Мултиверзум, тамна материја и „огледални свемир": Шта ако васиона нема крај

  • Печен Барс
  • ББЦ будућност
Слика

Аутор фотографије, Getty Images

Уобичајена прича о свемиру има почетак, средину и крај.

Почело је Великим праском пре 13,8 милијарди година, када је свемир био сићушан, врућ и густ.

За мање од милијарду милијардитих делова секунде, та тачка свемира постала је милијарду пута већа од његове првобитне величине кроз процес назван „космолошка инфлација".

Уследио је „достојанствени излаз", када је раст престаo. Свемир се ширио и хладио, али али неупоредиво спорије.

Следећих 380.000 година, свемир је био толико густ да се ни светлост није могла кретати кроз њега - космос је био непрозирна, супер врућа плазма распршених честица.

Када су се ствари напокон охладиле да се формирају први атоми водоника, свемир је брзо постао провидан.

Зрачење је избијало у свим правцима и свемир је био на путу да постане грудаст ентитет који данас видимо са огромним деловима празног простора испресецаним накупинама честица, прашине, звезда, црних рупа, галаксија, зрачења и других облика материје и енергије.

На крају ће се те грудвице материје толико удаљити да ће полако нестајати, према неким моделима. Свемир ће постати хладна, једнолична супа од изолованих фотона.

Аутор фотографије, NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI

Потпис испод фотографије,

Свемир који тренутно можемо видети састоји се од накупина честица, прашине, звезда, црних рупа, галаксија, зрачења.

То није нарочито драматичан крај, иако има задовољавајућу коначност.

Али шта ако Велики прасак заправо није био почетак свега?

Можда је Велики прасак више био „Велики одскок", прекретница у текућем циклусу скупљања и ширења.

Можда би то могло бити нешто попут тачке рефлексије, са огледалном сликом нашег свемира који се шири на „другу страну", где антиматерија замењује материју, а само време тече уназад.

Можда постоји чак и „огледало" које размишља о томе како живот изгледа са ове стране.

Или Велики прасак може бити прелазна тачка у свемиру који се увек шири и увек ће се ширити. Све ове теорије налазе се ван главне космологије, али све подржавају утицајни научници.

Све већи број ових конкурентских теорија сугерише да је можда време да се напусти идеја да је Велики прасак означио почетак простора и времена.

И заиста, да чак може имати и крај.

Многе алтернативе Великог праска потичу из дубоког незадовољства идејом космолошке инфлације.

Аутор фотографије, NASA

Потпис испод фотографије,

Ожиљци које је Велики прасак оставио у слабом микроталасном зрачењу које прожима читав космос дају назнаке о томе како је изгледао рани свемир.

„Морам да признам, инфлација ми се није свидела од почетка", каже Нил Турок, бивши директор Периметричног института за теоријску физику из Вотерлуа у Канади.

„Инфлаторна парадигма није успела", додаје Пол Штајнхард, професор науке Алберта Ајнштајна на Универзитету Принстон и заговорник модела „Великог одскока".

„Инфлацију сам увек сматрао врло вештачком теоријом", каже Роџер Пенрос, професор емеритус математике Рус Бола на Оксфордском универзитету.

„Главни разлог зашто није умро при рођењу је тај што је то једина ствар коју су људи могли да смисле како би објаснили оно што они називају 'непроменљивошћу скале колебања температуре у космичкој микроталасној позадини'."

Потпис испод видеа,

Деценија Сунца у један минут - шта се све догодило

Космичка микроталасна позадина (или „КМП") била је основни фактор у сваком моделу свемира од када је први пут примећена 1965.

То је слабо, амбијентално зрачење пронађено свуда у посматраном свемиру које датира из оног тренутка када је свемир први пут постао провидан за зрачење.

КМП је главни извор информација о томе како је изгледао рани свемир. Такође је и мучна мистерија за физичаре.

У ком год правцу научници да усмере радио телескоп, КМП изгледа исто, чак и у деловима који наизглед никада не би могли да комуницирају једни са другима у било ком тренутку историје 13,8 милијарди година старог свемира.

„Температура КПМ-а је иста на супротним странама неба и ти делови неба никада не би били у узрочном контакту", каже Кејти Мек, космолог са Државног универзитета Северне Каролине.

„Нешто је у прошлости морало да повеже та два региона свемира. Нешто је морало да каже том делу неба да буде исте температуре као и тај други део неба."

Без неког механизма за изједначавање температуре кроз посматрани свемир, научници би очекивали да ће видети много веће варијације у различитим регионима.

Инфлација нуди начин за решавање овог такозваног „проблема хомогености".

Са периодом сумануте експанзије, свемир се тако брзо истезао да је готово читава ствар завршила далеко изван региона који можемо посматрати и са којим можемо комуницирати.

Наш свемир који се може посматрати проширио се из једног мајушног хомогеног региона унутар тог исконског врућег нереда, производећи једнолични КПМ. Други региони изван онога што можемо приметити могу изгледати сасвим другачије.

Аутор фотографије, Nasa/ESA

Потпис испод фотографије,

Теоријски физичари све више откривају да теорија инфлације не успева да објасни ширење материје и енергије примећене у свемиру.

„Чини се да је инфлација оно што има довољно подршке из података које можемо узети као подразумеване", каже Мек.

„То је оно што предајем на часовима. Увек кажем да не знамо са сигурношћу да се то догодило. Чини се да се подаци прилично уклапају, а оно што би већина људи рекла је највероватније".

Теорије је увек имала недостатака.

Важно је напоменути да не постоји коначан механизам за покретање инфлаторног ширења, нити проверљиво објашњење како би се могао догодити достојанствени излаз.

Једна идеја коју су изнели заговорници инфлације је да су теоријске честице сачињавале нешто што се назива „инфлаторно поље" које је покретало инфлацију, а затим се распадало у честице које данас видимо око себе.

Чак и са оваквим прилагођавањима, инфлација даје предвиђања која, бар до сада, нису потврђена.

Теорија каже да би простор у свемиру требало искривити исконским гравитационим таласима који су рикошетирали кроз свемир Великим праском. Иако су откривени одређени типови гравитационих таласа, још није пронађен ниједан од ових исконских који подржавају теорију.

Квантна физика такође шаље теорије инфлације на врло несигуран терен.

Предвиђа се да ће ретке квантне флуктуације проузроковати да инфлација разбије простор на бесконачан број закрпа са дивљим различитим својствима - „мултиверзум", у којем се дешава буквално сваки замисливи исход.

Потпис испод видеа,

Потрага животом на Марсу: Зашто је тешко слетети на Црвену планету

„Теорија је потпуно неодлучна", каже Штајнхард.

„Може рећи само да је уочљиви свемир можда такав или онакав или било која друга могућност коју можете да замислите, у зависности од тога где смо у мултиверзуму. Ништа није искључено што је физички замисливо".

Штајнхард, који је био један од изворних архитеката теорије инфлације, на крају се заситио недостатка предвидљивости и немогућности тестирања/провере.

„Да ли заиста морамо да замислимо да постоји бескрајан број неуредних свемира које никада нисмо видели и никада их нећемо видети да бисмо објаснили један једноставан и изузетно глатки свемир који заправо посматрамо?"

„Ја кажем не. Морамо тражити бољу идеју."

Аутор фотографије, Alamy

Потпис испод фотографије,

Уместо да је био почетак, Велики прасак могао је бити тренутак преласка из једног простора и времена у други - више одскок

Проблем би могао бити повезан са самим Великим праском и са идејом да је постојао почетак простора и времена.

Теорија „Великог одскока" слаже се са сликом Великог праска врелог, густог свемира пре 13,8 милијарди година, који је почео да се шири и хлади.

Уместо да је био почетак простора и времена, то је био тренутак преласка из раније фазе током које се простор смањивао.

Са одскоком, а не праском, каже Штајнхард, удаљени делови космоса имали би довољно времена да међусобно комуницирају и да формирају јединствени глатки свемир у којем би извори КПМ зрачења имали прилику да се изједначе.

У ствари, могуће је да време постоји заувек.

„Ако се одскок догодио у нашој прошлости, зашто их није могло бити много?" каже Штајнхард.

„У том случају је вероватно да да ће га бити и у нашој будућности. Наш свемир који се шири могао би почети да се скупља, враћајући се у то густо стање и поново започињући циклус одскока".

Штајнхард и Турок су заједно радили на неким раним верзијама модела Великог одскока у којима се свемир смањио до тако мале величине да је квантна физика преузела посао класичне физике, остављајући предвиђања неизвесним.

У скорије време, друга Штајнхардова сарадница, Ана Ијас развила је модел у којем свемир никада није толико мали да би квантна физика доминирала.

„То је прилично прозаична, конзервативна идеја коју су у сваком тренутку описивале класичне једначине", каже Штајнхард.

„Инфлација каже да постоји мултиверзум, да постоји бескрајан број начина на који би свемир могао испасти, а ми једноставно живимо у оном који је гладак и раван. То је могуће, али није вероватно. Овај модел Великог одскока каже да да свемир мора бити такав".

Нил Турок је такође истраживао још један пут за једноставнију алтернативну теорију инфлације, „огледални свемир".

Предвиђа да ће се још један свемир, којим доминира антиматерија, у коме владају исти физички закони као и у нашем, ширити према вани са друге стране Великог праска - нека врста „анти-свемира", ако желите.

„Уклањам једну ствар из запажања последњих тридесет година, а то је да је свемир невероватно једноставан", каже он.

„У великим размерама то није хаотично. Није случајно. Невероватно је уређен и редован и захтева врло мало бројева да би се све описало."

