Kosmos nema prečica

Da li je izvodljivo putovanje kroz vreme? Uskočite u svemirsku letelicu i za tren stignete u prošlost ili budućnost. Kao junak u filmu „Zvezdana kapija” koji se odjednom našao u Egiptu u vreme faraona!

Vremeplov se temelji na „kosmičkim crvotočinama”, zamišljenim prostornovremenskim prečicama, kroz koje za tili čas stižete s jednog na drugi kraj kosmosa.

„Crvotočine su rešenja koja opisuju gravitaciona polja u prisustvu vrlo egzotične materije. Da bi se gravitaciono polje tako ’uvrnulo’, neophodno je da materijal od koga je crvotočina načinjena ima negativnu gustinu energije. Takvi sistemi su nestabilni, brzo se raspadaju. Teško je verovati da bi kosmos ’preživeo’ gotovo 14 milijardi godina u prisustvu takvih stepena slobode. Prema tome, ne verujem u postojanje makroskopskih crvotočina i mogućnost putovanja kroz vreme, barem ne na osnovu postojećih ideja o mikrofizici i gravitaciji”, objašnjava u ekskluzivnom razgovoru za „Politiku” profesor dr Nemanja Kaloper, jedan od najvećih svetskih kosmologa, koji je nedavno zavredio najveće odličje za fiziku u nas „Marko Jarić” („Veoma mi je drago što sam je dobio, to mi je draže od nekih nagrada i počasti u svetu”).

Naš sagovornik je 1987. diplomirao u Novom Sadu i odmah se otisnuo u svet. Pet godina docnije doktorirao je u SAD, predavao na nekoliko američkih i kanadskih univerziteta, izvesno vreme proveo u CERN-u, a od 2002. je profesor na uglednom Kalifornijskom univerzitetu u Dejvisu. Objavio je više od 70 naučnih radova (preko 2.700 puta citirani), jedan je od začetnika fizike i kosmologije svetova–membrana (postoje u beskonačno velikim dodatnim dimenzijama prostora) i tvorac teorije veoma lakih čestica aksiona (kandidati za objašnjenje porekla tamne energije i tamne materije).

Kad se ne bavi fizikom, kako kaže, vreme provodi zabavljajući porodicu – suprugu Miroslavu, sinčića Stefana Nemanju (pet godina) i kćerkicu Sofiju Isidoru (3).

Ima li izgleda da se neka visokotehnološka civilizacija vrati u prošlost i promeni je? Iz kojih je razloga to neostvarljivo?

– Ta civilizacija bi morala da pronađe načine da živi sa nestabilnostima i ukroti ih. Možda. U ovom momentu, mislim da je to nerealno.

Zašto je kosmos ovakav kakav jeste? Kako on sada izgleda?

– Savremena posmatranja nam kažu da je kosmos star, homogen i izotropan (isti u svim smerovima), s vrlo malim nepravilnostima: kondenzovane strukture materije unose u geometriju kosmosa male nehomogenosti reda veličine 0,00001 ili hiljaditog dela jednog procenta. Normalna materija, koju srećemo u svakodnevnom životu (protoni, elektroni, fotoni i njihovi nešto „egzotičniji” rođaci: neutrini, muoni itd.) sačinjava svega nekoliko procenata ukupnog sadržaja. Danas verujemo da je većina materije u kosmosu tamna: takozvane tamna materija i tamna energija, koje se razlikuju po tome kako se ponašaju u gravitacionim poljima. Tamna materija je slična običnoj, čini oko 30 odsto sadržine i sačinjava većinu mase u galaksijama i jatima galaksija. Tamna energija je drugačija, ponaša se kao nestišljivi fluid i odupire težnji gravitacije da je sabije. Njen sadržaj je oko 70 odsto od ukupne količine materije i stoga kontroliše brzinu njegovog širenja, dovodeći do kosmološkog ubrzanja otkrivenog u merenjima pomračenja supernova.

Verovatno je ključna zagonetka kosmologije, u ovom trenutku, objašnjenje zašto je kosmos takav: naime toliko star, a opet pravilan, s malim odstupanjima od homogenosti i izotropije. U prisustvu obične materije, takvo stanje u okviru opšte relativnosti je izvanredno neverovatno: kosmos ne bi trebalo ni da postoji, a kamoli da bude toliko star i pravilan. Vodeća teorijska misao kaže da je u vreme kad je bio izuzetno mlad kosmos prošao kroz epohu ubrzanog širenja, u kojem mu se veličina povećala u toku izuzetno kratkog intervala, kraćeg od jedne sekunde, za 35 redova veličine (zamislite broj kao 34 nule ispred jedinice). Medijum koji je doveo do inflacije je tamna energija, slična onoj što dominira današnjim kosmosom, raspavši se na obične čestice na kraju rane epohe ubrzanog širenja. Taj događaj, u stvari, može se identifikovati, u operativnom smislu, sa „Velikim praskom” u standardnom modelu.

