Veličina i oblik univerzuma – Deo 2.

U nastavku serijala, Igor Jošić opisuje moguće oblike univerzuma, njihovu povezanost sa širenjem i fenomen poznat kao “big rip”.

U prošlom delu imali smo prilike da vidimo na koji je način oblik univerzuma povezan sa njegovom veličinom. Tačnije, videli smo da je univerzum ili beskonačan (u slučaju da je geometrijski ravan ili hiperboličan) ili sferičan i konačan.

Stani malo, kako to misliš da su ravan i hiperbolički univerzum beskonačni? Ako je univerzum nastao pre oko 13,8 milijardi godina, to znači ne da se samo širio brzinom većom od svetlosti, već da se širio beskonačno velikom brzinom. A Zbog toga će Ajnštajn da bude „sad bunny”, verovatno će reći neko od vas.

Slika 1

Ako je univerzum ravan i beskonačan, to znači da je i početni singularitet (stanje u kojem se univerzum nalazio pre velikog praska) iz kojeg je nastao takođe bio beskonačan, pa se potom proširio. Da lepo ste pročitali, univerzum je u svom začetku bio beskonačno veliki, pa je potom krenuo da se širi. Ovo vam verovatno zvuči ne samo konfuzno i kontra-intuitivno već i paradoksalno. Međutim matematički je to moguće. Evo matematičke analogije koja vam ovo možda približi. Zamislite skup svih prirodnih brojeva (1,2,3, 4… i tako dalje do beskonačno) zatim uzmite i pomnožite taj skup sa dvojkom, i dobićete skup svih parnih brojeva koji je takođe beskonačan (2, 4, 6, 8… i tako dalje do beskonačno).

Šta ste upravo uradili, pa vi ste ovaj prvi skup proširili (učinili manje gustim) i napravili ste u njemu mesta za još jedan beskonačni skup, ovog puta neparnih brojeva (1, 3, 5, 7… i tako dalje do beskonačnosti). Pa ako sada u skup parnih brojeva umetnemo skup neparnih brojeva dobićemo skup prirodnih brojeva od kojeg smo krenuli (1, 2, 3, 4… i tako dalje ). Dakle ništa nismo promenili, ali smo jednostavnim algebarskim manipulacijama prvi beskonačni skup učinili manje gustim i napravili u njemu mesta za još jedan beskonačni skup. Pretpostavljam da vam je ovo i dalje konfuzno, ali među kosmolozima vlada konsenzus da se nešto analogno ovome desilo i sa univerzumom kada se iz beskonačno velike singularnosti proširio, tj. postao manje gust.

Što se tiče širenja prostora brže od svetlosti, opšta teorija relativnosti kaže da ništa kroz prostor ne može da se kreće brzinom većom od svetlosti, ali ne kaže ništa o tome da li sam prostor može da se kreće brže od svetlosti. Tako da je Ajnštajn u svakom slučaju ipak „happy bunny“.
slika 2
Sva tri modela univerzuma se savršeno uklapaju u kosmološke principe, izotropni su i homogeni. To i jeste bitno zbog toga što vidljivi univerzum jeste izotropan (identičan u svim pravcima), kada bi recimo univerzum imao ivicu (granicu) on ne bi bio izotropan, zato što gledano iz neke galaksije koja se nalazi u blizini te ivice, on ne bi bio isti u svim pravcima, sa jedne strane bi bio univerzum a sa druge strane bi bila ivica univerzuma (šta god ta ivica bila, i kako god ona izgledala). I jeste homogen. Pretpostavimo međutim da je univerzum mnogo veći od ovog vidljivog dela (kako je to moguće, o tome više u narednim nastavcima) i da je samo ovaj naš lokalni deo koji možemo da vidimo izotrpan, ali da on u celini gledano nije izotropan (opet slično kao što vam, ako živite u ravnici, zemlja može delovati ravno, iako ona to nije). Ako to pretpostavimo mogući su još mnogi oblici univerzuma, recimo, u obliku krofne (toroidni), dodekaedarski (drugi oblik na slici ispod), u obliku roga (kupe) etc. Svi ovi univerzumi iz nekog svog dela mogu lokalno da deluju izotropno, ali da globalno ipak budu anizotropni.

slika 3

Postoji još jedna stvar koja je u direktnoj korelaciji sa oblikom univerzuma, a to je njegova sudbina. Ovde ću se zadržati na tri klasična primera, ravni, sferični i hiperbolični univerzum. Ukoliko je naš svemir sferičan, on će vremenom prestati da se širi i u jednom trenutku će krenuti da se skuplja, tj. da kolapsira, sve dok se ne bi vratio u stanje iz kojeg je i počeo da se širi, sve dok ne bi dospeo do singulariteta. Šta bi se nakon toga desilo više je stvar mašte nego nauke.

Ukoliko je naš univerzum ravan, odnosno hiperboličan on će nastaviti večno da se širi. Premda ni tu stvari ne moraju biti naročito ružičaste. Setite se iz prošlog serijala da je tamna energija proporcionalna veličini univerzuma, što je univerzum veći, veća je količina tamne energije, što je veća količina tamne energije to se univerzum brže širi. Upravo zbog toga postoji verovatnoća da se brzina širenja toliko poveća da ništa ne uspe da joj se suprostavi. Prvo bi brzina širenja nadjačala gravitaciono privlačenje. Galaktička jata bi se raspala prva, potom bi se se vremenom raspale i galaksije, tj. svaka zvezda bi samostalno plutala u tami univerzuma. Nakon toga bi se raspali i zvezdani sistemi. Slika 5

Ako bi neka rasa živih bića preživela to, ona bi bila osuđena da sama u potpunoj tami lebdi univerzumom, jer bi se ostale zvezde vremenom toliko udaljile da bi bile van vidljivog dela univerzuma te rase. Ali ne zauvek, jer bi vremenom širenje univerzuma nadjačalo i elektrostačko privlačenje unutar atoma, između jezgra atoma i elektronskog omotača, pa bi se raspali i individualni atomi.

Konačno vremenom bi brzina širenja univerzuma nadvladala i jaku nuklearnu silu pa bi se protoni i neutroni raspali na sastavne kvarkove, tako da u univerzumu ne bi ostalo ništa osim elementarnih čestica. Ovakav scenario naziva se big rip. Naravno, uopšte ne mora da znači da će se stvari ovako odigrati, budući da mi još uvek ne poznajemo pravu prirodu tamne energije, i još neke faktore koji bi možda uticali na to, ali ovo je scenario ka kome, s obzirom na ono što trenutno znamo o tamnoj energiji, većina kosmologa teži, za slučaj da je univerzum u kojem živimo ravan ili hiperboličan.

E sad se prirodno nameće pitanje, od čega zavisi oblik univerzuma, kakvog je oblika univerzum u kojem živimo, i na koji način to može da se utvrdi. Odgovor na sva ta pitanja naći ćete u narednim nastavcima.

Komentari: