Prije nekoliko mjeseci
Nobelovu nagradu za fiziku
dobila su dva tima astronoma
za otkriće koje je proglašeno
jednim od najznačajnijih
astronomskih zapažanja u povijesti.
Danas, nakon što ukratko objasnim što su to pronašli,
govorit ću vam o vrlo kontroverznom okviru
s pomoću kojeg se njihovo otkriće može objasniti,
naime, o mogućnosti
da daleko od Zemlje,
Mliječne staze i ostalih udaljenih galaktika
možemo otkriti kako naš svemir
nije jedini svemir,
već je
dio ogromnoga kompleksa svemirâ
koji nazivamo multisvemirom.
Ideja multisvemira je čudna.
Većina nas odgojena je u uvjerenju
da riječ svemir označava sve.
Namjerno kažem većina nas
jer svojoj četverogodišnjoj kćeri govorim o tim idejama otkad je rođena.
Prošle godine zagrlio sam je
i rekao: „Sophia,
volim te više od svega u svemiru.”
A ona me pogledala i rekla: „Tata,
u svemiru ili multisvemiru?”
(Smijeh)
No izuzmemo li takav netipičan odgoj,
teško je zamisliti
druge svjetove odvojene od našeg,
uglavnom bitno drukčijih značajki,
koji bi se opravdano mogli nazvati zasebnim svemirima.
A ipak,
ma koliko ta ideja bila spekulativna,
cilj mi je uvjeriti vas
da postoji razlog da je shvatimo ozbiljno
jer je možda točna.
Priču o multisvemiru ispričat ću u tri dijela.
U prvom ću dijelu
opisati rezultate za koje je dodijeljena Nobelova nagrada
i skrenuti pozornost na duboki misterij
koji su otkrili ti rezultati.
U drugom dijelu
ponudit ću rješenje tog misterija.
Ono se zasniva na pristupu tzv. teorije struna
i tu ideja multisvemira
postaje dijelom ove priče.
Naposljetku, u trećem ću dijelu
opisati kozmološku teoriju
takozvane inflacije,
kojom ćemo spojiti sve dijelove slagalice.
Dakle, prvi dio počinje 1929.
kad je veliki astronom Edwin Hubble
shvatio da se sve daleke galaktike
brzo udaljavaju od nas,
utvrdivši tako da se sam svemir rasteže,
da se proširuje.
Bilo je to revolucionarno.
Prema tada uvriježenom mišljenju, u najvećoj mjeri
svemir je statičan.
No ipak,
u jedno su svi bili sigurni:
širenje se zacijelo usporava.
Kao što Zemljina gravitacija
usporava uspon jabuke bačene uvis,
tako gravitacijska sila
kojom svaka galaktika djeluje na sve ostale
zacijelo usporava
širenje svemira.
Skoknimo sad u 1990-e,
kad su dva tima astronoma
koje sam spomenuo na početku,
nadahnuta tim razmišljanjem,
izmjerila stopu
usporavanja širenja.
Učinili su to
pomnim promatranjem
brojnih udaljenih galaktika,
što im je omogućilo praćenje
promjena stope širenja tijekom vremena.
I eto iznenađenja:
otkrili su da se širenje ne usporava.
Naprotiv, ono se ubrzava,
postaje sve brže i brže.
To je kao da bacite jabuku uvis
i ona se sve brže uzdiže.
Kad biste vidjeli jabuku koja se tako kreće,
željeli biste znati zašto.
Što je tjera na to?
Isto tako, rezultati astronomâ
svakako su zaslužili Nobelovu nagradu,
no zbog njih se postavlja sljedeće pitanje.
Zbog koje se sile sve galaktike
međusobno udaljavaju
sve većom brzinom?
Možda najbolji odgovor
nudi stara Einsteinova ideja.
Vidite, svi smo navikli smatrati gravitaciju
silom koja čini samo jedno,
međusobno privlači stvari.
No prema Einsteinovoj teoriji gravitacije,
njegovoj općoj teoriji relativnosti,
gravitacija može i razdvajati stvari.
Kako? Prema Einsteinovoj matematici,
ako je svemir ravnomjerno ispunjen
nevidljivom energijom,
nečim nalik jednoličnoj, nevidljivoj magli,
gravitacija koju ta magla proizvodi
bila bi odbojna,
odbojna gravitacija,
a upravo nam to treba kako bismo objasnili ta zapažanja.