Da li je kosmos beskonačan ili samo veliki; da li je večan ili samo dugovečan?

– Ovo je izuzetno zanimljivo pitanje, čiji odgovor zahteva proširenje standardnog modela. Naime, na ovo pitanje nije moguće odgovoriti jednoznačno koristeći se isključivo rezultatima posmatranja, već su potrebne nove pretpostavke teorijske prirode. Zavisno od njih, u ovom momentu svi odgovori su mogući: kosmos je, možda, beskonačan, a možda nije; možda je večan, a možda nije.

Vi ste jedan od začetnika kosmologije svetova–membrana. Može li M-teorija da objedini sve sadašnje poglede i tumačenja?

Vidite, M-teorija je u razvitku. U ovom momentu nismo sigurni u kom će se pravcu dalje kretati. Istraživači koji su doprineli stvaranju M-teorije su u početku smatrali da ona može da bude teorija svega (Theory of Everything), koja objedinjuje gravitaciju sa ostalim interakcijama (sile) u prirodi na jedinstven način. Međutim, jedna od teškoća na koju se ubrzo naišlo jeste da M-teorija sadrži beskonačno mnogo degenerisanih osnovnih stanja i da je u principu moguće odabrati bilo koje od njih kao vakuum, a da svaki različiti izbor dovodi do različite teorije koja opisuje njegova pobuđenja i, stoga, predstavlja novog kandidata za opis nekog mogućeg kosmosa. Teškoće koje ova osobina povlači su: 1) nijedna od tih teorija nije potpuno u skladu sa eksperimentalnim podacima, i 2) čak i da nađemo neku teoriju koja bi se slagala sa eksperimentom, mi ne znamo kako da definišemo princip izbora jedinstvenog vakuuma iz ovog „mora mogućnosti”.

Kako biste, ukratko, opisali „branski” svet?

– Zamislite bilijarski sto, po čijoj se površini kotrljaju i sudaraju bilijarske kugle. Za površinu stola drži ih vezivna sila, njihova težina u gravitacionom polju Zemlje. Ako ste dobar igrač bilijara, vaši udarci će uvek dovoditi do kretanja kugli po stolu, tako da ako neko posmatra događaje, isključivo, na osnovu informacija dobijenih iz kretanja bilijarskih kugli, taj posmatrač može da se prevari i zaključi da svet bilijarskih kugli ima samo dve dimenzije. Naravno, ukoliko taj isti posmatrač odluči ne samo da posmatra putanje kugli, nego i da sluša zvukove koje stvaraju njihove sudari, onda će on da zaključi da postoji i treća prostorna dimenzija kroz koju se zvuk prostire. Nisu svi igrači podjednako dobri i ponekad će neki malo lošiji da udari kuglu pogrešno, pa će ona da poleti sa stola, sama pronalazeći dodatnu dimenziju kroz koju može da se kreće. Dodajte sada svemu tome još jednu prostornu dimenziju: i stolu i njegovoj okolini.

Pretpostavite da se sve nama poznate materijalne čestice (protoni, elektroni...) mogu kretati samo kroz tri prostorne dimenzije, slično bilijarskim kuglama pod kontrolom dobrog igrača. Takođe zamislite da je gravitaciono polje analogno zvuku i da se ono može prostirati kroz sve postojeće prostorne dimenzije, za razliku od materijalnih čestica. Na taj način možete da shvatite zašto je gravitacija tako slaba sila: u poređenju s normalnim silama koje deluju na materijalne čestice, kao na primer elekromagnetska, gravitacija je slabija za oko 16 redova veličine.

Znači li to da postoji više svetova–kosmosa, a da smo mi u jednom od njih?

– Zamislite sada da ste poređali veliki broj bilijarskih stolova jedan na drugi, na sprat, i da se na površini svakog kreću bilijarske kugle. Kugle sa jednog stola, pod sigurnom rukom dobrog igrača, neće preći na drugi. Međutim, one još mogu da „čuju” jedna drugu, jer se zvuk prostire kroz sve postojeće prostorne dimenzije. Slično je i u svetu od više brana. Čestice koje obitavaju na jednoj mogu da „komuniciraju” s česticama na drugoj brani pomoću gravitacione sile. Ukoliko se nalazite na jednoj od površina, nećete moći da vidite čestice s druge, ali ćete moći da primetite njihovo prisustvo zbog gravitacije koju one proizvode. Stoga su takve čestice veoma interesantan kandidat za tamnu materiju u kosmosu.

