Nadam se da ste nakon prošlog posta uspjeli uhvatiti osnovnu koncepciju teorija relativnosti. Pisao sam o vremenu i teoretskoj mogućnosti putovanja kroz vrijeme, nadam se da ste shvatili primjer blizanaca i kako se jednome čini da je ostario dok je drugi samo ručao, a sve zbog brzine kretanja, referentnoga sustava u kojem djeluje.
Isto tako kroz priču o crnim rupama pa i teoretskom objašnjenju bijelih rupa u komentarima na pitanje jedne blogerice mogli ste shvatiti da je vrijeme isto jedna dimenzija kao i ostale tri dimenzije prostora. Sve je to nastalo u Big Bangu ili prevedeno na hrvatski u Velikom Prasku. Dakle tada nastaje vrijeme i prostor i onda zaista pitanje što je bilo prije velikog praska je slično onom pitanju što je sjevernije od sjevernog pola.
Današnja znanost ne samo da ne može dokučiti što je bilo “prije” (ako to pitanje uopće ima smisla), već ne može dokučiti ni sam trenutak početka, vrijeme t=0. Tada je vladala fantastično visoka temperatura, jedan foton je mogao imati energiju koja odgovara masi tisuću galaktika. Uz fotone, svjetlost, tu je bilo i more preona i antipreona. Nezamislivo mali trenutak kasnije, kad je svemir bio star 10 na minus 43-u sekunde, a to je desetinka milijuntinke milijarditinke milijarditinke milijarditinke milijarditinke sekunde, univerzalna sila koja opisuje međudjelovanje preona, kvantna gravitacija, razbila se na dvije sile, gravitacijsku i nazovimo je tako elektronuklearnu silu. Preonska juha se “kristalizirala”. Preoni više nisu bili slobodni već su se grupirali u kvarkove i leptone. Zbog nama nedokučivih razloga grupiranje preona u kvarkove i leptone ( i njihove antičestice) nije bilo potpuno simetrično. Tako je na primjer na milijardu anti u-kvarka dolazilo milijarda i jedan u-kvark. Ova neznatna asimetrija je izuzetno važna za daljnju sudbinu svemira. Bez te asimetrije svemir bi danas bio pusto mjesto ispunjeno samo elektromagnetskim zračenjem.
O toj maloj asimetriji sam nešto pisao i u prošlom postu, zahvaljujući njoj je nastao svemir ovakav kakav danas postoji. Suvremena znanost je došla do spoznaja da su određene osobitosti ovog svemira tako podešene kao da su predodređene za nastanak života i ljudi. To bi na prvi pogled moglo asocirati na teološko učenje da je ovaj svemir stvoren od Boga zbog čovjeka, ali to objašnjenje znanstvenici ateisti odbacuju. Da je svemir drukčiji onda u njemu ne bi bili uvjeti za nastanak života i inteligentnih bića koja se pitaju zašto baš tako kako je. Činjenica da mi postojimo sužava izbor mogućnosti kakav je ovaj svemir i on je takav kakav je jednostavno zato jer drukčiji ne može biti. Doduše može, ali tada nas u njemu ne bi bilo.
Evo primjer igre Jack-pota. Igra nekoliko milijuna ljudi. Igrate i vi. Dobivate glavni zgoditak. Mislite li da je to slučajno? Ne možete doći k sebi i čudite se zašto baš ja. Da niste vi dobili dobio bi netko drugi pa bi se onda i on čudio zašto baš on. Izvukli smo, dakle, zgoditak da postojimo u svemiru koji omogućuje naše postojanje. Da je svemir drukčiji ne bi omogućavao naše postojanje pa se ne bi imao ni tko čuditi vlastitom postojanju. Razmislite malo o ovome i stvorite vlastiti stav o problemu našeg postojanja i postojanju upravo takvog svemira koji omogućuje naše postojanje.
Zaista je nevjerojatno da su parametri tako fino podešeni da je dovoljno samo jedan parametar neznatno izmjeniti pa da se dobije jalov svemir koji uopće ne daje uvjete za život ili koji čak ne sadrži niti atome. Još se nevjerojatnije podešavanje odigravalo u trenutku nastanka svemira. Uvjeti koji su vladali neposredno nakon Velikog praska odredili su budućnost svemira. Jedan je znanstvenik rekao ovo:
"Zamislite da nasumično ispalite jednu strijelu, a meta je na drugom kraju ovog svemira i strijela pogodi točno u centar. Tolika je vjerojatnost slučajnog podešavanja početnih uvjeta ovog našeg svemira!"
