Thursday, December 23, 2010

Na početku beše uvod II deo...


Naime, pošto se razvila veoma burna diskusija u komentarima, odlučio sam da ipak napišem nešto više o samom širenju svemira, a narednom prilikom da pišem o tome šta je bilo pre Velikog Praska.
Često su mi prijatelji govorili da je svemir u knjigama koje su čitali definisan kao "sve što postoji". Ako je ta definicija ispravna i svemir se širi, u šta se on onda širi? Po logici stvari bi se morao širiti u još svemira. Crveni pomak u spektru kaže da se stvari udaljavaju od nas, ali je to "plutanje" a ne širenje.
Barem tako misle neki od tih mojih prijatelja.
"Velika je greška misliti da je sve otkriveno, isto kao što je velika greška misliti da je horizont granica sveta." – Antoan Merin Lemije (Antoine Merin Lemierre)
"Granice su, zapravo glavni faktor u prostoru, kao što je sadašnjost, još jedna granica, glavni faktor u vremenu." – Eduardo Čilida (Eduardo Chillida)

Kao što sam rekao u prethodnom postu ovo je veoma interesantno i dobro pitanje na koje nije nimalo lako dati zadovoljavajući odgovor, što nam i sama diskusija koja se razvila govori. Sledi malo poduže objašnjenje, no ako ste želeli da vidite kratko, evo ga: ako je svemir beskonačno veliki, odgovor je da se ne širi u ništa; umesto toga dešava se sledeće; svaki region svemira, svako rastojanje između bilo kog para galaksija biva "rastegnuto", ali ukupna veličina svemira je bila beskonačno velika i ostaje beskonačno velika kako vreme prolazi, tako da se veličina svemira per se ne menja, te se stoga svemir ne širi u ništa. Ukoliko, sa druge strane, imamo svemir koji ima konačnu veličinu, onda bi moglo biti legitimno tvrditi da postoji nešto

van svemira u šta se taj svemir širi. No ipak, pošto smo mi, po definiciji, zaglavljeni u prostoru koji sačinjava naš svemir i nemamo nikakav način da posmatramo bilo šta van njega, na ovo pitanje postaje nemoguće dati naučni odgovor. Tako da bi odgovor u tom slučaju bio da mi zaista ne znamo u šta, ako uopšte to nešto postoji, se naš svemir širi.


A sada da se pozabavimo sa onima koji su malo radoznaliji i zbog kojih je ovaj post i nastao na prvom mestu.
Počećemo tako što ću reći da širenje (ekspanzija) nije baš najbolja reč da bismo opisali šta se dešava sa svemirom, iako se ta reč veoma koristi – izbor te reči za ovu problematiku veoma doprinosi stvaranju nepotrebne zabune u vezi sa, već i ovako, teškom tematikom. Mnogo bolja i preciznija reč za opis onoga što se dešava sa svemirom bi mogla biti "rastezanje".

Razlika između pojmova "širenje" i "rastezanje" je da "svemir koji se širi" stvara sliku gde imamo gomilu galaksija koje plutaju u prostoru, pri čemu su sve krenule iz jedne centralne tačke i sada se udaljavaju od te tačke veoma velikim brzinama. Stoga, kolekcija galaksija koju zovemo svemir se širi i sasvim je ispravno i legitimno pitati u šta.
Trenutno važeće teorije svemira nam, zapravo, kažu da to nije ispravna slika niti ona koju bismo mi trebali stvarati u našim glavama. Umesto toga, galaksije su u neku ruku stacionarne – ne kreću se kroz prostor na način na koji se lopta kreće kroz vazduh. Galaksije jednostavno stoje tamo gde su. No ipak, kako vreme prolazi, prostor među galaksijama se "rasteže", nalik na ono što se dešava kada bismo uzeli komad ravne gume i vukli sa obe strane. Iako se galaksije nisu uopšte pomerile kroz prostor, one se udaljavaju jedna od druge kako vreme protiče jer se prostor između njih rastegao.
Naravno kada razmišljamo o prostoru u svakodnevnom smislu, ne rezamišljamo o njemu kao o nečemu što se može rastezati. Prostor nama deluje kao nešto što je tamo , i unutar čega sve u svemiru postoji. Ali po Ajnštajnovoj Opštoj teoriji relativnosti, prostor nije tako jednostavan kao što nam naša čula govore. Ukoliko zaista želimo da razumemo na koji način funkcioniše svemir, moramo naći način da usadimo Ajnštajnove ideje u naš način razmišljanja i mentalnu sliku, te da zamislimo prostor kao komplikovaniji entitet sposoban da se savija i rasteže.
Da bismo uspeli u tome, mnogi ljudi su došli do analogija za svemir u kojima je prostor predstavljen nečim materijalnijim, opipljivijim. Na primer, postoji analogija sa ravnim parčetom gume ili sa balonom o kojima je već bilo reči. Mada je posebno slikovita analogija koja uključuje zamišljanje svemira kao gigantske grudve testa. Unutar testa je gomila suvog grožđa (grožđica) raspoređenog unaokolo. Testo predstavlja prostor, a suvo grožđe galaksije. Ovu analogiju je osmislio Martin Gardner u njegovoj knjizi iz 1962., Relativnost za milione. Nemamo predstavu koliko je to testo veliko u ovom trenutku – samo znamo da je VEOMA veliko, i mi, sedeći na jednoj grožđici negde unutra, smo toliko daleko od "ivice" da ona ne može imati nikakav uticaj na nas ili ono što vidimo.

