INDEX LAB

Kako znamo kako je nastao svemir?

Kako znamo kako je nastao svemir?
Foto: Index/123rf/Pixsell/Hrvoje Jelavić

VJEROJATNO ste sreli ljude koji kao da žive u prošlosti, samo pričaju o nekim boljim, starim vremenima, nikako da pobjegnu od nekih demona prošlosti ili jednostavno izgledaju i govore kao da su prespavali zadnjih 50 godina. Neki kažu da ovi naši prostori izgledaju kao da na njima još nije završio Drugi svjetski rat, a nekima je najvažnije pitanje u životu gdje je netko drugi bio ’91. ili ’41. Sada slijedi “loša” vijest: i vi živite u prošlosti! Svi mi živimo u prošlosti! Sve što vidimo oko nas se već dogodilo i mi uvijek gledamo u prošlost. Sve što osjećamo se već dogodilo. A naše oči i mozak su vremenski strojevi koji nas vraćaju u prošlost.

Htjeli ili ne, uvijek doživljavamo ono što je već prošlo

Sad kad imam vašu pozornost, samo da vam kažem: nije to baš tako loše kako izgleda. Doduše, i da je loše ne bismo imali izbora - takva je priroda, voljeli mi to ili ne, željeli mi to ili ne. Zakoni prirode nisu ovdje radi nas, nego su smo mi ovdje kao posljedica zakona prirode.

Kad gledamo ljude, stvari ili događaje oko nas gledamo ih kako su izgledali prije par nano sekundi. Kad gledamo npr. Mjesec, vidimo kako je izgledao prije jednu sekundu. Kad gledamo Sunce, vidimo kakvo je bilo prije 8 minuta. Kad gledamo Proxima Centauri, najbližu zvijezdu Suncu, vidimo kako je izgledala prije 4,2 godine. A kad gledamo Andromedu, nama najbližu veliku galaksiju, vidimo kako je izgledala prije 2,5 milijuna godina.

Isto to vrijedi i zbog prirode osjetila i za sva osjetila, a ne samo vid. Od njihove pobude do reakcije koja se proizvede u našem mozgu uvijek prođe neko vrijeme i sve što osjećamo već se dogodilo.

A sada slijedi objašnjenje! Koncentrirat ćemo se na gledanje jer je brzina svjetlosti najveća brzina kojom se informacija može prenositi. To nas je naučio Einstein svojom specijalnom teorijom relativnosti, a do danas nismo našli nijedan fenomen suprotan toj tvrdnji. A tražili smo! I trudili se oboriti njegovu teoriju, kao što se trudimo oboriti sve znanstvene teorije. Upravo je u tome ljepota znanosti: ona uvijek samu sebe kritizira i pokušava dokazati da teorije ne funkcioniraju kada se prošire na nova područja. Mi znanstvenici uvijek se nadamo da ćemo pronaći nove teorije, još bolje nego ove sadašnje, svjesni da nikad nećemo pronaći pravu istinu o prirodi. Znanost je “never ending story”!

>>Kako je svemir mogao nastati iz ničega?

Koliko daleko u prošlost možemo vidjeti?

Kako mi vidimo stvari oko nas?

Jednostavan odgovor: preko elektromagnetskih valova. Ili malo drugačije rečeno: preko čestica svjetlosti koje se zovu fotoni. Te čestice se ili emitiraju iz određenih tijela ili uređaja, kao što su Sunce, lampe, TV itd., ili se reflektiraju od objekata, ljudi, stvari oko nas... Fotoni putuju brzinom svjetlosti koja iznosi oko 300.000 km/s. Sjećate se podatka da je opseg Zemlje oko 40.000 kilometara. Sad zamislite: svjetlost u jednoj sekundi napravi 7 i pol krugova oko Zemlje. U jednoj sekundi!

Ti fotoni, koji su se odbili od objekata oko nas, putuju do našeg oka, gdje se pretvore u električni impuls koji živcima putuje do mozga te se u njemu u konačnici rekonstruira slika objekata oko nas. Dakle, slici svih objekata oko nas treba neko vrijeme da stigne do naših očiju i mozga, što znači da sve objekte vidimo kako su izgledali maloprije, ali ne sada.

