Iz knjige Mičio Kaku: PARALELNI SVETOVI.

Knjigu možete poručiti ovde

prethodni deo:
Simetrija i standardni model

Poverljiva predviđanja

Nažalost, za sada je nemoguće ispitati valjanost teorije multiverzuma, odnosno postojanja paralelnih univerzuma s različitim skupovima fizičkih zakona. Da bi se došlo do tih svemira, valjalo bi putovati brzinom većom od svetlosne. Ali, prednost teorije inflacije je to što omogućava predviđanja o prirodi našeg kosmosa koja jesu proverljiva.

Pošto je inflatorna teorija kvantna, zasnovana je na Hajzenbergovom principu neodređenosti, kamenu temeljcu kvantne teorije. (Prema principu neodređenosti ne možete izvesti merenja beskonačne preciznosti – na primer, merenje brzine i pozicije elektrona. Koliko god osetljivi bili vaši instrumenti, uvek će biti neodređenosti u vašem merenju. Ukoliko znate brzinu elektrona, ne možete precizno znati njegovu poziciju, i obrnuto.) Primenimo li to na izvornu vatrenu loptu od koje je krenuo Veliki prasak, zaključujemo da prvobitna kosmička eksplozija nije mogla da bude beskrajno glatka. (Da je bila savršeno uniformna, znali bismo tačne trajektorije subatomskih čestica nastalih iz Velikog praska, što narušava princip neodređenosti.) Kvantna teorija omogućava da izračunamo veličine tog mreškanja ili fluktuacija u prvobitnoj vatrenoj lopti. Ako primenimo inflaciju na ta majušna kvantna mreškanja, možemo da izračunamo minimalni broj fluktuacija koje bi trebalo da vidimo na mikrotalasnoj pozadini 380.000 godina posle Velikog praska. (Ako proširimo ta mreškanja do današnjih dana, trebalo bi da dobijemo aktuelnu distribuciju galaktičkih jata. I sama naša galaksija se izrodila iz jedne od tih majušnih fluktuacija.)

Podaci dobijeni od satelita COBE na prvi pogled nisu ukazivali ni na kakva odstupanja ili fluktuacije u mikrotalasnom pozadinskom zračenju. To je donekle uznemirilo fizičare, jer bi se savršeno mikrotalasno zračenje kosilo ne samo sa inflacijom, već i sa čitavom kvantnom teorijom, narušavajući princip neodređenosti. Bio bi to udarac u samo srce fizike koji bi mogao da sruši stubove kvantne fizike dvadesetog veka. Inflacija i paralelni univerzumi 

Ipak, mučno detaljan pregled računarski dorađenih podataka od satelita COBE doneo je olakšanje, otkrivši nejasan skup mreškova, varijacija u temperaturi reda veličine 1/100.000, što je minimalno odstupanje koje kvantna teorija toleriše. Te infinitezimalne fluktuacije bile su konzistentne sa inflatornom teorijom. Gut je priznao: „Potpuno sam oduševljen pozadinskim kosmičkim zračenjem. Signal je bio toliko slab da čak nije otkriven do 1965, a sada se mere fluktuacije reda veličine 1/100.000.“ Premda su prikupljeni eksperimentalni podaci lagano potvrđivali ispravnost inflatorne teorije, naučnici su i dalje bili suočeni sa upornim problemom vrednosti Omega – činjenicom da je vrednost Omega iznosila 0,3 umesto 1,0.

SUPERNOVE – POVRATAK LAMBDE

Iako se pokazalo da su podaci koje je prikupio COBE u skladu sa inflatornom teorijom, astronomi su i u poslednjoj deceniji prošlog veka negodovali zato što se inflacija oštro kosila sa eksperimentalnim podacima u vezi sa gustinom Omega. Atmosfera je počela da se menja 1998. godine, kao posledica podataka pristiglih iz sasvim neočekivanog smera. Astronomi su pokušali ponovo da izračunaju stopu širenja kosmosa u dalekoj prošlosti. Umesto da analiziraju promenljive cefeida kako je radio Habl dvadesetih godina, počeli su da analiziraju supernove u galaksijama udaljenim milijardama svetlosnih godina, iz davne prošlosti.

