RAZVOJ KOZMOSA

Zlatan Gavrilović Kovač

Dominantna teorija koja suvereno vlada našim I svjetskim Sveučilištima, koju svi manje više poznaju, koja je u svim udžbenicima iz astronomije… na kojoj se piše beskonačan broj doktorskih radnji pa onda država izdvaja novac za financiranje tih nebuloza svakako je teorija Velikoga praska ili Big bang teorija. I na tu teoriju I njeno dokazivanje ili na njeno modificiranje se troše milijuni dolara od državnoga poreza I buđeta država kojega izdvaja poštena svjetska radnička klasa I seljaštvo čitave Planete I upravo je čudesno da cijeli svijet prihvaća kao Istinu jednu takvu glupost kao što Bosanci prihvaćaju cajke Pink televizije. Mi se nećemo nešto posebno osvrtati na ovu Teoriju I na njeno povijesno oblikovanje jer je to uzaludno trošenje riječi, truda I papira nego ćemo samo za potrebe Kozmologije zlatnoga prstena istaknuti neke momente u suvremenoj astronomskoj teoriji I praksi da bismo pokazali koliko sumanutosti ima u suvremenim astronomskim teorijama da se Kozmolgija zlatnoga prstena čini kao Kant među umobolnicima.

Suvremeni astronomi vjeruju da je svemir ili kozmos nastao u jednom određenom trenutku u onome što se naziva Velikim praskom (termin koji je uveo Fred Hoyle, koji nije vjerovao ni u što slično). Također se pretpostavlja da je sila gravitacije

odgovorana za cjelokupno ponašanje svemira na velikim skalama,

I da se Einsteinova teorija opće relativnosti može koristiti

kao osnova za kozmološke modele.

Sukladno tome, slijedi da materija nije jednostavno eruptirala u već postojeći

prostor; umjesto toga, prostor, vrijeme i materija nastali su

istovremeno. Nemoguće je raspravljati o tome što se dogodilo prije toga,

jer nije bilo 'prije'. Niti možemo znati gdje se dogodio Veliki

prasak, jer ako je uključivao cijeli svemir, dogodio se

svugdje. Širenje je započelo odjednom i nastavlja se od tada.

Točnije, prostor se širi, noseći sa sobom svu

materiju i, naravno, galaksije. Koncept je

izvorno opisao 1927. belgijski opat Georges Lemaı̂tre.

Teorija nas može vratiti na 10⁴ sekundi nakon Velikog praska.

Temperatura je u to vrijeme bila reda veličine 10³² C, a

svemirom je dominiralo zračenje. ( smijemo se od fantazija) Energetske čestice su se kretale okolo, a dio tog zračenja pretvorio se u čestice materije i antimaterije, uključujući ono što se naziva kvarkovima, "građevnim blokovima" protona i neutrona. Ako se čestica i antičestica sretnu, obje nestaju, a da su im brojevi bili jednaki, ne bi ostalo ništa od mladog svemira. Međutim, bilo je znatno više čestica nego antičestica, tako da je većina antičestica brzo uništena. Otprilike milijunti dio sekunde nakon početka vremena, kvarkovi su se skupili i formirali protone i neutrone.

Bilo je više protona nego neutrona. Nakon otprilike 100 sekundi, započele su nuklearne reakcije, a protoni i neutroni su se spojili i formirali prve elemente, vodik i helij. Svemir je bio neproziran jer fotoni svjetlosti nisu mogli putovati daleko jer ih je sudar s elektronima blokirao.

Oko 300 000 godina kasnije, kada se svemir ohladio na oko 3000 °C, elektrone su uhvatile jezgre kako bi stvorile potpune atome. Svjetlost je sada mogla putovati na ogromne udaljenosti bez blokiranja, a svemir je postao proziran za zračenje; to je poznato kao faza razdvajanja. Uslijedilo je da se sadržaj zračenja u svemiru mogao slobodno širiti po cijelom rastućem volumenu prostora. Tako je širenje razrijedilo zračenje, a valna duljina se povećala, pomičući se u milimetarski raspon elektromagnetskog spektra. Detektiramo ga kao slab sjaj koji prožima cijeli svemir, poznajemo ga kao CMB (Kozmičko pozadinsko zračenje), posljednju manifestaciju Velikog praska. Ukazuje na ukupnu temperaturu od 3 K, odnosno 3 stupnja iznad apsolutne nule, najniže moguće temperature (273 °C).

