Znanost
4272 prikaza

Svađa fizičara: Što je bilo prije velikog praska?

Stephen Hawking
University of Cambridge
Oni se neće pohvatati za grlo, ali ako jedan drugog pitaju: "Kako to da nisi bogat čovjek kad već znaš valnu funkciju svemira?"... brrr...

Bio je to predivan trenutak u povijesti Vatikana, dan 1981. kad su se vodeći svjetski kozmolozi okupili u toj znanstvenoj instituciji kako bi raspravili ono što je jednako proganjalo tisućama godina i teologe i znanstvenike – kako je sve počelo. Jedan od okupljenih bio je tada 39-godišnji znanstvenik koji je ubrzano imao sve većih problema sa zdravljem, Stephen Hawking. No, istodobno baš u to vrijeme on je krenuo fiziku promišljati više intuitivno i špekulativno, nego inzistirajući na matematičkim dokazima.

“Radije bih bio u pravu nego rigorozan”, kazao je baš nekako u to doba svom prijatelju i kolegi Kipu Thorneu, koji je svoj život posvetio stvarima kojima se bavio i Hawking, teorijskom fizikom, posebno gravitacijom i astrofizikom.

Stephen Hawking | Author: YouTube YouTube

U to vrijeme Hawking je izašao s idejom da crne rupe nakon stotina i stotina milijardi godina “ispare” i nije imao problem sa savjesti što bi to značilo da se informacije iz crne rupe time bespovratno gube. I onda je došao svibanj 1981. i taj skup u Papinskoj akademiji znanosti u Vatikanu kada je Hawking presjekao sve one multimilenijske prijepore i iz znanstvene i iz božanske perspektive “kako je sve počelo”.

Poput anegdote Aleksandra Makedonskog s primjenom mača na problem Gordijskog čvora, Hawking je pred okupljenima rekao da njegov rad upućuje na zaključak da, prvo, svemir nema granica (iako nije beskonačan), te da – nema niti početka niti kraja. Odnosno, da Torija Velikog praska, izvorno belgijskog genijalnog teologa i znanstvenika Georgesa Lemaitrea suštinski stoji, ali da ona inicijalna energija, recimo to slikovito, hm, “nije došla niotkud”.

Paradoksalno? Kako se uzme. I mnogošto od onoga što je Hawking otkrio u vezi crnih rupa, gledajući iz svakidašnjeg iskustva, čini se paradoksalno. Ako bi Hawking s početkom kojega ne bi bilo prije nego što je svemir počeo širenje, bio u pravu, predstavljalo bi to odgovor na ono što je Alan Guth postavio prije njega.

Stephen Hawking Šećer za kraj Znanost Ovako je Hawking pred smrt riješio najveću tajnu svemira

Guth je postavio stvari tako da se svemir isprva širio glatko, te da je tek u nekom trenutku, kad je u najranijim trenucima nastajanja svemira napokon nastala gravitacija, počeo oblikovati strukture koje su evoluirale u ovo što opažamo oko sebe danas. To bi značilo da se svemir u prvim trenucima širio eksponencijalno ubrzano, što objašnjavalo relativnu jednolikost svemira i veličinu, time bi se oslobodila ogromna energija... OK, a odakle energija? Bilo je to pitanje granice u vremenu.

“Trebalo bi to biti nešto vrlo posebno s graničnim uvjetima svemira, a što bi moglo biti posebnije s tim uvjetima od toga da granica uopće nema?”, kazao je tada Hawking, još uvijek kadar govoriti bez sintetizatora glasa.

Dvije godine poslije James Hartle, koji je često surađivao s Hawkingom, sročio je to u rad u kojem se teorija detaljno objašnjava i u kojoj je prostor-vremenski razvoj svemira od “početka” nadalje prikazan dvodimenzionalnim dijagramom u obliku loptice za badminton. S tim što je onaj zatupasti dio predstavljao početak, a otvoreni daljnje širenje u... nešto, jedna sasvim nova neriješena priča.

Nasuprot tome, svemir koji bi eksplodirao iz točke, što bi pretpostavljalo da je vrijeme u svemiru postojalo od prvog trenutka, umjesto oblog, zatupastog dijela “badmintonske loptice”, imao bi dijagram koji bi s te strane počinjao šiljkom, točkom iz koje svemir “eksplodira”. Drugim riječima, pitati što je postojalo prije, postalo bi besmisleno, jer nije postojalo “prije”.

