Mozda se sve odigralo malo drugacije... Ovakva hipoteza o nastanku Univerzuma, gde je on u pocetku bio vreo a zatim se postepeno hladio, u saglasnosti je sa svim posmatrackim nalazima kojima danas raspolazemo. Ali, ipak, ostaju jos neka pitanja bez odgovora: 1. Zasto je rani Univerzum bio tako topao? 2. Zasto je Univerzum u makrokosmickim razmerama tako homogen? Zasto izgleda isti u svim tackama prostora i u svim pravcima? A posebno zasto je temperatura mikrotalasnog pozadinskog zracenja bezmalo ista ma u kom pravcu pogledali? Situacija pomalo nalikuje onoj kada vecem broju studenata na ispitu postavite isto pitanje. Ako svi oni daju potpuno isti odgovor, mozete prilicno biti sigurni da su bili u vezi. No, u prethodno opisanom modelu od Velikog Praska nije proteklo dovoljno vremena da svetlost prevali rastojanje od jednog udaljenog podrucja do drugog, cak i ako su ta podrucja bila medjusobno blizu u ranom Univerzumu. Prema teoriji relativnosti, ako svetlost ne moze da stigne od jednog podrucja do drugog, onda za to nije kadra ni bilo koja druga informacija. Prema tome, nije bilo nacina na koji su razlicita podrucja ranog Univerzuma mogla steci istu temperaturu, osim ako iz nekog zasad neobjasnjenog razloga to nije bio slucaj od samog pocetka. 3. Zasto je Univerzum od pocetka imao gotovo kriticnu stopu sirenja, sto razdvaja modele u kojima dolazi do kolabriranja od onih kod kojih se sirenje nastavlja u beskonacnost, tako da se i sada, deset milijardi godina kasnije, on jos siri tom istom stopom? Da je stopa sirenja jednu sekundu posle Velikog Praska bila manja makar i za jedan sto hiljada milioniti deo, Univerzum bi kolabrirao pre no sto bi uopste dostigao sadasnje razmere. 4. Uprkos cinjenici da je Univerzum tako jednoobrazan i homogen u makrokosmickim razmerama, ona sadrzi lokalne nepravilnosti, kao sto su zvezde i galaksije. Za njih se smatra da su nastale iz malih razlika u gustini pojedinih podrucja ranog Univerzuma. Odakle vuku koren ove nepravilnosti gustine? Ako probamo da uz pomoc Opste teorije relativnosti odgovorimo na ova pitanja nailazimo na veliki problem, zato sto iz nje dobijamo da je Univerzum poceo beskrajno gust u singularnosti Velikog Praska. U toj singularnosti vise ne vaze zakoni fizike, pa cak ni sama Opsta teorija relativnosti, dakle, ne moze se predvideti sta ce se roditi iz singularnosti. Ovo je jedan od razloga zasto pitanje sta je bilo pre nema smisla, pa prema tome iz teorije moze da se iskljuci sam Veliki Prasak i svi dogadjaji pre njega. U ovom slucaju prosto-vreme bi imalo granicu – pocetak, u trenutku Velikog Praska. Do danas nauci je poznat niz zakona koji, u okviru granica nacela neodredjenosti, govore o tome kako ce se Univerzum razvijati sa vremenom ukoliko znamo njeno stanje u jednom trenutku. Ali, kako je odabrano pocetno stanje Univerzuma? Kakvi su bili granicni uslovi na samom pocetku? Jedan moguci odgovor jeste tvrdnja da je Bog odabrao pocetnu konfiguraciju Univerzuma iz razloga koje mi nikako ne mozemo razumeti. Ovako nesto svakako bi bilo u okviru mogucnosti jednog svemocnog bica, ali ako je ono stvorilo Univerzum na jedan tako neshvatljiv nacin, zasto je onda pustilo da se on razvija saglasno zakonima koje smo u stanju da shvatimo? Cela istorija nauke predstavljala je postepeno uvidjanje cinjenice da se zbivanja ne dogadjaju na proizvoljan nacin (kako je Ajnstajn rekao: “Bog se ne igra kockicama”), vec da odrazavaju izvestan red koji pociva u njihovoj osnovi, iza koga mozda stoji, a mozda i ne stoji bozanski upliv. Sasvim je, onda, prirodno pretpostaviti da ovaj red vazi ne samo za