Konkretnije, analizirali su supernove klase Ia, idealan izbor za standardne sveće. Astronomi znaju da supernove ovog tipa imaju gotovo identičnu jačinu svetlosti. (Jačina svetlosti supernovih tipa Ia toliko dobro je poznata da se čak i mala odstupanja mogu kalibrisati: što je supernova svetlija, jačina svetlosti opada sporije.) Takve supernove se formiraju kada beli patuljak u dvojnom zvezdanom sistemu polako usisava materiju svoje zvezde pratilje. Hraneći se sestrinskom zvezdom, ovaj beli patuljak postepeno povećava masu do vrednosti od 1,4 solarne mase, što je najveća dozvoljena masa za belog patuljka. Kada dostigne tu granicu, urušava se i eksplodira u supernovu klase Ia. Ta tačka okidanja zaslužna je za ujednačenost jačine svetlosti supernovih tipa Ia – reč je o prirodnoj posledici toga što beli patuljak dostiže tačno određenu masu, a potom se urušava usled gravitacije. (Kao što je Subramanjan Čandrasekar pokazao 1935. godine, sila gravitacije unutar belog patuljka odgovorna za urušavanje te zvezde jednaka je odbojnoj sili između elektrona zvanoj degenerativni elektronski pritisak. Ako beli patuljak teži više od 1,4 solarne mase, gravitacija nadvladava tu silu i zvezda se urušava, formirajući supernovu.) Kako su se udaljene supernove javljale u ranom svemiru, njihova analiza omogućava da se izračuna stopa širenja svemira pre mnogo milijardi godina.

Dve nezavisne grupe astronoma (predvođene Solom Perlmaterom iz tima Projekat kosmologije supernovih i Brajanom P. Šmitom iz tima Istraživanje supernovih sa velikim Z) očekivale su da će otkriti kako se kosmos i dalje širi, ali sve sporije. Više generacija astronoma bez pogovora je to prihvatalo kao istinu koja se predavala na svakom kursu kosmologije: prvobitno širenje postepeno se usporava.

Pošto je svaka grupa analizirala oko desetak supernovih, otkrili su da se rani svemir nije širio brzo kako se prethodno mislilo (odnosno, crveni pomaci supernovih, time i njihove brzine, bili su manji nego što se pretpostavljalo). Uporedili su stope širenja današnjeg i ranog svemira, i utvrdili da je danas ta stopa relativno veća. Na svoje iznenađenje, ove dve grupe došle su do zapanjujućeg zaključka da se svemir ubrzano širi.

Drugo iznenađenje čekalo ih je kada su otkrili da je, kakva god da je vrednost Omega, nemoguće uskladiti podatke s teorijom. Jedini način za to bilo je da se ponovo uvede Lambda, energija vakuuma koju je prvi pomenuo Ajnštajn. Povrh toga, otkrili su da je Omega zanemarljivo mala spram neobično velike vrednosti Lambda koja je odgovorna za ubrzavanje širenja svemira u maniru De Siterove ekspanzije. Dve grupe su nezavisno jedna od druge došle do tog zasenjujućeg otkrića, ali oklevale su da objave svoje zaključke zbog čvrstog dugogodišnjeg ubeđenja naučne zajednice da Lambda ima vrednost nula. Kao što je Džordž Džekobi iz Opservatorije Kits Pik rekao: „Lambda je oduvek bila koncept sa ostrašćenom podrškom, i svako dovoljno lud da kaže da nije nula, smatran je ludakom.“

Šmit se priseća: „Odmahivao sam glavom, ali sve smo proverili... Oklevao sam da saopštim javnosti, jer sam iskreno mislio da će nas linčovati.“ Međutim, kada su dve grupe objavile rezultate 1998. godine, prava planina podataka koje su prikupili nije se mogla tek tako odbaciti. Lambda, Ajnštajnova „najveća zabluda“, gotovo sasvim zaboravljena u modernoj kosmologiji, doživljavala je zadivljujući povratak posle devedeset godina tavorenja u zaboravu!

Fizičari su bilo zapanjeni. Edvard Viten sa Instituta za napredne studije u Prinstonu rekao je da je to bilo „najčudnije eksperimentalno otkriće otkad se bavim fizikom“. Kada je vrednost Omega, 0,3, dodata vrednosti Lambda, 0,7, dobijao se zbir jednak 1,0 (u okviru eksperimentalne greške), Inflacija i paralelni univerzumi kako je predviđala inflatorna teorija. Kosmolozi su napokon videli delić slagalice zvane inflacija koji je nedostajao. Našli su ga u vakuumu.

Ovaj rezultat dobio je spektakularnu potvrdu u vidu očitavanja satelita WMAP, koji je pokazao da energija vezana za Lambda, tamna energija, sačinjava do 73 posto svekolike materije i energije u svemiru, što je čini dominantnim delićem slagalice.

Nastaviće se...

prethodni deo:
Simetrija i standardni model