Jer zbog odbojne gravitacije
nevidljive energije u svemiru –
sada je nazivamo tamnom energijom,
ali ovdje sam je prikazao kao bijeli dim da biste je mogli vidjeti,
zbog te odbojne gravitacije
svaka bi se galaktika odbijala od svih ostalih,
ubrzavajući širenje,
umjesto da ga usporava.
I to objašnjenje
predstavlja velik napredak.
No obećao sam vam misterij
u prvom dijelu.
Evo ga.
Kad su astronomi izračunali
koliko te tamne energije
mora ispunjavati prostor
kako bi se širenje svemira ubrzavalo,
evo što su otkrili.
To je malen broj.
Izražen relevantnom jedinicom
on je nevjerojatno malen.
Misterij je kako objasniti taj čudni broj.
Želimo do tog broja
doći s pomoću zakonâ fizike,
no nitko dosad nije otkrio kako.
Možda se pitate
je li to zapravo bitno.
Možda je objašnjavanje tog broja
samo tehničko pitanje,
tehnički detalj zanimljiv stručnjacima,
ali nebitan svima ostalima.
To svakako jest tehnički detalj,
no neki su detalji zaista važni.
Neki detalji pružaju
uvid u neistražena područja stvarnosti
i taj čudni broj možda čini upravo to
jer jedini pristup kojim se to dosad donekle objasnilo
uključuje mogućnost postojanja drugih svemira –
ideja koja prirodno proizlazi iz teorije struna,
što me vodi do drugog dijela: teorije struna.
Stoga sačuvajte misterij tamne energije
negdje u krajičku uma
dok vam budem govorio
o tri ključne stvari u teoriji struna.
Prvo, što je to?
To je pristup kojim se ostvaruje Einsteinov san
o jedinstvenoj teoriji fizike,
jednom jedinom sveobuhvatnom okviru
kojim bi se mogle opisati
sve sile koje djeluju u svemiru.
Središnja ideja teorije struna
prilično je jednostavna.
Ona kaže da, ako detaljno istražujete
bilo koji djelić materije,
prvo ćete pronaći molekule,
a zatim atome i subatomske čestice.
No kad biste mogli doprijeti do još sitnijih detalja,
sitnijih nego što je moguće postojećom tehnologijom,
pronašli biste još nešto unutar tih čestica –
sićušnu vibrirajuću nit energije,
sićušnu vibrirajuću strunu.
I baš kao što strune na violini
mogu vibrirati po različitim obrascima
stvarajući različite glazbene note,
te male temeljne strune
vibrirajući po različitim obrascima
stvaraju različite vrste čestica.
Elektroni, kvarkovi, neutrini, fotoni
i sve ostale čestice
tako bi bili ujedinjeni u jednom okviru
jer svi oni nastaju vibracijom struna.
Fascinantna je to slika,
kao neka kozmička simfonija
u kojoj sve bogatstvo
koje vidimo u svijetu oko nas
nastaje glazbom
koju mogu svirati te sićušne strune.
No postoji cijena
tog elegantnog ujedinjenja.
Višegodišnja istraživanja
pokazala su da matematika teorije struna ne funkcionira baš u potpunosti.
Postoje unutarnje nedosljednosti,
osim ako uzmemo u obzir
mogućnost postojanja nečeg posve nepoznatog –
dodatne dimenzije prostora.
Svi znamo za tri standardne dimenzije prostora.
Možete o njima razmišljati
kao o visini, širini i dubini.
No prema teoriji struna, u iznimno malom mjerilu
postoje dodatne dimenzije,
toliko sitne,
da ih nismo otkrili.
Ali iako su te dimenzije skrivene,
utjecale bi na stvari koje možemo promatrati
jer oblik dodatnih dimenzija
ograničava vibriranje struna.
A u teoriji struna
vibracija određuje sve.
Tako bi masu čestica, snagu sila
i, najvažnije, količinu tamne energije
određivao
oblik dodatnih dimenzija.
Dakle, kad bismo znali oblik dodatnih dimenzija,
mogli bismo izračunati ta svojstva,
izračunati količinu tamne energije.