Sada, neko je stavio testo u pećnicu i ono počinje da se širi. Grožđice se međusobno udaljavaju, ali u odnosu na testo se uopšte ne pomeraju – iste čestice testa koje su oko grožđice na početku će uvek biti oko te grožđice. To je ono što podrazumevam kada kažem da se galaksije uopšte ne kreću kroz prostor dok se svemir širi – ovde se grožđice ne kreću kroz testo, ali se ipak udaljenost među njima povećava.
Ova nova slika svemira koju tražim od vas da zamislite je na praktičnom nivou veoma drugačija od stare slike po kojoj se galaksije udaljavaju kroz prostor od neke favorizovane centralne tačke. Mnogi koncepti i definicije koji su nam se činili jednostavnim u staroj slici su sada mnogo komplikovaniji. Daću tri primera:
Koliko je rastojanje između dve galaksije?
Po staroj verziji ovo je pitanje sa teorijski veoma lakim odgovorom (mada ne nužno i praktično!). Samo uzmite džinovsku traku za merenje i jedan njen kraj fiksirajte za neku tamo udaljenu galaksiju i potom se vratite u našu galaksiju i držite se čvrsto. Kako se galaksija udaljava tako odmotava traku i onda preostaje samo da čitamo vrednosti sa trake; milijardu svetlosnih godina, milijardu i po, dve milijarde, itd.

No u našoj novoj verziji svemira sa grožđicama i testom, traka za merenje se neće uopšte pomerati kako se svemir širi, jer se galaksije zapravo ne pomeraju međusobno! Umesto toga će stalno biti na rastojanju od milijardu svetlosnih godina. Bili biste potpuno u pravu kada biste rekli da se rastojanje među galaksijama nije promenilo sa protokom vremena. No kada opet obratimo pažnju na traku za merenje, primetićemo nešto neobično; usled rastezanja prostora i traka se rastegla i ukoliko je uporedimo sa identičnom trakom za merenje koja je bila u našem džepu svo vreme primetićemo da su oznake na korištenoj dva puta udaljenije nego što su bile. Koristeći traku za merenje iz džepa kao referentnu, sada bismo rekli da je galaksija udaljena dve milijarde svetlosnih godina, iako je prva traka izmerila da je udaljena milijardu svetlosnih godina. Kao što vidite, koncept "udaljenosti" u ovoj novoj verziji svemira je nešto komplikovaniji nego u staroj verziji! Nejasno je da li se svemir kao celina zaista "širi" – sve što zaista merimo je rastezanje prostora između svakog para galaksija. (Obratite pažnju da bi trebalo da imamo "imaginarnu" traku za merenje čiji atomi se zapravo ne drže zajedno zahvaljujući međumolekularnim silama, da bi gore opisani scenario funkcionisao.)

(Usput, ova analogija sa trakom za merenje je veoma slična onome što se dešava sa svetlošću kada putuje između galaksija. Kada je svetlost emitovana iz jedne galaksije i putuje kroz prostor do druge galaksije, tokom svog putovanja kroz prostor i svetlost će takođe biti rastegnuta, uzrokujući to da ima veće talasne dužine i stoga da njena boja bude više pomerena ka crvenom delu spectra. Ovo je razlog zašto mi vidimo crveni pomak kada gledamo udaljene galaksije, i merenja tog crvenog pomaka nam omogućavaju da procenimo udaljenost do tih galaksija.)
Gde je centar svemira?
Po staroj verziji je lako reći gde se nalazi centar svemira – to je tačka u prostoru od koje se udaljavaju sve galaksije. Po novoj verziji, odogovor na ovo pitanje nije toliko očigledan. Zapamtite, galaksije se ne udaljavaju međusobno – one miruju! Vratimo se na analogiju sa testom – čak i ako je ono veoma, veoma veliko postoji tačka koja se može nazvati geometrijskim centrom. Ali ova definicija (odrednica) nam i nije od neke preterane koristi. Pošto testo predstavlja prostor u kom živimo, ne postoji način da vidimo van tog testa da bismo stekli utisak o obliku i zaključili gde je centar. Tako da ukoliko smo zaglavljeni unutar testa i nemamo načina da vidimo ništa sem testa, i ukoliko smo daleko od "ivica" tako da ne možemo da ih vidimo i one nemaju nikakvog uticaja na nas, onda koja je razlika između tačke u kojoj se mi nalazimo i tačke koja je zaista geometrijski centar grudve testa? Odgovor je da ta razlika ne postoji, uopšte. Koncept "centra svemira" gubi svo svoje značenje, tako da uopšte ne razmišljamo o njemu.