“Bilo bi to kao da pitate što je južnije od Južnog pola”, ilustrirao je Hawking 35 godina poslije, opet u Vatikanu, godinu i pol prije smrti.

Takva ideja zapravo bi se dala ilustrirati i analogijom sa svijetom kojega opažamo svakog dana. Vrijeme? Recimo to ovako. U tradicionalnoj kozmologiji postoji nešto što se zove “Planckova epoha”, monstruozno sićušan djelić sekunde, samo 10-43 jedne sekunde. A to je užasno kratko. Po toj teoriji, u tom djeliću sekunde od nastanka svemira, svemir je bio tako vruć da tada još nisu postojali zakoni fizike, barem ne ovi koje poznajemo.

Tek nakon proteka tog djelića sekunde nastaju prvo gravitacija, potom snažna, pa slaba sila i zatim elektromagnetska sila. Kad počinje Veliki prasak? Nakon proteka tog djelića sekunde. Što je bilo prije, gdje se tada sakrilo vrijeme? Tu su nastupili Hawking i Hartle.

“U vrlo ranoj fazi svemira nismo imali ptice, ptice smo dobili poslije. Nismo imali u ranom svemiru niti vrijeme, ali smo ga dobili poslije”, objašnjavao je Hartle, hm, poslije.

Bio je to do tada najjednostavniji prijedlog objašnjenja Početka, koji je urodio procvatom niza daljnjih teorija. Pa ako Hawking i Hartle nisu bili u pravu sa svojim prijedlogom, bio je to divan trenutak u fizici, jer je probio do tada niti primjetne zidove u promišljanju svemira. Hawking je, primjerice, i s crnim rupama puno poslije one ideje o isparenju, došao do mogućeg rješenja kako da se ipak ne izgubi informacija, odnosno pomirio je tu teoriju s kvantnom fizikom.

Stephen Hawking Globalna zvijezda Znanost Fenomen Hawking: Rekli su mu da neće dočekati 23. rođendan

Što se tiče teorije s razvojem svemira “u obliku loptice za badminton”, prije dvije godine Job Feldbrugge s Perimeter – instituta za teorijsku fiziku i Jean-Luc Lehners Max Planckovog instituta objavili su znanstveni rad koji pobija rješenje Hawkinga i Hartlea. Oni su napravili to da su na njihov prijedlog primijenili najnovije matematičke tehnike i ispalo je da su dva stara briljantna fizičara, od kojih je jedan pokojan, jako pogriješili u jednoj stvari, da im je prijedlog razvoja takvog svemira u “svađi” s kvantnom mehanikom.

Nastao je sukob u svijetu fizike, između onih koji su branili i onih koji su napadali prijedlog Hawkinga i Hartlea. Jedan od onih koji je branio Hawking-Hartlea danas je Thomas Hertog, fizičar s Katoličkog sveučilišta u Leuvenu u Belgiji. Netko će reći da ga brani zato što je s Hawkingom surađivao 20 godina, ne zato što bi to moglo pretpostavljati da je pristran, nego to da je tijekom dva desetljeća rada s tim briljantnim umom upio njegov način razmišljanja o “životu, svemiru i svemu ostalom”.

No, nisu ti sukobi baš onakvi kako se može vidjeti u Teoriji Velikog praska, kad se npr. Sheldon umalo grabi za vrat s Koothrappalijem ili kad tretira Leonarda kao biće s niže evolucijske stepenice. Kažu da zna biti i toga, ali ipak je to češće tako da ćaskaju oko čaja ezoteričnim rječnikom, a onda odu na pivo za šank. Pa se ponekad i oklade oko, recimo, bozona, nazvat ćemo ga “Higgsovim”, u 100 dolara, hoće li ga ikada otkriti ili ne.