Glavne zasluge za predviđanje CMB-a s pravom bi trebale pripasti ruskom kozmologu Ralphu Alpheru 1948. godine, u suradnji s Robertom Hermanom. Već je bio poznat po svom važnom radu u suradnji s Georgeom Gamowom. Alpher je izračunao da bi ukupna temperatura trebala biti 5 K.

Stvarno otkrivanje dogodilo se 1964. Američki radio

astronomi Arno Penzias i Robert Wilson koristili su posebnu "rog antenu", izgrađenu za potpuno drugačije istraživanje, kada su zabilježili uporno šištanje koje isprva nisu mogli identificirati,

pripisali su ga golubljem izmetu u rogu antene!

Njihovi rezultati privukli su pozornost Roberta Dickea, koji je radio na problemu i, očito ne znajući mnogo,

o Alpherovom radu, također je predvidio da će pozadinska temperatura biti 3 K. To je upravo ono što su Penzias i Wilson također otkrili I sve se lijepo posložilo.

Ipak, postojao je jedan neugodan problem. Male razlike u temperaturi na različitim područjima CMB-a ukazivale bi na blage

razlike u gustoći, ali činilo se da je cijelo nebo jednolično,

i bilo je teško vidjeti kako se 'grudasti' svemir mogao formirati

iz potpuno glatkog širenja; kako su se galaksije mogle početi

kondenzirati? Na ogromno olakšanje kozmologa, mjerenja

dobivena 1992. s umjetnog satelita COBE (Cosmic Background Explorer), pokazala su da postoje sitne nepravilnosti. Potvrdili su ih 1993. S. S. Meyer i njegov tim koristeći

radiometar na balonu, zajedno s rezultatima koje je dobio

tim Jodrell Bank koristeći radiometar na planini Teide na Tenerifima.

Godine 1999. započeo je projekt poznat kao Balonska promatranja milimetrijskog ekstragalaktičkog zračenja i geofizike (BOOMERANG).

Glavni teleskop imao je primarno zrcalo od 1,2 m i težio je 2 tone.

Opremu je nosio divovski balon napunjen vodikom, koji je

letio oko Antarktike od 29. prosinca 1998. do 9. siječnja 1999.

prelazeći preko 8000 km na maksimalnoj visini od 37 km; lansiranje je

izvedeno iz baze MacMurdo, a slijetanje je bilo unutar 5 km od toga.

Pokriveno je preko 1800 kvadratnih stupnjeva neba. Antarktika je

odabrana zbog stabilnih prevladavajućih vjetrova na velikim nadmorskim visinama i, naravno, stalnog sunca. Znanstvenici su došli iz Velike Britanije,

Kanade, Italije i Sjedinjenih Država.

Rezolucija BOOMERANG slika bila je 35 puta

bolja nego kod COBE-a, i bio je prvi koji je doveo CMB u

oštar fokus. Slike su otkrile stotine složenih područja

vidljivih kao sitne varijacije ( reda veličine 0,0001 C u temperaturi

CMB-a, čime su dali poboljšane podatke za geometriju

prostorvremena što je nama s obzirom na Kozmologiju znatnoga prstena totalno nebitno)

Wilkinsonova sonda za mikrovalnu anizotropiju (WMAP), nazvana

u čast američkog fizičara Davida Wilkinsona (1935.-2002.),

lansirana je s Cape Canaverala 30. lipnja 2001. Poput COBE-a,

njegov cilj bio je izmjeriti temperaturne razlike u CMB-u, ali je

bila 45 puta osjetljivija. Nakon lansiranja, raketom Delta II,

stigla je do Druge Lagrangeove točke, 1 500 000 km od Zemlje.

