— Published on 15/02/2012 / Tehnopolis 11.
Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je krajem prošle godine "za otkriće ubrzanog širenja svemira kroz opažanja dalekih supernova". To je dobar povod za jednu zanimljivu temu o svemiru. Također, to je izvrsna ilustracija povratne sprege znanosti i tehnologije.
U svom tekstu Careva nova energija (Tehnopolis, studeni 2011.) napisao sam da je tehnologija tek usputni proizvod znanosti. Stvar, naravno, nije tako jednostavna. Postoji složeni međuodnos znanosti i tehnologije. Tehnologija je izrada, korištenje i poznavanje alata, strojeva, tehnika, vještina i metoda s ciljem rješavanja problema ili izvođenja posebnih zadataka. Grčka riječ technología znači otprilike umijeće poznavanja. Znanost (od latinskog scentia) znači znanje. No, moderna znanost nije bilo kakvo znanje. To je sustav znanja stečenog znanstvenom metodom. On je provjerljiv, reproducibilan i stvara predikcije. Znanost, u prvom redu, teži spoznavanju svijeta, ali pritom omogućuje rađanje novih tehnologija. Onda se neke od tih tehnologija koriste za daljnji razvoj znanosti koja će opet rezultirati novim tehnologijama. Takav odnos nazivamo pozitivnom povratnom spregom. Jedan od učinaka te sprege je ubrzani razvoj civilizacije.
Pod civilizacijom, u povijesnom smislu, obično mislimo na organizirano društvo koje proizvodi hranu i gradi naselja. U današnjem su kontekstu pokazatelji civilizacije još kulturni i tehnološki dosezi društva. Zgodno je podsjetiti se tempa kojim je čovječanstvo došlo do današnjeg stadija kulture i tehnologije. Naši prvi preci koje već možemo smatrati ljudima hodali su Zemljom prije 2,5 milijuna godina. Inteligentni čovjek, Homo sapiens, pojavio se prije nekih 250 000 godina (zadnjih 10% vremena od 2,5 milijuna godina). Tek prije 250 godina ljudi su počeli izrađivati učinkovite strojeve (zadnjih 0,01% ukupnog vremena). Konačno, tek približno zadnjih 25 godina imamo sofisticirane high-tech naprave od kojih se više ne odvajamo (zadnjih 0,001% vremena). Još bolju predodžbu daje analogija s jednim danom. Ako 2,5 milijuna godina predstavimo s 24 sata, onda se naši prvi preci javljaju u 0:00, na samom početku prvoga dana, dok 24:00 predstavlja sadašnji trenutak. Prvi Homo sapiensi dolaze tek navečer u 21:36. James Watt konstruira prvi učinkoviti parni stroj u 23:59:51, otprilike 10 sekundi prije ponoći. GPS, mobiteli, brzi kompjutori i CCD-kamere pojavili su se u 23:59:59, otprilike sekundu prije ponoći.
Upravo su brzi kompjutori i CCD-kamere, koji su postali dostupni sredinom 80-ih godina 20. stoljeća, omogućili analizu astronomskih slika koja je pak dovela do otkrića ubrzanog širenja svemira. Za to su otkriće trojica znanstvenika dobila Nobelovu nagradu za fiziku za 2011. godinu: Saul Perlmutter (s Kalifornijskog sveučilišta Berkeley), Brian P. Schmidt (s Australijskog nacionalnog sveučilišta) te Adam G. Riess (sa Sveučilišta Johns Hopkins).
Istraživačke grupe (prva Perlmutterova, a druga Schmidta i Riessa) desetak su godina opažale i proučavale daleke supernove. Supernova je, doslovno, eksplodirajuća zvijezda – zvijezda koja svoj život završava velikom eksplozijom. Naše Sunce neće završiti kao supernova jer ima premalu masu. Samo zvijezda dovoljno velike mase postiže takvu kratkotrajnu, ekstremnu fazu svog razvojnog ciklusa. Pri eksploziji supernove vanjski se slojevi zvijezde razlijeću u okolni prostor, a unutarnji implodiraju pri čemu nastaje neutronska zvijezda ili čak crna rupa.
Posebna vrsta supernova, tipa Ia, nastaje u dvojnom sustavu zvijezda na vrlo specifičan način. Dvojni sustav zvijezda je par zvijezda koje kruže jedna oko druge. Naše Sunce nije dio zvjezdanog para, no ono je više iznimka nego pravilo. Dvojni sustavi zvijezda su dosta učestala pojava u svemiru. Isto tako, prilično je vjerojatno da zvijezde u paru nemaju iste mase (a evolucija zvijezde ovisi prvenstveno o njezinoj masi). Stoga jedna zvijezda prođe kroz svoj zvjezdani ciklus prije druge. U određenom rasponu masa i udaljenosti moguć je ovakav scenarij: prva zvijezda je već postala kompaktna (masivna poput Sunca, a mala poput Zemlje), a druga tek postaje crveni div; onda kompaktna zvijezda navlači na sebe dio materije s diva dok ne dosegne kritičnu masu; i konačno kompaktna zvijezda postaje supernova tipa Ia. Zbog specifičnog nastanka takva supernova ima jako karakterističnu krivulju sjaja (snagu zračenja u ovisnosti o vremenu) i stoga je moguće precizno utvrditi njezinu udaljenost. Obje su spomenute istraživačke grupe pronašle preko 50 supernova tipa Ia. Što je najzanimljivije, sjaj tih objekata bio je slabiji od očekivanog. Bio je to pokazatelj fascinantne činjenice – ubrzanog širenja svemira.
Širenje svemira jedan je od temeljnih koncepata moderne znanosti. Američki astronom Edwin Hubble utvrdio je, još 1929. godine, da je relativna brzina udaljavanja galaksija razmjerna njihovoj međusobnoj udaljenosti. Drugim riječima, postalo je jasno da se cijeli svemir širi. No, pošteno je reći da ideja širenja svemira nije nastala tek nakon Hubbleovih opažanja. Ruski fizičar i matematičar Alexander Friedmann pokazao je, još 1922. godine, da Einsteinove jednadžbe opće teorije relativnosti opisuju i svemir koji nije statičan, odnosno predviđaju širenje svemira.
No, ako se svemir širi to znači da je ranije u svojoj povijesti bio manji i gušći. Konačno, u nekom je trenutku morao biti ekstremno malen i gust. S pomoću kvantne fizike i fizike čestica moguće je razumjeti tu fazu razvoja svemira i predvidjeti brojene kasnije karakteristike koje se danas mogu precizno opažati. Početni događaj nazivamo velikim praskom i on se zbio prije nekih 14 milijardi godina. U svojoj knjizi Veliki prasak (Mozaik knjiga, 2007) Simon Singh tu spoznaju opravdano naziva najvećim znanstvenim otkrićem svih vremena.
Danas, dakle, znamo ne samo da zvijezde nisu vječne nego i da svemir nije vječan. Zvijezde se rađaju, razvijaju i umiru. Svemir je imao svoj nastanak i svoj razvoj, od velikog praska do danas. Prirodno je pitati se što će s njim biti u dalekoj budućnosti. Hoće li se nastaviti zauvijek širiti ili će se širenje u nekom trenutku zaustaviti? Hoće li se početi skupljati i konačno završiti u velikom stisku, stanju iz kakvog je i nastao? Hoće li se smjer vremena na prijelazu iz širenja u skupljanje obrnuti kao na kraju filma Gospodin Nitko (Mr. Nobody, 2009)? Sve te mogućnosti proizlaze iz raznih kozmoloških modela. No, svi mogući svjetovi koje daje matematika nisu i fizički realizirani. Da bismo odabrali model koji je najbliži stvarnosti trebamo više podataka, trebamo preciznija opažanja koja omogućuju nove tehnologije. Brzi kompjutori i CCD-kamere vratili su znanosti svoj dug. Omogućili su spoznaju da se širenje svemira ne usporava. Naprotiv, svemir se širi sve brže.