Multiverzum, tamna materija i „ogledalni svemir“: Šta ako vasiona nema kraj

Uobičajena priča o svemiru ima početak, sredinu i kraj.

Počelo je Velikim praskom pre 13,8 mailijardi godina, kada je svemir bio sićušan, vruć i gust.

Za manje od milijardu milijarditih delova sekunde, ta tačka svemira postala je milijardu puta veća od njegove prvobitne veličine kroz proces nazvan „kosmološka inflacija“.

• Jupiter kakav do sad niste videli
• Ova gladna crna rupa možda predstavlja kosmičku „kariku koja nedostaje“
• Paklena planeta gde pada gvozdena kiša

Usledio je „dostojanstveni izlaz“, kada je rast prestao. Svemir se širio i hladio, ali ali neuporedivo sporije.

Sledećih 380.000 godina, svemir je bio toliko gust da se ni svetlost nije mogla kretati kroz njega – kosmos je bio neprozirna, super vruća plazma raspršenih čestica.

Kada su se stvari napokon ohladile da se formiraju prvi atomi vodonika, svemir je brzo postao providan.

Zračenje je izbijalo u svim pravcima i svemir je bio na putu da postane grudast entitet koji danas vidimo sa ogromnim delovima praznog prostora ispresecanim nakupinama čestica, prašine, zvezda, crnih rupa, galaksija, zračenja i drugih oblika materije i energije.

Na kraju će se te grudvice materije toliko udaljiti da će polako nestajati, prema nekim modelima. Svemir će postati hladna, jednolična supa od izolovanih fotona.

To nije naročito dramatičan kraj, iako ima zadovoljavajuću konačnost.

Ali šta ako Veliki prasak zapravo nije bio početak svega?

Možda je Veliki prasak više bio „Beliki odskok“, prekretnica u tekućem ciklusu skupljanja i širenja.

Možda bi to moglo biti nešto poput tačke refleksije, sa ogledalnom slikom našeg svemira koji se širi na „drugu stranu“, gde antimaterija zamenjuje materiju, a samo vreme teče unazad.

• Džinovske plešuće crne rupe se ponašaju baš kao što su naučnici pretpostavljali
• Sastav „Vanzemaljske komete“ iznenadio naučnike
• Astronomi prvi put uočili jezgro planete u svemiru

Možda postoji čak i „ogledalo“ koje razmišlja o tome kako život izgleda sa ove strane.

Ili Veliki prasak može biti prelazna tačka u svemiru koji se uvek širi i uvek će se širiti. Sve ove teorije nalaze se van glavne kosmologije, ali sve podržavaju uticajni naučnici.

Sve veći broj ovih konkurentskih teorija sugeriše da je možda vreme da se napusti ideja da je Veliki prasak označio početak prostora i vremena.

I zaista, da čak može imati i kraj.

Mnoge alternative Velikog praska potiču iz dubokog nezadovoljstva idejom kosmološke inflacije.

„Moram da priznam, inflacija mi se nije svidela od početka“, kaže Nil Turok, bivši direktor Perimetričnog instituta za teorijsku fiziku iz Voterlua u Kanadi.

„Inflatorna paradigma nije uspela“, dodaje Pol Štajnhard, profesor nauke Alberta Ajnštajna na Univerzitetu Prinston i zagovornik modela „Velikog odskoka“.

„Inflaciju sam uvek smatrao vrlo veštačkom teorijom“, kaže Rodžer Penros, profesor emeritus matematike Rus Bola na Oksfordskom univerzitetu.

„Glavni razlog zašto nije umro pri rođenju je taj što je to jedina stvar koju su ljudi mogli da smisle kako bi objasnili ono što oni nazivaju ‘nepromenljivošću skale kolebanja temperature u kosmičkoj mikrotalasnoj pozadini’.“

Kosmička mikrotalasna pozadina (ili „KMP“) bila je osnovni faktor u svakom modelu svemira od kada je prvi put primećena 1965.

To je slabo, ambijentalno zračenje pronađeno svuda u posmatranom svemiru koje datira iz onog trenutka kada je svemir prvi put postao providan za zračenje.

KMP je glavni izvor informacija o tome kako je izgledao rani svemir. Takođe je i mučna misterija za fizičare.

U kom god pravcu naučnici da usmere radio teleskop, KMP izgleda isto, čak i u delovima koji naizgled nikada ne bi mogli da komuniciraju jedni sa drugima u bilo kom trenutku istorije 13,8 milijardi godina starog svemira.

„Temperatura KPM-a je ista na suprotnim stranama neba i ti delovi neba nikada ne bi bili u uzročnom kontaktu“, kaže Kejti Mek, kosmolog sa Državnog univerziteta Severne Karoline.

• Šta astronomima otkriva najblještavija supernova
• Betelgez: Zašto se „gasi“ jedna od najsjajnijih zvezda
• Pogled na svemir koji oduzima dah

„Nešto je u prošlosti moralo da poveže ta dva regiona svemira. Nešto je moralo da kaže tom delu neba da bude iste temperature kao i taj drugi deo neba.“

Bez nekog mehanizma za izjednačavanje temperature kroz posmatrani svemir, naučnici bi očekivali da će videti mnogo veće varijacije u različitim regionima.

Inflacija nudi način za rešavanje ovog takozvanog „problema homogenosti“.

Sa periodom sumanute ekspanzije, svemir se tako brzo istezao da je gotovo čitava stvar završila daleko izvan regiona koji možemo posmatrati i sa kojim možemo komunicirati.

Naš svemir koji se može posmatrati proširio se iz jednog majušnog homogenog regiona unutar tog iskonskog vrućeg nereda, proizvodeći jednolični KPM. Drugi regioni izvan onoga što možemo primetiti mogu izgledati sasvim drugačije.

„Čini se da je inflacija ono što ima dovoljno podrške iz podataka koje možemo uzeti kao podrazumevane“, kaže Mek.

„To je ono što predajem na časovima. Uvek kažem da ne znamo sa sigurnošću da se to dogodilo. Čini se da se podaci prilično uklapaju, a ono što bi većina ljudi rekla je najverovatnije“.

Teorije je uvek imala nedostataka.

Važno je napomenuti da ne postoji konačan mehanizam za pokretanje inflatornog širenja, niti proverljivo objašnjenje kako bi se mogao dogoditi dostojanstveni izlaz.

Jedna ideja koju su izneli zagovornici inflacije je da su teorijske čestice sačinjavale nešto što se naziva „inflatorno polje“ koje je pokretalo inflaciju, a zatim se raspadalo u čestice koje danas vidimo oko sebe.

• Tamna materija i misterije nauke
• Misterije svemira i nestanak džinovske zvezde

Čak i sa ovakvim prilagođavanjima, inflacija daje predviđanja koja, bar do sada, nisu potvrđena.

Teorija kaže da bi prostor u svemiru trebalo iskriviti iskonskim gravitacionim talasima koji su rikošetirali kroz svemir Velikim praskom. Iako su otkriveni određeni tipovi gravitacionih talasa, još nije pronađen nijedan od ovih iskonskih koji podržavaju teoriju.

Kvantna fizika takođe šalje teorije inflacije na vrlo nesiguran teren.

Predviđa se da će retke kvantne fluktuacije prouzrokovati da inflacija razbije prostor na beskonačan broj zakrpa sa divljim različitim svojstvima – „multiverzum“, u kojem se dešava bukvalno svaki zamislivi ishod.

„Teorija je potpuno neodlučna“, kaže Štajnhard.

„Može reći samo da je uočljivi svemir možda takav ili onakav ili bilo koja druga mogućnost koju možete da zamislite, u zavisnosti od toga gde smo u multiverzumu. Ništa nije isključeno što je fizički zamislivo“.

Štajnhard, koji je bio jedan od izvornih arhitekata teorije inflacije, na kraju se zasitio nedostatka predvidljivosti i nemogućnosti testiranja/provere.

„Da li zaista moramo da zamislimo da postoji beskrajan broj neurednih svemira koje nikada nismo videli i nikada ih nećemo videti da bismo objasnili jedan jednostavan i izuzetno glatki svemir koji zapravo posmatramo?“

„Ja kažem ne. Moramo tražiti bolju ideju.“

Problem bi mogao biti povezan sa samim Velikim praskom i sa idejom da je postojao početak prostora i vremena.

Teorija „Velikog odskoka“ slaže se sa slikom Velikog praska vrelog, gustog svemira pre 13,8 milijardi godina, koji je počeo da se širi i hladi.

Umesto da je bio početak prostora i vremena, to je bio trenutak prelaska iz ranije faze tokom koje se prostor smanjivao.

Sa odskokom, a ne praskom, kaže Štajnhard, udaljeni delovi kosmosa imali bi dovoljno vremena da međusobno komuniciraju i da formiraju jedinstveni glatki svemir u kojem bi izvori KPM zračenja imali priliku da se izjednače.

U stvari, moguće je da vreme postoji zauvek.

„Ako se odskok dogodio u našoj prošlosti, zašto ih nije moglo biti mnogo?“ kaže Štajnhard.

„U tom slučaju je verovatno da da će ga biti i u našoj budućnosti. Naš svemir koji se širi mogao bi početi da se skuplja, vraćajući se u to gusto stanje i ponovo započinjući ciklus odskoka“.

• Perseidi – kiša meteora poput nijedne druge
• Ima li života na Marsu: Nasa lansirala rover „Istrajnost“
• Spektakularna fotografija Jupitera i njegove Velike crvene pege

Štajnhard i Turok su zajedno radili na nekim ranim verzijama modela Velikog odskoka u kojima se svemir smanjio do tako male veličine da je kvantna fizika preuzela posao klasične fizike, ostavljajući predviđanja neizvesnim.

U skorije vreme, druga Štajnhardova saradnica, Ana Ijas razvila je model u kojem svemir nikada nije toliko mali da bi kvantna fizika dominirala.

„To je prilično prozaična, konzervativna ideja koju su u svakom trenutku opisivale klasične jednačine“, kaže Štajnhard.

„Inflacija kaže da postoji multiverzum, da postoji beskrajan broj načina na koji bi svemir mogao ispasti, a mi jednostavno živimo u onom koji je gladak i ravan. To je moguće, ali nije verovatno. Ovaj model Velikog odskoka kaže da da svemir mora biti takav“.

Nil Turok je takođe istraživao još jedan put za jednostavniju alternativnu teoriju inflacije, „ogledalni svemir“.

Predviđa da će se još jedan svemir, kojim dominira antimaterija, u kome vladaju isti fizički zakoni kao i u našem, širiti prema vani sa druge strane Velikog praska – neka vrsta „anti-svemira“, ako želite.

„Uklanjam jednu stvar iz zapažanja poslednjih trideset godina, a to je da je svemir neverovatno jednostavan“, kaže on.

„U velikim razmerama to nije haotično. Nije slučajno. Neverovatno je uređen i redovan i zahteva vrlo malo brojeva da bi se sve opisalo.“

Imajući ovo na umu, Turok ne vidi mesto za multiverzum, više dimenzije ili nove čestice kako bi objasnio šta se može videti kada pogledamo u nebesa. Ogledalni svemir nudi sve to – i takođe može rešiti jednu od velikih misterija svemira.

Ako zbrojite svu poznatu masu u galaksiji – zvezde, nebule, crne rupe i tako dalje – ukupna masa ne stvara dovoljno gravitacije da objasni kretanje unutar i između galaksija.

Čini se da ostatak čini nešto što trenutno ne možemo videti – tamna materija. Ove misteriozne stvari čine oko 85 odsto materije u svemiru.

Model ogledalnog svemira predviđa da je Veliki prasak u izobilju stvorio česticu poznatu kao „desnoruki neutrini“.

Iako fizičari čestica još nisu direktno videli bilo koju od tih čestica, prilično su sigurni da postoje. A upravo one čine tamnu materiju, prema onima koji podržavaju teoriju ogledalnog svemira.

„To je jedina čestica na toj listi (čestica u standardnom modelu) koja ima dva neophodna svojstva koja još uvek nismo direktno primetili, a mogla bi biti stabilna“, kaže Lejtem Bojl, još jedan od vodećih zagovornika teorije ogledalnog svemira i Turokov kolega iz Perimetričnog instituta.

Možda najizazovnija alternativa Velikom prasku i inflaciji je teorija Rodžera Penrosa „Konformna ciklična kosmologija“ (KCK).

Poput Velikog odskoka, i ona uključuje svemir koji je mogao postojati zauvek. Ali u KCK-u nikada ne prolazi kroz period kontrakcije – samo se uvek širi.

„Stanovište koje imam je da Veliki prasak nije bio početak“, kaže Penrouz.

„Celokupnu sliku onoga što danas znamo, čitavu istoriju svemira, ja nazivam eonom u nizu eona.“

Penrouzov model predviđa da će se većina materije u svemiru na kraju uvući u ultra masivne crne rupe. Kako se svemir širi i hladi skoro do apsolutne nule, te crne rupe će „proključati“ kroz fenomen zvan Hokingovo zračenje.

„Morate razmišljati u smislu nečega poput gugol godina, što znači broj jedan sa sto nula“, kaže Penros.

„Stvarno velikim treba toliko ili više godina da končano ispare. A onda imate svemir kojim zaista dominiraju fotoni (čestice svetlosti).“

Penrouz kaže da u ovom trenutku svemir počinje da izgleda jednako kao i na početku, postavljajući osnovu za početak drugog eona.

Jedno od predviđanja KCK-a je da bi mogao postojati zapis o prethodnom eonu u kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju koje je izvorno nadahnulo model inflacije.

Kada se hiper-masivne crne rupe sudare, udar stvara ogromno oslobađanje energije u obliku gravitacionih talasa.

Kada džinovske crne rupe napokon ispare, oslobađaju ogromnu količinu energije u obliku niskofrekventnih fotona.

Oba ova fenomena su toliko moćna, kaže Penrouz, da se mogu „probiti na drugu stranu“ prelaska iz jednog eona u drugi, ostavljajući svaki svoj vlastiti „signal“ ugrađen u KPM poput odjeka iz prošlost.

Obrasci koji su ostali iza isparavanja crnih rupa, Penrouz naziva „Hoking tačkama“.

Za prvih 380.000 godina trenutnog eona to ne bi bilo ništa više od sitnih tačaka u kosmosu, ali kako se svemir širio, pojavile bi se kao „mrlje“ na nebu.

Penrouz je sarađivao sa poljskim, korejskim i jermenskim kosmolozima da bi utvrdio da li se ovi obrasci zaista mogu pronaći upoređivanjem merenja KCK-a sa hiljadama slučajnih obrazaca.

„Zaključak do kojeg smo došli je da ove tačke na nebu vidimo sa pouzdanjem od 99,98 odsto“, kaže Penrouz.

Međutim, svet fizike je do danas ostao uglavnom skeptičan prema ovim rezultatima, a među kosmolozima postoji ograničeno interesovanje čak i za pokušajem ponavljanja Penrouzove analize.

Malo je verovatno da ćemo ikada moći direktno da posmatramo šta se dešavalo u prvim trenucima posle Velikog praska, a kamoli trenutke pre.

Neprozirna pregrejana plazma koja je postojala u ranim trenucima verovatno će nam zauvek zakloniti pogled.

Postoje i drugi potencijalno uočljivi fenomeni poput iskonskih gravitacionih talasa, iskonskih crnih rupa, desnorukih neutrina, koji bi nam mogli pružiti neke naznake o tome koja je od teorija o našem svemiru tačna.

„Kako razvijamo nove teorije i nove modele kosmologije, pružaće nam se i druga zanimljiva predviđanja koja možemo potražiti“, kaže Mek.

„Nada nije da ćemo nužno nužno direktnije videti početak, već da ćemo možda nekim zaobilaznim putem bolje razumeti strukturu same fizike“.

Do tada će se i dalje raspravljati o priči o našem svemiru, njegovim počecima i da li ima kraja.

Pratite nas na Fejsbuku i Tviteru. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]