U kojem, onda, mi obitavamo?

– U onom koji se poslednji „podgrejao”, naime u kome je inflatorna epoha najduže trajala. U njemu će lokalna gustina normalne materije biti najveća, i zato će se kosmološke strukture – galaksije, zvezde itd – najpre razviti.

Je li moguće prelaziti iz jednog u drugi ili smo zauvek zarobljeni u ovom? Šta ih to razdvaja?

– Svetovi–brane su razdvojeni „provalijom” dodatnih dimenzija – ironično je to što razmak između tih svetova može da bude tanušan, recimo mnogo manji od jednog milimetra. Ali, da biste prešli s jednog na drugi, morate da se „pretvorite” u vrstu materije koja može da obitava i između svetova–brana. U jednostavnijim scenarijima, obični elektroni i protoni to ne mogu. Znači, proces prelaska s jednog sveta–brane na drugi bi bio destruktivan: morate da pretvorite objekat (predmet) u gravitacione stepene slobode, da biste prebacili informaciju s jedne brane na drugu...

Ukoliko je naš kosmos smešten unutar jedne brane, šta se nalazi izvan nje?

– Dodatni prostor, susedne brane, skriveni svetovi...

Slažete li se s tvrdnjom da je „Veliki prasak”, možda, posledica sudara dve brane?

– Brane mogu da se kreću kroz dopunske dimenzije koje naseljavaju. Zavisno od osobina višedimenzione geometrije, to kretanje može da dovede do ubrzanog širenja prostora duž brana, do kosmološke inflacije duž njih. Inflacija prestaje kad brane prestanu da se kreću: sudare se i zaustave, i kao pri sudaru automobila njihova kinetička energija pretvori se u toplotu: to je proces „podgrevanja” svemira posle inflacije. Naime, medijum koji je kontrolisao ubrzano širenje kosmosa, u ovom slučaju kinetička energija brana usled kretanja kroz dodatne dimenzije, „raspadne” se na konvencionalne čestice standardnog modela.

Zar sve to ne podseća na „Zonu sumraka”?

– Zavisi od epizode, ha, ha, ha! U stvari, pravilno pitanje jeste da li scenarista koji piše epizode za „Zonu sumraka” traži inspiraciju u modernoj fizici i kosmologiji. Odgovor je, naravno, potvrdan, bar ukoliko se odnosi na one bolje scenariste. Moderna fizika i kosmologija su umnogome maštovitije od naučne fantastike. U stvari, one su u izvesnom smislu oblik umetnosti.

Dolazite li često u zavičaj? Čega se najčešće sećate u tuđini?

– Moja i porodica moje supruge su u Novom Sadu, dolazimo, uglavnom, jednom godišnje, ponekad češće. Želja nam je da deca osete Srbiju, bar malo. Čega se najviše sećam? Mislim da mi je u najlepšem sećanju srećno vreme krajem sedamdesetih, kada je život bio, uglavnom, jednostavan i bezbrižan. Na taj način dam oduška nostalgiji, pa nastavim dalje u takmičarskom duhu „američkog sna”...Pojmovnik

STANDARDNI MODEL: Najprihvaćenija teorija po kojoj je kosmos nastao pre, otprilike, 13 milijardi i 700 miliona godina u strahotnoj eksploziji („Veliki prasak”) iz beskonačno male tačke bespojamno velike gustine.

OPŠTA RELATIVNOST: Ajnštajnova teorija zasnovana na pretpostavci da su zakoni fizike isti za sve posmatrače, bez obzira na to koliko se brzo kreću. Ona objašnjava gravitacionu silu preko zakrivljenosti prostorvremena.

STRUNE: U teoriji struna zamenjuje elementarne čestice bez strukture, čiji različiti vidovi vibriranja daju česticama osobine.

KOSMIČKE STRUNE: Dugačke i teške jednodimenzione (imaju samo dužinu) niti (objekti) s majušnim poprečnim presekom koje su, možda, nastale u najranijim trenucima kosmosa. Do sada se jedna, verovatno, rastegla celim kosmosom.

M-TEORIJA: Objedinjuje svih pet teorija struna i supergravitaciju u jedinstven teorijski okvir; još nije potpuno shvaćena.

MEMBRANA (BRANA): Temeljna jedinica M-teorije koja može da ima mnoštvo dimenzija. Na primer, 1-brana je struna, 2-brana je povr