U stvari, možemo otići i korak dalje i zamisliti da centar uopšte ne postoji! Kako? Šta ako umesto što je testo veoma, veoma veliko, ono je zaista beskonačno veliko – tj. možete zauvek hodati po pravoj liniji i nikada ne stići do mesta gde testo završava. U tom slučaju zaista ne bi postojao centar svemira – jedini način za definisanje centra je postojanje i obeležavanje ivica i nalaženje tačke koja je na podjednakoj udaljenosti od svih njih. Tako da ukoliko je svemir beskonačno velik i nema ivice, onda takođe nema ni centar, pa čak ni teorijski.
U šta se svemir širi?
Konačno, vraćamo se na prvobitno pitanje. U našoj staroj verziji svemira odgovor bi bio jednostavan, iako veoma nezadovoljavajuć. Galaksije koje čine svemir se kreću kroz prostor; stoga svemir se širi u još više prostora nego što je do tada obuhvatao. Međutim, po našoj novoj verziji galaksije su grožđice raspoređene kroz testo – njihovo postojanje je krajnje nebitno za pitanje širenja svemira. Ono što nas interesuje je testo i da li ono ima ili nema granicu.

Ukoliko ima granicu, onda je legitimno pitati šta je to van te granice u šta se svemir širi. Ali za naš svemir to je veoma komplikovano pitanje! Granica na ivici testa predstavlja ivicu prostora. Po definiciji, mi postojimo unutar prostora i nemamo načina da isti napustimo! Stoga mislimo da ne postoji način da vidimo ili izmerimo šta je iza, izuzev ako nije imalo neki uticaj na nas za koji ne znamo trenutno. Bilo bi veoma čudno zamisliti stizanje na kraj svemira. Kako bi to npr. moglo da izgleda? To su pitanja na koja je nemoguće dati naučno validan odgovor, tako da je prost odgovor: "Ne znamo!" Sve što znamo je da, bazirano na našim trenutnim znanjima teorijske kosmologije, svemir nema granicu – ili je beskonačan ili se na neki način obmotava sam oko sebe. Posmatranja se slažu sa ovim predviđanjima u smislu da ukoliko svemir ima granicu, mi znamo da je ona toliko daleko od nas da je ne vidimo niti ima bilo kakav uticaj na nas.
Ukoliko je svemir zaista beskonačan, onda prost odgovor na originalno pitanje glasi da svemir nema u šta da se širi. Razmišljanje o beskonačnosti je uvek bilo komplikovano, no dobra analogija se može postići pomoću proste matematike. Zamislite da imate listu brojeva 1,2,3 itd. sve do beskonačno. Sad svaki od tih brojeva sa liste pomnožite sa dva, tako da ćete sada imati 2,4,6 itd. sve do beskonačno. Rastojanje među susednim brojevima na vašoj listi se "rasteglo" (sad je 2 umesto 1) ali možete li reći da se ukupan niz brojeva "proširio"? Počeli ste sa brojevima koji idu do beskonačno, ali ste i završili sa brojevima koji idu do beskonačno. Ukupna veličina je ista! Ukoliko ovo brojevi predstavljaju rastojanja među galaksijama u beskonačnom svemiru, onda je ovo dobra analogija zašto se svemir ne mora nužno širiti ako se rasteže.

Konačno, treba istaći da se sve u svemiru nužno ne razvlači ili širi na način da se prostor među udaljenim galaksijama rasteže. Npr. vi i ja se ne širimo, Zemlja se ne širi, Sunce se ne širi, čak se ni cela naša galaksija ne širi. To je zato što na ovim, relativno malim, skalama efekat rastezanja svemira je potpuno nadvladan drugim silama (gravitacijom galaksije, Sunca, Zemlje, atomskim silama koje drže ljudska tela na okupu). Samo kada pogledamo na dovoljno velikim skalama u svemiru efekat rastezanja svemira postaje uočljiv iznad efekata lokalne gravitacije i drugih sila koje teže da drže stvari na okupu. (ovo je razlog zašto je u analogiji sa trakom za merenje ona koja je bila u džepu ostala nerastegnuta, dok se druga rastegla).

Wednesday, December 22, 2010

Na početku beše uvod...


Kao i na svakom početku i na ovom mora postojati neki uvod. Ovaj će biti iskorišten da Vas ukratko uputi u tematiku bloga. Kao što se može videti iz naslova i opisa istog, ovde ćemo se baviti uglavnom astronomijom (onim zanimljivim pitanjima iz nje), filozofijom, fotografijom, fantastikom i mitologijom. To su stvari koje me veoma zanimaju, ali nisu isključene ni ostale teme i pitanja.

Da započnemo sa jednom filozofskom mišlju u skladu sa prvim postom: "Granica nije ono gde nešto prestaje već, kako su to stari Grci primetili, granica je ono gde nešto počinje svoje postojanje." – Martin Hajdeger

Počeću sa pitanjem koje mi je u nekoliko navrata postavilo nekoliko mojih prijatelja, i u nekoliko narednih postova ću se baviti tim pitanjem. Pitanje deluje prosto, ali nije ni malo lako dati dovoljno zadovoljavajuć odgovor.
Pitanje glasi: "Šta se nalazi na kraju svemira?"


Odgovor nažalost nije ni izbliza tako kratak kao pitanje. I ne, nije u pitanju Restoran iz knjige Daglasa Adamsa "Autostoperski vodič kroz galaksiju", iako bi bilo lepo da jeste.

Možda će nekima ovo zvučati kao razočarenje, ali šta je tu je. Ne postoji nešto što bismo mogli nazvati krajem svemira. Postoje tri mogućnosti za oblik svemira.
Prva. Svemir može imati nešto što se u prirodnim naukama (matematika, fizika i srodne discipline) zove pozitivna zakrivljenost, poput one kod sfere. U ovom slučaju svemir je "zatvoren" i ima konačnu veličinu, ali bez granice, poput balona ili lopte. Naravno, sad će se naći i neko ko će malo da cepidlači pa će reći: "ali balon ima granicu, otvor kuda mu se ubacuje vazduh." Ovo je čisto fenomenološka analogija, da se stekne neki osećaj o čemu se govori, da ne bude puki matematičko-fizičarski žargon. U zatvorenom svemiru možete, u principu, leteti svemirskim brodom dovoljno daleko u jednom pravcu i vratiti se na polaznu tačku.
Druga. Svemir je ravan. Ovakav svemir možete zamisliti tako što ćete iseći deo materijala balona i razvući ga rukama. Površina materijala je ravna i nije zakrivljena. Možete je širiti i skupljati prostim povlačenjem krajeva. Ravni svemiri su beskonačni prostorno i nemaju granice.
Treća. Svemir može biti otvoren, tj. da ima "negativnu" zakrivljenost. Takvi svemiri su takođe prostorno beskonačni i nemaju granice.


Stoga kakav god da je oblik svemira, ne postoji nešto što bismo zvali granicom, te ne postoji ništa što bismo zvali ivicom ili krajem svemira.
Sada bi neko mogao da kaže: "U šta se onda to svemir širi?" Naime, setimo se da prostor postoji SAMO U SVEMIRU, i ne postoji značenje termina "van svemira". Šta se zapravo dešava kod ekspanzije (širenja) svemira je da se sam prostor širi. Napravimo analogiju sa sobom. Ukoliko imamo sobu (svemir), neko bi rekao da se soba širi jer ima drugu sobu na uštrb koje se širi, uzimajući njen prostor. Tačnije da mora postojati neki prostor van našeg svemira u koji se on širi, pa bi samim time i postojala granica svemira. Ali slučaj je da se sam prostor sobe širi, a ne soba sama po sebi tako što njeni zidovi guraju (šire se u nešto). NE. To je česta greška u pokušaju razumevanja svemira. Kao što sam već rekao, sam prostor se širi i ne gura (potiskuje) ništa. Stoga kada govorimo o galaksijama koje se udaljavaju od nas usled širenja svemira, ne kreću se te galaksije već se prostor između nas i tih galaksija širi.
Ovaj, kao i većina drugih odgovora nameće više pitanja nego što je uspeo da nešto objasni, a ja ću se truditi koliko je to u mojoj moći i moći mojih kolega da dam odgovor na što više njih.
Ono o čemu će sledećem biti reči je pitanje: "Šta je bilo pre Velikog Praska?"
Nadam se da će ovaj blog barem malo zagolicati maštu čitalaca i da će njihova znatiželja barem delimično biti zadovoljena.