KOSMIČKO TKANJE

DA LI JE POSTAO NI IZ ČEGA

YouTube/Wikimedia

YouTube/Wikimedia

Kada naučnici tumače da je svemir nastao iz velikog praska, jedno od pitanja koje se često nameće jeste: A kako je nastao veliki prasak? Ni iz čega?

Ovo pitanje postavio je jedan čitatelj časopisa Conversation, a odgovor je pokušao dati Alaster Vilson, profesor filozofije nauke na Univerzitetu u Birmingemu. Članak je nastao u saradnji ovog magazina i BBC-ja u sklopu serijala Velika životna pitanja (Life’s Big Questions). Pitanje i odgovor prenosimo u cielosti.

Pitanje: Prema mojem shvatanju, ništa ne dolazi ni iz čega. Da bi nešto postojalo, mora postojati dostupan materijal ili komponenta, a da bi oni bili dostupni, mora biti dostupno još nešto. Moje pitanje jeste: odakle je došao materijal koji je stvorio veliki prasak i šta se prvo dogodilo da se stvori taj materijal? Piter, 80, Australija.

Odgovor:Poslednja zvezda će se polako ohladiti i izbledeti. S vremenom, svemir će ponovno postati praznina, bez svetla, života ili smisla.” Tako je upozorio fizičar Brajan Koks u nedavnoj BBC-jevoj seriji Universe. Bleđenje te posljednje zvezde biće samo početak beskrajno duge, mračne epohe. Svu materiju na kraju će pojesti monstruozne crne rupe, koje će pak ispariti u najbleđoj svetlosti. Prostor će se zauvek širiti sve dok čak i to slabašno svetlo ne postane previše razvučeno za bilo kakvu interakciju. Aktivnosti će prestati. Ili možda neće? Začudo, neki kozmolozi veruju da je prethodni, hladan, taman, prazan svemir poput onog koji leži u našoj dalekoj budućnosti mogao biti izvor našeg vlastitog velikog praska.

Prva tvar

No, pre nego što dođemo do toga, pogledajmo kako je prvi put nastao materijal”, odnosno fizička materija. Ako želimo obasniti poreklo stabilne materije sačinjene od atoma ili molekula, toga zasigurno nije bilo u velikom prasku – niti stotinama hiljada godina nakon toga. Mi, zapravo, prilično dobro razumemo kako su prvi atomi nastali od jednostavnijih čestica nakon što su se uslovi dovoljno ohladili da složena materija bude stabilna i kako su se ti atomi kasnije spojili u teže elemente unutar zezda. No to razumevanje ne rešava pitanje da li je nešto nastalo ni iz čega.

Stoga treba razmisliti unatrag. Prve dugovečne čestice tvari bilo koje vrste bili su protoni i neutroni, koji zajedno čine atomsko jezgro. Oni su nastali u prvoj desetohiljadinki sekunde nakon velikog praska. Pre tog trenutka stvarno nije bilo materijala u nekom uobičajenom smislu te reči. Međutim, fizika nam omogućuje da nastavimo pratiti vremensku liniju unatrag – do fizičkih procesa koji su prethodili bilo kojoj stabilnoj materiji.

To nas vodi u takozvanu veliku ujedinjenu epohu”. Sada smo već uveliko u području spekulativne fizike, jer u našim eksperimentima ne možemo proizvesti dovoljno energije da ispitamo procese koji su se događali u to vreme. No, verovatna hipoteza jeste da je fizički svet tada bio sastavljen od supe kratkoživećih elementarnih čestica – uključujući kvarkove, građevne blokove protona i neutrona. Postojale su i materija i antimaterija” u otprilike jednakim količinama: svaka vrsta čestice materije, kao što je kvark, ima „ogledalsku sliku” u nekoj čestici antimaterije, koja je skoro identična samoj sebi i razlikuje se samo u jednom aspektu. Međutim, materija i antimaterija uništavaju se u bljesku energije kada se sretnu, što znači da su se te čestice neprestano stvarale i uništavale.


Alaster Vilson
(Birmigham.ac.uk)

No, kako su uopšte nastale te čestice? Kvantna teorija polja govori nam da je čak i vakuum, koji navodno odgovara praznom prostor-vremenu, pun fizičke aktivnosti u obliku fluktuacija energije. Ove fluktuacije mogu dovesti do iskakanja, odnosno stvaranja čestica, koje ubrzo nakon toga nestaju. Ovo može zvučati kao matematička zamisao, a ne kao prava fizika, no takve su čestice uočene u nebrojenim eksperimentima.

