Neki fizičari smatraju da svemir nije započeo Velikim praskom…

Prema njima svemir postoji oduvijek i zauvijek. Prije Velikog praska, svemir se smanjivao a nakon njega počeo se širiti. Veliki prasak doduše nije prasak, već skok; trenutak u kojem se skupljajući svemir počinje širiti.

Prema toj teoriji, svemir bi opet mogao ‘skočiti’. Trenutno širenje moglo bi se ‘urušiti’ u budućnosti što bi potom dovelo do novog skoka. Fizičari smatraju da je ovo ‘skakanje’ beskonačno. Ideja o takvoj cikličnoj kozmologiji pojavila se još 1930.-ih.

Veliki skok

Ovo je u potpunoj suprotnosti sa stavom većine kozmologa. Prema njima, sve je počelo Velikim praskom. Iz male točke velike gustoće i temperature, svemir se počeo širiti i hladiti, usput rađajući zvijezde, galaksije i planete. Prije Velikog praska takoreći nije bilo ničega.

No teško je odgovoriti na pitanje kako je nastala nevjerojatno malena i gusta točka. Zato se određen dio kozmologa odlučio pozabaviti teorijom Velikog skoka, iako je mnogi i dalje smatraju špekulativnom i kontroverznom pa čak i krivom.

Većina rasprava između pobornika Velikog praska i Velikog skoka vrti se oko održivosti inflacije – glavnostrujaškog pogleda koji nastoji objasniti kako se svemir razvio do trenutnog stanja. Iako se mnogi kozmolozi slažu da inflacija nije u potpunost razjašnjena, većina ih smatra da se radi o najboljem modelu dosad. Pobornici skoka, s druge strane, ističu fundamentalne mane tog modela.

„Inflaciji baš i ne ide“, tvrdi Neil Turok, direktor Perimeter instituta za teoretsku fiziku. „Ona je dotrajala. Bila je korisna početkom 1980-ih kada je postavljena.“ No sada nam je potrebna nova teorija a ta teorija je svemirsko skakanje, objašnjava Turok.

Inflacija

Teorija inflacije ide otprilike ovako. Nedugo nakon Velikog praska, svemir se počeo rapidno širiti. Ovaj nagli rast bio je nužan kako bismo dobili gladak, plosnat i uniforman svemir kojeg danas poznajemo.

Kozmolozi su razvili inflaciju još 80-ih, prije nego što su sateliti donijeli precizne podatke o ranom svemiru. Satelitska opažanja mjerila su zaostatke radijacije iz ranog svemira odnosno kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Zračenje je distribuirano na način da ponegdje imamo hladnija a ponegdje toplija mjesta u svemiru. To je upravo rezultat koji predviđa inflacija.

Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje

Inflacija je također predvidjela gustoću svemira kakvu smo izračunali temeljem kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. „Izmjerili smo gustoću na manje od pola postotka greške i to se točno slagalo s onim što predviđa inflacija“ tvrdi Alan Guth, fizičar s MIT-a koji je prvi predložio inflaciju još 80-ih.

„Uistinu je spektakularan uspjeh ove jednostavne ideje o inflaciji“ dodaje Robert Brandenberger, fizičar sa Sveučilišta McGill. Iako istražuje alternative inflaciji, kaže da se radi o jednoj od najkonzistentnijih teorija koje imamo. „Uspješna je jer je predvidjela mnogo stvari – i naglašavam; predvidjela. Na početku moje karijere, nismo imali mnogo podataka. U međuvremenu sam vidio kako inflacija prolazi brojne testove.“

Usprkos uspjehu, dokazi i dalje nisu dovoljno uvjerljivi za baš svakoga. Jedna stvar koja bi mogla riješiti dilemu jest otkriće primordijalnih gravitacijskih valova odnosno mreškanja prostor-vremena koja potječu iz ranog svemira. No, nažalost, takvog otkrića zasad još nema.

Mreža prostor-vremena

Problemi inflacije

Inflacija također ima svoje teoretske probleme. Neki kritičari smatraju da inflacija zahtjeva specijalizirane početne uvjete koji kao da su postavljeni sa svrhom što ne djeluje realno. Da bi inflacija krenula, početni svemir je morao biti baš savršeno ‘namješten’.

