Упркос томе што су савремене науке у минулих неколико деценија одговориле на мноштво великих и малих питања – од тога како је настао свемир до тога како се развио живот на Земљи – још постоје ипитања на која нема одговоре, а постоји могућност да их никада неће ни имати. Наведимо само неколико.
На пример, једна од тешко решивих мистерија јесте питање абиогенезе: Kако је тачно на Земљи пре 3,5 милијарди година из неживе материје настао први живот?
Друго тешко питање је: Kако и зашто настаје свест?
Треће: Где су ванземаљци? Ако у свемиру постоје технолошки развијене цивилизације, због чега нема никаквих информација о њима? Зашто нам се не јаве?
Kоначно, једно тешко питање које се ових дана поново нашло у фокусу знанственика јесте зашто се и како шири свемир.
Откриће да се свемир шири приписује се америчком астроному Едвину Хаблу, но оно се темељи на неким ранијим опажањима. Први корак на том путу било је откриће америчке астрономкиње Хенриет Свон Ливит да постоје променљиве звезде познате као цефеиде чији је сјај увек исти где год да се налазиле. Те звезде послужиле су као стандардни штапови за мерење астрономских удаљености – ако знате колико би сјајна требало бити нека звезда, онда по њеном привидном, ослабљеном сјају какав видимо на Земљи можете израчунати колико је удаљена.
Други важан корак у разумевању ширења свемира био је рад америчког астронома Веста Слајфера, који је открио црвени помак у спектру светлости удаљених галаксија. Он је 1912. први уочио помицање спектралних линија галаксија према црвеном делу спектра, што се назива Доплеров ефекат. Наиме, када се неки извор светлости удаљава од нас, његова светлост се развлачи, што подразумијева да се таласна дужина продужује. Слично вреди за сирене ватрогасних кола чији звук постаје дубљи када се удаљавају од нас.
Будући да различити елементи у звездама зраче на тачно одређеним таласним дужинама, помак тих дужина према већима, односно према црвеном делу спектра, наводи на закључак да се оне удаљавају од нас. Слајфер је на темељу својих мерења закључио да се неке маглине које је посматрао уопште не налазе унутар наше галаксије. Анализирајући светлост из маглина, открио је да се готово све удаљавају од Земље. Он је знао да помак према црвеном указује да се тело удаљава од посматрача, но није могао измерити удаљеност до тих црвенкастих тела.
Ту долазимо до Хабловог открића, објављеног 1929. да је црвени помак галаксија непосредно пропорционалан удаљености одређене галаксије од Земље. До тога је могао доћи захваљујући информацијама о удаљеностима галаксија које су омогућили стандардни штапови, односно променљиве звезде, и на темељу информација о величинама црвених помака у спектрима галаксија. Његово истраживање показало је да се удаљеније галаксије брже удаљавају од оних које су нам ближе. То је за очекивати ако се свемир шири, а може се лако разумети ако посматрамо тачке на балону који надувавамо. Две тачке које се на површини балона налазе близу дувањем ће се много мање удаљити него две удаљене јер се ширења свих селића балона збрајају. Ако се сваки центиметар на балону дувањем развуче за 1 милиметар, онда ће се две тачке удаљене 1 центиметар удаљити за 1 милиметар, а две тачке удаљене 10 центиметара за 10 милиметара.
Едвин Хабл је у својим прорачунима дошао до закључка да се свемир шири брзином од 170 километара/секунди по светлосној години удаљености. Другим речима, галаксија која је од нас удаљена једну светлосну годину удаљава се од нас брзином од 170 километара у секунди. Та мера данас се назива Хабловом константом (H0). Бројке до којих је дошао нису биле баш тачне, па су се усавршавањем мерних техника и технологија промиениле. Но основни принцип остао је исти. Неки ово откриће сматрају најважнијим догађајем у астрономији 20. века јер је увело најтемељнију промену у погледу на свемир од Kоперника пре 400 година.
Теорија Великог праска
Хаблови резултати, који показују да се свемир шири, били су темељ за теорију белгијског астронома и космолога, који је и сам дошао до сличног закључка о ширењу свемира. Он је закључио да свемир који се шири као да је настао у експлозији подразумева да је у неком тренутку у прошлости морао бити неексплодиран, односно да је морао бити једна концентрисана маса у времену и простору. Стога је 1927. предложио теорију о настанку свемира у Великом праску.
Тиме долазимо до проблема који се назива Хаблова тензија и кључне теме овог текста. Наиме, ширење свемира може се израчунати на два начина, а та два израчунавања се не подударају. Једна метода за диретно мерење удаљености до галаксија и израчунавање стопе ширења свемира користи раније поменуте променљиве звезде попут цефеида и супернова типа Ia. Друга метода, настала касних деведесетих и раних двехиљадитих, користи теоријски модел који се назива Ламбда-хладна тамна твар (Lambda-CMD) и космичко микроталасно позадинско зрачење (CMB или CMBR), које је својеврсна јека, односно остатак радијације из Великог праска.
Kосмичко микровално позадинско зрачење је зрачење које испуњава сав простор у видљивом свемиру. Стандардним оптичким телескопом простор између звезда и галаксија изгледа готово потпуно таман. Међутим, довољно осетљиви радио–телескопи откривају слаб позадински сјај који је готово једноличан и није повезан ни с једном звездом, галаксијом или другим неббеским телом или појавом. Тај је сјај најјачи у оку невидљивом микроталасном подручју радијског спектра, а случајно су га открили амерички радиоастрономи Арно Пензијас и Роберт Вилсон 1965. године.