Prostorno-vremensko vakuumsko stanje kipi od čestica koje se neprestano stvaraju i uništavaju, naizgled ni iz čega”. Možda nam sve ovo u biti govori da je kvantni vakuum (uprkos imenu) nešto, a ne ništa. Filozof Dejvid Albert nezaboravno je kritikovao izveštaje o velikom prasku koji nude mogućnost da se u njemu dobija nešto ni iz čega.

Pretpostavimo da postavimo pitanje: odakle je nastao sam prostor-vreme? U tom slučaju možemo nastaviti okretati sat još unatrag, u uistinu drevnu Plankovu epohu – razdoblje toliko rano u povesti svemira da naše najbolje teorije fizike u njemu ne funkcionišu. Ovo doba nastupilo je približno 10-43 sekunde nakon velikog praska. U tom trenutku, sam prostor i vreme postali su podložni kvantnim fluktuacijama. Fizičari obično odvojeno bave kvantnom mehanikom, koja vlada mikrosvetom čestica, i s opštom relativnošću, koja se primenjuje u velikim, kosmičkim razmerima. No da bismo istinski razumjeli Plankovu epohu, potrebna nam je potpuna teorija kvantne gravitacije, koja spaja te dve teorije.

Mi još nemamo savršenu teoriju kvantne gravitacije, ali postoje neki pokušaji da se ona formuliše – poput teorije struna i kvantne gravitacije petlji. U tim pokušajima, običan prostor i vreme obično se vide kao nadolazeći, poput talasa na površini dubokog okeana. Ono što doživljavamo kao prostor i vreme proizvod je kvantnih procesa koji deluju na dubljoj, mikroskopskoj ravni – procesa koji za nas kao stvorenja ukorenjena u makroskopskom svetu nemaju previše smisla.

U Plankovoj epohi naše uobičajeno razumevanje prostora i vremena se raspada, tako da se više ne možemo osloniti ni na naše uobičajeno razumevanje uzroka i posledice. Uprkos tome, sve teorije kandidati za kvantnu gravitaciju opisuju nešto fizičko što se događalo u Plankovoj epohi – neku kvantnu preteču običnog prostora i vremena. Ali odakle je to došlo?

Čak i ako se u Plankovoj epohi kauzalnost više ne primenjuje na uobičajen način, još bi bilo moguće objasniti jednu komponentu svemira toga vremena u terminima druge. Nažalost, za sada čak ni najbolja fizika kojom raspolažemo nikako ne uspeva dati odgovore. Dok ne ostvarimo dalji napredak prema teoriji svega”, nećemo moći dati nikakav konačan odgovor. Najviše što možemo s poverenjem reći u ovoj fazi jeste da fizika do sada nije pronašla nijedan potvrđeni primer da nešto nastaje ni iz čega.

Ciklusi gotovo ni iz čega

Da bismo istinski odgovorili na pitanje kako nešto može nastati ni iz čega, morali bismo objasniti kvantno stanje celog svemira na početku Plankove epohe. Svi pokušaji da se to učini za sada ostaju vrlo spekulativni. Neki od njih pozivaju se na natprirodne sile poput tvorca. No druga objašnjenja kandidata ostaju unutar područja fizike – poput multiverzuma, koji sadrži beskonačan broj paralelnih svemira, ili cikličkih modela svemira, koji se rađaju iznova i iznova.

Fizičar, dobitnik Nobelove nagrade 2020. Rodžer Penrouz, predložio je intrigantan, ali kontroverzan model za ciklični svemir nazvan konformna ciklična kosmologija”. Penrouza je inspirisala zanimljiva matematička veza između stanja vrlo vrućeg, gustog, malog svemira – kakav je bio u velikom prasku – i stanja izuzetno hladnog, praznog, proširenog svemira – kakav će biti u dalekoj budućnosti. Njegova radikalna teorija koja objašnjava ovu korespondenciju jeste da ta stanja postaju matematički identična kada se dovedu do svojih krajnjih granica. Iako se čini paradoksalno, potpuna odsutnost materije možda je uspela proizvesti svu materiju koju vidimo oko sebe u našem svemiru.

U toj perspektivi, veliki prasak nastaje gotovo ni iz čega. To je ono što je preostalo kada je sva materija u svemiru upala u crne rupe, koje su potom isparile u fotone – izgubljene u praznini. Ceo svemir tako nastaje iz nečega što je – gledano iz druge fizičke perspektive – najbliže ničemu što je uopšte moguće doći. Ali to ništa je još neka vrsta nečega. To je još fizički svemir, koliko god bio prazan.

Kako isto stanje može biti hladan, prazan svemir iz jedne perspektive i vruć gusti svemir iz druge? Odgovor leži u složenom matematičkom postupku zvanom konformalno reskaliranje”, što je geometrijska transformacija kojom se menja veličina objekta, ali njegov oblik ostaje nepromenjen.


