Filozofi že tisoč let razpravljajo o naravi "ničesar", "nič", "nič", "praznina", ampak kaj lahko sodobna znanost o tem pove? Na to vprašanje bo odgovoril Martin Rees, astronom kraljeve družbe in profesor emeritus kozmologije in astrofizike na univerzi v Cambridgeu. Pojasnjuje, da kadar fiziki razpravljajo o "nič", pomenijo prazen prostor (vakuum). Morda se zdi povsem navadno, vendar poskusi kažejo, da prazen prostor v resnici ni prazen - vsebuje skrivnostno energijo, ki nam lahko nekaj pove o usodi vesolja.
Intervju z Martinom Reesom, ki ga je predstavila revija The Conversation.
Je prazen prostor enak nič?
Prazen prostor se nam zdi kot nič. Po analogiji se lahko zdi, da voda ribam ni "nič" - to je voda, ki ostane, ko odstranite vse drugo, kar plava v morju. Na enak način se izkaže, da je prazen prostor v praksi precej težaven.
Vemo, da je vesolje zelo prazno. Povprečna gostota prostora je približno en atom na vsakih deset kubičnih metrov - okolje je veliko redkejše od katerega koli vakuuma, ki ga lahko dobimo na Zemlji. Toda tudi pri odstranjeni materiji ima prostor nekakšno elastičnost, ki (kot je bilo nedavno potrjeno) omogoča, da se gravitacijski valovi - same valovanje prostora - širijo po njem. Še več, izvedeli smo, da v samem praznem prostoru obstaja eksotična oblika energije.
O tej vakuumski energiji smo prvič izvedeli v 20. stoletju s pojavom kvantne mehanike, ki pojasnjuje obnašanje atomov in delcev v najmanjšem merilu. Iz tega izhaja, da prazen prostor sestavlja polje nihanj energije v ozadju - ki daje življenje valovom in navideznim delcem, ki se zdaj pojavljajo in izginjajo nikamor. Lahko celo ustvarijo drobne moči. Kaj pa beli prostor v velikem obsegu?
Dejstvo, da prazen prostor ustvarja veliko silo, so odkrili pred 20 leti. Astronomi so ugotovili, da se širjenje vesolja pospešuje. To je bilo presenečenje. Širitev je bila znana že več kot 50 let, toda vsi so mislili, da se bo širitev upočasnila zaradi gravitacijskega vleka, ki ga imajo galaksije in druge strukture. Tako je prišlo kot veliko presenečenje vseh, da je pojem zaradi gravitacije izravnal nekaj, kar je "potisnilo" širitev. Izkazalo se je, da v samem praznem prostoru obstaja energija, ki ustvarja nekakšno odbojnost, ki odtehta privlačnost gravitacije na teh velikih lestvicah. Ta pojav - temna energija - je najbolj neverjetna manifestacija dejstva, da prazen prostor ni naguban ali prazen. Nadaljeto dejstvo določa nadaljnjo usodo našega Vesolja.
Promocijski video:
Ali obstaja omejitev tega, kar se lahko naučimo? V merilu trilijona trilijona krat manjši od atoma lahko kvantna nihanja v vesolju in času rodijo ne le virtualne delce, ampak tudi navidezne črne luknje. To je v mejah, ki jih ne moremo opazovati, in razumeti, kar, vsaj hipotetično, moramo kombinirati teorijo gravitacije s kvantno mehaniko - in to je neverjetno težko.
Za razumevanje tega obstaja več teorij, med katerimi je najbolj znana teorija strun. Toda nobena od teh teorij še ni povezana s resničnim svetom - zato so še vedno neutemeljene. Mislim, da bodo skoraj vsi spoznali, da ima vesolje sama kompleksna struktura v majhnem merilu, kjer se srečajo gravitacijski in kvantni učinki.
Vemo, da ima naše vesolje tri prostorske dimenzije: premikate se lahko levo in desno, naprej in nazaj, gor in dol. Čas je kot četrta dimenzija. Vendar obstaja močan sum, da če povečate drobno točko v vesolju, dokler ne začutite te drobne lestvice, boste ugotovili, da gre za gosto stisnjen origami petih dodatnih dimenzij, ki jih ne vidimo. Kot bi gledali cev od daleč in mislili, da je to samo črta. Če se približamo, bi videli, da je ena dimenzija v bistvu tri. Teorija strun vključuje kompleksno matematiko - prav tako konkurenčne teorije. A ravno to je teorija, ki jo potrebujemo, če želimo na najgloblji ravni razumeti najbližjo praznino, ki si jo lahko predstavljamo: prazen prostor, očitno.