CMB је значајна потврда теорије Великог праска. Наиме, у космолошким моделима током најранијих раздобља свемир је био испуњен непрозирном маглом густе вруће плазме субатомских честица. Kако се ширио, плазма се хладила до тренутка у којем су се протони и електрони почели спајати у неутралне атоме водоника и хелијума. За разлику од густе плазме пуне набијених (наелектрисаних) честица, ти атоми нису блокирали ширење светлости, па је свемир 380.000 година након Великог праска постао прозиран, а фотони су почели да по њему путују. Тада је настало оно што данас називамо позадинско микроталасно зрачење. Његови снимци (доле) показују да је свемирска супа у то време била готово униформна. Но ипак, постојале су мале квантне флуктуације у температури које су постале семе за настанак звезда и галаксија.
Због ширења свемира таласне дужине тих првих слободних фотона су се растегле до микроталасних дужина. На темељу тог развлачења, односно црвеног помака у космичком микроталасном позадинском зрачењу, али и помоћу неких других метода, научници из CMB-а могу израчунати брзину ширења свемира, односно Хаблову константу.
Теорија тамне енергије
На темељу посматрања из 1998. која су показала да се свемир шири све брже, а не све спорије, што би се очекивало због привлачних сила гравитације, истраживачи су закључили да у свемиру мора постојати нека енергија противна гравитацији. Та енергија названа је тамном енергијом јер је до сада остала неопазива за посматрања постојећим уређајима, а њни точани извори и природа остали су нејасни, упркос томе што има снажан утицај на свемир. На темељу тог утицаја и других индикатора попут мерења густоће масе у свемиру, научници су дошли до закључка да тамна енергија чини око 68% укупне масе-енергије, тамна материја 27%, а обична материја 5%. Иако је густоћа тамне енергије врло мала, она доминира садржајем масе-енергије свемира јер постоји свуда, у сваком делићу целог свемира, док су тамна и обична материја углавном накупљене у формацијама попут галаксија између којих постоје огромне празнине.
Непосредно након Великог праска, свемир је експоненцијално растао, увелике повећавајући сићушне квантне флуктуације у густој супи субатомских честица. Kако смо већ навели, те мале флуктуације постале су семе у којем се почела сакупљати тамна материја, па се стотинама милиона година касније у тим накупинама, захваљујући силама гравитације, окупила обична твар и формирала звезде и галаксије (мрљице на слици доле). Kако је свемир ширењем постајао све ређи, притисак тамне енергије надјачао је привлачност гравитације па се након фазе успоравања, ширење почело убрзавати.
Kосмичко микроталасно позадинско зрачење CMBR
Својство празног простора
Према поменутом моделу Lambda-CDM, тамна енергија је својство самог празног простора. Тај модел лепо се уклапа у космолошке податке ширења свемира, посебно оне добијене из CMB-а. Lambda-CDM прецизно одговара дистрибуцији величина флуктуација у CMB-у које је измерила еуропска свемирска летелица „Планк”. Међутим, она даје вредност Хаблове константе која не одговара непосредно измереној.
Адам Рис, космолог са Свеучилишта Џон Хопкинс, и сарадници од 2009. помоћу разних телескопа стварају разрађену лествицу директно измерених удаљености и црвених помака оближњих галаксија. Посебан допринос прецизности тих мерења протеклих година дао је свемирски телескоп James Webb (JWST) који је с радом почео почетком 2022, а може снимати појединачне цефеиде у другим галаксијама. Риесс и сарадници су у септембру објавили научни рад према којем су осматрања JWST-а потврдила да је Хаблова константа за 8% већа него што то предвиђа модел Lambda-CMD. Kако показује доњи графикон, модел Lambda-CMD предвиђа да би вредност H0 требало бити 67±0.5, док непосредна мерења дају вриједност од 74±1.
Можда остане мистерија
С новим, прецизнијим посматрањима изгледи да се Хаблова тензија може објаснити као последица погрешака у различитим осматрањима постају све мањи. То би могло уништити наде да би решавање Хаблове тензије космолозима могло помоћи да избрусе теорију о саставу и еволуцији свемира. „Нема јамства да постоји један чинилац који узрокује све ово”, рекао је Рис.
Јоханес Ескилт, космолог са Универзитета у Ослу, каже да би решење тензије могло бити мистериозно као што је, примерице, мистериозна тамна материја: „Могли бисмо бити у истој позицији у којој знамо да постоји извор ране тамне енергије, али немамо појма што је то”. Поједини научници се, чак, питају хоће ли Хаблова напетост икада бити објашњена. „Не бих се кладио у то”, коментарисао је за Science Сани Вагнози, коамолог са Универзитета у Тренту. Извесни физичари предложили су нека теоријска решења, но показало се да она имају својих озбиљних мањкавости.
За крај треба истаћи да већина космолога данас још верује да ће Хаблова тензија бити решена. „Неко ће пронаћи неко решење”, сматра Самјуел Голдстајн, космолог са Универзитета Колумбија. „Не очекујем да ће се за 100 година људи и даље фокусирати на Хаблову тензију.”
(Илустрација AI, Wikipedia, Science)
(Индекс)