Primarna reflektirajuća zrcala teleskopa su par

gregorijanskih antena od 14 m i 1,6 m (okrenutih u suprotnim smjerovima) koje

fokusiraju signale na par sekundarnih zrcala od 0,9 m i 1,0 m.

Nakon ranijih objava podataka 2003. i 2005. godine, akumulirani podaci

iz prvih pet godina rada WMAP-a objavljeni su 28.

veljače 2008., dajući vrlo precizne rezultate:

Starost svemira, 13,73 0,12 tisuća milijuna godina.

Hubbleova konstanta, 70,5 km s 1 po megaparseku.

Sastav svemira, 4,56% 0,15% obične barionske

materije, 22,8% 1,3% hladne tamne materije, 72,6% 1,5% tamne energije.

ŠIRENJE, INFLACIJA I UBRZANJE

Osvrćući se na stvaranje i najranije faze svemira,

susrećemo se s konceptima koji se čine iskreno čudnima. I ja se tu sasvim slažem sa poznatim britanskim teoretičarem Patrickom Moorom koji je na primjer istakao te čudnovatosti ali je ostao zarobljen spoznajama suvremene astronomije a bez povijesne I metafizičke svijeti o karakteru tih tčuda. Na primjer, postoji

'energija vakuuma', temeljna pozadinska energija koja postoji

čak i u prostoru koji je potpuno lišen materije. To uključuje virtualne

čestice, koje nastaju iz vakuuma u parovima čestica-anti

čestica i odmah se međusobno uništavaju. Postoji tamna

materija, koja je nevidljiva, ali koja se čini vidljivom zbog

svoje gravitacijske sile. I postoji tamna energija, za koju se smatra da je

vrlo važan sastojak svemira, ali o čijoj prirodi

ne znamo apsolutno ništa. “Sve se čini izrazito nadrealno” piše Moore.

Teorija nas može vratiti najviše 10 43 sekundi nakon Velikog praska; to se naziva Planckova era. Između 10 35 i 10 33 sekundi nakon Velikog praska došlo je inflacijsko razdoblje, kada se

veličina svemira enormno povećala, a temperatura

pala. Do 3 minute nakon Velikog praska, brzina širenja

se usporila, ali protoni i elektroni su kružili okolo,

a svemir je bio neproziran; fotoni svjetlosti nisu mogli putovati daleko

jer su bili blokirani. Ovo mračno doba trajalo je do otprilike 370 000

godina nakon Velikog praska, do kada je temperatura pala;

materija se odvojila od zračenja. Mračno doba je završilo,

a svemir ovog doba možemo proučavati našim teleskopima,

došli smo do 'površine posljednjeg raspršenja' i kozmičkog

pozadinskog zračenja.

Prve zvijezde su se formirale prije otprilike 200 milijuna do 400 milijuna godina nakon Velikog praska,

to jest prije 13,5 do 13,3 tisuće milijuna godina. Sastojale su se uglavnom od vodika,

praktički bez metala (podsjetimo se da su za astrofizičara metali

svi elementi teži od vodika i helija). Iznimno sjajne zvijezde prve generacije proizvele su teže elemente, a zatim eksplodirale kao supernove, izbacujući materijal iz

kojeg su se mogle formirati zvijezde druge generacije. Mnogo znamo

o svemiru kakav je bio nakon kraja mračnog doba,

jer ga možemo vidjeti; kvazari su posebno informativni jer

su toliko snažni.

Širenje se nastavilo, iako se čini prirodnim pretpostaviti da će se

sadašnja stopa širenja usporiti zbog gravitacijskih

učinaka. Moramo odlučiti hoće li se svemir

širiti unedogled. Postoji nekoliko alternativa. (1) Sadašnje

širenje nikada neće prestati; materija će se raspasti, ostavljajući samo izuzetno

niskoenergetsko zračenje (otvoreni svemir). (2) Unaprijed postavljena brzina

širenja će se povećavati, sve dok se svemir doslovno ne raspadne u

Velikoj pukotini. (3) Sadašnje razdoblje širenja bit će popraćeno

razdobljem kontrakcije ponovno u 'Velikom sažimanju' (zatvorenom svemiru).

(4) Veliko sažimanje bit će zapravo novi Veliki prasak, a mi imamo

ciklički svemir s Velikim praskovima koji se događaju svakih 80 milijardi godina

ili tako nekako. Kada banalnost stane da mašta!

Moramo se zapitati ima li dovoljno materije u svemiru da

zaustavi širenje. Kritična vrijednost čini se da je oko 3 atoma

vodika po kubnom metru; ako je ukupna gustoća manja od ovoga, imamo

otvoreni svemir. Ako je veća, svemir će biti zatvoren.

Omjer stvarne srednje gustoće i kritične gustoće obično se označava grčkim slovom omega (O). Ako je O veći

od 1, svemir je zatvoren. Ako je O manji od 1, svemir je

otvoren. Ako je točno 1, imamo situaciju u kojoj će galaksije

imati taman dovoljno energije da se nastave udaljavati jedna od druge zauvijek; njihove

brzine će padati sve bliže i bliže nuli, ali zapravo neće

postati nula do beskonačnog vremena u budućnosti. To se obično

naziva ravnim svemirom, jer prostor ne bi imao zakrivljenost.

Prvo razmotrimo zatvoreni svemir, s O većim od 1. Skupine

galaksija će se na kraju ponovno početi približavati; crveni

pomaci bit će zamijenjeni plavim pomacima, a temperatura

pozadinskog zračenja će porasti. Oko 10 milijardi godina prije

Velikog skupljanja ukupna temperatura će se vratiti na

svoju sadašnju vrijednost (3 K). Sto milijuna godina prije Velikog

Sažimanja, galaksije će se spojiti i izgubiti svoj zasebni identitet.

Milijun godina prije kraja, cijeli svemir bit će topliji

od današnje temperature Zemljine površine.

Oko 100 000 godina prije sažimanja, temperatura svugdje

bit će oko 10 000 K, toplija od površine Sunca;

zvijezde će eksplodirati, a cijeli svemir će postati neproziran,

sastojeći se od mase plazme zajedno sa zračenjem. Stotinu

sekundi prije sažimanja, atomske jezgre će se raspasti na

protone i neutrone. Kada dođe sažimanje, to bi mogao biti kraj

svega, jer će samo vrijeme prestati.

S cikličkim svemirom, sažimanje će biti popraćeno još jednim

Velikim praskom, a ciklus će ponovno započeti; to bi se moglo dogoditi u

beskonačnom broju navrata, iako se tvrdilo da

će uzastopni ciklusi postajati sve manje energetski i da će

na kraju izumrijeti. “ Iskreno, svedeni smo na čistu spekulaciju

kada pokušavamo riješiti koncepte ove vrste. Moramo priznati da

ne znamo dovoljno o silama prirode.” ( Patrick Moore ,The data book of astronomy str. 363-367)

No, istraživanja provedena posljednjih godina čini se da donekle idu

k isključivanju zatvorenih ili cikličkih svemira. Kao što smo primijetili,

gravitacijski učinci trebali bi usporiti brzinu širenja

svemira, ali sada se čini da se brzina zapravo povećava.

Živimo u ubrzavajućem svemiru.

Prvi dokazi došli su od supernova tipa Ia, koje sve

imaju iste vršne luminoznosti. Godine 1998., dva odvojena istraživačka

projekta, Supernova Cosmology Project i High Redshift

Supernova Search, otkrila su da su supernove tipa Ia u udaljenim,

galaksijama s visokim crvenim pomakom sustavno slabije, a time i

udaljenije, nego što bi se očekivalo da se brzina širenja

svemira usporavala. Umjesto toga, brzina se povećava. Očito se stopa širenja usporila nakon Velikog praska, ali kada je svemir dosegao otprilike polovicu svoje sadašnje veličine i starosti, ograničavajuću gravitaciju prevladala je tajanstvena odbojna sila 'tamna energija', što je rezultiralo ubrzanjem širenja. Godine 1997. otkrivena je supernova tipa Ia u tamnoj eliptičnoj galaksiji, čija je udaljenost naknadno procijenjena na 11,5 tisuća milijuna svjetlosnih godina. Analiza prividnog sjaja i crvenog pomaka ove supernove implicira da se u vrijeme kada je eksplodirala, a svemir je bio manji od 40% svoje sadašnje starosti, širenje i dalje usporavalo. Čini se da to implicira da se stopa širenja nastavila usporavati sve dok svemir nije bio otprilike