zakone, nego i za uslove na granici prostor-vremena koji odredjuje pocetno stanje Univerzuma. Moguce je zamisliti veliki broj modela Univerzuma sa razlicitim pocetnim stanjima, koji se svi pokoravaju zakonima nauke, ali mora postojati neko nacelo koje ce odrediti pravo pocetno stanje, pa stoga i model koji ce predstavljati nas Univerzum. Jedna takva mogucnost jeste ono sto se naziva haoticni granicni uslovi. Iz njih proishodi ili da je Univerzum prostorno beskrajan ili da ima beskrajno mnogo Univerzuma. U okviru haoticnih granicnih uslova verovatnoca da se pronadje neko posebno podrucje prostora u nekoj datoj konfiguraciji neposredno po Velikom Prasku istovetna je, u izvesnom smislu, verovatnoci da se ono pronadje u bilo kojoj drugoj konfiguraciji: pocetno stanje Univerzuma odabrano je sasvim nasumicno. Ovo bi znacilo da je rani Univerzum po svoj prilici bio veoma haotican i nepravilan, zato sto postoji znatno vise haoticnih i nesredjenih konfiguracija Univerzuma nego sto ima onih pravilnih i sredjenih. Tesko je, medjutim, shvatiti kako je iz ovako haoticnih pocetnih uslova mogao nastati jedan Univerzum koji je u makrokosmickim razmerama tako ravnomeran i pravilan kao sto je to nas danas. Ukoliko je Univerzum stvarno prostorno beskonacan, ili ako ima beskonacno mnogo Univerzuma, onda bi po svoj prilici negde postojala velika podrucja koja su u pocetku bila ravnomerna i homogena. Da li je moguce da mi zivimo u jednom podrucju koje je sasvim slucajno ravnomerno i jednoobrazno? Na prvi pogled, ovo deluje krajnje neverovatno, zato sto bi broj haoticnih i nepravilnih podrucja znatno nadmasio ovakve ravnomerne oblasti. Pretpostavimo, medjutim, da jedino u ravnomernim podrucjima dolazi do nastajanja galaksija i zvezda, kao i da se jedino tu javljaju pravi uslovi za razvoj tako slozenih samoreplicirajucih organizama kao sto smo to mi koji smo kadri da sebi postavimo sledece pitanje: “Zasto je Univerzum tako ravnomeran?” Ovo je primer primene onoga sto je poznato kao antropicko nacelo, koje se moze parafrazirati kao: “Univerzum vidimo onakav kakva jeste zato sto postojimo.”. Ili jos bolje receno: “Zasto je Univerzum onakav kakvog ga mi vidimo?”; odgovor na ovo pitanje je vrlo jednostavan: “Da je drugaciji, mi jednostavno ne bismo postojali!” Fizicar Alen Gat je, u nastojanju da pronadje model Univerzuma u kome iz razlicitih pocetnih uslova moze da nastane nesto slicno danasnjem Univerzumu, dosao na ideju tzv. Inflatornog modela Univerzuma. Prema ovom modelu Univerzum je u svom ranom razdoblju prosao kroz razdoblje veoma brzog, inflatornog, sirenja. Prema Gatu precnik Univerzuma se uvecavao 1030 puta u jednom malom delu sekunde! Po pitanju samog pocetka Univerzuma, Inflatorni model ne odstupa od Standardnog. I ovde je Univerzum poceo Velikim Praskom u veoma toplom i prilicno haoticnom stanju. Zbog visoke temperature cestice su imale ogromne energije i brzine. Pri ovakvim uslovima slaba i jaka nuklearna sila, kao i elektromagnetna sila objedinjene su u jednu jedinstvenu silu. Kasnije, kako se Univerzum sirio temperatura je opadala, a samim tim i energija i brzina cestica. Konacno, usledio bi takozvani fazni prelaz i narusavanje simetrije – jaka sila postala bi razlicita od slabe i elektromagnetne (Poznat primer faznog prelaza je smrzavanje vode. Tecna voda je simetricna, ista u svakoj tacki i u svim pravcima, ali kad dodje do nastanka kristala leda ova simetrija se narusava.) U slucaju vode moguce je pravilnim postupkom izvesti superhladjenje, tj. smanjenje temperature ispod tacke mrznjenja, 0O C, bez obrazovanja leda. Prema Gatovom misljenju Univerzum