Prva sekunda svemira

Ovo je jedna od onih priča koje spadaju u najveće avanture ljudskog duha, znanstveno-filozofske izazove sa samih granica moći poimanja. Ovo je priča o nastanku svijeta.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja4365


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 1987-1988. godine.

Ovo je jedna od onih priča koje spadaju u najveće avanture ljudskog duha, znanstveno-filozofske izazove sa samih granica moći poimanja. Ovo je priča o nastanku svijeta. Ne samo ovog našeg svijeta, ove naše Zemlje ili Sunčevog sistema, već cijelog sveukupnog kozmičkog prostora i sve materije u njemu. Kako je "sve" nastalo, da li iz "nečega" ili iz "ničega", kada je počelo teći vrijeme, kada počeo početak početka prije čega nije bilo-ničeg!?

Premnoga pitanja, pa ipak, na neka od njih znanost-astronomija i fizika - već ima odgovore ili barem okvirnu sliku, približan scenarij prema kojem se vjerojatno odvijalo podizanje zastora na pozornici za sve kasnije i sadašnje svemirske procese.

Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 1, iz 1987/1988. godine.
Prema današnjem našem znanju svemir naime ne postoji oduvijek. I on se jednom rodio, nastao. Prije otprilike 15 milijardi godina. Bio je to porođaj silovit i iznenadan, eksplozija svemirskog praatoma, kozmičkog "prajajeta" čija je energetska opna pukla i materija se - nastajući tog trena iz energije - prosula prostorom stvarajući pri tom istovremeno i ovaj sadašnji svemirski prostor koji prije nje nije postojao. Bez materije nema naime ni prostora ili točnije rečeno: materija svojim prisustvom oblikuje prostor...

No pođimo ipak redom, od današnjice, od onog poznatog nam stanja i poretka stvari, od današnjeg svemira i vremena u kojem živimo. Da li je univerzum oduvijek ovakav kakav je danas? Svemirom kao cjelinom upravlja sila gravitacije, ona je jedna od četiri tako zvane "fundamentalne sile". Ostale tri su elektromagnetska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila. Svijetom atoma upravlja elektromagnetska sila i dvije nuklearne sile, i ovdje je sila gravitacije posve beznačajna. No, kad napustimo mikrosvijet i uputimo se na zvjezdane i galaktičke staze, u svemirski prostor, gravitacija je glavna i praktički jedina gospodarica, ona drži na okupu materiju, ona upravlja gibanjima, ona sabija zvijezde u degenerirana stanja kakva su na primjer crne jame, ona u krajnjoj liniji odlučuje o konačnoj sudbini univerzuma. Ključ dakle sudbine svemira, njegove prošlosti i budućnosti nalazi se u tajni gravitacije, a do nje pak vode vrata koja je odškrinula Einsteinova opća teorija relativnosti.

Na osnovi teorije relativnosti, te radova de Sittera i A. Friedmanna proizašao je danas općeprihvaćen model ekspandirajućeg svemira, model prvo nastao na papiru teoretičara da bi ga nedugo zatim potvrdio opažanjima. E. Hublle utvrđuje tridesetih godina ovog stoljeća jedan od najvažnijih zakona moderne kozmologije, tz. "Hubbleov zakon" odnosno proporcionalnost udaljenosti neke galaktike i brzine njenog odmicanja, bijega od nas. I gle, pokazalo se da sve galaktike bježe od nas što znači da se svemir širi poput balona koji se napuhava. Međusobna udaljenost svih galaktika sve je veća što znači da je nekoć, davno, bila manja...
(Zanimljivo je također da sam tvorac teorije relativnosti, Einstein, nije bio sklon hipotezi o ekspandirajućem svemiru premda je iz jednadžbi proizlazilo da se svemir mora ili širiti, ili stezati. Einstein je stoga čak uveo neke preinake u jednadžbe sve u želji da iznađe model statičkog svemira, no bezuspješno. Tzv. "Einsteinov svemir" naprosto nije bio stabilan.

