Posljednji dani svemira

Kako će izgledati svemir u nepojmljivo dalekoj budućnosti? Kada je i kako nastao naš svijet, kada će i kako skončati? Ne samo naš svijet, Zemlja, planet na kojem živimo već sveukupan svemir, sve zvijezde, galaktike, sve što vidimo na nebu odnosno dokle sežu pogledi naših teleskopa.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
1Komentari
Broj otvaranja8957


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao Damir Mikuličić, a objavljen je u časopisu Čovjek i svemir broj 1, iz 1983-1984. godine.

Početak i kraj svega. Da li je svemir, taj kozmički krajolik sastavljen od prostora, vremena i materije, vječan ili će i njemu jednom doći kraj odnosno neki vid "smrti". Kakvom stanju teži svemir? Ako je jednom nastao i nakon tog trenutka se stalno razvijao kao što smo već danas s dobrom dozom sigurnosti uvjereni kakva će, dakle, biti njegova konačna sudbina? Ne sudbina Zemlje, ne "sudnji dan" čovjeka, već konačno krajnje stanje univerzuma koji se razvija. Koliko smo pitanja postavili, a ne možemo na njih odgovoriti! Ne znamo pravi i siguran odgovor, ali znamo barem toliko da razmišljamo o njemu. Cjelokupna je znanost traženje odgovora, pitanje kako i zašto se nešto događa i zatim nalaženje odgovora: eto "zato jer" i "tako i tako". I da li smo uopće i dobro postavili pitanja o početku i svršetku svemira? Ima li svemir uopće početak? I - neki konačni kraj?

Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 1, iz 1983/1984. godine.
"Nadam se da će eshatologija (teološko učenje o sudnjem danu i kraju svega) postati jednoga dana uvažavana znanstvena disciplina, a ne samo ono što je sada, grana teologije", izrekao je prije svega četiri godine američki fizičar Freeman Dyson, tada još ni ne sluteći da će se svega koju godinu kasnije njegova želja djelomično ostvariti, to jest da će znanost (a ne samo religija) početi da se bavi pitanjem svršetka svijeta. Zahvaljujući najnovijim otkrićima u fizici elementarnih čestica te novim saznanjima u kozmologiji, mi smo danas u mogućnosti da barem naslutimo još nejasne konture scenarija prema kojem će se u nepojmljivo dalekoj budućnosti odvijati igrokaz razvoja našeg svemira do konačnog spuštanja zastora. Do konačnog mira i prestanka svakog događanja, svih promjena. Mi smo posljednjih godina ušli u trag realnoj hipotezi o konačnoj slici svemira kojoj on teži. Ta je hipoteza naše, ljudsko, sadašnje znanje o svijetu, znanje čovječanstva pri kraju 20. stoljeća, a polazi od tri pretpostavke:

1. Da je svemir "otvoren", to jest da se širi i da će se zauvijek širiti.
2. Da su prirodni zakoni prostorno i vremenski nepromjenjivi.
3. Da su nam danas već poznati svi osnovni prirodni zakoni.

Mi danas ne znamo ono što će znati naši prapraunuci. Znanost se svakim danom razvija i naše je znanje o svijetu sve veće. No mi ne možemo čekati skrštenih ruku da to znanje "dođe", jer na taj način neće nikada ni doći. Može se dogoditi da se jednom, u nekom budućem stoljeću, ustanovi da je zbog neispunjenja jedne od gore navedene tri pretpostavke naše razmišljanje o svršetku svemira bilo    pogrešno usmjereno. Ni mi ni naši najdalji prapraunuci (koji će se tek roditi za tisuće i milijune godina) nećemo ionako doživjeti svršetak svemira. Vremenska skala kozmoloških zbivanja o kojima je u ovom članku riječ posve izlazi izvan okvira svakodnevice. Ništa se ni usporediti ne može s njom. Čak je cjelokupno dosadašnje trajanje svemira tek tren, poput jednog zamaha krila kolibrića, beznačajno kratak u odnosu na vječnost. Pa i ipak, i takve "beskorisne" spekulacije važan su dio znanosti, one mogu biti stimulans umu da se odvaži u nepoznata područja i u nove načine razmišljanja. Ne jednom se dogodilo da su upravo takva krajnja pitanja i "beskorisne" hipoteze pružile hranjivu podlogu i bile one asimptote koje su vodile naprijed istraživače tokom generacija. Velika i vječita pitanja daju razvoju znanosti stalnu snagu.