je mogao da se ponasa na isti nacin: temperatura je mogla pasti ispod kriticne granice, ali pri tom ne bi doslo do narusavanja simetrije izmedju sila. Ako se ovo dogodilo, Univerzum bi se nalazio u nestabilnom stanju sa vise energije nego sto bi imao onda kada bi simetrija bila narusena. Moze se pokazati da ovaj poseban visak energije ima antigravitaciono dejstvo: on bi se ponasao upravo kao kosmoloska konstanta koju je Ajnstajn uveo u Opstu relativnost kada je pokusavao da sazda staticni model Univerzuma. Buduci da bi se Univerzum vec nalazio u stanju sirenja, bas kao i u modelu toplog Velikog Praska, odbojno dejstvo ove kosmoloske konstante dovelo bi do toga da se Univerzum siri sve brzom stopom. Cak i u podrucjima u kojima bi cestica materije bilo iznad proseka, gravitaciono privlacenje materije bilo bi nadjacano odbojnim dejstvom gravitacione konstante. Prema tome, ova podrucja takodje bi se sirila na ubrzani, inflatorni nacin. Kako bi se ovo sirenje nastavljalo, a cestice materije se razmicale, na kraju bi preostao jedino Univerzum koja se siri i koji je gotovo sasvim lisen cestica, premda se jos nalazi u superohladjenom stanju. Sve nepravilnosti u tom Univerzumu bile bi otklonjene sirenjem, bas kao sto se nabori na balonu otklanjaju kada ga naduvate. Sadasnje ravnomerno i jednoobrazno stanje Univerzuma moglo je, dakle, nastati iz mnostva razlicitih nejednoobraznih pocetnih stanja. U takvom Univerzumu, u kom kosmoloska konstanta ubrzava sirenje, umesto da ga usporava gravitaciono privlacenje materije, bilo bi dovoljno vremena da svetlost prevali put od jednog do drugog podrucja u ranom Univerzumu. Ovo bi moglo da predstavlja resenje ranije pomenutog problema istovetnosti osobina razlicitih podrucja ranog Univerzuma. Stavise, stopa sirenja Univerzuma automatski bi postala veoma bliska kriticnoj stopi odredjenoj gustinom energije Univerzuma. A ovo bi, dalje, moglo da bude objasnjenje zasto je stopa sirenja i dalje tako blizu kriticne vrednosti, bez obaveze da se pretpostavi da je pocetna stopa sirenja Univerzuma bila veoma precizno odabrana. Zamisao o inflaciji takodje moze da objasni zasto u Univerzumu ima toliko materije. U podrucju Univerzuma koje je dostupno nasim posmatranjima postoji priblizno 1085 cestica. Odakle sve one poticu? Odgovor glasi da, prema kvantnoj teoriji, cestice mogu biti stvorene iz energije u obliku parova cestica-anticestica. Ali time se otvara pitanje odakle potice energija. Odgovor glasi da je ukupna energija u Univerzumu jednaka nuli. Materija u Univerzumu sagradjena je od pozitivne energije. Medjutim, materija samu sebe privlaci silom teze. Dva “parceta” materije koja se nalaze blizu jedan drugome imaju manje energije nego onda kada su udaljeniji, zato sto treba da utrosite energiju da biste ih razdvojili, dejstvujuci protiv gravitacione sile koja ih privlaci jedan drugome. Prema tome, u izvesnom smislu, gravitaciono polje ima negativnu energiju. U slucaju Univerzuma koji je priblizno jednoobrazan u prostoru moze se pokazati da se ova negativna gravitaciona energija tacno ponistava sa pozitivnom energijom koju predstavlja materija. Ukupna energija u Univerzumu jednaka je, dakle, nuli. A dva puta nula takodje je nula. Prema tome, Univerzum moze da udvostruci kolicinu pozitivne energije materije i da udvostruci negativnu gravitacionu energiju bez narusavanja zakona o odrzanju energije. Ovo se ne dogadja kod normalnog sirenja Univerzuma, gde se gustina energije materije smanjuje kako se Univerzum povecava. Zbiva se, medjutim, kod inflatornog sirenja, zato sto gustina energije superohladjenog stanja ostaje stalna dok se Univerzum siri: kada se velicina Univerzuma udvostruci, pozitivna energija materije i negativna gravitaciona energija takodje se udvostrucuju, tako da ukupna energija ostaje ravna nuli. Tokom inflatorne faze, velicina Univerzuma veoma se povecava. Prema tome, ukupna kolicina raspolozive energije za stvaranje cestica postaje izuzetno velika.
