Je li naš svemir jedini svemir

Postoji li više svemira? U ovom vizualno bogatom i akcijom nabijenom govoru Brian Greene pokazuje kako su neodgovorena pitanja koja postavlja fizika (počevši od onog glavnog: što je izazvalo Veliki prasak?) dovela do teorije da je naš svemir samo jedan od mnogih u „multisvemiru”.

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)