Teorija strun in dimenzije v prostoru

Down the Rabbit Hole

7c. In kaj je bilo pred velikim pokom?

leave a comment »

Vprašanje, kaj je bilo pred velikim pokom, običajno spravi v slabo voljo večino astrofizikov. Stephen Hawking pravi, da je podobno vprašanju, kaj je bolj severno od severnega tečaja. Njegov kolega Roger Penrose ima na to vprašanje nov odgovor: prostor-čas se ni nujno začel z velikim pokom.

Po njegovi teoriji morda živimo v enem izmed obdobij tako imenovanega cikličnega vesolja. Konec septembra je izšla nova knjiga Ciklusi časa ( Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe , Bodley Head 2010), v kateri Roger Penrose pojasnjuje, kaj pomeni ciklično vesolje ( Conformal Cyclic Cosmology ). Čeprav gre šele za tezo, se zdi, da bi lahko bila v marsičem prelomna, če ji bo v prihodnje sledila natančna teorija. Penrose namreč napoveduje, da bi se morda lahko izognili zagati, v kateri so fiziki, ko se pri velikem poku srečajo s pojmi, kot sta neskončna temperatura in neskončna gostota.

Profesor matematike na oxfordskem matematičnem inštitutu Roger Penrose je cenjen znanstvenik. Med drugim je dokazal, da se zvezda, ki se sesede prek določene meje, ne more več razširiti, kar je bilo tedaj veliko odkritje. Namesto tega se pojavi singularnost v prostoru in času – to je tista točka, v kateri se čas ustavi in zakoni fizike ne veljajo več. »Vesolje ne obstaja samo po naključju. Mislim, da je v obstoju vesolja nekaj mnogo globljega, o čemer lahko ta hip le slutimo.« Če malce poenostavimo teorijo velikega poka, lahko rečemo, da predpostavlja začetek vesolja v neskončno vroči, gosti in homogeni fazi, ki se je s širjenjem in gravitacijo razvilo v to, kar lahko opazujemo danes. Ker si fizika s pojmom neskončnost ne more pomagati, ostaja nejasno, kaj se je zgodilo v tistih prvih trenutkih. Če bi se izkazalo, da bi se Penrosova teorija o cikličnem vesolju lahko izognila tej zagati, bi bilo to že veliko. Poglejmo njegovo tezo.

Ko singularnost pomete s fiziko

Fizika s slovito Einsteinovo enačbo vred se pred singularnostjo preprosto vda. Vendar to še ne pomeni, da je bil veliki pok pred 13,7 milijarde let začetek vesolja, pravi Penrose. Če v veliki pok vpletemo drugi zakon termodinamike, ki pravi, da se količina nereda, ki ji fiziki pravijo entropija, povečuje s časom, bi morda lahko našli odgovor. Takoj po velikem poku bi morala biti entropija največja, kako naj bi se potem še povečevala? Razen če ni obstajalo nekaj, kar bi pred tem omogočilo majhno entropijo ob rojstvu vesolja …

Začetek in konec določene dobe v vesolju sta enaka: v obeh trenutkih obstajajo le brezmasni delci, je prepričan Penrose. V neki zelo oddaljeni prihodnosti, ko se bo vesolje razširilo do skrajne točke, bodo črne luknje pogoltnile vse: od najmanjših delcev do največjih galaksij. Potem bodo črne luknje ena za drugo izgubljale energijo in se počasi izsevale v obliki brezmasnih delcev. Vesolje bo z njihovim izginotjem izgubljalo informacije. Ker pa so informacije povezane z entropijo, se bo ta zmanjševala s smrtjo vsake črne luknje.

Težava pri brezmasnih delcih je v tem, da zanje čas ne obstaja. Ne moremo govoriti o tem, da so bili, temveč le da so in se raztezajo v večnost. Pri čemer si seveda težko predstavljamo večnost, v kateri ne tiktakajo ure. Tu Penrose postreže z zapletenimi matematičnimi izračuni, ki naj bi dokazovali, da obdobje brezmasnih delcev pomeni tudi konec – časa. »Naše vesolje je le eon v nepretrgani vrsti eonov,« zapiše Penrose v svoji knjigi, pri čemer je eon mišljen kot obdobje enega vesolja.

