— Published on 25/11/2014 / Bug.hr.
Okruženi smo sve većom količinom tehnološki jako sofisticiranih naprava koje su jednim dijelom – neiskorištene. Dobro, možda je izraz "neiskorištene" malo pretjeran. Preciznije bi bilo reći: koje se mogu upotrijebiti još u neke druge, naizgled šašave, svrhe. Teorijski fizičari, kojima je posao smišljati lukave načine za provjeru raznih teorijskih ideja, sve češće posežu za već postojećim naprednim uređajima koji se, praktički besplatno, mogu uključiti u nekakav eksperiment. Jedan takav prijedlog bio sam nedavno opisao u tekstu Mobiteli – detektori kozmičkih zraka. Drugi, još suptilniji, objavljen je prošli tjedan u časopisu Nature Physics. Dvojica fizičara domislila su se kako iskoristiti brojne atomske satove, primjerice one u GPS-satelitima, za traženje topoloških defekata poput kozmičkih struna. A ti topološki defekti povezani su s top-temom moderne fizike – tamnom tvari. Ako tamna tvar nije skrivena u WIMP-ovima, o čemu je bilo riječi u mojem tekstu Hladna tamna tvar – vruća tema današnje fizike, onda bi mogla biti u topološkim defektima.
Topološki defekti su hipotetske, stabilne raspodjele materije nastale faznim prijelazom u vrlo ranom svemiru. Hipotetske znači da su predviđene nekim teorijama, ali još nisu opažene. Stabilne raspodjele znači da se ne raspadaju nego imaju stalan prostorni raspored koji pak ne isključuje putovanje kroz prostor. Što se materije tiče, ona je nepoznate prirode (dakle, kandidat za tamnu tvar) i ogromne mase. A fazni prijelaz – e to je ključni dio definicije topoloških defekata. Radi se o prijelazu jedne faze u drugu ili jednog stanja tvari u drugo; primjerice tekuće vode u led. Ti su prijelazi uvijek povezani s dovođenjem ili odvođenjem topline te s povećanjem ili smanjenjem simetrije. No, vratimo se zaleđivanju. Sva voda ne prijeđe u led trenutno. Zaleđivanje počinje na raznim mjestima pa se širi dok se svi dijelovi ne spoje u cjelinu. Zato se u ledu vide izlomljene crte. To su zapravo topološki defekti. Pridjev topološki se odnosi na razmještaj objekata u nekoj cjelini. U ranom se svemiru također događalo naglo hlađenje i smanjivanje simetrije. A nepravilnosti koje su tada nastajale su kozmički topološki defekti.
Teorije predviđaju nekoliko vrsta kozmičkih topoloških defekata, međusobno različitih po broju dimenzija. Topološki defekti dimenzije nula, ili točkasti defekti, bili bi magnetski monopoli. Iz iskustva znamo da se polovi magneta ne mogu razdvojiti. I Maxwellove jednadžbe pokazuju da magnetski polovi ne postoje. No, Maxwellove jednadžbe nisu teorija svega. Niti je naše iskustvo sveobuhvatno. Još su zanimljiviji jednodimenzijski topološki defekti. Njih nazivamo kozmičkim strunama. To nisu one sićušne strune iz teorije struna. Kozmičke strune bile bi debele oko 10-30 m, što je onoliko puta manje od atomske jezgre koliko je puta atomska jezgra manja od nas. Nezamislivo tanko. A dugačke bi mogle biti također nezamislivo, mnogo svjetlosnih godina ili čak kao cijeli svemir. A tek masa: jedan kilometar kozmičke strune imao bi masu kao cijela Zemlja, a jedna svjetlosna godina kozmičke strune imala bi masu kao deset milijuna masa Sunca. Dvodimenzijske topološke defekte ili domenske zidove bolje da ni ne spominjem.
Nego, da se vratimo dvojici fizičara koji su predložili detekciju topoloških defekata atomskim satovima. Premda bi topološki defekti trebali imati makroskopske dimenzije i velike mase, i premda bi se trebali gibati tipičnim galaktičkim brzinama (otprilike 300 kilometara na sekundu), oni bi ipak prolazili kroz nas – kao i kroz cijelu Zemlju – poput neutrina: bez vidljivog utjecaja. Ipak, pri prolasku kroz atomski sat izazvali bi mali, ali mjerljivi, poremećaj koji se može izračunati iz Einsteinove opće teorije relativnosti. Sat pod kratkim utjecajem topološkog defekta ne bi bio sinkroniziran s ostalim satovima, ali bi nakon prolaska topološkog defekta opet postao sinkronizran. Drugi atomski sat, na drugom kraju Zemlje, doživio bi isti poremećaj par desetaka sekundi kasnije. Uglavnom, mreža atomskih satova raspoređenih diljem Zemlje, mogla bi – iz eventualnih sustavnih poremećaja – pokazati prolazak topološkog defekta i neke njegove karakteristike. Ludo, zar ne?