bilo je otkriće američke astronomkinje Henriet Svon Livit da postoje promenljive zvezde poznate kao cefeide čiji je sjaj uvek isti gde god da se nalazile. Te zvezde poslužile su kao standardni štapovi za merenje astronomskih udaljenosti – ako znate koliko bi sjajna trebalo biti neka zvezda, onda po njenom prividnom, oslabljenom sjaju kakav vidimo na Zemlji možete izračunati koliko je udaljena.
Drugi važan korak u razumevanju širenja svemira bio je rad američkog astronoma Vesta Slajfera, koji je otkrio crveni pomak u spektru svetlosti udaljenih galaksija.On je 1912. prvi uočio pomicanje spektralnih linija galaksija prema crvenom delu spektra, što se naziva Doplerov efekat. Naime, kada se neki izvor svetlosti udaljava od nas, njegova svetlost se razvlači, što podrazumijeva da se talasna dužina produžuje. Slično vredi za sirene vatrogasnih kola čiji zvuk postaje dublji kada se udaljavaju od nas.
Budući da različiti elementi u zvezdama zrače na tačno određenim talasnim dužinama, pomak tih dužina prema većima, odnosno prema crvenom delu spektra, navodi na zaključak da se one udaljavaju od nas.Slajfer je na temelju svojih merenja zaključio da se neke magline koje je posmatrao uopšte ne nalaze unutar naše galaksije.Analizirajući svetlost iz maglina, otkrio je da se gotovo sve udaljavaju od Zemlje. On je znao da pomak prema crvenom ukazuje da se telo udaljava od posmatrača, no nije mogao izmeriti udaljenost do tih crvenkastih tela.
Tu dolazimo do Hablovog otkrića, objavljenog 1929. da je crveni pomak galaksija neposredno proporcionalan udaljenosti određene galaksije od Zemlje. Do toga je mogao doći zahvaljujući informacijama o udaljenostima galaksija koje su omogućili standardni štapovi, odnosno promenljive zvezde, i na temelju informacija o veličinama crvenih pomaka u spektrima galaksija. Njegovo istraživanje pokazalo je da se udaljenije galaksije brže udaljavaju od onih koje su nam bliže. To je za očekivati ako se svemir širi, a može se lako razumeti ako posmatramo tačke na balonu koji naduvavamo. Dve tačke koje se na površini balona nalaze blizu duvanjem će se mnogo manje udaljiti nego dve udaljene jer se širenja svih selića balona zbrajaju. Ako se svaki centimetar na balonu duvanjem razvuče za 1 milimetar, onda će se dve tačke udaljene 1 centimetar udaljiti za 1 milimetar, a dve tačke udaljene 10 centimetara za 10 milimetara.
Edvin Habl je u svojim proračunima došao do zaključka da se svemir širi brzinom od 170 kilometara/sekundi po svetlosnoj godini udaljenosti. Drugim rečima, galaksija koja je od nas udaljena jednu svetlosnu godinu udaljava se od nas brzinom od 170 kilometara u sekundi. Ta mera danas se naziva Hablovom konstantom (H0).Brojke do kojih je došao nisu bile baš tačne, pa su se usavršavanjem mernih tehnika i tehnologija promienile. No osnovni princip ostao je isti.Neki ovo otkriće smatraju najvažnijim događajem u astronomiji 20. veka jer je uvelo najtemeljniju promenu u pogledu na svemir od Kopernika pre 400 godina.
Teorija Velikog praska
Hablovi rezultati, koji pokazuju da se svemir širi, bili su temelj za teoriju belgijskog astronoma i kosmologa, koji je i sam došao do sličnog zaključka o širenju svemira. On je zaključio da svemir koji se širi kao da je nastao u eksploziji podrazumeva da je u nekom trenutku u prošlosti morao biti neeksplodiran, odnosno da je morao biti jedna koncentrisana masa u vremenu i prostoru. Stoga je 1927. predložio teoriju o nastanku svemira u Velikom prasku.
Time dolazimo do problema koji se naziva Hablova tenzija i ključne teme ovog teksta.Naime, širenje svemira može se izračunati na dva načina, a ta dva izračunavanja se ne podudaraju.Jedna metoda za diretno merenje udaljenosti do galaksija i izračunavanje stope širenja svemira koristi ranije pomenute promenljive zvezde poput cefeida i supernova tipa Ia.Druga metoda, nastala kasnih devedesetih i ranih dvehiljaditih, koristi teorijski model koji se naziva Lambda-hladna tamna tvar (Lambda-CMD)i kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje (CMB ili CMBR), koje je svojevrsna jeka, odnosno ostatak radijacije iz Velikog praska.
Kosmičko mikrovalno pozadinsko zračenje je zračenje koje ispunjava sav prostor u vidljivom svemiru. Standardnim optičkim teleskopom prostor između zvezda i galaksija izgleda gotovo potpuno taman. Međutim, dovoljno osetljivi radio–teleskopi otkrivaju slab pozadinski sjaj koji je gotovo jednoličan i nije povezan ni s jednom zvezdom, galaksijom ili drugim nebbeskim telom ili pojavom. Taj je sjaj najjači u oku nevidljivom mikrotalasnom području radijskog spektra, a slučajno su ga otkrili američki radioastronomi Arno Penzijas i Robert Vilson 1965. godine.