V kaj verjame večina astronomov

V astronomiji je težko postavljati nespodbitne trditve, vendar lahko rečemo, da danes večina znanstvenikov na tem področju verjame:
– da je bilo vesolje pred 13,7 milijarde let izjemno gosto in vroče, vsa materija pa v obliki nekakšne prajuhe iz ultrarelativističnih delcev, iz katerih je nastalo vesolje, kot ga opazujemo danes;
– da ga zdaj sestavlja približno 74 odstotkov temne energije, 22 odstotkov temne snovi in 4 odstotki barionske snovi;
– da se je prasevanje po prostoru razširilo 380.000 let po velikem poku;
– da so se prve zvezde pojavile 200 milijonov let po velikem poku;
– da se bo vesolje še naprej pospešeno širilo.

Roger Penrose pa v svojem novem delu postavlja naslednje teze:
– veliki pok ni bil edini;
– prostor-čas se ni pojavil hkrati z velikim pokom;
– živimo v cikličnem vesolju, kjer vsakemu eonu sledi novi;
– inflacijski model najverjetneje ne drži.

Sredi novembra se je na spletni strani arxiv (http://arxiv.org/abs/1011.3706 ), kamor predvsem fiziki in matematiki že vrsto let pošiljajo članke, da jih pred objavo preberejo in komentirajo njihovi kolegi, pojavil članek, ki sta ga podpisala armenski fizik Vahe Gurzadyan in Roger Penrose. Pred nas postavljata novo podobo vesolja. Povedano na kratko: znatne spremembe temperature prasevanja, ki se pojavljajo v koncentričnih krogih (odkrila sta jih na zemljevidu WMAP o porazdelitvi mikrovalovnega sevanja ozadja), bi lahko pomenile, da je mogoče pogledati celo izza velikega poka.


Dokaze za te trditve je priskrbel armenski fizik Vahe Gurzadyan. Ta je v svoji analizi uporabil podatke o prasevanju, ki jih je priskrbel satelit WMAP. Podatke so obdelali računalniki in razlike v izmerjenih temperaturah potem na zemljevidu obarvali z različnimi barvami. Vprašanje, kako to, da se Roger Penrose pojavlja kot soavtor z malo znanim armenskim fizikom, se zastavi samo po sebi. Bi lahko Gurzadyan izkoristil slavno ime 79-letnega fizika? To bi lahko ocenil le strokovnjak s tega področja. Dr. Anže Slosar, ki je trenutno v ZDA, kjer dela v Brookhavenskem nacionalnem laboratoriju, je tako prijazen, da članek prebere. Njegova ocena ni ravno spodbudna.

Anže Slosar o članku

»Penrosove knjige nisem prebral, vem pa, da gre za poljudnoznanstveno delo in ne za strokovni članek z matematično implementacijo fizikalnega vpogleda. Zadeva je nekako še na ravni ideje. Težava je v tem, da bi ta ideja pravilno delovala le, če bi teorijo splošne relativnosti posplošili na prav poseben način. Take posplošitve v matematični obliki ni še nihče napisal. Glede članka z Gurzadyanom na arxivu pa lažje sodim, ker sem tudi sam delal na podobnem področju. Ta članek je šibek in precej poenostavljen. V prasevanju so aposteriori statistike velik problem: navidezne anomalije, ki jih opazi človeško oko, imajo pogosto visoko statistično verjetnostjo, toda ravno zato jih je oko izbralo. Poleg tega pogrešam podrobnejšo analizo vpliva ospredij, obstoječih korelacij v prasevanju in instrumentalnemu šumu. Dvomim, da ga bo v taki obliki objavila kakšna ugledna revija.«

Ni malce nenavadno, da bi lahko armenski fizik kar takole naplahtal slavnega fizika? »Ne boste verjeli, toda to je precej bolj enostavno, kot se sliši. Med teorijo in eksperimentom zeva v današnji znanosti precej velik prepad. Penrose sodi še v starejšo generacijo fizikov in ni dobro seznanjen z moderno kozmologijo. Točno vemo, kdo so tisti, ki na posameznih področjih najbolje vedo, kaj delajo. In ko eden izmed teh napiše ali pove kaj zanimivega, se vsi nemudoma obesimo na to. Sledi poplava člankov, razlag, nadaljnjih eksperimentov ipd. Če pa zadeva ne stoji, se za članek pač nihče ne zmeni, kajti tudi kritiziranje vzame čas,« pravi Slosar.