Nakon što smo ukazali na tu bitnu aismetriju npr ovu koju sam naveo da na milijardu anti u-kvarka dolazilo milijarda i jedan u-kvark, nastavit ću sa opisom prvih trenutaka svemira. Kvarkovi, leptoni i fotoni međusobno se sudaraju, anihiliraju (poništavaju čestice i antičestice i pretvaraju u fotone) i ponovo stvaraju (parovi čestica - antičestica). Od početka je proteklo 10 na minus 35-u sekunde. To je deset milijarditinki milijarditinke milijarditinke milijarditinke sekunde. Temperatura se smanjila na 10 na 27-u stupnjeva Celziusa. To je milijardu milijardi milijardi stupnjeva. Sada započinje “smrzavanje”.
Kad temperatura padne na 0 stupnjeva Celziusa voda se počinje smrzavati. Smrzavanje je fazni prijelaz (promjena agregatnog stanja) u kojem voda oslobađa toplinu.
Obrnuto, ukoliko želite otopiti komad leda potrebno vam je puno energije. Do tada je postojala “tekuća” juha kvarkova, leptona i njihovih antičestica, i fotona. Sada dolazi do “kondenzacije” ili “kristalizacije”, kako hoćete, i kvarkovi se spajaju u barione i mezone. Iz elektronuklearne sile se sada izdvojila jaka nuklearna sila. Elektronuklearna sila se dakle “raspala” na jaku nuklearnu koja spaja kvarkove u barione i mezone i elektroslabu silu.
U ovom faznom prijelazu oslobađa se strahovita energija koja se manifestira tako da se svemir eksponencijalno širi sve dok ne postane još sto puta stariji. U tom razdoblju svemir se povećava 10 na 50-u puta. Dvije točke koje su prije ovog razdoblja naglog širenja, koje se naziva inflacija svemira, izmjenile svjetlosni signal i vidjele jedna drugu, na kraju ovog razdoblja su udaljene jedna od druge oko 30 milijuna svjetlosnih godina!
Opet se “dugo” vremena ništa posebno ne događa nakon završetka inflacije, 10 na minus 33-u sekunde nakon velikog praska. Svemir se nastavlja širiti “normalnom” brzinom, a pri tome se hladi. Nakon inflacije postaje tisuću milijardi milijardi puta stariji i već ima dob od 10 na minus 12-u sekunde. To je tisućinka milijarditinke sekunde. Opet se događa novo “razbijanje”. Sada postoje gravitacijska, jaka nuklearna i elektroslaba sila. Elektroslaba sila se sada “raspada” na slabu nuklearnu silu i elektromagnetsku silu. U tom razdoblju se, dakle, univerzalna sila raspala na četiri različite sile koje od tada određuju međudjelovanje među česticama. Svemir opet postaje stariji sto milijuna puta i već je u dobi od 10 na minus 4-u sekunde. To je desettisućinka sekunde od velikog praska.
Temperatura je sada toliko opala da fotoni više nemaju dovoljno energije za stvaranje parova barion-antibarion. Do tada je postojala ravnoteža. Koliko se bariona i antibariona poništilo toliko su fotoni stvorili nove parove barion-antibarion. Sada više nema stvaranja novih parova barion-antibarion, ali i dalje teče proces poništavanja barion-antibarion. Broj bariona naglo pada, i od milijardu i jednog bariona i milijardu antibariona preostaje samo jedan barion i dvije milijarde fotona nastalih anihilacijom bariona i antibariona. Taj jedan preostali barion postoji zahvaljujući na početku spomenutoj asimetriji u grupiranju preona. Sada dakle postoje samo barioni, uglavnom protoni i neutroni, antibariona više nema, a tu je još more elektrona i pozitrona, neutrina i fotona.
Svemir opet postaje deset tisuća puta stariji. Proslavlja svoju prvu sekundu postojanja. Dakle prošla je prva sekunda od Velikog Praska.
Mladi svemir se toliko ohladio da fotoni više nemaju dovoljno energije za stvaranje parova elektron-pozitron. Opet se ponavlja slična priča kao i za barione. Više ne nastaju novi parovi, a postojeći se poništavaju. Ponovo nastaje veliko poništavanje u kojem preživljava jedan elektron od milijardu i jednog. Sada ima još više fotona nego prije nastalih poništavanjem elektrona i pozitrona. Osim fotona tu je i mnoštvo neutrina i postoji mogućnost da u ovom svemiru 90 posto mase otpada upravo na te neuhvatljive neutrine.
Svemir sad već prolazi dob koju možemo pojmiti. Od prve sekunde života pa do kraja druge minute života razdoblje je nukleosinteze velikog praska. Temperatura svemira je opala do vrijednosti na kojoj se proton i neutron mogu spojiti, a foton ih više ne može razdvojiti jer nema dovoljno energije. Već su svi pozitroni poništeni, anihilirani, a neutrini više ne reagiraju s neutronima i protonima. Jezgra helija koja sadrži dva protona i dva neutrona je jako stabilna i velika je vjerojatnost za njeno formiranje. U te prve dvije minute oko jedne četvrtine ukupne mase protona i neutrona pretvorilo se u jezge helija. Procjenjuje se da je oko 98 posto današnjeg helija u svemiru nastalo u te prve dvije-tri minute, a samo 2 posto kasnije u zvijezdama.
