— Published on 02/07/2023 / Bug.hr.
Upravo objavljena teorijska studija vrlo ambiciozno pristupa noćnoj mori današnje fizike, kozmološkoj konstanti, te nudi model svemira u kojem nema tamne energije, a širenja svemira je samo privid
Pretpostavljam da ovakve priče izluđuju prosječnog čitatelja: Svemir je statičan; Onda nije statičan, nego se širi; Pa se možda ipak ne širi. Čovjek koji od znanosti očekuje pouzdano znanje s pravom može pomisliti: Ma, nemate vi znanstvenici pojma. Danas je ovako, sutra onako.
Zato, prije nego bilo što kažem o toj novoj teorijskoj studiji o kozmološkoj konstanti, moram komentirati tu navodnu nepouzdanost prirodnih znanosti. Prvo, standardni model fizičke kozmologije (čiji je glavni dio teorija velikog praska) nije u istom rangu kao i spomenuta upravo objavljena studija. I jedno i drugo su naše ideje o tome kako funkcionira svijet, ali standardni model ima brojne potvrde i dosad nije opovrgnut, a spomenuta studija zasad još nema nikakvu potvrdu, samo je zgodna matematička igračka. Drugo, prirodna znanost nikad nema konačne odgovore i mora neprekidno propitivati. Teorijskim fizičarima je posao da grade nove i nove modele, polazeći od drukčijih pretpostavki, koristeći drukčije matematičke alate. Treće, postoje područja s velikim nerješenim pitanjima. Fizička kozmologija je jedno od takvih područja. Primjerice: problem kozmološke konstante, priroda tamne tvari, inflacija, porijeklo asimetrije između materije i antimaterije. Samo problem kozmološke konstante bio bi dovoljan da se temeljne postavke kozmologije ne prestanu propitivati. Naime, teorijsko predviđanje iznosa kozmološke konstante je 120 redova veličine veće (to je broj sa 120 nula) od iznosa, temeljenog na posrednim opažanjima, s kojim barataju kozmolozi. Često se to spominje kao najgore predviđanje u povijesti fizike. Zato postoje jako dobri razlozi za propitivanje temeljnih pretpostavki kozmologije.
Što su činjenice, a što interpretacije činjenica?
Ako u prirodnoj znanosti postoji svetinja, ono u što se ne dira, to su podaci: jednostavne, objektivne, empirijske činjenice koje, načelno, svatko može provjeriti. Što se kozmologije tiče, postoji pomak u spektrima dalekih galaksija (zovemo ga pomak prema crvenom) koji je tim veći što je galaksija udaljenija. To je neosporna činjenica u koju smo se nebrojeno puta uvjerili pa ju, od milja, nazivamo zakonom. Hubbleovim zakonom.
Odgovor na pitanje (ili pokušaj odgovora) zašto je „pomak prema crvenom veći što je galaksija udaljenija”, to je interpretacija. Najbolji odgovor koji zasad imamo je širenje svemira. Prazni prostor između dalekih galaksija mijenja svojstva s vremenom. Zato u kasnijim trenucima mjerimo veću udaljenost. Galaksije ne putuju nego prostor među njima mijenja svojstva, postaje drukčiji, najbliža analogija tome je širenje.
Za razliku od činjenice, interpretacija nije svetinja. Ona je tek jedno moguće objašnjenje. Možemo ponuditi i druga objašnjenja, no tada su ona u kompeticiji. Predviđanja koja daju različite interpretacije (temeljene na različitim hipotezama) testiraju se novim opažanjima pa onda jedna od interpretacija biva opovrgnuta. I tako u nedogled. Znanost nema kraj ili konačan odgovor. Nije u posjedu istine. U najboljem slučaju joj se asimptotski približava.
Lucas Lombriser i kozmologija u prostoru Minkowskog
Profesor na Zavodu za teorijsku fiziku Sveučilišta u Ženevi, Lucas Lombriser, upravo je u časopisu
Classical and Quantum Gravity objavio članak „Kozmologija u prostoru Minkowskog”. U njemu je problem kozmološke konstante i tamne energije pokušao riješiti tako da na opis svemira primijeni drukčiju geometriju.
Einsteinova opća teorija relativnosti gravitaciju tumači kao zakrivljenost prostorvremena. Geometrija opće relativnosti je Riemannova geometrija zakrivljenog prostora. U posebnoj teoriji relativnosti prostor je ravan. Takav prostor opisuje Euklidova geometrija. Uključivanjem vremena, kao četvrte koordinate nekog događaja, iz trodimenzijskog Euklidovog prostora dobijemo četverodimenzijski „prostor” Minkowskog. To je apstraktni prostor ili prostorvrijeme. Nema ničeg misterioznog u vremenu kao četvrtoj „koordinati”. Minkowski (koji je bio Einsteinov profesor matematike tijekom studija i za Einsteina bio rekao da je „lijeni pas”) je naprosto složio matematičku apstrakciju koja je iznimno korisna za konkretno računanje. Prostor Minkowskog je, dakle, ravan prostor, a lokalno je svaki fizički prostor takav. Kao što je mali, lokalni dio svake velike sfere ravnina. Ravnozemljaši su zapravo lokalci koji su zapravo u pravu unutar svoje male perspektive.
Lucas Lombriser je u spomenutom članku nastupio kao „ravnosvemiraš”, protegnuo je ravni prostor, prostor Minkovskog, na cijeli svemir. Pa se poigrao s tom idejom. Ta igra nije baš za svakoga. Lombriser je cijelu matematiku fizičke kozmologije, od Einsteinovih jednadžbi opće teorije relativnosti preko Friedmannovih jednadžbi do konkretnih kozmoloških modela i njihovih posljedica preradio s novom geometrijom.
No, s obzirom da kao znanstvenik poštuje činjenice (rezultate opažanja) morao je zakrivljenost svemira kompenzirati nečim drugim. Tako je pretpostavio da se kroz prostorvrijeme može mijenjati skala mase, duljine i vremena. Možda jednostavnije rečeno: da temeljne konstante više nisu konstante nego se mogu mijenjati. U takvom modelu opaženi pomak prema crvenom naprosto ima drukčiju interpretaciju, ne kao „širenje svemira”. Nestaje potreba za tamnom energijom, nestaje problem kozmološke konstante.
Doduše, pojavi se jedan novi problem. Taj što Lombriserov model ne daje predviđanja koja bi u skorije vrijeme mogla biti potvrđena. A to znači da do daljnjega, a možda i zauvijek, ostaje samo jedna zgodna matematička ideja.