Prvi koji je duhovnim okom krenuo u davnu prošlost svemira do njegovih prapočetaka bio je belgijski astronom, opat Le-maitre. Jer doista, ako se svemir širi ima li logičnije pomisli nego da je u stanju eksplozije iz nekog pracentra, "praatoma", jedne točke ili barem vrlo malog (po volumenu malog) žarišta iz kojeg je na sve strane šiknula materijalna supstanca evoluirajući kasnije tokom vremena u zvijezde, galaktike. Le-maitreov "praatom" polazište je danas već priznate teorije "velikog praska" ili "big banga" koju su posljednjih godina potvrdila i opažanja, takozvanog "pozadinskog zračenja". Cijeli svemir, naime, iz svih smjerova jednako "bruji" slabim zračenjem karakterističnim za crno tijelo temperature 4 Kelvina. To je zračenje kao neki slabi valčić koji nas sada još zapljuskuju iz pravremena i praprostora, to je još slabi odsjaj one gigantske vatre koja je nekad buktila i palila u energetskom kaosu iz kojeg je, kao pepeo, zaostao naš svemir.
Teorija "big banga" (zvat ćemo ga "veliki prasak") dovodi nas, međutim, do nekih svojstava prostora i vremena koja su nam zorno teško predočiva. Kako da zamislimo cijeli svemir sabit u vrlo mali volumen? Ima li uopće smisla izreći neku brojku o njegovoj veličini, o veličini praatoma? Ovdje moramo biti vrlo oprezni, jer da bi se nešto moralo mjeriti mora postojati promatrač koji to mjeri, a u ovom našem slučaju gdje bi se nalazio taj mjernik? Izvan praatoma ili unutar njega?

Ali - izvan praatoma nema ničega, ni materije ni prostora, odnosno uopće nema tog "izvan". "Praatom, to primarno jaje geneze, taj sićušni embrionalni svemir, bilo je tako sabito da je koncentracija materije odnosno energije posve zakrivila prostor oko sebe zatvorivši ga u sebe i nije bilo ničega izvan, jer je sav prostor bio također sabit tik oko praatoma. Poput svojevrsne crne rupe koja ne dopušta da iz nje pobjegne zračenje, tako i praatom nije dopuštao da iz njega "pobjegne" - prostor. (Ovakav opis je međutim samo pokušaj da si predočimo čudne pojave iz svijeta relativističke fizike).

Na izvjestan način takva situacija vlada i danas u svemiru samo što je današnji "radijus zakrivljenosti" svemira mnogo veći, jer je gustoća materijala mnogo manja nego u praatomu. I danas nema ničeg "izvan" ovog svemira, a mi se još uvijek nalazimo u fazi eksplozije, u "napuhavanju" prostora zatvorenog u samog sebe djelovanjem gravitacije. Prema teoriji relativnosti, naime, gravitacija nije ništa drugo nego samo osjećanje deformacije prostora, deformacije izazvanih postojanjem materije. Drugim riječima, gravitacija je samo manifestacija lokalne zakrivljenosti prostorno-vremenskog kontinuuma.

Kažimo stoga ovako: na početku vremena i stvaranja svemir je postojao samo u obliku nečeg čemu teško da i možemo dati fizikalni naziv i veličinu. Možemo samo reći da je u tom nečemu bilo sadržano sve što i danas postoji u svemiru: sva materija i svo zračenje. U prvom trenutku, u trenutku od "nula sekundi", kakva je bila situacija, to ne možemo znati. Sam nulti tren geneze skriva nam se u tami pravremena i rasvijetlit ćemo ga možda tek onda kad saznamo više o prirodi materije, kad nam napokon uspije objediniti opću teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku u novu kvantnu teoriju gravitacije.

Od čega se u samom početku sastojao taj "praatom"? Od atoma? Ne. Od čestica? Ni od njih. Od fotona? Čak ne ni od njih. Djeluje na prvi pogled neobično, no pravi prapočetak svega je ono isto svojstvo prirode koje i danas vlada univerzumom: gravitacija. Gravitacija je najslabija, rekli smo već, među četiri fundamentalne sile, no u trenutku geneze ona je bila jedina realnost praatoma. Pri temperaturi od 1032 K gravitacija je jedina mogla postojati, ona je prava i iskonska podloga iz koje je sve nastalo.

Visokoenergetski gravitoni, kvanti gravitacijskog polja prožimali su jaje geneze spontano se raspadajući u parove čestice-antičestice. U toj dakle, najranijoj fazi eksplozije, svega nezamislivo kratko vrijeme od 10'43 sekunde nakon "vremena nula", izašla je na vidjelo zrnata struktura prostor-vremena. U tim estremnim uvjetima u kojima su se izbrisale granice između makrosvijeta (teorije relativnosti) i mikrosvijeta (kvantna mehanika), zrnca, granule, kvanti gravitacije u emulziji prostor vremena bili su prvi glasnici izranjanja svemira, porođajna posteljica novorođenog svijeta koji je svake milijardinke sekunde doživljavao sve čudesnije preobrazbe.