Izazov je
u tome što ne znamo
oblik dodatnih dimenzija.
Sve što imamo
jest popis mogućih oblika
koje dopušta matematika.
Kad su te ideje prvi put formulirane,
bilo je samo oko pet različitih oblika
pa možete zamisliti
kako je svaki pojedini analiziran
da bi se utvrdilo daje li ijedan
fizičke osobine koje opažamo.
No s vremenom je popis rastao
jer su istraživači otkrili još mogućih oblika.
S pet broj je porastao na stotine i zatim tisuće –
što jest velik skup, ali ga je ipak moguće analizirati
jer naposljetku
i postdiplomci moraju nešto raditi.
A onda je popis nastavio rasti
i danas obuhvaća milijune i milijarde oblika.
Popis mogućih oblika
popeo se na 10 na 500. potenciju.
I što sad?
Neki su se istraživači obeshrabrili,
zaključivši da s toliko mogućih oblika dodatnih dimenzija,
od kojih svaki uzrokuje različite fizičke osobine,
teorija struna nikad neće ponuditi
konačna predviđanja koja se mogu testirati.
No drugi su okrenuli taj problem naglavačke
i uveli mogućnost multisvemira.
Ovo je njihova ideja.
Možda je svaki od tih oblika ravnopravan svim ostalima.
Svaki je jednako stvaran,
odnosno
postoje mnogi svemiri,
svaki različita oblika, za dodatne dimenzije.
Taj radikalni prijedlog
duboko utječe na ovaj misterij:
količinu tamne energije iz rezultata nagrađenih Nobelovom nagradom.
Jer vidite,
ako postoje drugi svemiri
i ako svaki od njih
ima različit oblik za dodatne dimenzije,
onda će fizičke osobine svakog svemira biti različite,
a posebice će
količina tamne energije u svakom svemiru
biti različita.
Što znači da bi misterij objašnjenja
količine izmjerene tamne energije
bio posve drukčije naravi.
U tom kontekstu
zakoni fizike ne mogu odrediti jedan broj za tamnu energiju
jer ne postoji samo jedan broj,
postoji mnogo brojeva.
Što znači
da smo postavljali pogrešno pitanje.
Pravo pitanje koje treba postaviti jest
zašto se mi ljudi nalazimo u svemiru
s određenom količinom tamne energije koju smo izmjerili
umjesto u nekom s bilo kojom drugom mogućom
količinom?
To je pitanje od kojeg možemo krenuti naprijed.
Jer u onim svemirima
s mnogo više tamne energije od našega,
kad god se tvar pokuša grupirati u galaktike,
odbojna sila tamne energije tako je snažna
da razbija tu grupaciju,
pa se galaktike ne formiraju.
A oni svemiri koji imaju mnogo manje tamne energije
urušavaju se sami u sebe tako brzo
da se opet galaktike ne formiraju.
Bez galaktika nema zvijezda, nema planeta
i nema šanse
da naš oblik života
opstane u tim drugim svemirima.
Dakle, nalazimo se u svemiru
s određenom količinom tamne energije koju smo izmjerili
jednostavno zato što on ima uvjete
pogodne za naš oblik života.
I to bi bilo to.
Misterij riješen,
multisvemir pronađen.
Neki nisu zadovoljni tim objašnjenjem.
Naviknuli smo da nam fizika
daje konačna objašnjenja zapaženih svojstava.
No poanta je u tome da,
ako svojstvo koje zapažate
može imati i ima
niz različitih vrijednosti
u širem rasponu stvarnosti,
onda je ideja jednog objašnjenja
određene vrijednosti
jednostavno zabluda.
Rani primjer
potječe od velikog astronoma Johannesa Keplera,
koji je opsesivno pokušavao shvatiti
jedan drugi broj –
zašto je Sunce udaljeno 150 milijuna km od Zemlje.
Desetljećima je pokušavao objasniti taj broj,
ali nije uspio i danas znamo zašto.
Kepler je postavljao
pogrešno pitanje.
Sada znamo da postoje mnogi planeti
na različitim udaljenostima od svojih matičnih zvijezda.
Stoga je nada da će zakoni fizike
objasniti jedan određeni broj, 150 milijuna km,
jednostavno pogrešna.