Osim 24 posto helija, nastale su još u tragovima i druge jezgre. To su jezgre deuterija (proton i neutron), tricija (proton i dva neutrona), helija 3 (dva protona i neutron), litija (tri protona i četiri neutrona).
Što je bilo kad je svemir slavio svoj prvi rođendan? Ništa posebno. Postojale su nabrojene jezgre i protoni, elektroni, mnoštvo fotona i neutrini. Svemir se širio i hladio. Što je bilo za drugi rođendan? Isto! Peti? Isto! Stoti? Isto! Sada već dolazimo u starost svemira koju ne možemo pojmiti. Kao što ne možemo pojmiti sve nabrojane procese koji su se odigravali u nezamislivo kratkim vremenskim intervalima, sad polako idemo u drugu nezamislivu krajnost, strahovito duga razdoblja. Sa svemirom se ništa posebnog ne događa sve dok nije postigao dob od oko 300 tisuća godina. Tada započinje razdoblje rekombinacije koje traje idućih milijun godina. Svemir je do tada bio neproziran. Fotoni su stalno reagirali s nabijenim jezgrama i slobodnim elektronima. Sad je temperatura pala na oko 3000 Kelvina (oko 2700 stupnjeva Celziusa) i započinje spajanje jezgri i protona s elektronima. Po prvi put u ovom svemiru nastaju atomi, doduše samo atomi vodika, helija i litija. Atomi su “prozirni” za fotone. Svemir koji je do tad bio mutan i neproziran polako se “razbistruje”. Fotoni koji su u početku imali energije dovoljne za stvaranje galaktika, sada više nisu u stanju izdvojiti elektron od jezge i slobodno jure prozirnim svemirom. Širenjem svemira njihova “temperatura” odnosno energija i dalje će opadati.
Ti fotoni su preživjeli sve do današnjeg dana. Nakon petnaest milijardi godina lutanja svemirom njihova energija je opala oko 1000 puta i sada oni pokazuju temperaturu od samo 3, a ne 3000 Kelvina (3 Kelvina je minus 270 stupnjeva Celziusa). Istraživanje ovog zračenja koje je ostatak vatre Velikog praska pokazuje da to zračenje nije iz svih smjerova potpuno isto. Postoji odstupanje otprilike 1 naprema 100 tisuća. To zračenje se negdje kad je svemir slavio svoj milijunti rođendan odvojilo od materije pa ta odstupanja govore da materija nije bila sasvim ravnomjerna u to doba. Negdje je bila gušća, a negdje rijeđa. Svemir je postao tisuću puta stariji. Slavi svoj milijarditi rođendan. Sada je pet puta manji nego što će biti kad bude slavio 15 milijarditi rođendan. Ona mala odstupanja su djelovanjem gravitacije postajala sve veća. Započeo je proces formiranja galaktika, jata galaktika, superjata. Taj proces traje idućih milijardu godina.
Svemir sad slavi svoju drugu milijardu godina i već sliči na svemir kakav je danas. Gledajući današnjim moćnim teleskopima mogu se vidjeti galaktike na udaljenosti od 12 milijardi svijetlosnih godina. Formiranje galaktika započelo je kad je svemir bio star milijardu godina, a završilo kad je bio star dvije milijarde godina. Svjetlost je od te galaktike koju danas gledamo putovala 12 milijardi godina pa iz toga možemo zaključiti kako je svemir star 14 milijardi godina ali, ponavljam, postoje i druge procjene starosti svemira.
Ova priča o evoluciji svemira temelji se na eksperimentalnim podatcima. Utvrđeno je i izmjereno širenje svemira, otkriveno je mikrovalno pozadinsko zračenje na 3 Kelvina, otkrivena su mala odstupanja u tom zračenju. S druge strane fizika čestica, ispitivanje ponašanja materije na visokim energijama, pomaže nam da rekonstruiramo sve one burne događaje koji su se odvijali u prve tri minute svemira, u prvoj sekundi, u nezamislivo malom dijeliću sekunde nakon Velikog praska. Neki znanstvenici i danas s nelagodom gledaju na ovu teoriju jer smatraju da je priroda vječna, a Bog ne postoji.
Ja bih rekao da je priča o Velikom prasku zapravo znanstveni dokaz onoga što slikovito u metaforama piše na prvoj stranici Biblije. Nakon današnjeg razvoja fizike visokih energija (fizike čestica) i astronomskih mjerenja pokušavati dokazati kako nije bilo Velikog praska (što pokušavaju neki ateistički nastrojeni znanstvenici) je isto tako naivno i neargumentirano kao i pokušaj kreacionista da dokažu kako evolucije nije bilo. Prvi to rade kako bi obranili svoj ateizam, drugi kako bi obranili svoju vjeru, ali u krivu su i jedni i drugi.
Post je objavljen 24.11.2009. u 11:13 sati.