Nakon isključive dominacije gravitacije, odnosno nastojanja parova čestice-antičestice iz visokoenergetskih gravitona, (koje kao da su izlijetale iz praznog prostora, iz ničega, iz same zrnate teksture prostor-vremena), pojavljuju se otprilike jednu milijardinku milijardinku sekunde poslije "vremena nula" novi igrači na filmu događanja: temperatura je pala na tri milijuna milijardi stupnjeva što više nije dovoljno da iz gravitona načini rodilište parova čestice-antičestice, no zato je ta temperatura pravi raj za razmnožavanje kvanata polja slabe nuklearne sile. Djelić sekunde kasnije evo i fotona, kvanata elektromagnetskog polja iz kojih frcaju parovi elektron-pozitron. Još malo kasnije i evo nas do teksture jakog nuklearnog polja u kojem se kvanti jake nuklearne sile raspadaju u parove kvark-antikvark. Što je dakle temperatura niža to su jača polja odnosno njihove čestice, jer za slabija polja sredina nije dovoljno "vruća".

I tako sve do vremena stomilijuntinke sekunde poslije "vremena nula" imamo u svemiru samo kvarkove, leptone i njihove antičestice, sve zajedno uronjeno u gustu "juhu" kvanata polja. Još uvijek nema "pravih čestica", kakve su na primjer proton i neutron, još uvijek nema materije u užem smislu te riječi. Praatom je još prevruć da bi dozvolio "kondenzaciju" iz energetske kiše. Na temperaturi od više milijardi stupnjeva hadroni se ne uspijevaju održati u životu: raspadaju se u kvarkove.

No kako se vatrena lopta praatoma eksplozivno širi opada joj naglo i temperatura i kada padne na "svega" 500 milijardi stupnjeva (a to je u trenutku kada je svemir star desetisućinku sekunde) nastupa tzv. hadronska faza. U toj su se fazi u stvari rađale elementarne čestice koje sačinjavaju gradnju današnjeg univerzuma. Osim protona i neutrona tu su još i egzotične čestice kratkog životnog vijeka kao što su hiperioni, K-mezoni, pi mezoni i eta mezoni. Svijet postaje sve kompliciraniji, javlja se mnoštvo prelaznih stanja, iz gulaša praatoma dižu se raznoliki mirisi kombinirani od prvobitno jednostavnih kombinacija kvarkova i leptona.
Potrebno je naglasiti da se u ovoj hadronskoj fazi geneze dogodilo nešto što još nije sasvim jasno, ali se otprilike nazire. Vidjeli smo, naime, da su se uvijek stvarali parovi čestica-antičestica, no čestica i antičestica ne mogu opstati zajedno. Oni se kad se spoje anihiliraju natrag u energiju. Koliko je danas poznato, svemir se potpuno (ili barem većim dijelom) sastoji samo od jedne vrste materije (a ne i antimaterije). Pretpostavlja se da se u jednom trenutku hadronske faze zbio događaj koji je unio izvjesnu asimetriju u broj čestica i antičestica. Novija istraživanja ukazuju da je možda posrijedi kratkotrajni povratni tok vremena, da je u jednom infinitezimalnom trenutku iz nepoznatih razloga vrijeme teklo u negativnom smjeru što je izazvalo takve nuklearne reakcije koje su omogućile stvaranje viška jedne vrste čestica nad drugima... O tome će se uskoro znati i više...

Kad je završila ta hadronska faza moglo bi se reći da je završila i najkritičnija faza u nastanku svemira. Novorođenče je ostalo na životu, porod svemira je uspio i dalje se sve odvijalo prema scenariju koji nam je već bliži shvaćanju. Više se ne stvara materija, ima je već dovoljno, veći broj čestica je uništen, ali ostalo je još uvijek dovoljno za jedan lijepi svemir kakav je ovaj naš. Prošla je već otprilike jedna sekunda od početka eksplozije praatoma. Vrlo kratko vrijeme za nas, ali beskonačno dugo za svijet elementarnih čestica.

Kozmologija svemira u prvoj sekundi čista je dakle nuklearna fizika. Zato je možemo i opisati tako u detalje, a da u stvari i ne znamo točno kad se ta sekunda dogodila. Kažemo samo, otprilike prije petnaestak milijardi godina... Nakon sekunde razvoj je dalje tekao prvo kroz stvaranje atoma iz elementarnih čestica, a zatim, od tih atoma preko međuzvjezdanog plina, kvazara, galaktika, protostelarnih oblaka, do zvijezda i planeta. I naše Zemlje, dakako.

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!