Kako lahko v okviru našega trenutnega razumevanja razložimo, da se naše vesolje širi iz nič? Ali bi se res lahko začelo z majhnim nihanjem energije vakuuma?
Nekateri skrivnostni prehodi ali nihanja bi lahko nenadoma privedli do dejstva, da se je del prostora začel širiti, kot nekateri teoretiki menijo. Nihanja, ki so značilna za kvantno teorijo, bi lahko pretresla celotno vesolje, če bi ga stisnili na dovolj majhne lestvice. To bi se moralo zgoditi v približno 10 (do -44) sekundah - to je Planckov čas. Na teh lestvicah se čas in prostor prepletata, zato ideja o tikajoči uri nima smisla. Svoje vesolje lahko ekstrapoliramo z visoko stopnjo gotovosti nazaj v nanosekundo in z veliko mero verjetnosti se bomo vrnili bližje Planckovemu času. Toda po tem naša ugibanja niso več veljavna - fiziko v tej lestvici nadomesti neka druga, bolj zapletena teorija.
Če je lahko nihanje v nekem naključnem delu praznega prostora življenje vesolju, zakaj se ne bi moglo isto zgoditi z drugim delom praznega prostora - in dati življenje vzporednim vesoljem v neskončnem multiverzumu?
Misel, da naš Big Bang ni edini in da je tisto, kar vidimo skozi naše teleskope, majhen košček fizične resničnosti, je med fiziki precej priljubljena. In obstaja veliko različic cikličnega vesolja. Pred natanko 50 leti so se pojavili močni dokazi, da se je do velikega poka sploh zgodil. Toda od takrat obstajajo ugibanja, da bi lahko bil le epizoda v cikličnem vesolju. Obstaja tudi težnja, da razumemo, da je fizična resničnost veliko večja od obsega prostora in časa, ki ga lahko občutimo, tudi pri najzmogljivejših teleskopih.
Zato nimamo pojma, ali je bil en Big Bang ali jih je bilo veliko - obstajajo scenariji, ki napovedujejo veliko Big Bangs, in scenariji, ki predvidevajo enega. Mislim, da bi jih morali proučiti vse.
Kaj je konec vesolja?
Najpreprostejša napoved za daljno prihodnost je, da se bo vesolje še naprej širilo hitreje in hitreje, postajalo bo hladnejše in bolj prazno. Delci v njem se lahko razkrojijo, neskončno se raztopijo v praznini. Morda se bomo znašli v ogromni količini prostora, vendar bo še bolj prazen, kot je zdaj prostor. To je eden izmed scenarijev. Obstajajo tudi drugi, ki napovedujejo "obrat" smeri temne energije, od odbojnosti do privlačnosti, zaradi česar se bomo stisnili v gosto točko.
Obstaja tudi ideja Rogerja Penrosea, da se bo vesolje še naprej širilo in postajalo vedno bolj redčeno, vendar nekako - ko v njem ni ničesar, razen fotonov, delcev svetlobe - bodo predmeti v njem ponovno umerjeni in prostor bo na nek način postal generator novega velikega poka … To bo zelo eksotična različica starega cikličnega vesolja - a prosim, ne prosite, naj razložim Penroseove ideje.
Kako prepričani ste, da bo znanost nekega dne razkrila skrivnost, kaj je to "nič"? Tudi če bi lahko dokazali, da je vesolje nastalo iz nenavadnega nihanja vakuumskega polja, ali se ne bi spraševali, od kod prihaja to vakuumsko polje?
Znanost skuša dati odgovore, a vsakič, ko jih najdemo, se porajajo nova vprašanja - nikoli ne bomo imeli popolne slike. Ko sem v poznih 60. letih prejšnjega stoletja začel raziskovati, so se pojavili dvomi, da sploh obstaja velik udarec. Zdaj ni več dvoma in z natančnostjo približno 2% lahko rečemo, da je bilo vesolje enako 13,8 milijarde let, vse do prve nanosekunde. To je velik napredek. Verjetno je optimistično verjeti, da bomo v naslednjih 50 letih razrešili težka vprašanja, kaj se dogaja v kvantni ali "inflacijski" dobi.
Seveda pa se postavlja drugo vprašanje: koliko bo znanost razumljiva človeškim možganom? Mogoče je, da je matematika teorije strun v določenem smislu pravilen opis resničnosti, vendar je nikoli ne moremo razumeti dovolj dobro, da bi jo preizkusili pred resničnim opazovanjem. Potem bomo morda morali počakati, da se pojavijo nekateri post-ljudje, da bi dobili boljše razumevanje.
Ilya Khel