Univerzum se danas vise ne siri na inflatoran nacin. Prema tome, mora postojati neki mehanizam koji odstranjuje veoma veliku efektivnu kosmolosku konstantu, te tako menja stopu sirenja, cija se brzina vise ne povecava, nego se smanjuje pod dejstvom gravitacije, upravo kao sto je to sada slucaj. Kod inflatornog sirenja moze se ocekivati da ce simetrija izmedju sila konacno biti narusena, bas kao sto se superohladjena voda na kraju ipak uvek smrzne. Visak energije iz stanja nenarusene simetrije tada se oslobadja i zagreva Univerzum do temperature tik ispod kriticne vrednosti za simetriju izmedju sila. Univerzum bi potom nastavio da se siri i hladi, bas kao u modelu toplog Velikog Praska, ali sada postoji objasnjenje zasto se siri upravo kriticnom stopom i zasto njegova razlicita podrucja imaju istu temperaturu. Ovakav Inflatorni model bio je samo pocetak drugacijeg tumacenja razvoja Univerzuma. U njemu je takodje bilo dosta nejasnih i nerazumljivih stvari. Gatov Inflatorni model je kasnije je dopunio Stiven Hoking, covek koga smatraju za najveceg teorijskog fizicara posle Alberta Ajnstajna. U uvodu jedne knjige Karl Sagan za Hokinga kaze: “U prolece 1974, oko dve godine pre no sto se kosmicka sonda “Viking” spustila na Mars, prisustvovao sam jednom skupu u Engleskoj, pod okriljem Kraljevskog drustva iz Londona, na kome su se razmatrala pitanja traganja za vanzemaljskim zivotom. Za vreme pauze zapazio sam da se u susednoj dvorani odrzavao jedan znatno veci skup, kome sam se iz radoznalosti pridruzio. Uskoro sam shvatio da prisustvujem jednom drevnom obredu, primanju novih clanova u Kraljevsko drustvo, koje predstavlja jednu od najstarijih naucnih organizacija na planeti. U prvom redu, jedan mladic u invalidskim kolicima sasvim lagano je upisivao svoje ime u knjigu na cijoj se prvoj strani nalazio potpis Isaka Njutna. Kada je konacno zavrsio, sa svih strana razlegao se gromki pljesak. Stiven Hoking je vec tada predstavljao legendu. Hoking je sada profesor matematike na Lukasovoj katedri Kembridzskog univerziteta. Oglasava se sa istog mesta odakle su to nekada cinili Njutn, a kasnije i P. A. M. Dirak, dvojica slavnih istrazivaca veoma velikog i veoma malog. On je svakako njihov dostojan nastavljac...” Ovaj dopunjeni model pretenduje da zameni Standardi model ali on je jos uvek u razvoju a do tada treba ga ostaviti teorijskim, nuklearnim fizicarima i kosmolozima da se njime bave... “Zamisao o tome da prostor i vreme mogu obrazovati zatvorenu povrsinu bez granica takodje ima duboke implikacije po ulogu Boga u stvarima Univerzuma. Sa uspehom naucnih teorija u opisivanju dogadjaja mnogi ljudi su poverovali u to da Bog dopusta da se Univerzum razvija saglasno nekom skupu zakona i da ne utice na nju kako bi osujetio ove zakone. Medjutim, ti zakoni nam nista ne govore o tome kako je Univerzum trebalo da izgleda u pocetku; prema tome, od Boga bi i dalje zavisilo navijanje casovnika i njegovo pustanje u rad. Sve dok Univerzum, dakle, ima pocetak, mogli bismo pretpostaviti da ima i nekog tvorca. Ali ako je ona uistinu potpuno samosvojna, bez granica ili rubova, onda ne bi imala ni pocetak ni kraj, vec bi naprosto bila. A zar tu ima mesta za Tvorca?” – Stiven Hoking, “Kratka povest vremena”
|