Simulacija Velikog praska

Postoji još jedna točka oko koje dolazi do prijepora. Inflacija implicira beskonačan broj svemira. Ona traje beskonačno i staje tek u pojedinim regijama. No između tih džepova, inflacija nastavlja, šireći se brže od brzine svjetlosti. Tako se kreiraju međusobno odvojeni ‘mjehuri’ odnosno izolirani svemiri, svaki sa svojim fizičkim zakonima. Prema ovoj teoriji, mi živimo u samo jednom od ‘mjehura’.

Iako pobornici inflacije prihvaćaju ovaj svojevrsni multisvemir, protivnici kažu da se radi o apsurdu. Ako se u ovim mjehurima može dogoditi gotovo bilo šta, onda znanstvena predviđanja postaju potpuno besmislena. „Ako imaš teoriju čija se ispravnost ne može provjeriti, ne bi trebao biti zadovoljan time“ objašnjava Turok. „To je upravo stvar s inflacijom i multisvemirom zbog čega ih ja ne smatram znanstvenim teorijama.“

Čak i čvrsti zagovornici inflacije složili bi se da je teorija nepotpuna. Ona ne govori ništa o trenutku Velikog praska kada se nama poznati zakona fizike ‘raspadaju’ u ono što zovemo singularnost.

Fizičari su pokušali povezati inflaciju s teorijom struna, najboljim kandidatom za takozvanu teoriju svega. „S inflacijom mi zapravo dodajemo nešto kako bi jednadžba funkcionirala, no nemamo teoretsko razumijevanje njegovog porijekla“ izjavio je Steffen Gielen, znanstvenik s Perimeter instituta, koji radi s Turokom na skokovitim modelima.

Ideja da Veliki prasak nije apsolutan početak potječe još iz prve polovice 20. stoljeća, kada su fizičari pretpostavili ciklički svemir. U to vrijeme nitko nije razumio kako bi svemir točno mogao ‘skakati’.

Današnji fizičari ipak imaju moderne alate poput fizike čestica i teorije struna. 1992. godine, Maurizio Gasperini i Gabriele Veneziano, prvi su puta iskoristili ove ideje kako bi razmatrali svemir prije Velikog praska. Deset godina kasnije, Turok i Paul Steinhardt, fizičar sa Sveučilišta Princeton i nekadašnji pionir inflacije, proširili su rad Gasperinija i Veneziana. U to su vrijeme Turok i Steinhardt postali jedni od najvećih kritičara inflacije te zagovornici skokovitog svemira.

Oni tvrde da bi skokoviti svemir mogao proizvesti svemir kakav vidimo danas ali bez inflacije. Svemiru ne treba razdoblje velike ekspanzije kako bi došao u sadašnje glatko i plosnato stanje jer on to može učiniti skupljanjem.

Više različitih modela

Zbog nedostatka znanja o ranom svemiru, kozmološke teorije mogu značajno varirati. Inflacija nije jedna teorija, već klasa modela koji se međusobno razlikuju u detaljima. Isto tako postoji mnogo načina na koje bi svemir mogao ‘skakati’.

U modelu zvanom ‘skok materije’, svemir skače samo jednom. Radi se o svojevrsnom Velikom prasku obrnutog redoslijeda. Druga verzija, po imenu ekpirotički model, kaže da svemir može biti cikličan (kontrakacija-ekspanzija), slično kao i kod Anamorfnog svemira.

Gotovo svi ovi modeli zahtijevaju novu fiziku. Veliki je izazov shvatiti što se točno događa pri Velikom skoku zato što u tom momentu ne vrijede poznati zakoni fizike. Prilikom skoka, svemir jednostavno kolabira u singularnost i nema više Einsteinovih teorija gravitacije i relativnosti. Teorija relativnosti nije kompatibilna s kvantnom mehanikom koja je potrebna na razini singularnosti. Fizičari nastoje ujediniti ove dvije teorije u jednu takozvanu ‘kvantnu gravitaciju’, no bez većih uspjeha.

Izbjegavanje singularnosti

Turok i Gielen, smatraju da skokoviti svemir koji sadrži samo zračenje, može proći kroz singularnost putem kvantnog tuneliranja. Prema kvantnoj mehanici, čestica se može spontano pojaviti na drugoj strani barijere koja bi inače bila neprobojna u ne-kvantnoj fizici. Kolabirajući svemir mogao bi se ponašati poput takve čestice te proći tunelom kroz barijeru singularnosti. Zatim bi se pojavio na drugoj strani kao svemir u ekspanziji kakvog danas poznajemo, izbjegnuvši time problem singularnosti.

U međuvremenu, Steinhardt i Anna Ljjas sa Sveučilišta Princeton, predstavili su model u kojem svemir može ‘skočiti’ bez korištenja kvantne mehanike. Oni pretpostavljaju da neka egzotična, negativna energija može spriječiti pad svemira u singularnost. Svemir se nikad ne smanji do razine na kojoj djeluje kvantna mehanika i stoga nije potrebna kvantna gravitacija. Problem s ovime je što sada moramo objasniti prirodu egzotične energije.

Veliki skok nije moguć bez nove fizike, prema Guthu. „Moramo pretpostaviti nove specijalne značajke zakona fizike kako bi skok postao moguć. To se meni ne čini kao dobra oklada.“

Primordijalni gravitacijski valovi

Možda je prerano za donošenje suda, tvrdi Turok. Teorije nisu dovoljno zrele kako bi ih se testiralo, no uskoro bi mogli vidjeti prve modele s kvalitetnim predviđanjima. Detaljnija mjerenja kozmičkog pozadinskog zračenja mogla bi podržati određeni model inflacije ili skokovitog svemira. Jedan od ključnih dokaza mogao bi se pojaviti ako detektiramo primordijalne gravitacijske valove koji bi bili najbolji indikatori događaja u trenucima nakon Velikog praska odnosno Velikog skoka.

Ovisno o tome kako ovi valovi izgledaju, istraživači bi mogli eliminirati jedan po jedan model inflacije i skokovitih svemira. Znanstvenici zasad polažu nade u opažanja instrumenata poput BICEP3, Atacama B-mode Search, Primordial Inflation Polarization Explorer, Qubic, Polarbear i druge.

Veliki skok vs. inflacija

Naposljetku možda i ne dođe do ili / ili situacije između skoka i inflacije, iako zagovornici skokovitih modela nastoje prodati svoju ideju kao alternativu inflaciji. „Ono što oni rade mnogo je bliže inflaciji nego što bi oni voljeli da vi mislite“ kaže Andrew Liddle, kozmolog sa Sveučilišta u Edinburgu. „Mislim da se ne radi o velikom razilaženju.“ Mnogi matematički alati koji se koriste u skokovitim modelima, slični su kao i kod inflacije a kada se primijene i opservacije poput kozmičkog pozadinskog zračenja u oba slučaja dobivamo slične rezultate.

Moguće je imati i skok i inflaciju. „Mnogi ljudi koji proučavaju skokovitu kozmologiju, rade to jer žele pronaći alternativu inflaciji“ tvrdi Sean Caroll, fizičar s Kalifornijskog instituta za tehnologiju. „To je u redu, no ako bismo samo rekli, bez ikakvih a pirori agenda, skače li svemir i ako skače, može li također uključivati i inflaciju? Mislim da bismo rekli – zasigurno.“

Međutim i dalje se vode žestoke rasprave između pobornika skoka i inflacionista. Svaka frakcija je sklona odbacivanju argumenata druge strane. Ovaj prijepor podsjeća nas da je znanost, posebice teoretska fizika, ljudska djelatnost, ispunjena borbom ega i subjektivnosti. U pitanju su cijela znanstvena nasljeđa, karijere pa i Nobelove nagrade.

„U odsutnosti podataka, svatko ima pravo na svoje mišljenje“, dodaje Caroll. „Sve ove ideje imaju značajne prepreke i za sobom vuku brojne upitnike.“ Za neke ljude, određeni problem može biti nepremostiv, dok je za druge samo manja prepreka.

Kosmos