S obzirom na ogromnu brzinu svjetlosti, to maloprije je za stvari oko nas par nano sekundi (u jednoj nanosekundi svjetlost prijeđe oko 30 centimetara). Kako je Mjesec udaljen od Zemlje oko 380.000 km, svjetlosti treba oko jedne sekunde da od Mjeseca dođe do nas. Zato ga mi vidimo onako kako je izgledao prije oko jedne sekunde. Ili prevedeno na znanstveni jezik: Mjesec je udaljen od Zemlje jednu svjetlosnu sekundu, ili još kraće - jednu sekundu. Na istom jeziku Sunce je udaljeno oko 8 minuta jer svjetlosti treba 8 minuta da od njega dođe do nas. Proxima Centauri je udaljena oko 4,2 godine, a galaksija Andromeda oko 2,5 milijuna godina.

Zamislite ovo: kada bi netko maknuo Sunce, mi bismo to primijetili tek za 8 minuta. Nakon toga bi bilo malo nezgodno, ali bi 8 minuta sve bilo u redu. Ili zamislite ovo: svjetlost je s Andromede krenula prema nama prije 2,5 milijuna godina, kada smo mi imali zajedničke pretke s današnjim majmunima, i tek sada dolazi do nas.

Najdublje slike svemira snimio je Hubble teleskop i zovu se “Deep field” slike. Hubble ih je snimio gledajući po nekoliko stotina sati u istu točku neba, a na njima se nalazi po nekoliko tisuća galaksija, stvorenih u prvih par stotina milijuna godina od početka svemira. Princip snimanja ovih slika i granice do kojih idu prema Velikom prasku prikazani su na ovoj slici:

Autor: NASA  

Jedna od najnovijih slika je takozvana “Hubble eXtreme Deep Field, HXDF” iz 2012. godine.

Autori: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team

Malo fascinantnih podataka o slici: Teleskop Hubble gledao je istu točku na nebu oko 2 milijuna sekundi (oko 23 dana) tijekom 10 godina; veličina te točke na nebu je jedan 32-milijunti dio neba, na slici je prikazano oko 5500 galaksija, od kojih su najstarije stare oko 13,2 milijarde godina, a najslabije vidljive galaksije na slici imaju sjaj deset milijardi puta manji nego što je sjaj koji može vidjeti ljudsko oko. Mnoge od malih galaksija na ovoj slici vrlo su mlade galaksije, koje će se eventualno razviti u velike, slične Mliječnoj stazi i drugim galaksijama u našem susjedstvu. Nasljednik teleskopa Hubble - James Webb Space Telescope, koji će biti lansiran 2021. godine, moći će gledati galaksije nastale prije 13,7 milijardi godina ili oko 100 milijuna godina nakon Velikog praska, kada su nastale prve zvijezde i galaksije.

''Zavjesa'' iza koje ne možemo vidjeti

Na ovakav način možemo gledati unatrag u povijest svemira. Time se bave grane znanosti astrofizika i kozmologija. Teleskopi su vremenski strojevi koji nas vraćaju u prošlost. Tako smo saznali kako je evoluirao svemir od ranih trenutaka do danas - gledajući kako je izgledao u različitim trenucima svoje povijesti. Granica ovakvog promatranja svemira je trenutak kad je svemir bio star oko 380.000 godina jer je tada postao proziran. Od Velikog praska do tada bio je neproziran i zato na isti način ne možemo saznati što je bilo u ranijim trenucima evolucije svemira. Slično kao što gledajući oblačno nebo vidimo samo prednju stranu oblaka jer se od nje reflektira svjetlo. Ostatak je zaklonjen jer su oblaci neprozirni.

Ako se pitate kako je izgledao svemir kad je bio star oko 380.000 godina, evo kako:

Izvor: NASA

Ova je slika dobivena satelitom Planck, a predstavlja takozvano mikrovalno pozadinsko zračenje iz vrlo ranog svemira - kada je bio star oko 380.000 godina. Prevedeno na jednostavniji jezik, točke na slici predstavljaju temperaturne razlike, gdje se crvene i plave točke razlikuju za oko 600 mikro Kelvina. Ili još jednostavnije: crvene točke predstavljaju dijelove svemira u kojima je bilo mrvicu više materije nego u plavim točkama. Kako se svemir razvijao, oko ovih crvenih točaka se skupljala materija, iz čega su kasnije nastale zvijezde, galaksije, planeti i na kraju čak i mi. Mi smo, dakle, nastali iz ovih crvenih točaka, dok su plave danas ogromni prazni prostori između nakupina galaksija.