Pogled v obličje Boga

Prasevanje je po mnenju znanstvenikov nekakšen ostanek velikega poka. V devetdesetih letih so ugotovili, da se temperatura tega sevanja malce spreminja med različnimi smermi na nebu v enem delu od stotisočih. Te fluktuacije naj bi bile naključne in segajo v obdobje širjenja vesolja, ki se je začelo nekaj delčkov sekunde po velikem poku. Penrose in Gurzadyan domnevata, da so krogi nastali kot posledica trkov supermasivnih črnih lukenj, ki so pri tem oddale silovite izbruhe energije. Kar pa je pri teh krogih najbolj nenavadno, kažejo njuni izračuni, je naslednje: nastati bi morali pred velikim pokom.

Prasevanje je izjemno pomembno za kozmologijo, ker je nastalo v zgodnjem vesolju, ko so bile fluktuacije v gostoti še majhne in je zato skoraj vse mogoče izračunati zelo natančno. Poleg tega prihaja prasevanje s tako velikih razdalj, da vidimo, kako je vesolje videti na izjemno velikih dolžinah. V trenutnih meritvah prasevanja je nekaj manjših anomalij, toda standardni model vesolja se kljub temu še vedno obnese, je prepričan Anže Slosar.
Ko je Stephen Hawking pred leti videl posnetke Nasinega satelita COBE, ki je prvi izmeril spekter sevanja kozmičnega ozadja in tako omogočil vpogled v starost vesolja, galaksij in zvezd, je ves navdušen izjavil, da gre za »odkritje stoletja, če ne vseh časov«. Ameriški astrofizik in nobelovec George Smoot pa je celo dejal, da je to »nekaj podobnega, kot bi gledal v obličje Boga«.

Kozmologi običajno nimajo posebnih težav, ko gre za vprašanje, kako je nastalo vesolje. Leonard Mlodinow, ob Hawkingu soavtor knjige Veliki načrt , ki je še pred izidom sprožila burne razprave o vlogi Boga pri nastanku vesolja, je pred kratkim povedal: »Nikoli nisva trdila, da sva dokazala, da Bog ne obstaja. Niti nisva rekla, da imava dokaze, da Bog ni ustvaril vesolja. Fizikalne zakone lahko zavoljo mene imenujete tudi Bog. Če menite, da je Bog utelešenje kvantne teorije, tudi prav.«

Večini kozmologov se zdi teorija velikega poka še najbližja tistemu, s čimer bi lahko opisali začetek vesolja. Ali je bil to resnični začetek, pa seveda nihče ni povsem prepričan. Sloviti astronom Fred Hoyle, ki je vneto nasprotoval teoriji velikega poka, je govoril o nekakšnem črednem gonu: »Teorije so močno odvisne od tega, kako jih sprejemajo ljudje, ki jih presojajo. Poznamo pojav, da se tam, kjer so vpletene sodbe, ljudje združujejo. Če začnete s polovico ljudi, ki zagovarjajo kako sodbo, jim kmalu pritegne drugi del. To je nekakšen čredni gon. Mislim, da verjetno izvira iz časov, ko je človek lovil živali.«

Povej mi, kako je nastalo 
vesolje …

Avstrijski znanstvenik in filozof Heinz von Foerster je menda rekel: Povej mi, kako je nastalo vesolje, in povedal ti bom, kdo si. Mož, ki je vztrajno dokazoval, da sta resnica in realnost le konstrukt opazovalca, je pred predavanjem na ameriški univerzi Stanford opazil napis: Povej tako, kot je . To ga je navdihnilo, da je svoje predavanje začel z besedami: »Dame in gospodje, veselilo me je prebrati vaš moto, a moram vam sporočiti, da bi ga morali zamenjati. Moto bi se namreč moral glasiti: Je tako, kot povemo .«

