— Objavljeno 09/10/2017 / Bug.hr.
“Tko nije u stanju odreći se zdravog razuma, nek’ ne ulazi dalje u ovaj tekst.” To je, naravno, parafraza natpisa koji je stajao nad ulazom u Platonovu Akademiju: “Tko nije u stanju baviti se geometrijom, nek’ ne ulazi”. Da ne bude zabune, zdrav razum – u smislu razumskog kriterija zajedničkog svim ljudima – vrlo je poželjan. Ali samo u svakodnevnom životu. Ne i u modernoj fizici. Zdrav razum, naime, proizlazi iz svakodnevnog iskustva. I zato je u tom kontekstu dobar. Većina moderne fizike daleko je od svakodnevnog iskustva. I zato je izvan zdravog razuma. Pa kad o nekim idejama moderne fizike razmišljamo ne izlazeći iz okvira zdravoga razuma onda upadamo u zamke, vidimo paradokse i nelogičnosti. A zapravo smo u zabludi, ili kolokvijalno: “imamo miskoncepciju”. Nedavno me urednik uputio na šarmantan kratki video Misconceptions About the Universe u kojem se govori o nekoliko zabluda povezanih sa širenjenjem svemira.
Prije nego komentiram te zablude, moram spomenuti da sam o toj temi pisao u jednom od svojih prvih popularizacijskih tekstova, još 2005. godine, u Matematičko-fizičkom listu. I ne samo to. Taj sam tekst uključio u svoju nedavno objavljenu knjigu Ažurirani svemir: novosti iz fizike i astronomije, koja sadrži i mnoge tekstove prethodno objavljene na portalu Bug Online. Za spomenuti tekst iz 2005. inspiracija mi je bio članak iz časopisa Scientific American Misconceptions about the Big Bang. Ovdje će mi nit vodilja biti gore navedeni video. I video i članak su za svaku preporuku onima koje ova tema zanima.
Možemo li vidjeti objekte koji se od nas udaljavaju brzinom većom od brzine svjetlosti? To je pitanje na koje se u videu nastoji dati odgovor i donekle ga obrazložiti. Odgovor je: da, možemo. Puno razumijevanje tog odgovora zahtijeva dublje poznavanje fizičke kozmologije, a posebno njezine matematičke podloge – opće teorije relativnosti. No, i bez toga se osnovna koncepcija može razumjeti, pod uvjetom da se ne ograničavamo pozivanjem na zdravi razum.
Prvo, kakvo uopće udaljavanje objekata brzinom većom od brzine svjetlosti? Zar to nije protivno teoriji relativnosti? Misli se na međusobno udaljavanje dalekih galaksija, zbog širenja svemira. Posebna teorija relativnosti postavlja ograničenje na brzinu objekata u prostoru. Ali ne i na brzinu širenja samoga prostora. Širenje prostora je fenomen koji s posebnom teorijom relativnosti nema nikakve veze. Zamislite da hrvatski zakon o osobnom identifikacijskom broju želimo primijeniti na Aboridžina koji živi u Tasmaniji. Svima je jasno da to nema smisla. Isto tako nema smisla govoriti o ograničenju brzine na širenje prostora. Prema Hubbleovom zakonu (koji nije drugo nego matematički iskaz astronomskih opažanja) brzina udaljavanja raste s udaljenošću. Veća udaljenost, veća brzina. Tu nema limita. Na određenoj udaljenosti brzina doseže brzinu svjetlosti. Ta udaljenost odgovara polumjeru zamišljene sfere koju nazivamo Hubbleovom sferom. Svi objekti izvan Hubbleove sfere bježe od nas brzinom većom od brzine svjetlosti. I ostaju nam zauvijek nedostupni, zar ne? Tako se bar tvrdi u nekim udžbenicima. Krivo.
Svjetlost emitirana s objekata izvan Hubbleove sfere ostala bi izvan Hubbleove sfere da je brzina širenja svemira ista kroz cijelu povijest svemira. Ali nije ista. Brzina širenja svemira se mijenjala i dalje se mijenja. Hubbleova "konstanta" zapravo nije konstanta. Ona se kroz povijest svemira smanjuje, stoga Hubbleova sfera raste. Svjetlost koja je nekad bila izvan Hubbleove sfere postaje njome obuhvaćena. Od toga časa može, ako ima dovoljno vremena, stići do teleskopa na Zemlji. Svjetlost mnogih dalekih objekata koje danas opažamo bila je, u doba kad je krenula prema nama, izvan Hubbleove sfere. Zato je opazivi svemir veći od Hubbleove sfere.