Pogled u prošlost iza ''zavjese''

Naravno, mnogi od vas se sada pitaju je li 380.000 godina od Velikog praska granica naše spoznaje ili znamo što se dogodilo i ranije. Gdje je granica? Odgovor je - ranije trenutke studiramo tako što ih ponovno stvorimo u laboratorijima, kroz sudare čestica u akceleratorima. U tim sudarima stvaramo gustoće energije koje odgovaraju vrlo ranim trenucima u razvoju svemira. Počeli smo prije stotinjak godina malim uređajima na stolu, gradili sve veće i veće akceleratore i tako studirali trenutke u razvoju svemira sve bliže i bliže samom Velikom prasku. Naš najveći akcelerator LHC (Large Hadron Collider), koji ima opseg 27 kilometara i nalazi se 100-tinjak metara ispod zemlje u CERN-u kraj Ženeve, u sudarima protona proizvodi uvjete kakvi su vladali kad je svemir bio star jedan milijunti dio jednog milijuntog dijela jedne sekunde od velikog praska. Od tada do danas konceptualno znamo što se dogodilo jer smo velik dio toga izmjerili. Naravno, ne znamo sve detalje i trebat će nam jako puno vremena dok ne shvatimo sve te detalje (ok, sve nikad nećemo shvatiti), ali je spektakularna spoznaja da smo razumjeli osnovne koncepte.

Uporni među vama već imaju novo pitanje: A što je bilo još ranije? Znamo li to, istražujemo li i te trenutke ili to nikad nećemo znati?

Točan odgovor je - još ne znamo. Pokušavamo saznati kroz neke eksperimente koji pokušavaju registrirati signale iz još ranije faze svemira. Ali s druge strane, temeljem prirodnih zakona koje znamo, možemo pretpostaviti što se dogodilo i u ranijim trenucima. To se na jeziku znanosti zove ekstrapolacija zakona prirode u nepoznata područja. Tako mi inače razmišljamo o stvarima koje ne znamo: ekstrapoliramo svoje postojeće znanje i pretpostavljamo što se događa u nepoznatom području. To znači da nisu sve naše ideje o nepoznatom isto vrijedne: one koje su zasnovane na postojećim zakonima su vrednije od onih koje su “izvučene iz rukava” ili zasnovane na raznim “čudesima”. To ne znači da su ove naše ideje točne, ali znači da su vjerojatnije. Ekstrapolacijom prirodnih zakona na sam početak - Veliki prasak, pretpostavljamo da je svemir nastao slučajno iz ničega (tj. ni iz čega). Više o svemu tome sam već pisao ovdje (Kako je svemir mogao nastati iz ničega?). Na donjoj slici prikazan je razvoj svemira od samog početka do danas - 13,8 milijardi godina kasnije.

Izvor: NASA

Puno toga ne znamo, no trebamo biti ponosni što toliko puno znamo

Sada slijedi zaključak: od samog početka svemira do 0,000000000001 sekunde od početka ne znamo što se dogodilo, ali pretpostavljamo i to na temelju poznatih prirodnih zakona. Ekstrapolacijom tih prirodnih zakona do samog početka najvjerojatniji scenarij je da smo nastali ni iz čega i taj početak nazivamo Veliki prasak. Od 0,000000000001 sekunde do danas, 13,8 milijardi godina kasnije, znamo u principu što se događalo temeljem prirodnih zakona koje smo otkrili.

Puno toga ne znamo, ali i puno toga znamo, a na to trebamo biti ponosni kao pripadnici ljudskog roda.

Motivirajmo djecu da uče o prirodi i svemiru, i to najbolje primjerom tako što ćemo prvo mi naučiti. Šteta je da ne naučimo neke od najljepših i najspektakularnijih spoznaja do kojih je ljudski rod došao istraživanjem prirode.

Znate li nešto više o temi ili želite prijaviti grešku u tekstu?
Učitavanje komentara