VJEČNO PITANJE

Što je bilo prije Velikog praska – ništa ili nešto?

05.12.2012 u 16:44

Bionic
Reading

Jedno od najvećih pitanja fizike uvijek je bilo: Postoji li svemir oduvijek ili je nešto uzrokovalo njegovo stvaranje

Neki od najvećih umova u povijesti zastupali su teoriju prema kojoj je svemir vječan i u suštini nepromjenjiv. Drugi, podjednako pametni, tvrdili su da je on u jednom trenutku morao nastati.

Suvremena kozmologija počela je s Albertom Einsteinom, koji je, kao i Isaac Newton, bio sklon ideji o vječnom, nepromjenjivom svemiru. Buduću da sila gravitacije privlači sva tijela u svemiru, Einstein je zaključio da u njemu mora djelovati suprotna, odbojna sila praznog prostora koja bi održala ravnotežu. No s vremenom se pokazalo da bi takav svemir bio vrlo nestabilan jer bi morao balansirati na tankoj granici između širenja i stezanja. Ideju o vječnom, statičnom svemiru ozbiljno je poljuljao Edwin Hubble koji je 1929. uočio da se galaksije međusobno udaljavaju, odnosno da se svemir širi. Kao logičan zaključak nametnula se ideja prema kojoj je svemir u prošlosti bio mnogo manji. Tako je nastala teorija o Velikom prasku koja je 1964. potvrđena snimkama kozmičkog mikrovalnog zračenja koje se smatra jekom Velikog praska od prije 13,7 milijardi godina. No teorija Velikog praska nije dala konačan odgovor na pitanje što je bilo prije, odnosno što je i kako pokrenulo kozmičku eksploziju.

Još jedan udarac vječnom svemiru zadali su 1960-ih Roger Penrose i Stephen Hawking koji su u svojem teorijskom radu pokazali da je, ako se proces širenja svemira obrne unazad, nemoguće izbjeći singularnost (točku u kojoj temperatura i gustoća materije sežu u beskraj), a time i početak. U singularnosti zakoni fizike se raspadaju te je nemoguće saznati što je bilo prije. Drugim riječima, Veliki prasak morao bi biti početak.

Priča o podrijetlu svemira tu nije stala. Naime, Penrose i Hawking u svojim su teoremima pretpostavili da je tlak praznog prostora uvijek mali i pozitivan. No postojala je mogućnost da su u krivu, što je otvorilo vrata novoj kozmologiji i raznim verzijama teorije inflacije koja pretpostavlja negativan tlak vakuuma. Teorija inflacije razvijena je izvorno kako bi se objasnilo naglo eksponencijalno širenje svemira nakon Velikog Praska koje odgovara promatranjima. Prema tom modelu svemir se u vrlo ranoj fazi u djeliću sekunde nakon nastanka proširio brzinom većom od brzine svjetlosti. Takav događaj morao je osloboditi ogromnu energiju, koja je do tada bila pohranjena u vakuumu prostora-vremena. Ova teorija objašnjava veličinu i jednolikost svemira.

Prema jednoj novoj varijanti teorije inflacije koju su razvili Alexander Vilenkin i Audrey Mithani inflacija je počela s vakuumom neobično velike energije i negativnog tlaka. Ovakvo stanje daje vakuumu odbojnu gravitaciju koja razdvaja tijela umjesto da ih privlači. S inflacijom vakuum se sve više širi i postaje sve odbojniji. No budući da je priroda inflatornog vakuuma kvantna, on je nestabilan te se njegovi dijelovi posvuda i nasumično raspadaju u normalan vakuum. Zamislite vakuum kao golemi ocean vode koja vrije – posvuda nastaju mjehurići i šire se. Energija inflatornog vakuuma mora nekamo otići pa stvara materiju i toplinu u svakom od mjehurića. Drugim riječima stvaraju se novi veliki praskovi. Prema ovoj teoriji naš se svemir nalazi u jednom mjehuriću koji se pojavio u Velikom prasku prije 13,7 milijardi godina.

Ovakva slika svijeta, mada izbjegava problem singularnosti, otvara drugu enigmu – mogućnost da svemiri vriju oduvijek, bez početka i kraja. No Vilenkinove teorijske analize iz 2003. pokazale su da se prostorno vremenski kontinuum jednostavno ne može vječno širiti, odnosno da i inflacija mora imati početak. Do sličnog zaključka Vilenkin i Mithani su došli čak i nakon analize nekih drugih teorija kao što su ideja o cikličkom svemiru te o svemiru koji se iznenada razvija iz malog statičnog 'zametka'. Naime, proračuni su pokazali da ciklički svemir prije ili kasnije, u budućnosti ili prošlosti počinje ili završava singularitetom jer se u svakom krugu materija sve više ekspandira. Isto tako svemir koji postoji u zametku ne može vječno opstati u tom stanju jer bi prije ili kasnije, mada je vjerojatnost za to mala, prema kvantnoj teoriji morao kolabirati. Dakle, čini se da, koju god teoriju uzeli, svemir mora imati neki početak.

Kako je dakle počeo? Vilenkin, kao i brojni drugi kozmolozi, odgovor vidi u kvantnoj teoriji prema kojoj nešto može nastati ni iz čega – bio to mali svemir koji se inflacijom širi, kruži ili postoji ekstremno dugo prije nego što se počne širiti. Vilenkin smatra da čovjek po prvi put u povijesti ima mehanizme pomoću kojih može zaključiti da je svemir imao početak.

No s druge strane čini se da je s novim otkrićima i teorijama vjerojatnost da ćemo ikada vidjeti tragove tog početka postala manja no ikada. Naime, jedan od utemeljitelja teorije struna Leonard Susskind sa Sveučilišta Stanford nedavno je objavio dva rada u kojima je pokazao da se početak, ako je stvarno postojao, najvjerojatnije dogodio toliko davno u prošlosti da možemo praktički reći da je svemir vječan. Prema njemu, budući da se inflacija odvija eksponencijalno, volumen vakuuma u kasnijim vremenima mnogo je veći od onoga u ranijim. Drugim riječima, s vremenom nastaje sve više mjehurića-svemira pa raste i vjerojatnost da je naš nastao kasnije. Iz toga proizlazi da se istinski početak dogodio toliko davno da u našem svemiru nije ostavio nikakav trag.

Vilenkin priznaje da je takav scenarij vrlo vjerojatan. 'To je ironično', kaže teoretičar inflacije i dodaje: 'Sve je izglednije da je svemir imao početak, međutim, mi možda nikada nećemo točno saznati kako je izgledao.'