Veličina opazivog svemira je druga tipična zabluda povezana sa širenjem svemira. S obzirom da je brzina svjetlosti konačna, a starost svemira otprilike 13,8 milijardi godina onda je svjetlost s najudaljenijeg dijela svemira mogla do nas putovati najviše 13,8 milijardi godina. Što bi odgovaralo udaljenosti od 13,8 milijardi svjetlosnih godina, okruglo 15 milijardi svjetlosnih godina. Promjer opazivog svemira onda bi bio 30 milijardi svjetlosnih godina. I to je krivo. Promjer opazivog svemira je zapravo oko 90 milijardi svjetlosnih godina. Stvar je u tome da se prostor rastezao cijelo vrijeme dok je svjetlost putovala. Zamislite puža koji prevaljuje jedan centimetar u minuti. Ako se 13,8 minuta gibao po komadu daske onda možemo reći da je točka s koje je krenuo udaljena od točke u koju je stigao 13,8 cm. No, ako ga pustimo da puže po gumenoj traci koju cijelo vrijeme polako rastežemo onda nakon 13,8 minuta točka s koje je krenuo nije od točke u koju je stigao udaljena samo 13,8 cm. Udaljena je više. Koliko puta više? To ovisi kojom smo brzinom rastezali traku po kojoj je puzao. Ako se brzina rastezanja s vremenom mijenjala, račun je kompliciraniji, ali je udaljenost u svakom slučaju veća. Kod svemira je taj faktor uvećanja otprilike tri.
Daljnje zablude su da smo u središtu svemira i da se sami širimo. Ako se sve galaksije udaljavaju od nas, nismo li mi onda u središtu svemira? Nismo. Iz bilo koje točke svemira, pa i one koju mi vidimo kao rub opazivog svemira, situacija izgleda isto. Sve ostale daleke galaksije udaljavaju se na sve strane. Analogija s napuhivanjem balona (na kojemu smo flomasterom označili točke) dobra je upravo za razumijevanje ravnopravnosti svih točaka pri širenju. Odaberete bilo koju točku i pratite što se događa s ostalim točkama kad balon napuhujete. Bez obzira na izbor točke, sve ostale od nje bježe. No, analogija s balonom nije dobra za vizualizaciju samog širenja. Naime, balon se širi u okolni prostor. A u što se širi svemir? U neku prazninu koja je okolo njega? Ne, nema ničega okolo. Svemir je, po definiciji, sve što postoji. Možda je konačan, a možda i beskonačan, to još ne znamo. U svakom slučaju, to širenje je naprosto svojstvo prostora. Svojstvo prema kojem udaljenosti imaju vremensku ovisnost. No, to vrijedi samo na velikoj skali. Ne rastemo mi sami, ni Zemlja, ni Sunce, ni naša galaksija pa čak ni skup galaksija. Sve te objekte na okupu drži gravitacija. Tamo gdje gravitacija prevladava nema širenja. Tu opet analogija s balonom zakazuje. Točke na balonu s napuhivanjem proporcionalno rastu.
I za kraj, pitanje lokacije velikog praska. Ako mi nismo u središtu, postoji li barem točka iz koje je sve krenulo, ishodište velikog praska? Ni tako nešto ne postoji. Naime, ako udaljenost bilo kojih dviju točaka s vremenom raste, onda je ta udaljenost ranije bila manja. Još ranije je bila još manja. Ako "film" vrtimo dovoljno unazad onda te dvije odabrane toče padaju u jednu te istu točku. I to vrijedi za sve točke. To znači da je svaka točka nekad bila točka velikog praska. Drugim riječima, veliki prasak dogodio se svugdje. Zvuči ludo, ali samo ako se prepustimo zdravom razumu. Tak kad se oslobodimo okova usporedbi s iskustvima svakodnevnog života, možemo zaploviti prema razumijevanju svijeta na najvećoj skali – univerzuma u cjelini.