Avi Loeb A njega nije briga Znanost Šef astronoma s Harvarda: Među nama su vanzemaljci

Stephen Hawking je, recimo i to, bio sretan što je starom Peteru Higgsu mogao platiti taj novac. Bez obzira što ga je “to dosadno otkriće Higgsovog bozona koštalo 100 dolara”, bez obzira što je 2014. rekao da bi Higgsov bozon mogao postati metastabilan na energijama iznad 100 GeV, što bi značilo da bi se svemir samouništio u širenju mjehura pravog vakuuma, “a mi to ne bismo niti primijetili, iako bi se moglo dogoditi bilo kad”.

Znači, teorijski fizičari se ne šaketaju kao političari. Ili nogometaši. Ili manekenke na modnoj pisti. Ali se žestoko sukobljavaju, brutalno, argumentima. Neke stvari su ipak neupitne. 1915. godine Albert Einstein je zaključio da koncentracija energije odnosno materije uzrokuje zakrivljenje prostor-vremena, što uzrokuje gravitaciju. Povijest je pokazala da je bio u pravu. U 60-ima su Hawking i Roger Penrose dokazali da, kad se prostor-vrijeme ekstremno zakrivi oko središta brutalne mase, da kolapsira.

To je točka singularnosti u crnoj rupi. Iz nje ništa ne može pobjeći, čak niti svjetlost ispod “obzora događaja”, ispod one linije nakon koje, što se nas tiče, crna rupa postaje “crna”. I oni su se pokazali da su u pravu. U točki singularnosti lome se i krše svi zakoni fizike i neophodna je nova kvantna teorija gravitacije.

Sheldon Cooper i Stephen Hawking | Author: YouTube screenshot YouTube screenshot

Pa ako vas to na nešto podsjeća... to bi onda značilo da singulariteti takve vrste znače da prostor-vrijeme ne može početi postojati glatko, nedramatično kako su to opisali poslije Hawking i Hartle u svojoj teoriji. No, nisu oni s takvim objašnjenjem svemira izašli javno bez veze. Koristili su nešto što je u svoje vrijeme, u 40-ima, razvio Richard Feynman, osmislio je metodu računanja najvjerojatnijih rezultata kvantno mehaničkih događaja.

(Je, to je onaj Feynman koji je kao genijalni mladić radio na Projektu Manhattan, odnosno na prvoj atomskoj bombi SAD-a, onaj isti po kojem je Sheldon u “Teoriji Velikog praska” nazvao jednu iz svog čopora mačaka, kojim se okružio kad je pretrpio slom živaca, kako bi se utješio). To što su Hawking i Hartle pokušali, bilo je izračunati funkciju svemira. Hartle je puno poslije pričao da ga je Nobelovac Murray Gell-Mann u nekom trenutku zafrkantski pitao: “Ako znaš valnu funkciju svemira, kako to da nisi bogat?”

Stvar je bila u tome da su Hawking i Hartle morali strašno pojednostaviti cijelu stvar kako bi je mogli izračunati. Mislim, izračunati cijeli svemir ako bi se u obzir uzeli svi detalji... Morali su zanemariti svu silu stvari poput čestica koje poznajemo. Ono što se ipak moglo jest to da se otprilike odredi neki glavni smjer događaja na samom početku svemira, pa da se na osnovu toga odredi je li svemir počeo iz singularnosti poput one koja leži u svakoj crnoj rupi, ili onako kako su odgovorili Hawking i Hartle.

Prvi put ikad snimljena stvar koja izlazi iz crne rupe Jeste li znali Znanost Prvi put ikad snimljena stvar koja izlazi iz crne rupe

Nije Hawking bio takav seronja da bi mu smetalo kad se netko ne bi s njime slagao. Dapače, ako je imao dobre, maštovite, pa još duhovite argumente, bilo bi to super. Danas takvih ima mnoštvo i koji su protiv i koji su za. Od onih koji su protiv, često ćete čuti, onoliko koliko možemo razumjeti mi smrtnici kadri se obračunati s računima za domaćinstvo na kraju mjeseca, stvari poput toga da je njihova teorija izbušena beskonačnostima i nedopustiva prema kvantnim zakonima.

A to bi onda značilo da točno mora biti ono drugo. Zakotrljala se luda diskusija, koja je otišla u nebrojeno smjerova. Navodi se danas da valna funkcija svemira ne može ovisiti o svemiru, jer naprosto ne postoji ono “nešto izvan svemira” odakle bi se moglo mjeriti vrijeme svemira, nemoguće je postojanje nekakvog sata izvan svemira. Pa i ukupni iznos energije svemira, kad se uzme u obzir sve pozitivno i negativno što se odnosi na materiju i gravitaciju, mora uvijek biti i ostati nula.