CMB je značajna potvrda teorije Velikog praska. Naime, u kosmološkim modelima tokom najranijih razdoblja svemir je bio ispunjen neprozirnom maglom guste vruće plazme subatomskih čestica. Kako se širio, plazma se hladila do trenutka u kojem su se protoni i elektroni počeli spajati u neutralne atome vodonika i helijuma. Za razliku od guste plazme pune nabijenih (naelektrisanih) čestica, ti atomi nisu blokirali širenje svetlosti, pa je svemir 380.000 godina nakon Velikog praska postao proziran, a fotoni su počeli da po njemu putuju. Tada je nastalo ono što danas nazivamo pozadinsko mikrotalasno zračenje. Njegovi snimci (dole) pokazuju da je svemirska supa u to vreme bila gotovo uniformna. No ipak, postojale su male kvantne fluktuacije u temperaturi koje su postale seme za nastanak zvezda i galaksija.
Zbog širenja svemira talasne dužine tih prvih slobodnih fotona su se rastegle do mikrotalasnih dužina. Na temelju tog razvlačenja, odnosno crvenog pomaka u kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju, ali i pomoću nekih drugih metoda, naučnici iz CMB-a mogu izračunati brzinu širenja svemira, odnosno Hablovu konstantu.
Teorija tamne energije
Na temelju posmatranja iz 1998. koja su pokazala da se svemir širi sve brže, a ne sve sporije, što bi se očekivalo zbog privlačnih sila gravitacije, istraživači su zaključili da u svemiru mora postojati neka energija protivna gravitaciji. Ta energija nazvana je tamnom energijom jer je do sada ostala neopaziva za posmatranja postojećim uređajima, a njni točani izvori i priroda ostali su nejasni, uprkos tome što ima snažan uticaj na svemir.Na temelju tog uticaja i drugih indikatora poput merenja gustoće mase u svemiru, naučnici su došli do zaključka da tamna energija čini oko 68% ukupne mase-energije, tamna materija 27%, a obična materija 5%. Iako je gustoća tamne energije vrlo mala, ona dominira sadržajem mase-energije svemira jer postoji svuda, u svakom deliću celog svemira, dok su tamna i obična materija uglavnom nakupljene u formacijama poput galaksija između kojih postoje ogromne praznine.
Neposredno nakon Velikog praska, svemir je eksponencijalno rastao, uvelike povećavajući sićušne kvantne fluktuacije u gustoj supi subatomskih čestica. Kako smo već naveli, te male fluktuacije postale su seme u kojem se počela sakupljati tamna materija, pa se stotinama miliona godina kasnije u tim nakupinama, zahvaljujući silama gravitacije, okupila obična tvar i formirala zvezde i galaksije (mrljice na slici dole). Kako je svemir širenjem postajao sve ređi, pritisak tamne energije nadjačao je privlačnost gravitacije pa se nakon faze usporavanja, širenje počelo ubrzavati.
Kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje CMBR
Svojstvo praznog prostora
Prema pomenutom modelu Lambda-CDM, tamna energija je svojstvo samog praznog prostora. Taj model lepo se uklapa u kosmološke podatke širenja svemira, posebno one dobijene iz CMB-a. Lambda-CDM precizno odgovara distribuciji veličina fluktuacija u CMB-u koje je izmerila europska svemirska letelica „Plank”.Međutim, ona daje vrednost Hablove konstante koja ne odgovara neposredno izmerenoj.
Adam Ris, kosmolog sa Sveučilišta Džon Hopkins, i saradnici od 2009. pomoću raznih teleskopa stvaraju razrađenu lestvicu direktno izmerenih udaljenosti i crvenih pomaka obližnjih galaksija.Poseban doprinos preciznosti tih merenja proteklih godina dao je svemirski teleskop James Webb (JWST)koji je s radom počeo početkom 2022, a može snimati pojedinačne cefeide u drugim galaksijama.Riess i saradnici su u septembru objavili naučni rad prema kojem su osmatranja JWST-apotvrdila da je Hablova konstanta za 8% veća nego što to predviđa model Lambda-CMD.Kako pokazuje donji grafikon, model Lambda-CMDpredviđa da bi vrednost H0 trebalo biti 67±0.5, dok neposredna merenja daju vrijednost od 74±1.
Možda ostane misterija
S novim, preciznijim posmatranjima izgledi da se Hablova tenzija može objasniti kao posledica pogrešaka u različitim osmatranjima postaju sve manji.To bi moglo uništiti nade da bi rešavanje Hablove tenzije kosmolozima moglo pomoći da izbruse teoriju o sastavu i evoluciji svemira. „Nema jamstva da postoji jedan činilac koji uzrokuje sve ovo”, rekao je Ris.
Johanes Eskilt, kosmolog sa Univerziteta u Oslu, kaže da bi rešenje tenzije moglo biti misteriozno kao što je, primerice, misteriozna tamna materija: „Mogli bismo biti u istoj poziciji u kojoj znamo da postoji izvor rane tamne energije, ali nemamo pojma što je to”. Pojedini naučnici se, čak, pitaju hoće li Hablova napetost ikada biti objašnjena. „Ne bih se kladio u to”, komentarisao je zaScience Sani Vagnozi, koamolog sa Univerziteta u Trentu. Izvesni fizičari predložili su neka teorijska rešenja, no pokazalo se da ona imaju svojih ozbiljnih manjkavosti.
Za kraj treba istaći da većina kosmologa danas još veruje da će Hablova tenzija biti rešena. „Neko će pronaći neko rešenje”, smatra Samjuel Goldstajn, kosmolog sa Univerziteta Kolumbija. „Ne očekujem da će se za 100 godina ljudi i dalje fokusirati na Hablovu tenziju.”
(Ilustracija AI, Wikipedia, Science)
(Indeks)