Religiozna eshatološka slika svijeta ima na svome završetku vječiti raj i pakao, a fizičari su u 19. stoljeću prvi put, zahvaljujući upoznavanju termodinamike, razmišljali na znanstvenoj bazi o budućnosti kozmosa. Svemir će, govorili su oni, skončati u "toplinskoj smrti". Carnot, Kelvin, Helmholtz i Clausius smatrali su za konačno stanje svemira stanje termodinamičke ravnoteže "vječnog mira više ničim izmjenjivog" (Helmholtz). Bila je to logična slika na temelju tadašnjeg poznavanja prirode i uočenog zakona koji bi se, pojednostavljeno rečeno, mogao svesti na to da energija uvijek prelazi s toplog prema hladnom tijelu, ali nikada ne i obratno. Sve se samo hladi, ništa se (samo od sebe) ne grije.

Ovakva predodžba bila je dugo vremena važeći znanstveni svjetonazor o "konačnom kraju" i samo je na početku ovog stoljeća nadopunjena Maxwellovom teorijom elektromagnetskog zračenja i Einsteinovim principom ekvivalencije materije i energije, a preživjela je čak i prve godine kvantne mehanike. Tako je britanski fizičar A. S. Eddington pisao godine 1931: "Općenito se smatra da se materija polako pretvara sve više i više u energiju. Ukoliko je tako, tada izgleda da svemir na kraju postaje stalno rastuća zračeća kugla čije zračenje se stalno prorjeđuje i pomiče prema većim valnim dužinama". No, posljednjih dvadesetak godina klatno našeg znanja o svijetu počelo se sve brze njihati, a stara, pojednostavljena slika toplinske smrti svemira morala je ustuknuti pred naletom novih znanja, posebno kvantnomehaničke teorije i novih otkrića na području astrofizike.

Nedavno je postavljeno ozbiljno i hrabro pitanje: da li se doista svemir, ako se stalno širi i hladi, "zaleđuje" u neko stanje trajnog mira? Kada će se to dogoditi, odnosno koliko je u tom smislu star svemir, koliko mu je još preostalo do tada "života"? Odgovor na ta pitanja danas zvuči drukčije negoli u vrijeme termodinamike. Pogreška termodinamičara iz prošlog stoljeća bila je u tome što su oni posve smetnuli s uma utjecaj gravitacije, a ona je - smatramo danas - pogonski motor koji čak i u vječno širećem svemiru izaziva neke događaje unatoč toplinskoj smrti zvijezda. No, da vidimo što se dakle zbiva u vječito širećem svemiru. Prve će sa pozornice kozmosa nestati zvijezde. Računica pokazuje da će za sto tisuća milijardi godina "od danas" umrijeti i posljednja zvijezda.

Koliko je to, sto tisuća milijardi (1014) godina? Koliko nam je danas poznato, a prema vrlo vjerodostojnoj hipotezi "velikog praska", svemir je nastao prije otprilike 20 milijardi godina. Nazovimo to dosadašnje trajanje svemira "T". Svemir je dakle star 1 T godina. Kroz to vrijeme su se iz prvobitnog vodika i (nešto) helija obrazovali gušći oblaci silnih dimenzija iz kojih su se pak porodile galaktike sastavljene od milijardi manjih nakupina plina - zvijezda. Uz zvijezde su, smatramo danas, iz istog protozvjezdanog oblaka nastajali gotovo u pravilu i planeti oko njih, kao usputni suputnici zgusnuti za vrijeme gibanja protostelarnog oblaka. U  našem slučaju su se iz protosolarnog oblaka prije otprilike 5 milijardi godina izlegli osim sunca i svi njegovi pratioci, planeti, asteroidi, repatice...

Kroz to vrijeme 1 T mnoge su zvijezde već i umrle, odnosno pretvorile se u crne patuljke, neutronske zvijezde, crne jame. Dvadeset milijardi godina svemir živi i u njemu se zbivaju procesi pretvorbe materije u zračenje, stvaraju se u unutrašnjosti zvijezda elementi masivniji od vodika i helija, zvijezde eksplodiraju, skvrče se na veličinu Zemlje pa i manje, iz interstelarnih oblaka plina još se i dandanas rađaju nove generacije budućih zvijezda... svemir je pun burnih i brojnih zbivanja beskrajno sporih u usporedbi s ljudskim životom. Mi ozbiljnije proučavamo fiziku nebeskih objekata svega stotinjak godina. A sto tisuća milijardi godina, koliko će još postojati zvijezde, to je vrijeme od 5000 T!!! Mi dakle živimo u vrlo mladom tek porođenom svemiru, a kad bi mjera za prestanak postojanja svemira bila smrt i posljednje zvijezde, tada bi svemir bio sada star kao - na skali ljudskog života - novorođenče od pet dana. A još je sedameset godina života pred njim.