Umjesto toga, pravo je pitanje
zašto se mi ljudi nalazimo na planetu
koji je na toj određenoj udaljenosti,
a ne na nekoj od drugih mogućih udaljenosti.
I opet, to je pitanje na koje možemo odgovoriti.
Oni planeti koji su mnogo bliže zvijezdi poput Sunca
bili bi prevrući
za opstanak našeg oblika života.
A planeti koji su mnogo dalje od takve zvijezde,
tako su hladni
da se, opet, naš oblik života ne bi mogao održati.
Tako da se nalazimo
na planetu na toj određenoj udaljenosti
jednostavno zato što on osigurava uvjete
ključne za naš oblik života.
I kad je riječ o planetima i njihovoj udaljenosti,
to je očito ispravan način razmišljanja.
Poanta je u tome da,
kad je riječ o svemirima i tamnoj energiji koju sadržavaju,
to također može biti ispravan način razmišljanja.
Jedna ključna razlika, naravno,
jest to što znamo da postoje drugi planeti,
no dosad sam samo nagađao o mogućnosti
postojanja drugih svemira.
Dakle, da sve povežemo,
potreban nam je mehanizam
koji doista stvara druge svemire.
To me dovodi do mog završnog, trećeg dijela.
Jer takav su mehanizam pronašli
kozmolozi koji pokušavaju shvatiti Veliki prasak.
Vidite, kad govorimo o Velikom prasku,
često zamišljamo
nekakvu kozmičku eksploziju
koja je stvorila naš svemir
i pokrenula širenje prostora prema van.
Ali odat ću vam malu tajnu.
Teorija Velikog praska izostavlja nešto vrlo važno,
prasak.
Ona govori o tome kako se svemir razvio nakon praska,
ali nam ne daje uvid
u ono što je pokrenulo sami prasak.
Taj je nedostatak konačno otklonila
poboljšana verzija teorije Velikog praska.
Naziva se inflatornom kozmologijom
i utvrdila je posebnu vrstu goriva
koje bi prirodno proizvelo
širenje prostora prema van.
Gorivo se zasniva na tzv. kvantnom polju,
no jedini nama bitni detalj
jest to da je ono toliko učinkovito
da ga je praktički nemoguće
potrošiti,
što znači da prema inflatornoj teoriji
Veliki prasak, koji je stvorio naš svemir,
vjerojatno nije jednokratan događaj.
To bi značilo da gorivo nije proizvelo samo naš Veliki prasak,
već i nebrojene druge velike praskove,
od kojih je svaki možda stvorio svoj zaseban svemir,
što bi naš svemir činilo samo mjehurićem
u velikoj kozmičkoj pjenušavoj kupki svemirâ.
Konačno, kad to povežemo s teorijom struna,
evo slike do koje dolazimo.
Svaki od tih svemira ima dodatne dimenzije.
Dodatne dimenzije poprimaju niz različitih oblika.
Različiti oblici daju različita fizička svojstva.
I mi se nađemo u jednom svemiru umjesto u nekom drugom
jednostavno zato što su samo u našem svemiru
fizička svojstva, kao što je količina tamne energije,
pogodna za razvoj našeg oblika života.
To je fascinantna, ali vrlo kontroverzna slika
širega kozmosa
koju su nas najnovija zapažanja i teorije
naveli da ozbiljno razmotrimo.
Naravno, preostaje veliko pitanje:
bismo li ikad mogli potvrditi
postojanje drugih svemira?
Pa, opisat ću
jedan način na koji bi se to moglo dogoditi.
Inflatornu teoriju
već podržavaju zapažanja.
Jer ta teorija predviđa
da bi Veliki prasak bio tako snažan
da su se, dok se svemir brzo širio,
sićušni kvantni titraji iz mikrosvijeta
protegnuli u makrosvijet
stvarajući jasan otisak,
uzorak neznatno toplijih i neznatno hladnijih točaka
širom svemira,
koji su sada zapazili snažni teleskopi.
Nadalje, ako postoje drugi svemiri,
ta teorija predviđa da se povremeno
oni mogu sudariti.
I ako bi drugi svemir udario ovaj naš,
taj bi sudar
stvorio dodatan suptilni uzorak
temperaturnih varijacija širom svemira,
koje bismo jednog dana
mogli otkriti.