Povemo pa lahko marsikaj. Še posebej tedaj, ko gre za velike dispute o pravilnosti te ali one nove teorije, ki vselej spodbija staro. Primerov je na pretek. Werner Heisenberg v svoji knjigi Del in celota nazorno opisuje prepad med zagovorniki kvantne fizike in velikimi fiziki z začetka 20. stoletja. Niels Bohr je Erwina Schrödingerja, ki se mu je posrečilo dokazati, da je njegova valovna mehanika ekvivalentna kvantni mehaniki, pri čemer da gre le za dve različni matematični formulaciji istega, do onemoglosti prepričeval, da ne gre za eno in isto. »Če naj res ostanemo pri tem preklicanem kvantnem skakanju, mi je žal, da sem se sploh kdaj ukvarjal s kvantno teorijo,« je po treh dneh utrujajočih razprav v Københavnu menda dejal izmučeni Schrödinger. Sicer pa še ni preteklo stoletje od tedaj, ko je Paul Ehrenfest svojemu slovitemu kolegu in prijatelju Albertu Einsteinu dejal: »Sram me je zate; proti novi kvantni teoriji se namreč bojuješ s prav takšnim dokazovanjem, kot ga proti relativnostni teoriji uporabljajo tvoji nasprotniki.« Nič ni pomagalo, da je Bohr njegovemu vztrajnemu ponavljanju, češ da Bog ne kocka, ugovarjal z logično ugotovitvijo, da naloga fizikov vendar ni predpisovanje Bogu, kako naj uravnava vesolje.

Prepad med svetom newtonske fizike in zakoni kvantne mehanike je še danes globok. Izraze, ki jih uporabljajo kvantni fiziki, sicer lahko prikrojimo za uporabo v vsakdanjem življenju, vendar imajo povsem drug pomen. Sestavljeni smo iz subatomskih delcev, ki se obnašajo po zakonih kvantne mehanike, živimo pa v svetu Newtonove mehanike, kar je svojevrsten paradoks. Dveh različnih sistemov fizike, ki ju opisujeta dve različni vrsti matematike, ni uspelo približati še nikomur. In tu se moramo znova spomniti Rogerja Penrosa, ki je s Stuartom Hameroffom pred leti s teorijo kvantne zavesti v znanstvenih krogih povzročil precej razburjenja.

Vesoljski um, ki zapoveduje atomom

Znanost že nekaj časa ni več najhujši nasprotnik nauku Katoliške cerkve. To je zdaj new age – novodobna religioznost, za katero pravijo, da temelji na štirih stebrih: znanstvena podstruktura, vzhodna verstva, nova psihologija in astrologija. V Katoliški cerkvi pravijo, da je lahko velika nevarnost za tiste, ki krščanstva ne poznajo dovolj ali je to premalo koncilsko. New age resda nagovarja ljudi s sodobnim besednjakom, vsebinsko pa ostajajo njegovi apostoli na ravni srednjeveške sholastike. Poglejmo primer. »Um je kot oblak elektronov, ki obdaja jedro atoma. Dokler ni opazovalca, nimajo elektroni nobene fizikalne identitete, gre le za amorfen oblak. Na enak način si lahko predstavljamo, da obstaja nekakšen oblak možnosti, sestavljen iz besed, spominov, idej in podob, ki je v vsakem trenutku odprt za naše možgane. Na znak, ki ga sproži um, se ena izmed teh možnosti spusti iz našega oblaka in postane misel v možganih, prav tako kot se energijski val prelije v elektron,« pridiga eden izmed najbolj razvpitih gurujev novodobnosti Deepak Chopra.

Lepo. Zdaj nas mora le še prepričati, da se nekaj podobnega dogaja tudi na zvezdi, ki omogoča življenje na Zemlji. Da torej atomi vodika čepijo na Soncu v oblaku možnosti in se ne zganejo, dokler jim neki vesoljski um ne namigne, naj se združijo in ustvarijo atome helija, ki bodo potem greli naš planet. Običajni zakoni fizike so za to povsem dovolj. Spreminjanje vodikovih atomov v helijeve je pač fizikalni proces na Soncu in težko bi se pustili prepričati, da atomi tega ne bi počeli, če v vesolju ne bi bilo nikogar, ki bi to opazoval …

 

MR, Delo

Written by otiss

december 11, 2010 at 12:01 popoldan

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Komentirate prijavljeni s svojim WordPress.com računom. Log Out / Spremeni )

Twitter picture

Komentirate prijavljeni s svojim Twitter računom. Log Out / Spremeni )

Facebook photo

Komentirate prijavljeni s svojim Facebook računom. Log Out / Spremeni )

Google+ photo

Komentirate prijavljeni s svojim Google+ računom. Log Out / Spremeni )

Connecting to %s

%d bloggers like this: