Foto: 123 rf

SURADNICI Stephena Hawkinga u nedjelju su u britanskim medijima objavili da je slavni fizičar nedugo prije svoje smrti razvio teoriju koja bi trebala omogućiti otkrivanje paralelnih svemira i tako potvrditi postojanje multisvemira kao i teoriju inflacije koja opisuje kako svemiri nastaju.

Njegovi kolege tvrde da je u svojem posljednjem radu predstavio revolucionarnu matematiku koja je neophodna za otkrivanje tragova mnogostrukih velikih praskova. Naime, ako multisvemir uistinu postoji, u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju (CMB) u našem svemiru, koje se popularno naziva odsjajem velikog praska (slika dolje), trebali bi postojati tragovi nekih drugih, susjednih velikih praskova i svemira.

Njegova teorija, nazvana 'Gladak izlazak iz vječne inflacije', trenutno je u procesu pripreme za objavljivanje u jednom od vodećih svjetskih znanstvenih časopisa. Hawkingovi suradnici kažu da bi rad, ako bude potvrđen, mogao postati njegovim najznačajnijim doprinosom znanosti uopće. U tom slučaju, da nije umro prošli tjedan, zasigurno bi mu donio Nobelovu nagradu za koju je više puta bio nominiran.

Novi rad nastoji razriješiti probleme njegove 'teorije o nepostojanju granica' iz 1983. koja opisuje kako je svemir nastao u velikom prasku.

Prema njoj svemir je za vrlo kratko vrijeme, zahvaljujući procesu nazvanom inflacija, narastao od mikroskopskih do makroskopskih dimenzija. No ta ista teorija, zahvaljujući Heisenbergovom principu neodređenosti, sastavnom dijelu kvantne mehanike, ne predviđa samo da bi svemiri mogli nastajati ni iz čega, nego i da bi bili vrlo neujednačeni. Dapače, što su neujednačeniji i zgužvaniji to je veća vjerojatnost da će nastati. Stoga prijedlog teorije bez granica ne podrazumijeva nastajanje velikih svemira poput našega nego prije malenih i zakrivljenih koji bi se brzo urušavali.

Osim toga, ta teorija predviđa da bi takvih svemira trebalo biti beskonačno mnogo te da bi u različitim svemirima trebala postojati sva moguća različita stanja s različitim zakonima, što pak znači da naša znanost u njima ne bi funkcionirala.

Vrijedan Nobela?

Hawkingov novi rad s novom matematikom trebao bi ukrotiti proces nastanka svemira u vječnoj inflaciji na takav način da bi ona predviđala nastajanje konačnog broja svemira, a ne beskonačnog. Oni također ne bi trebali biti toliko ludo neujednačeni nego 'glatki', a trag nastanka nekih od njih trebao bi biti zabilježen i u našem svemiru, što pak znači da bi se teorija konačno mogla i potvrditi.

Carlos Frenk, profesor kozmologije na Sveučilištu Durham, objasnio je za Sunday Times da je u novom Hawkingovom radu posebno vrijedno to što pokazuje da bi se postojanje multisvemira moglo potvrditi, što se do sada uglavnom nije činilo izglednim.

"Ta ideja pruža fascinantnu mogućnost da pronađemo dokaze o postojanju drugih svemira", rekao je.

Koautor novog rada, Thomas Hertog sa Sveučilišta KU Leuven u Belgiji, kaže da se prije dva tjedna sastao s Hawkingom u Cambridgeu kako bi zajedno prodiskutirali konačnu potvrdu svojih istraživanja.

"To je bio Stephen: on je hrabro išao tamo gdje se ni Star Trek ne usuđuje ići", rekao je i dodao:

''Često je bio nominiran za Nobelovu nagradu i trebao ju je dobiti. Sada je nikada neće dobiti.''

Britanski mediji gotovo svi redom prenose informacije o propuštenom Nobelu, no treba istaknuti da se on u teorijskoj fizici u pravilu dodjeljuje za otkrića koja su se pokazala od velikog značaja u razumijevanju prirode, a čije su posljedice eksperimentalno potvrđene. Za sada je Hawkingovo najznačajnije otkriće zasigurno ono o termodinamici crnih rupa - tzv. Hawkingovo zračenje - koje je teško za provjeriti iz čisto tehničkih razloga, jer je efekt kod astrofizičkih crnih rupa jako malen.

Ako prijedlog opažanja posljedica Hawkingovog novog modela u pozadinskom zračenju ima smisla i ako bi ti efekti zaista bili opaženi, onda bi mu možda Švedska akademija, da je poživio, uistinu ukazala čast.