I ma koliko ta slika bila egzotična,
jednog bi dana mogla biti utemeljena
na zapažanjima,
utvrđujući postojanje drugih svemira.
Završit ću
fascinantnim mogućim posljedicama
koje bi sve te ideje
mogle imati u vrlo dalekoj budućnosti.
Vidite, naučili smo
da naš svemir nije statičan,
da se svemir širi,
da se to širenje ubrzava
i da možda postoje drugi svemiri,
i sve to samo pomnim ispitivanjem
blijedih točkica zvjezdane svjetlosti
koja do nas stiže iz udaljenih galaktika.
No budući da se širenje ubrzava,
u vrlo dalekoj budućnosti
te će se galaktike udaljiti tako daleko i tako brzo
da ih nećemo moći vidjeti –
ne zbog tehnoloških ograničenja,
već zbog zakonâ fizike.
Svjetlost koju te galaktike emitiraju,
čak ni putujući najbržom brzinom, brzinom svjetlosti,
neće moći premostiti
sve veći jaz između nas.
Stoga će astronomi u dalekoj budućnosti,
kad budu gledali u duboki svemir,
vidjeti samo beskonačno prostranstvo
statične, crne tišine.
I zaključit će
da je svemir statičan i nepromjenjiv
te da ga čini jedna središnja oaza materije,
koju oni nastanjuju –
slika kozmosa
za koju definitivno znamo da je pogrešna.
Možda će ti budući astronomi raspolagati podacima
iz ranijeg doba,
kao što je naše,
koji dokazuju postojanje svemira koji se širi
i obiluje galaktikama.
No hoće li ti budući astronomi
vjerovati takvom drevnom znanju?
Ili će radije vjerovati
u crni, statični prazni svemir
koji pokazuju njihova suvremena zapažanja?
Nagađam da će se dogoditi to drugo.
Što znači da živimo
u iznimno privilegiranom vremenu,
kad su neke suštinske istine o kozmosu
još uvijek nadohvat
ljudskog istraživačkog duha.
Čini se da možda neće uvijek biti tako.
Jer današnji su astronomi,
usmjeravanjem snažnih teleskopa prema nebu,
zapazili nekolicinu vrlo informativnih fotona –
svojevrsni kozmički telegram
koji putuje milijarde godina.
Poruka koja odzvanja kroz vjekove jasna je.
Ponekad priroda čuva svoje tajne
čvrstim stiskom
fizičkog zakona.
Ponekad nas prava priroda stvarnosti doziva
odmah iza obzora.
Hvala vam puno.
(Pljesak)
Chris Anderson: Briane, hvala ti.
Raspon ideja o kojima si upravo govorio
vrtoglav je, uzbudljiv i nevjerojatan.
Gdje misliš da se
kozmologija sada nalazi
s povijesnog aspekta?
Jesmo li, prema tvojem mišljenju, usred nečega povijesno neobičnog?
B. G.: Teško je reći.
Kad pomislimo da astronomi u dalekoj budućnosti
možda neće imati dovoljno informacija da shvate neke stvari,
prirodno se zapitati, što ako smo mi već u tom položaju
i neka bitna, ključna svojstva svemira
već smo propustili shvatiti
zbog načina na koji se kozmologija razvija.
Iz te perspektive,
možda ćemo uvijek postavljati pitanja
na koja nikad nećemo moći u potpunosti odgovoriti.
S druge strane, danas shvaćamo
koliko je svemir star.
Možemo razumjeti kako shvatiti podatke
koje pruža mikrovalno pozadinsko zračenje
koje je nastalo prije 13,72 milijarde godina –
a današnjim izračunima možemo predvidjeti kako će izgledati
i sve se poklapa.
Zamislite to! To je stvarno nevjerojatno.
S jedne strane, nevjerojatno je dokle smo stigli,
no, tko zna na kakve prepreke možemo naići u budućnosti.
C. A.: Bit ćeš tu sljedećih nekoliko dana.
Možda se neki od ovih razgovora mogu nastaviti.
Hvala ti. Hvala ti, Briane. (B. G.: Bilo mi je zadovoljstvo.)
(Pljesak)