Rodžer Penrouz (
NobelPrize.org)

Penrouz je pokazao kako se hladno prazno stanje i vruće gusto stanje mogu povezati takvim skaliranjem tako da se poklapaju s obzirom na oblike njihovog prostor-vremena, iako ne i s obzirom na njihove veličine. Doduše, teško je shvatiti kako dva objekta mogu biti identična kada imaju različite veličine – ali Penrouz tvrdi da veličina kao koncept prestaje imati smisla u takvim ekstremnim fizičkim okruženjima.

U konformalnoj cikličnoj kosmologiji smer objašnjenja ide od starog i hladnog prema mladom i vrućem: vruće gusto stanje postoji zbog hladnog praznog stanja. Ali u ovom slučaju zato što” nije ono uobičajeno – uzroka nakon kojeg u vremenu sledi njegova posledica. U tim ekstremnim stanjima veličina nije jedino što prestaje biti relevantno: to se zbiva i s vremenom. Hladno retko stanje i vruće gusto stanje zapravo se nalaze na različitim vremenskim linijama. Hladno prazno stanje nastavilo bi se zauvek iz perspektive posmatrača u njegovoj vremenskoj geometriji, no vruće gusto stanje koje ovo prvo stvara zapravo nastanjuje zasebnu, novu vremensku liniju.

U ovom kontekstu može pomoći ako shvatimo da je vruće gusto stanje, na neki neuzročan način nastalo iz hladnog praznog stanja. Možda bi trebalo reći da vruće gusto stanje proizlazi iz hladnog, praznog stanja ili je utemeljeno u njemu, ili ga ostvaruje. To su izrazito metafizičke ideje koje su opširno istraživali filozofi nauke, posebno u kontekstu kvantne gravitacije gde se čini da se uobičajeni uzrok i posledica raspadaju. Na granicama našeg znanja, fiziku i filozofiju je teško odvojiti.

Postoje li eksperimentalni dokazi?

Konformalna ciklična kosmologija nudi neke detaljne, iako spekulativne, odgovore na pitanje odakle je došao veliki prasak u našem svemiru. Ali čak i ako Penrouzova vizija bude potvrđena budućim napretkom kosmologije, bilo bi opravdano reći kako to još ne nudi odgovor na dublje filozofsko pitanje – pitanje o tome odakle dolazi sama fizička stvarnost. Kako je nastao ceo sistem ciklusa? Tu konačno završavamo s čistim pitanjem zašto postoji nešto, a ne ništa – što je jedno od najvećih pitanja metafizike.

Ali naš fokus ovde je na objašnjenjima koja ostaju unutar područja fizike. Postoje tri široke opcije za dublje pitanje kako su ciklusi počeli. To uopšte ne bi moralo imati fizičko objašnjenje. Ili bi mogli postojati ciklusi koji se neprestano ponavljaju, od kojih je svaki svemir za sebe, s početnim kvantnim stanjem svakog svemira objašnjen nekim obeležjem svemira pre. Ili bi mogao postojati jedan jedini ciklus, i jedan jedini svemir koji se ponavlja, s početkom tog ciklusa objašnjenim nekom odlikom njegovog vlastitog kraja. Poslednja dva pristupa izbegavaju potrebu za bilo kakvim neuzrokovanim događajima – i to im daje osobitu privlačnost. Fizika ništa ne bi ostavila neobjašnjeno.

Penrouz predviđa niz beskonačnih novih ciklusa iz razloga koji su delom povezani s njegovim vlastitim preferisanim tumačenjem kvantne teorije. U kvantnoj mehanici fizički sistem postoji u superpoziciji više različitih stanja u isto vreme, i samo kada ga merimo nasumično odabire jedno”. Za Penrouza svaki ciklus uključuje nasumične kvantne događaje koji imaju različite ishode – što znači da će se svaki ciklus razlikovati od onih pre i onih nakon njega. Ovo je zapravo dobra vest za eksperimentalne fizičare, jer bi nam mogla omogućiti da nazremo stari svemir iz kojeg je nastao naš kroz slabe tragove ili anomalije u ostatku zračenja velikog praska koje je zabeležio Plankov satelit.

Penrouz i saradnici veruju da su možda već uočili te tragove, pripisujući obrasce u Plankovim podacima o zračenju supermasivnih crnih rupa u prethodnom svemiru. Međutim, njihova zapažanja osporili su drugi fizičari, a konačnog suda o tome i dalje nema.



Karta kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja
(ESA i Planck Collaboration)

Beskonačni novi ciklusi ključni su za Penrouzovu viziju. No, postoji prirodan način pretvaranja konformalne ciklične kosmologije iz višeciklusne u jednociklusnu formu. Tada se fizička stvarnost sastoji u kruženju koje se odvija od velikog praska do maksimalno praznog stanja u dalekoj budućnosti – i onda opet nazad do istog velikog praska, čime se isti svemir stalno iznova stvara.

