SVEMIR ĆE ZAVRŠITI NA JEDAN OD OVA ČETIRI NAČINA Evo kako čovječanstvo može preživjeti kraj kozmosa

Znanstvenici su prezentirali četiri načina kojima bi svemir mogao završiti. Riječ je o Velikom smrzavanju, Velikom sažimanju, Velikoj promjeni i Velikom rascjepu. Nemojte paničariti, ali naš je planet osuđen na propast. Istina, to će se dogoditi tek kroz šest milijardi godina kad Sunce postane veliki div i prožme Zemlju.

No, Zemlja je samo jedan planet u sunčevom sustavu, a Sunce je jedna od stotine milijardi zvijezdi u galaksiji dok u promatranom svemiru vidimo stotine milijardi galaksija. Što će se dogoditi sa svime time? Kako će svemir završiti?

Znanost još uvijek pokušava odgonetnuti što će se točno dogoditi. Nismo čak ni sigurno hoće li imati naprasit kraj ili će odumirati eonima. Naše najbolje poznavanje fizike upućuje na nekoliko mogućnosti kozmičke apokalipse. Isto tako, otkriva i potencijalnu šansu da možda, i samo možda, to preživimo.

VELIKO SMRZAVANJE

Prvi trag o kraju svemira dolazi iz termodinamike, proučavanja topline. Metaforički rečeno, termodinamika je propovjednik fizike koji nas upozorava na jednu jednostavnu stvar: Dolazi smrt topline!

Ovdje se govori o 'smrti' svih razlika u toplini. Iako ne zvuči opasno, gore je od spaljivanja jer gotovo sve u svakodnevnom životu treba neku vrstu temperaturne razlike, direktno ili ne. Na primjer, auto se kreće jer je toplije unutar motora nego izvan. Isto tako, zahvaljujući razlici u temperaturi između Sunca i ostatka svemira nastaje i naša hrana koja nas potom drži na životu.

Međutim, jednom kad svemir dođe do smrti topline, sve će svugdje biti iste temperature. Ništa zanimljivo se više nikada neće dogoditi. Svaka zvijezda će umrijet, gotovo sva tvar će se raspasti i sve će biti raspršeno u 'juhi' čestica i radijacije. Čak će i energija te 'juhe' biti zatomljena širenjem svemira, ostavljajući sve svega dio stupnja iznad apsolutne ništice.

U ovom 'Velikom smrzavanju', svemir će završiti ujednačeno hladan, mrtav i prazan.

VELIKO SAŽIMANJE

Nakon razvoja termodinamike u početkom 19. stoljeća smrt topline činila se kao jedinim mogućim završetkom svemira, no prije stotinjak godina, teorija opće relativnosti Alberta Einsteina predložila je da svemir ima puno dramatičniju sudbinu.

Opća teorija relativnosti navodi da materija i energija iskrivljuju prostor i vrijeme. Ovaj se odnos između prostor-vremena i materije-energije (tvari), poput pozornice i glumaca na njoj, proteže cijelim svemirom. Tvari u svemiru, prema Einsteinu, determiniraju konačnu sudbinu samog svemira. Teorija predviđa da se svemir kao cjelina mora ili širiti i skupljati, nikako ne može ostati iste veličine. Einstein je shvatio to 1917., no bio je toliko protiv toga da je iskovao vlastitu teoriju.

Tada je 1929. američki astronom Edwin Hubble pronašao čvrste dokaze da se svemir širi. Einstein je promijenio mišljenje nazivajući svoje ranije inzistiranje na statičnosti svemira najvećom zabludom u karijeri. Ukoliko se svemir širi jednom je morao biti manji nego što je sada. Ta je realizacija dovela do teorije Velikog praska: ideje da je svemir počeo kao nevjerojatno mala točkica i onda se nevjerojatno brzo proširio. I danas možemo vidjeti 'sjaj' Velikog praska u pozadinskom mikrovalnom zračenju - konstantnoj struji radio valova koji dolaze s neba.

Sudbina svemira, onda, ovisi o jednostavnom pitanju: hoće li se svemir nastaviti širiti i kako brzo?