Hawkinga dandanas poštuju jednako snažno kao i prije, ali – kao što nitko niti za njegovog života nije tvrdio – ne smatraju ga nepogrešivim. Kritičari ovakvog modela početka svemira tumače da Hawking nije posezao u toj priči toliko za matematičkim izračunima jer mu se, navodno, nije poklapalo. Opet, ne zato što bi Hawking bio nečastan, nego zato što je smatrao da tamo gdje matematika nije više dostatna, treba koristiti druge metode.

Crna rupa | Author: Thinkstock Thinkstock

Pa ako to znači i hologramske prikaze “badmintonske loptice”, onda neka to bude hologramski prikaz, što je radio krajem života. U svakom slučaju, fizičari su zahvaljujući Hawking-Hartleovoj ideji, počeli razvijati sve nove i novije koje imaju dosta zajedničkog s tim njihovim radom iz 1981., ali rješavaju neke druge stvari.

Feldbrugge i Lehners, pak, za svoju sliku početka svemira morat će ili pričekati da netko razvije kvantnu teoriju gravitacije, za prodrijeti u onih 10-43 sekundi od navodnog singulariteta, ili će to morati napraviti sami. Ili se pomiriti s time da možda ipak jest moguće, kako je rusko-američki tandem Alexander Vilenkin i Andrej Linde predlagao u 80-ima, da je svemir nastao iz ničega. Kako to vrlo često biva, lako je moguće da istina ispadne negdje između. Ali u svakom slučaju, Hawking u jednome jest bio u pravu: “Pitati što je postojalo prije nastanka svemira, bilo bi kao da pitate što je južnije od Južnog pola.”

U pisanju teksta korišteni su članak iz Wireda, što ga je napisala Natalie Wolchover, renomirana novinarka koja je studirala fiziku da bi studij prekinula za ljubav novinarstvu i "nikad se više ne osvrnula iza sebe", dokument Papinske akademije znanosti o "onom" događaju s Hawkingom iz 1981., "No smooth beginning for spacetime" Feldbruggea, Lehnersa i Turoka, objavljenog 2017., te članka s Popular Mechanics "What Stephen Hawking Really Said About Destroying the Universe".

  • felix-s 11:48 21.Lipanj 2019.

    Oni bez pravih argumenata uvijek imaju protuargument: crkva! Pa tako i ti. Znanstvenici se ne slažu ni oko mnogo "prizemnijih" i bliskijih pitanja i problema, a kamoli o početku i kraju svemira. A kako bi i mogli nešto stvarno dokazati ... prikaži još! kad su većinom kupljeni da "dokazuju" ono što odgovara gazdama i guše svaku moguću prosvjetiteljsku iskru razuma? (Najočitije se to danas vidi u medicini, biologiji i kemiji.) Pa su tako postali isti kao i svećenici po crkvama!

  • felix-s 11:53 20.Lipanj 2019.

    Hawking nije dokazao ništa. Jedno od "najjačih" objašnjenje mu je da prije Velikog praska nije postojalo ništa, a ako i jest da je nevažno jer to nema utjecaja na ono poslije?! Molim? Pa to da nije postojalo ništa doslovno piše ... prikaži još! i u Bibliji. Samo tamo kažu da je Bog "potpalio" tu prvu iskru, a on kaže da nije Bog ali ne zna tko ili što jest i ako je samo od sebe, zašto je? Otkud poticaj? O tome ni riječi, jednostavno drugim riječima kaže: preskočimo to. Pa to nije ni teorija, kamoli dokaz.

  • noBS 01:08 19.Lipanj 2019.

    Bog mora da postoji jer ništa ne postaje iz ničega. Znanja koja imamo sva dolaze izvana još kad shvatite da ne možete ni pričati znači da ne možete ni artikulisane zvukove da proizvodite bez da vidite i čujete mamu i ... prikaži još! tatu kako to rade nemam vam više šta pričati. Tvrditi da se svih riječi majmun sjetio i da iz ničega može nešto da nastane je vrhunac iracionalnosti idiotizma i licemjerja.