Ova potonja mogućnost u skladu je s drugom interpretacijom kvantne mehanike, nazvanom interpretacija mnogih svetova. Interpretacija mnogih svetova kaže da svaki put kada merimo sistem koji je u superpoziciji, to merenje ne odabire neko nasumično stanje. Umesto toga, rezultat merenja koji vidimo samo je jedna mogućnost – ona koja se odigrava u našem svemiru. Svi drugi rezultati merenja odigravaju se u drugim svemirima u multiverzumu, odvojenim od našeg. Dakle, bez obzira na to koliko je mala šansa da se nešto dogodi, ako postoji šansa koja je različita od nule, onda se taj događaj zbiva u nekom paralelnom kvantnom svetu. Postoje ljudi poput vas u drugim svetovima koji su dobili na lutriji ili ih je neki tajfun odneo u oblake ili su se spontano samozapalili, ili su se dogodile sve tri stvari istovremeno.

Neki ljudi veruju da bi se takvi paralelni svemiri mogli uočiti u kosmološkim podacima, kao svojevrsni otisci uzrokovani sudarima drugih svemira s našim. Kvantna teorija mnogih svetova predstavlja novi zaokret u konformalnoj cikličnoj kosmologiji, iako se ne slaže s Penrouzovom. Naš veliki prasak mogao bi biti ponovno rođenje jednog jedinog kvantnog multiverzuma, koji sadrži beskonačno mnogo različitih svemira koji se pojavljuju zajedno. Događa se sve moguće – onda se događa opet i opet i opet.

Drevni mit

Za filozofe nauke Penrouzova vizija je fascinantna. Ona otvara nove mogućnosti za objašnjenje velikog praska, nadilazeći naša objašnjenja izvan domena uobičajenih uzroka i posledica. Stoga je ona izvrstan probni slučaj za istraživanje različitih načina na koje fizika može objasniti naš svet. Ona zaslužuje više pažnje filozofa.

Za ljubitelje mitova Penrouzova vizija je lepa. U njegovom preferisanom tumačenju s više ciklusa ona predviđa beskrajne nove svetove rođene iz pepela prethodnika. U tumačenju s jednim cikličnim krugom, ona predstavlja zanimljivo savremeno podsjćanje na drevnu ideju o Uroborosu, odnosno svetskoj zmiji. U nordijskoj mitologiji, zmija Jormungandr dete je pametnog prevaranta Lokija i divovske Angrbode. Jormungandr jede svoj vlastiti rep, a tako stvoreni krug održava ravnotežu sveta. Mit o Uroborosu dokumentovan je u celom svetu – uključujući stari Egipat.


Uroboros na Tutankamonovoj grobnici.
Djehuty/Wikimedia

Uroboros jednog cikličkog svemira doista je veličanstven. U svom trbuhu sadrži naš vlastiti svemir, kao i svaki od čudnih i prekrasnih alternativnih mogućih svemira koje dopušta kvantna fizika – a na mestu gde mu se glava susreće s repom potpuno je prazan, ali takođe kruži energijom na temperaturama od sto hiljada miliona milijardi biliona Celzijusivih stepeni. Čak bi i Loki, menjač oblika, bio impresioniran.

(Izvor Indeks)

O autoru

Stanko

1 komentar

  • Apsolutno ništavilo ne može da postoji.Čak i sama igra reči ukazuje da “ništa” ne postoji.Postoji večita tendencija ili da se izrazim sa strane nauke relativno ništa.Univerzum nema početak i kraj .Nema granice do koje bi mogli doći.Paradoksalno da to stanje može da se jedino opiše kao “prava singularnost”.To znači da je celokupan naš univerzum u stvari rezultat večite jurnjave beskrajno male energije u nultom vremenu.Jedino u tom slučaju beskrajno malo može postati beskrajno veliko.Zbog toga univerzum je istovremeno bezdimenzioni i čevorodimenzionalni.Beskrajno mala tačka koja najbliže definiše ništa i brzina kojom se ta tačka propadajući u sebe se diferencira gradeći neodređeno veliki četvorodimenzionalni univerzum-osnovni oblik stalno promenjlivu prostornu sferu.Ne postoji ništa van te tačke već je ona sve i sva i sav događaj percepcije je u njoj.Sama diferencijacija tačke generiše prostor ali i vreme i energiju.U osnovi bitne su dve stavke prostor i materija i sav proces egzistencije se vrti oko njih.Materija generiše prostor a prostor generiše materiju i jedno bez drugog ne mogu da opstanu.

Ostavite komentar