Za svemir koji sadrži normalnu tvar, poput materije i svjetla, odgovor na ranije pitanje ovisi o količini te iste tvari. Više tvari znači više gravitacije koja povlači sve natrag i usporava širenje. Sve dok količina tvari ne prijeđe kritičnu točku, svemir će se nastaviti širiti zauvijek, do ne umre od smrzavanja.

No, ukoliko u svemiru bude previše tvari, širenje će se usporiti i stati. Svemir će se početi sažimati i postajati sve manji i manji, gušći i topliji, završavajući u teško pojmljivom kompaktnom infernu, suprotnoj strani Velikog praska - Velikom sažimanju.

Veći dio 20. stoljeća astrofizičari nisu bili sigurni koji će se od scenarija - smrzavanje ili sažimanje, dogoditi. Pokušali su izvesti kozmički konsenzus dodajući u naš svemir što je više tvari moguće. Na kraju je ispalo da se nalazimo zabrinjavajuće blizu kritične točke, ostavljajući našu sudbinu nesigurnom. To se sve promijenilo na kraju 20. stoljeća, kada su dva suparnička tima astrofizičara 1998. ustvrdili - svemir se širi i ubrzava!

Normalna materija i energija ne mogu tako utjecati na svemir. Ovo je bio prvi dokaz potpuno nove vrste energije nazvane 'tamna energija', koja se nije ponašala kao ništa slično u svemiru. Tamna energija razvlači svemir. Još uvijek ne znamo zašto je tako, no gotovo 70 posto energije u svemiru je tamna energija i taj postotak raste svakog dana.

Postojanje tamne energije znači da količina tvari u svemiru ne odlučuje o njegovoj sudbini. Umjesto, tamna energija kontrolira kozmos ubrzavajući širenje svemira cijelo vrijeme. To čini Veliko sažimanje manje vjerojatnim. No, to i dalje ne znači da Veliko smrzavanje nije moguće. Postoje i druge mogućnosti.

VELIKA PROMJENA

Jedna od njih potječe ne iz proučavanja svemira već iz svijeta subatomskih čestica. To je možda najčudnija sudbina svemira . Možda zvuči kao nešto iz znanstvene-fantastike jer, zapravo na neki način, i jest.

U znanstveno-fantastičnom klasiku Kurta Vonneguta 'Cat's cradle' ( Mačja kolijevka) led-devet je nova vrsta vodenog leda s nevjerojatnim svojstvima - smrzava se na 46 Celzijevih stupnjeva, a ne na nuli. Kada kristal leda-devet ubacimo u vodu, sva se tekućina oko njega slaže u skladu s kristalom pošto ima manju energiju od tekuće vode. Novostvoreni kristali leda-devet rade istu stvar s vodom oko njih i u treptaju oko lančana reakcija pretvara vodu u čaši u čvrsto stanje leda-devet.

Ista se stvar može dogoditi u stvarnom životu s normalnim ledom i normalnom vodom. Ukoliko stavimo vrlo čisto vodu u vrlo čistu čašu i ohladimo je ispod nula Celzijevih stupnjeva, sva će voda postati super-hlađena - ostaje tekuća ispod prirodne točke zamrzavanja. Ne postoje nečistoće u vodi te se led nema oko čega formirati. No, ukoliko u čašu ubacite kristal leda, sva će se voda smrznuti u vrlo kratkom roku, baš poput izmišljenog leda-devet.

Primjer:

Led-devet i super-hlađena voda možda nisu važni za sudbinu svemira, no nešto slično bi se moglo dogoditi sa svemirom. Kvantna fizika diktira da čak i u potpuno praznom vakuumu postoji mala količina energije. No, postoji mogućnost postojanja nekih drugih oblika vakuuma, koji imaju još manje energije. Ukoliko je to istina, cijeli je svemir poput čaše super-hlađene vode. Trajat će dok se 'balončić' niskoenergetskog vakuuma ne pojavi.

Srećom, koliko smo upoznati s našim svemirom, takav 'balončić' ne postoji. Nažalost, kvantna fizika također diktira da ukoliko postoji mogućnost niskoenergetskog vakuuma isti će se neizbježno pojaviti negdje u svemiru. Kada se to dogodi, baš poput leda-devet, novi će vakuum 'preobratiti' stari vakuum oko sebe. 'Balončić' bi se proširio gotovo brzinom svjetlosti i ne bismo ni vidjeli da dolazi.