Vječna inflacija i nastajanje multisvemira

Prema danas prevladavajućoj teoriji, svemir je nastao prije 13,8 milijardi godina u velikom prasku. Ta teorija odlično objašnjava većinu pojava i formacija koje vidimo u današnjem svemiru, no ne objašnjava u cijelosti mehanizam velikog praska i neke njegove ishode potvrđene u eksperimentima. Tu u igru ulazi teorija inflacije koja kaže da se svemir u ranoj fazi nastanka nakratko širio brzinom većom od brzine svjetlosti. To je moguće jer teorija relativnosti postavlja samo ograničenje prema kojem ništa ne može putovati kroz prostor brzinom većom od brzine svjetlosti, ali ne i da se prostor sam ne može širiti brže od svjetlosti.

Inflacija je započela samo djelić sekunde nakon velikog praska (nakon 10 na -36 sekundi, odnosno 1/1000000000000000000000000000000000000 sekundi) i završila vrlo brzo potom (nakon 10 na -32 sekundi). U tom kratkom razdoblju svemir je od atomskih dimenzija narastao do veličine grejpa, a potom se nastavio širiti nešto sporije.

Ocem teorije inflacije smatra se američki fizičar Alan Guth. Posljednjih godina razvijene su brojne njezine varijante, a tri najuspješnije predviđaju vječnu inflaciju. Prema ideji o vječnoj inflaciji, ona, kada jednom započne, nikada ne prestaje.

Suvremena fizika tvrdi da vakuum u biti nije prazan prostor nego je fizikalni objekt koji ima određenu gustoću energije i tlak te različita stanja. Inflaciju u prostoru uzrokuje gravitacijsko odbijanje s negativnim tlakom koji dolazi od tzv. lažnog vakuuma koji se tako naziva jer je nestabilan. To je u skladu s Einsteinovom općom teorijom relativnosti koja kaže da gravitacija, koja uglavnom djeluje kao privlačna sila, u određenim posebnim okolnostima može djelovati odbojno. Suvremena fizika čestica ukazuje da bismo uistinu na vrlo visokim energijama, upravo u uvjetima kakvi su vladali na samom početku stvaranja, mogli očekivati stanja materije koja će stvoriti odbojne sile gravitacije.

Iako je inflacija vječna, ona u pojedinim svemirima, dijelovima multisvemira, može stati. Naime, zbog svoje nestabilne prirode lažni vakuum mjestimično gubi energiju i raspada se na manje dijelove. Kako su ti dijelovi u nižem energetskom stanju, inflacija se u njima usporava sve dok se ne zaustavi. Kada je inflacija prestala djelovati u našem svemiru, energija koja ju je pokretala pretvorila se u materiju i svjetlost. Minijaturne nejednakosti, tzv. kvantne fluktuacije na subatomskoj razini, kakve su postojale prije početka inflacije u minijaturnom svemiru, kroz njegovo širenje uzrokovale su njegovu zrnatu strukturu i postale svojevrsno sjeme, temelji za stvaranje velikih kozmičkih struktura poput zvijezda i galaksija.

Teorija inflacije gotovo nužno dovodi do nastanka multisvemira jer se u svakom novom svemiru proces samoreplicira pod utjecajem odbojne gravitacijske sile lažnog vakuuma. Tako nastaje gigantski multisvemir u kojem se mogu formirati svakakvi mogući svemiri s vrlo različitim stanjima koja dopušta kvantna mehanika.

Uspješnost inflacije

Dakle, teorija inflacije tumači i nastajanje prostora i nastajanje materije. Stručnjaci procjenjuju da u našem svemiru ima oko 10 na 90 čestica (broj koji počinje s 1 i ima 90 nula). Niti jedna druga teorija, osim inflacije, za sada ne može bolje objasniti postojanje toliko velikog broja čestica.

Teorija inflacije također dobro tumači više velikih kozmoloških problema kao što su, primjerice, problem nepostojanja magnetskih monopola, problem ravnog svemira koji se vječno širi i umire u hladnom mraku, problem horizonta svemira te problem neizotermičnosti, odnosno neujednačenosti kozmičkog, pozadinskog mikrovalnog zračenja (CMB), o čemu smo ranije pisali na Indexu u članku pod nazivom:

>> INDEX ANALIZA Zašto su se najveći fizičari svijeta žestoko posvađali oko teorije o nastanku svemira. 

U istom članku izvijestili smo o tome kako su neki fizičari kritizirali teoriju inflacije te kako je 32 fizičara odgovorilo na njihove kritike. Među onima koji su odgovorili bio je i Hawking.

Ako sve bude kako treba, novi rad Hawkinga i Hertoga trebao bi omogućiti otkrivanje tragova drugih svemira u našem svemiru, uz pomoć letjelica opremljenih posebnim senzorima, što bi pak potvrdilo postojanje multisvemira, a time i teoriju inflacije. Time bi se, među ostalim, okončale i žustre polemike između zagovornika i protivnika teorije inflacije.