No svemir neće prestati postojati nakon što i posljednja zvijezda iscrpi svoje termonuklearno gorivo. Vrijeme teče naime neumoljivo dalje i nakon 5000 T godina. Ako zvijezda u klasičnom smislu te riječi više nema, postoje njihovi ostaci koji i dalje imaju gravitaciono polje. Premda su ti ostaci (zovimo ih zbog jednostavnosti i zornosti i dalje "zvijezde" vrlo narijetko rasuti galaktičkim prostorom, događaju se ponekad bliski susreti. Sudaraju se i galaktike, odnosno točnije rečeno one se prožimaju prolazeći jedna kroz drugu pa je tada vjerojatnost bliskog susreta zvijezda povećana. Sve u svemu, ako nekom malo vjerojatnom događaju damo dovoljno vremena, on će postati vrlo vjerojatan, a na kraju i - neumitan. Nakon otprilike milijardu T (1019 godina) više neće biti galaktika, one će se rasformirati: veći dio zvijezda (oko 90 posto) raspršit će se po međugalaktičkom prostoru manje više ravnomjerno, a ostatak će se sabiti u galaktičku jezgru stvarajući tamo po jednu masivnu crnu jamu u svakoj (bivšoj) galaktici.

Prilikom bliskih susreta zvijezda (odnosno onoga što je ostalo od njih) stradavat će i neki planeti, a neki će se pri tom osloboditi matičnog gravitacijskog središta i nastaviti da slobodno lutaju prostorom. Oni pak planeti koji izbjegnu i jednu i drugu sudbinu završavaju na ovaj način: zbog zračenja gravitacionih valova planet gubi malo pomalo svoju energiju te se u vrlo sporoj, ali neumitnoj spirali survava na kraju na središte oko kojeg kruži. Za prosječan planet ovaj pad nastupa nakon 1020 godina dakle nakon deset milijardi T. Znači li da će još deset milijardi puta toliko koliko je svemir star sada Zemlja kružiti oko Sunca? Ne. Još mnogo mnogo ranije, nakon svega 5 milijardi godina od "danas" nju će zajedno s ostalim unutarnjim planetima (sve do Jupitera) progutati Sunce koje će se naduti u crvenog diva, a zatim skvrčiti na veličinu bijelog patuljka.

Ovdje smo došli do kraja prvog poglavlja priče, time je završena klasična evolucija svemira. Prostor je ispunjen sad zračenjem, mrtvim zvijezdama i slobodnim planetima te crnim jamama različitih veličina, sve do onih super crnih jama od milijuna sunaca (preostalih od stopljene galaktičke jezgre). I sada, sada počinje drugo, neuporedivo duže poglavlje koje se zove "kvantomehanička era". U usporedbi s njim sve ovo do tada, sve te milijarde milijardi godina bile su - zanemariv tren!

Još donedavno se smatralo da su crne jame konačan kraj svake materije, no noviji proračuni pokazuju da nije baš tako, i crne jame dalje žive, one naime nisu posve "crne". Zbog kvantne strukture gravitacionog polja poneki kvant energije tu i tamo uspije nekako izaći iz te mišolovke, poput neke ribe koja slučajnim trzajima tijela pogodi točno oko mreže (a uz to se još istog trena smanji što ribi nikada ne uspijeva, ali u svijetu kvanata se događa). Ovaj je bijeg vrlo spora toka, ali se vremenom ubrzava: gubeći masu crna jama postaje naime sve manja, gubi sve brže masu dok na kraju ne ispari sva na eksplozivan način. Da bi se to dogodilo s crnom jamom mase Sunca treba da protekne 1064 godina a za one najmasivnije oko 10100 godina. No kad-tad na kraju svog postojanja crna jama još jednom bljesne. Tokom beskrajnih eona imamo, dakle, kako kaže F. Dyson, "hladan šireći svemir kojeg ponekad osvijetli vatromet neke crne jame".

Znači, za deset milijardi trilijuna trilijuna trilijuna (1064) godina kozmički pejzaž u svojoj prostornoj golemosti i vremenskoj istrajnosti pun je već davno ugašenih zvijezda. Sve su galaktike već rastočene, raspadnute. Zračenje temperature vrlo blizu apsolutne nule prožima prostor, povremeno eksplodira neka crna jama. Supermasivne crne jame još se neopaženo kriju u mraku jednako kao i crni patuljci (posve ohlađeni bijeli patuljci), slobodni planeti i još nešto intergalaktičkog plina i prašine. I što sad? Vrijeme i dalje teče, milijarde godina prolaze kao sekunde u svijetu u kojem se dalje više ništa ne zbiva. Ništa se ne zbiva? Ipak. Kroz nepojmljivo dugo vrijeme zbiva se jedna nuklearna metamorfoza moguća samo ako joj damo dovoljno vremena na raspolaganje. Poznato nam je da su neki elementi, na primjer, uran, prirodno radioaktivni. No, na izvjestan način, na jednoj mnogo mnogo duljoj vremenskoj skali svi su elementi "radioaktivni", točnije rečeno teže prema najstabilnijoj jezgri, prema jezgri željeza. Ta pretvorba zahtijeva za cijeli univerzum vrijeme od 101500 godina. Na kraju je cijeli svijet građen od većih ili manjih kugli željeza.

101500 godina! Broj jedan iza kojeg slijedi tisuću petsto nula! Broj monstrum kojeg je besmisleno i nazivati nekim imenom. 10000000000000... i tako red po red pola ove stranice "ČIS-a." U odnosu na to vrijeme posve su jednako beznačajno kratkotrajni i zamah krila vilin-konjica i svo dosadašnje postojanje kozmosa, od Velikog praska do danas! Iz perspektive toga broja jedna buha i cijeli poznati svemir su jednako mikroskopski sićušni budući da u cijeli svemir stane "samo" 1096 buha, a onaj je monstrum broj za red veličine 101404 veći od omjera svemir/ buha!
Ali, još uvijek nismo došli do svršetka, do ušća rijeke vremena kozmosa u more vječnoga mira. Još se nešto događa! Čak ni te "željezne zvijezde - kugle" nisu još dostigle najdublji, najstabilniji nivo energije. Ugarci svemira još tinjaju, u njima su još zapretene silne snage. Željezne zvijezde - kugle mogu još predati energiju ako se pretvore u zvijezdu građenu od neutrona; količina energija (postepeno oslobađana) ravna je energiji jedne supernove. Međutim, željeznoj zvijezdi da bi se pretvorila u hrpu neutrona treba toliko godina da ih je nemoguće napisati kao običnu potenciju već kao potenciju potencije: to je broj 1 iza kojeg ima 1076 nula. Možemo li napisati taj broj u ovom ČIS-u? Koliko bi to bilo stranica? Pokušajte izračunati. Kad bismo taj broj htjeli napisati s njegovim nulama ove veličine (0) ne bi nam, odat ćemo vam ipak, bio dovoljan ovaj broj ČIS-a. Ne bi bili dovoljni svi časopisi na svijetu zajedno, ni sve knjige ni sav papir, ni cijela Zemlja pretvorena u nule te veličine. One bi stale tek u vreću stotinjak puta veću od naše - Galaktike! Kako li    nam je sada prema tom broju sićušan onaj silan broj 101500. No ne zaboravimo nikada da je taj nepojmljivo velik broj još uvijek manji od - vječnosti.

Željezna zvijezda međutim, ne mora preći tako sporo u hrpu neutrona: ona može doživjeti metamorfozu u crnu jamu. U što će željezna zvijezda prije transmutirati, da li u crnu jamu ili u neutronsku masu to još ne znamo budući da još nemamo jedinstvenu teoriju koja objedinjuje gravitaciju i kvantnu mehaniku. Ne znamo zapravo kolika je najmanja moguća crna jama. Prema nekim posljednjim modelima, teorijski najmanja crna jama imala bi masu od stotinjak grama (tzv. Planckova masa). U tom slučaju bi proces pretvorbe željezne zvijezde u crnu jamu trajao "samo" 1026 godina. A crne jame, kako smo već rekli, mogu ispariti. I što na kraju balade onda uopće još ostaje? Samo čestice željezne prašine, sačma, promjera ispod 100 mikrona pa ne može kolapsirati u crnu jamu. Preživjet će, ostat će takva do u vječnost. Njih s vremena na vrijeme obasjava poneka eksplodirajuća crna jama. I tu je još zračenje koje se sve više razređuje...

Ovdje opisan tok zbivanja samo je okvir i nisu izneseni svi detalji. Mnogo toga još i ne znamo. Vremenom (a njega, kao što vidimo, imamo na pretek) će se lista događanja širiti i pojasniti. Navedene brojke toliko su velike da su razumljive samo kao puke veličine iz jednadžbi. Kronos kozmosa ovdje nema nikakve veze s našim ljudskim poimanjem vremena. To je kronos mrtve materije. To je ura koja ne otkucava sekunde, sate i godine već samo redoslijed metamorfoza svemira. Nama još uvijek nepojmljivog početka i svršetka sveukupnog znanog nam postojanja

Ukupno komentara: 1
Uključi se u raspravu
Najnoviji komentari
nixass
25.03.2013. u 16:11 sati