TEMA BROJA
Miloslav Rajković
Duboki svemir - Nastanak i budućnost svemira
Repertoar kosmoloških “glavolomki”
Šta uopšte u fizičkim naukama označava pojam duboki svemir?Teorijski fizičar i kosmolog (polje istraživanja: fizika malih rastojanja, klasična i kvantna kosmologija), dr Goran Đorđević, redovni profesor Departmana za fiziku Prirodno-matematičkog fakulteta Unverziteta u Nišu, veli: “Duboki svemir je svakako interesantan, intrigantan pojam, koji ``zvuči``, i privlačan je za širi krug zainteresovanih za svemir i nauke koje se time bave, time i za novinare. No, naglašava, sam po sebi ne znači puno. Sve ono što okružuje planetu Zemlju, a nalazi se na rastojanju većem od nekoliko desetina hiljada, ili nekoliko miliona ili… kilometara od nas – pripada dubokom svemiru. Barem je takvo moje viđenje.”
Kosmologija se smatra delom astronomije i delom fizike. U najkraćem, ona se bavi nastankom svemira, njegovim vremenskim tokom i razvojem, nastankom velikih struktura /galaksija i njihovih (super)klastera/, njihovom dinamikom i, svakako, budućnošću svemira - njegovim konačnim krajem - “sudbinom”, ako postoji. Sam termin se prvi put javlja sredinom XVII veka.
Na pitanje koji su glavni pravci današnje kosmologije, sa kojim teškoćama se nose istraživači svemira tragajući za odgovorom na fundamentalna pitanja njegovog nastanka, strukture i postojanja, prof. Đorđević kaže da nije lako dati “jedinstven” ili objektivan odgovor. “On u velikoj meri zavisi od ličnog afiniteta i ‘preferencijala’ upitanog kosmologa.” Prema njegovom mišljenju, oni bi se mogli prikazati na sledeći način (“redosled nije nužno po prioritetu”):
-Imajući u vidu da je dominantan stav da mi sada poznajemo samo 5% materije/energije (tzv. “barionska materija”) svemira čije efekte opserviramo, a da prirodu 95% pretpostavljenog sadržaja (oko 25% bi bila tzv. “tamna materija” i 70% “tamna energija”) ne poznajemo, prirodno se nameće da je sastav odnosno sadržaj svemira jedno od ključnih pitanja savremene kosmologije.
- Nastanak velikih struktura, mehanizam i vremensko “datiranje” posebno onih najranijih. Mehanizam stvaranja velikih struktura je izuzetno složen proces i uprkos velikom napretku i primeni “superkompjutera” to je u velikoj meri otvoreno pitanje.
Prof. dr Goran Đorđević, teorijski fizičar i kosmolog,
Departman za fiziku PMF Univerziteta u Nišu |
Profesor Đorđević ističe da je i vreme nastanka prvih zvezda i galaksija “pod znakom pitanja i velom tajne”. Iz mnogo razloga koji, kako kaže, izlaze iz okvira ovakvog teksta. “Dodao bih samo da imamo dosta problema da sa velikom tačnošću odredimo na kom rastojanju od nas se nalaze objekti koji su nastali relativno brzo posle stvaranja svemira (‘Velika eksplozija’ ili Big bang…).“
-Hubble tension ili tenzija, neslaganje, oko tačne vrednosti Hablovog parametra (precizniji naziv od nešto uobičajenijeng Hablova konstanta) je jedna od (naj)novijih zagonetki u repertoaru kosmoloških “glavolomki”. U najkraćem, svemir se “nedvojbeno” širi, izgleda sve brže poslednjih nekoliko milijardi godina. Hablov parameter je deo linearne formule i daje nam vrednost brzine kojom se dve tačke, koje se nalaze na određenom rastojanju, ili dva objekta udaljavaju (usled širenja prostora između njih!). Ili, drugim rečima, ako poznajemo vrednost Hablovog parametra, i rastojanje između objekata, možemo izračunati (čak, u principu i meriti) kojom se brzinom ti objekti međusobno udaljavaju.
Kosmolozi su poslednjih dvadesetak godina, navodi naš sagovornik, uočili “sistemsko” neslaganje u rezultatima merenja Hablovog parametra (razlika je recimo oko 7-8%) ukoliko se koristi “lokalna metoda” (npr. posmatranje supernovih), odnosno “globalna” (mikrotalasno pozadinsko zračenje, npr).” Ako znamo da je starost svemira, približno, obrnuto srazmerna vrednosti ovog parametra, uočićemo da će to menjati starost svemira za oko milijardu godina (14 ili 15!). U tom svetlu verovatno postaju jasnija i pitanja (vremena) nastanka velikih i prvih struktura u svemiru koje smo nešto ranije razmatrali.”
-Pomenuo bih ukratko nekoliko pitanja koja nisu direktno vezana za same kosmologe ili kosmologiju ali imaju ogroman uticaj na nju i umnogome ograničavaju njene domete i rezultate: Ponašanje i validnost Teorije gravitacije (-Opšta teorija relativnosti) na velikim, “svemirskim” rastojanjima - time se bavi “Modifikovana gravitacija”, ali i mnogo značajnije, Teorija gravitacije na veoma malim rastojanjima ili - Kvantna gravitacija! Nedostatak potpune teorije Kvantne gravitacije kao i dosadašnji neuspesi u ujedinjavanju teorije svih interakcija (elektromagnetne, slabe i jake nuklearne - kao “ujedinjenih” s jedne strane, i gravitacije sa druge) ostavljaju nas bez neophodnog “alata” da bismo mogli sa većim uspehom i većom pouzdanošću reći da razumemo kako je svemir nastao i kako su izgledali prvi delići (recimo pre 10-10 sekunde) nakon toga. S druge strane, ove nepoznanice, kao i nepoznavanje osnovnih osobina tamne materije i tamne energije ostavljaju nas bez mogućnosti da sa većom pouzdanošću opišemo (daleku) budućnost svemira.
Uprkos svim tim nerešenim pitanjima, neslaganjima, tenzijama, kakva saznanja o svemiru možemo očekivati u bliskoj ili nešto daljoj budućnosti? Profesor Đorđević smatra da je to “nezahvalno predviđati, posebno o ovakvim temama”.
-Ono što se može reći je šta bismo želeli i u koje oblasti se dosta ulaže. Na prvom mestu je potraga za tamnom materijom, ili saznanjima šta čini tamnu, nevidljivu a po gravitacionim efektima praktično nesporno postojeću materiju. Naime, iz dinamike (rotacije) galaksija, klastera (“grozdova”) i superklastera galaksija, “gravitacionih sočiva”, merenja mikrotalasnog pozadinskog zračenja itd, opažamo efekte koji nam sugerišu da na 1 kilogram standardne materije dolazi oko 5 kilograma nepoznate “tamne” materije. No, ako čestice koje čine tu materiju (ako je “korpuskularne” prirode) međudejstvuje sa drugim oblicima materije i sama sa sobom isključivo gravitaciono, teško ju je detektovati i biti siguran da je to zaista traženi efekat. Ukoliko tamna materija poseduje još neki “naboj” i interakciju, možda ćemo je detektovati i na Zemlji: u akceleratorima ili nekim nezavisnim detektorima.
Brzinom svetlosti
Svetlost je toliko brza da u jednoj jedinoj sekundi može da obiđe Zemlju sedam puta oko njenog ekvatora. Da bi svetlost sa Meseca došla do Zemlje, potrebno je nešto više od jedne sekunde. Sunce je od Zemlje udaljeno nešto više od osam svetlosnih minuta, što je vreme da svetlost sa Sunca stigne do Zemlje. Ipak, svemir je toliko veliki da se rastojanja između većine nebeskih tela mere milijardama svetlosnih godina!
Jednostavan proračun - 365 dana × 24 sata x 60 minuta × 60 sekundi – pokazuje da je jedna svetlosna godina približno jednaka devet i po hiljada milijardi kilometara; precizniji pristup daje vrednost od 9.454.254.955.488 km.
Naša galaksija Mlečni put ima prečnik od oko 100.000 svetlosnih godina. Najbliža velika galaksija, M31 u sazvežđu Andromeda, udaljena je oko dva miliona svetlosnih godina. Najudaljeniji objekti koje možemo zapaziti udaljeni su desetak milijardi svetlosnih godina, pa i više od toga. |
Prema Đorđevićevom mišljenju, valja očekivati nova saznanja o prirodi i distribuciji tamne energije u svemiru - hipotetičkog polja koje ima antigravitaciono dejstvo i “tera” prostor i sve što se nalazi u svemiru da se sve brže širi i udaljava. I sa naučnim optimizmom dodaje:
- Gotovo je sigurno da ćemo brzo uvećavati naša znanja o crnim rupama i ponašanju materije u njihovoj blizini, indirektno i u samim crnim rupama (pre svega, zahvaljujući detektorima gravitacionih talasa). To nas dovodi bliže poznavanju ponašanja materije pod ekstremnim uslovima (ogromna gustina, pritisak…), kvantnoj gravitaciji, a sa druge strane i uslovima u kojima je bio svemir u trenucima njegovog nastanka , čak i pre pretpostavljenog perioda “inflacije” (period eksponencijalno brzog širenja prostora - za 10-35 sekunde, uz uvećanje rastojanja među bliskim tačkama za 1026 puta).
Kada je reč o otkrićima bližim astronomskim i astrofizičkim temama, možemo takođe očekivati “ne manje važna i očaravajuća otkrića”, ali to bi bila tema za neke druge sagovornike.
Dva fizička fenomena: primordijalni gravitacioni talasi i kvantna gravitacija profesoru Đorđeviću su kao kosmologu, teorijskom i matematičkom fizičaru najinteresantnija. Ima za to, kaže, nekoliko razloga, ali izdvaja sledeće:
-Primordijalni gravitacioni talasi (PGT), ako postoje (verovatno), i ako ih otkrijemo (pre ili kasnije će se desiti), daće nam imformacije o ponašanju materije i zakonima njene interakcije na samom početku svemira, informacije koje je verovatno nemoguće dobiti na bilo koji drugi način. Takođe, “primordijalci” mogu biti ključni za potvrdu i razumevanje procesa inflacije. Ma koliko taj period bio kratak, on je jedan od ključnih za zaokruživanje Standardnog kosmološkog modela. Povlačenje paralele sa značajem otkrića ili potvrde o postojanju Higsovog bozona može biti neprimereno, no ono se meni lično nameće.
Takođe, smatra naš sagovornik, primordijalni gravitacioni talasi bi nas približili odgovoru na večito pitanje: kako je (ako ne i zašto) sve ovo nastalo…
-Na izvestan način to je i odgovor na drugo pitanje. Koliko dobro poznajemo gravitaciju kada je “slaba”, toliko malo o njoj znamo kada je “jaka”.Takođe, formulisati je po uzoru na druge interakcije, kao kvantnu teoriju polja sa “Kalibracionom” simetrijom pokazalo se teško ili gotovo nemoguće, već decenijama, da ne kažem gotovo čitav vek. Zato su nam opservabilni podaci o ponašanju gravitacije pod ekstremnim uslovima od neprocenjive važnosti.
Miloslav Rajković
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