Unutar balona niskoenergetskog vakuuma stvari bi funkcionirale radikalno drugačije i ne bi bile pretjerano gostoljubive. Svojstva fundamentalnih čestica poput elektrona i kvarkova bila bi potpuno drugačija, ispisujući nova pravila kemije, a možda i sprječavala nastanak atoma. Ljudi, planeti pa čak i zvijezde bile bi uništene u Velikoj promjeni. U radu iz 1980. fizičari Sindey Coleman i Frank de Luccia nazvali su to 'konačnom ekološkom katastrofom'.

Uz sve to, i tamna bi se energija vjerojatno drugačije ponašala nakon Velike promjene. Umjesto da se svemir širi sve brže, tamna energija bi ga mogla povući u suprotnu stranu uzrokujući Veliko sažimanje.

VELIKI RASCJEP

Postoji i četvrta mogućnost i ponovo je tamna energija u središtu pažnje. Ideja je vrlo špekulativna i malo vjerojatna, no ne može se odbaciti. Tamna energija je možda moćnija nego što mislimo i mogla bi biti dovoljna da samostalno okonča svemir, bez Velike promjene, Smrzavanja ili Sažimanja.

Tamna energija ima čudno svojstvo. Kako se svemir širi njezina gustoća ostaje konstantna. To znači da se s vremenom pojavljuje kako bi zadržala korak s povećanjem volumena svemira. To je neuobičajeno, no ne krši nikakve zakone fizike. Međutim, moglo bi postati još čudnije. Što ukoliko se količina tamne energije povećava brže od širenja svemira?

Ovu je ideju predstavio Robert Caldwell, s Fakulteta Dartmouth u Hanoveru u New Hampshireu, i naziva to 'fantomskom tamnom energijom'. A to vodi do izvanredno čudne sudbine svemira. Ukoliko fantomska tamna energija postoji, onda je tamna strana naš konačan pad, baš kao što su nas Zvjezdani ratovi upozorili.

Trenutno, gustoća tamne energije je vrlo niska, manja od gustoće materije na zemlji ili bilo gdje u našoj galaksiji. No, kako vrijeme prolazi, gustoća fantomske tamne energije će se nakupiti i rastrgati svemir. U radu iz 2003. Caldwell i njegovi kolege opisuju scenarij zvan 'kozmički sudnji dan'. Jednom kad tamna energija postane gušća od određenog predmeta, taj predmet biva rastrgan.

Prvo, fantomska tamna energija bi razvukla Mliječnu stazu šaljući zvijezde svaku na svoju stranu. Sunčev sustav bi bio nevezan jer je povlačenje tamne energije snažnije nego Sunčeva gravitacija. Zemlja bi također eksplodirala, a djelić sekunde prije uništenja samog svemira, atomi bi se rasprsnuli. Caldwell ovo naziva Velikim rascjepu.

Fantomska tamna energija ulijeće u lice nekim vrlo osnovnim idejama o svemiru, kao na primjer pretpostavki da se materija i energija ne mogu kretati brže od brzine svjetlosti. Postoje opravdani razlozi za ne vjerovati u to. Temeljeći se na opservacijama širenja svemira i eksperimentima s česticama, čini se kako je najvjerojatnija sudbina našeg svemira Veliko smrzavanje, potom Velika promjena te na koncu Veliko sažimanje.

BIJEG OD KRAJA SVEMIRA

Ovo je mračna slika budućnost, eoni hladne praznine, koju će na koncu dotući raspad vakuuma i konačna implozija u ništa. Postoji li mogućnost bijega?

Za nas, koji upravo sada živimo, sigurno nema brige. Kozmički sudnji dan se neće dogoditi bilijardama godina. Isto tako, nema brige za čovječanstvo. U vrijeme kada se stvari počnu događati ljudska će rasa već toliko evoluirati da neće biti ništa slično nama. No, hoće li moći inteligenta bića, ljudi ili ne, preživjeti?