Аутор фотографије, Alamy

Потпис испод фотографије,

Наш свемир који тече унапред могао би да има савршен одраз који се такође пружа обрнуто од догађаја који називамо Велики прасак.

Имајући ово на уму, Турок не види место за мултиверзум, више димензије или нове честице како би објаснио шта се може видети када погледамо у небеса. Огледални свемир нуди све то - и такође може решити једну од великих мистерија свемира.

Ако збројите сву познату масу у галаксији - звезде, небуле, црне рупе и тако даље - укупна маса не ствара довољно гравитације да објасни кретање унутар и између галаксија.

Чини се да остатак чини нешто што тренутно не можемо видети - тамна материја. Ове мистериозне ствари чине око 85 одсто материје у свемиру.

Модел огледалног свемира предвиђа да је Велики прасак у изобиљу створио честицу познату као „десноруки неутрини".

Иако физичари честица још нису директно видели било коју од тих честица, прилично су сигурни да постоје. А управо оне чине тамну материју, према онима који подржавају теорију огледалног свемира.

„То је једина честица на тој листи (честица у стандардном моделу) која има два неопходна својства која још увек нисмо директно приметили, а могла би бити стабилна", каже Лејтем Бојл, још један од водећих заговорника теорије огледалног свемира и Туроков колега из Периметричног института.

Можда најизазовнија алтернатива Великом праску и инфлацији је теорија Роџера Пенроса „Конформна циклична космологија" (КЦК).

Попут Великог одскока, и она укључује свемир који је могао постојати заувек. Али у КЦК-у никада не пролази кроз период контракције - само се увек шири.

„Становиште које имам је да Велики прасак није био почетак", каже Пенроуз.

„Целокупну слику онога што данас знамо, читаву историју свемира, ја називам еоном у низу еона."

Пенроузов модел предвиђа да ће се већина материје у свемиру на крају увући у ултра масивне црне рупе. Како се свемир шири и хлади скоро до апсолутне нуле, те црне рупе ће „прокључати" кроз феномен зван Хокингово зрачење.

„Морате размишљати у смислу нечега попут гугол година, што значи број један са сто нула", каже Пенрос.

„Стварно великим треба толико или више година да кончано испаре. А онда имате свемир којим заиста доминирају фотони (честице светлости)."

Пенроуз каже да у овом тренутку свемир почиње да изгледа једнако као и на почетку, постављајући основу за почетак другог еона.

Аутор фотографије, NASA/JPL-Caltech

Потпис испод фотографије,

Конформна циклична космологија предвиђа да ће већи део свемира бити увучен у огромне црне рупе које ће потом прокључати.

Једно од предвиђања КЦК-а је да би могао постојати запис о претходном еону у космичком микроталасном позадинском зрачењу које је изворно надахнуло модел инфлације.

Када се хипер-масивне црне рупе сударе, удар ствара огромно ослобађање енергије у облику гравитационих таласа.

Када џиновске црне рупе напокон испаре, ослобађају огромну количину енергије у облику нискофреквентних фотона.

Оба ова феномена су толико моћна, каже Пенроуз, да се могу „пробити на другу страну" преласка из једног еона у други, остављајући сваки свој властити „сигнал" уграђен у КПМ попут одјека из прошлост.

Обрасци који су остали иза испаравања црних рупа, Пенроуз назива „Хокинг тачкама".

За првих 380.000 година тренутног еона то не би било ништа више од ситних тачака у космосу, али како се свемир ширио, појавиле би се као „мрље" на небу.

Пенроуз је сарађивао са пољским, корејским и јерменским космолозима да би утврдио да ли се ови обрасци заиста могу пронаћи упоређивањем мерења КЦК-а са хиљадама случајних образаца.

„Закључак до којег смо дошли је да ове тачке на небу видимо са поуздањем од 99,98 одсто", каже Пенроуз.

Међутим, свет физике је до данас остао углавном скептичан према овим резултатима, а међу космолозима постоји ограничено интересовање чак и за покушајем понављања Пенроузове анализе.

Мало је вероватно да ћемо икада моћи директно да посматрамо шта се дешавало у првим тренуцима после Великог праска, а камоли тренутке пре.

Непрозирна прегрејана плазма која је постојала у раним тренуцима вероватно ће нам заувек заклонити поглед.

Постоје и други потенцијално уочљиви феномени попут исконских гравитационих таласа, исконских црних рупа, десноруких неутрина, који би нам могли пружити неке назнаке о томе која је од теорија о нашем свемиру тачна.

„Како развијамо нове теорије и нове моделе космологије, пружаће нам се и друга занимљива предвиђања која можемо потражити", каже Мек.

„Нада није да ћемо нужно нужно директније видети почетак, већ да ћемо можда неким заобилазним путем боље разумети структуру саме физике".

До тада ће се и даље расправљати о причи о нашем свемиру, његовим почецима и да ли има краја.

Пратите нас на Фејсбуку и Твитеру. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на bbcnasrpskom@bbc.co.uk