polovice svoje sadašnje starosti, a tek tada je počeo ubrzavati. Dokazi za ubrzanje možda nisu konačni, ali su svakako vrlo

jaki. Einstein je jednom uveo odbojnu silu u svoje jednadžbe, nazvavši je kozmološkom konstantom, ali ju je kasnije napustio, pa čak i nazvao svojom „najvećom pogreškom“. Budući da se čini da tamna energija ima isti učinak kao i kozmološka konstanta, vrlo je moguće da je, kao i obično, Einstein bio u pravu.

ALTERNATIVNE TEORIJE

S vremena na vrijeme koncept Velikog praska bio je osporavan. Godine 1947. Hermann Bondi i Thomas Gold u Cambridgeu predložili su hipotezu stacionarnog stanja, prema kojoj

je Svemir oduvijek postojao i postojat će zauvijek. Kako stare galaksije umiru, zamjenjuju ih nove, spontano stvorene iz

Ništa u obliku vodikovih jezgri; brzina stvaranja bila bi toliko spora da bi bila neotkrivena . Iz toga je slijedilo da bi svemir uvijek izgledao

isto kao i danas; putnik kroz vrijeme koji se vraća za milijun

milijuna godina vidio bi isti broj zvijezda i galaksija kao i mi, iako to ne bi bile iste zvijezde i galaksije.

Međutim, gledajući unatrag na objekte tisućama milijuna svjetlosnih

godina udaljene, gledamo unatrag u prošlost i otkrivamo da

aspekti i raspodjela galaksija nisu isti što su nam bliže;

zapravo, svemir nije u stabilnom stanju. Teorija je konačno

napuštena otkrićem kozmičkog pozadinskog zračenja. Nije tako lako osporiti ideje Haltona Arpa, vodećeg američkog kozmologa, koji je stvorio slike kvazara i galaksija koje su jasno spojene svjetlećim 'mostovima' i koje su vjerojatno povezane, ali koje imaju potpuno različite crvene pomake. Arp tvrdi da pomaci nisu čisti Dopplerovi

efekti, već postoji važna komponenta koja nije brzina, tako da su

sve naše mjere udaljenosti izvan Lokalne skupine pogrešne; čak je i predložio da bi kvazari mogli biti izbačeni iz pojmova za

galaksije. Ovo je vrlo nepopularno gledište kod većine kozmologa,

možda zato što bi, da je točno, mnoge doktorske disertacije bile

predane otpadu, a Arpu je izgubio posao na

velikim američkim teleskopima koje je koristio jer je

postigao neugodne rezultate (sada radi u Max

Planck institutu u Njemačkoj).

Tu je i MOND (Modificirana Newtonova dinamika),

koju je 1981. godine izvorno predložio izraelski kozmolog Mordehai

Milgrom. To naglašava da ako objasnimo kretanje zvijezda i galaksija uvođenjem tamne materije i tamne energije, onda 95%

Svemira upravljaju komponente o kojima smo

potpuno neupućeni i ne možemo izbjeći sumnju i ono što se često

nazivamo izmišljotinama ! MOND uključuje modifikaciju Newtonovog

Drugog zakona dinamike, a to može objasniti mnoge

opažane učinke bez ikakve potrebe za sablasnim silama koje ih pokreću.

Dovođenje Newtonove dinamike u pitanje zvuči kao najekstremniji

oblik hereze, ali MOND je privukao znatnu podršku i

još nije donijeta konačna odluka u pogledu njegove znanstvene vrijednosti.