Fizičar Freeman Dyson, s Instituta za napredne studiju u Princetonu, New Jersey, to je pitanje raspravljao u radu iz 1979. U to vrijeme, zaključio je kako bi se život mogao modificirati za preživljavanje Velikog smrzavanja, opasnijem od Velikog sažimanja.

No ovih dana, Dyson je mnogo manje optimističan, zahvaljujući otkriću tamne energije. Ubrzavanje širenja svemira znači da ćemo jednog dana izgubiti kontakt sa svim osim šačicom galaksija, dramatično ograničavajući nama raspoloživu energiju.

- Ne znamo hoće li se širenje svemira nastaviti pošto ne razumijemo zašto ubrzava. Optimistična perspektiva jest da će se ubrzanje usporiti kako svemir postaje sve veći. Ukoliko se to dogodi, budućnost je mnogo bolja - kazao je Dyson.

No, što ukoliko se širenje ne uspori ili postane izvjesno da nas očekuje Velika promjena. Neki fizičari predložili su rješenje koje s obje noge stoji u kategoriji ludosti. Kako bi pobjegli od kraja svemira, trebali bismo sagraditi naš vlastiti svemir u laboratoriju i - uskočiti.

Jedan od znanstvenika koji je radio na ovoj ideji je Alan Guth s Instituta za tehnologiju Massachusetts, poznat po svom radu na vrlo ranom svemiru.

- Ne mogu reći da zakoni fizike uopće dopuštaju tako nešto. Ukoliko i bude moguće, za to bi trebala tehnologija mnogo naprednija od bilo čega što možemo predvidjeti. Uz to, potrebne bi bile ogromne količine energije koje bi takav svemir zadržavale i kontrolirale - kazao je Guth.

Prvi korak, prema Guthu , bilo bi stvaranje nevjerojatno guste forme materije, toliko guste da je na rubu urušavanja u crnu rupu. Čineći to na pravi način, a potom brzo uklanjajući materiju iz tog područja, mogli bi uzrokovati rapidno širenje prostora.

U prijevodu, pokrenuli bismo stvaranje potpuno novog svemira. Kako bi se prostor u tom području širio, granica bi se polako smanjivala stvarajući zakrivljeni prostor gdje je 'unutra' veće nego 'vani'. Ovo možda zvuči poznato obožavateljima serije 'Doctor Who', a prema Guthu , TARDIS je 'vjerojatno vrlo točna analogija' za zakrivljeni prostor o kojem priča. Postepeno,'vani' bi se polako pretvorilo u ništa, a novi 'beba svemir' bi se odvojio od našeg kao i od sudbine koja ga čeka.

Daleko od sigurnog da bi ovakva shema zapravo i funkcionirala.

- Moram priznati da ništa nije čisto. Ne znamo je li tako nešto moguće ili ne - naglašava Guth.

Međutim, Guth isto tako upozorava kako postoji još jedan izvor nade za život nakon kraja svemira.

Guth je bio jedan od prvih koji je predložio da se vrlo rani svemir proširio nevjerojatno brzo za sićušni dio sekunde, kroz ideju 'inflacije'. Brojni kozmolozi sada vjeruju da inflacija najviše obećava u objašnjavaju širenja mladog svemira. A Guthov plan stvaranja novog svemira leži upravo u rekreiranju te brze ekspanzije.

Inflacija ima intrigantne posljedice na konačnu sudbinu svemira. Teorija nameće da je svemir u kojem živimo samo mali dio velikog multiverzuma koji se širi u beskonačnost konstantno stvarajući 'džepne svemire ' poput našeg.

- Ukoliko je to slučaj, čak i ako smo uvjereni da će pojedinačni džepni svemiri u konačnici umrijeti kroz smrzavanje, multiverzum će kao cjelina nastaviti živjeti vječno s novim životom koji će se stvarati nastajanjem svakog novog džepnog svemira. U toj slici, multiverzum kao cjelina je zaista vječan, ili barem vječan u budućnost - zaključuje Guth.

Drugim riječima, Franz Kafka je možda bio u pravu kada je rekao da postoji 'mnoštvo nade, neograničena količina nade - samo ne za nas.'

Kako vas ovaj članak ne bi rastužio na kraju vam donosimo malo zabave.