Didysis sprogimas. Pirma dalis: kaip gimė visata  (16)

Modernioji fizika mums sako, kad Visata atsirado iš milžiniško sprogimo. Tas sprogimas sukėlė materijos plėtimąsi, matomą dabar. Pavyzdžiui, galaktikos – tai debesys, kuriuos sudaro šimtai milijardų žvaigždžių, ir jos tolsta vienos nuo kitų, pradinio sprogimo jėgos stumiamos. Pati sprogimo teorija grindžiama prielaida, jog galaktikos tolsta viena nuo kitos. Šį teiginį patvirtina stebimų galaktikų šviesos spektro poslinkis, aprašomas Hablo dėsniu. Vadinasi gal ir pati Didžiojo sprogimo teorija yra teisinga? Kol ji galutinai neįrodyta, kiekvienas iš mūsų gali jai pritarti arba ją atmesti.

Įrodžius visatos plėtimąsi, atsirado galimybė pažvelgti į tai iš priešingos pusės. Tereikia išmatuoti galaktikų nutolimo greitį, norint nustatyti patį pradinį momentą, kai jos buvo susikaupusios viename taške. Atrodytų, kad stebime filmą, sukdami jį iš kito galo. Vaizdas po vaizdo sukdami atgal tą didžiulį kosminį filmą, baigtume tuo, kad atskleistume tą įsakmų momentą, kai visa Visata buvo segtuko galvutės dydžio. Labai labai mažo segtuko. Palyginimui galime paimti protoną – vieną iš sudedamųjų atomo dalelelių.

Kad ir kaip stengtumėtės, niekada nesuvoksite, koks mažytis ir kiek nedaug vietos teužima protonas. Jis tiesiog per mažas, kad galėtumėte tai įsivaizduoti.

Protonas – be galo maža atomo dalis, o ir pats atomas, žinoma, yra neapčiuopiamas. Protonai tokie maži, jog rašalo taškelis, toks kaip ant šitos „i“, turi maždaug 500 000 000 000 protonų arba, kitaip tariant, net daugiau negu sekundžių, kurios sudaro pusę milijono metų. Taigi mažų mažiausia, ką galima apie tai pasakyti – protonai yra be galo mikroskopiniai.

Dabar įsivaizduokite, jeigu galite (ir, aišku, kad negalite), jog vieną iš tų protonų sumažinate iki milijardinės jo dalies ir dedate į tokį mažytį erdvės plotelį, kad tas protonas vis tiek atrodo milžiniškas. Dabar į tą mažutėlę erdvę sutalpinkite maždaug unciją materijos. Puiku. Jūs pasiruošę pradėti kurti Visatą.

Manau, kad norite sukurti plėtriąją Visatą. Jeigu vis dėlto norėtumėte sukurti senesnę standartinę po Didžiojo Sprogimo atsiradusią Visatą, jums dar prireiktų papildomų medžiagų. Jūs turėtumėte surinkti viską, kas tik yra aplink – kiekvieną mažytę dulkelę ir visas materijos daleles – ir suspausti į tokį be galo kompaktišką taškelį, kuris visai neturėtų matmenų. Tai vadinama singuliariuoju tašku.

Bet kuriuo atveju pasiruoškite tikrai dideliam sprogimui. Savaime suprantama, kad stebėdami šį reginį norėsite pasitraukti į saugią vietą. Deja, nėra kur trauktis, nes už singuliariojo taško nėra kur eiti. Kai Visata pradės plėstis, ji nesiplės užpildydama vis didesnes tuštumas. Vienintelė egzistuojanti erdvė – ta, kuri sukuriama Visatai plečiantis.

Visai natūralu, kad įsivaizduojate, jog singuliarusis taškas – tai koks nors pritvinkęs daiktas, kabantis tamsioje beribėje tuštumoje. Tai neteisinga. Nėra jokios erdvės, nėra tamsos. Aplink singuliarųjį tašką nėra nieko. Nėra erdvės, kurią jis galėtų užimti, nėra vietos, kurioje galėtų būti. Mes netgi negalime paklausti, kiek laiko jis jau ten yra – ar atsirado neseniai ir staiga, kaip šauna į galvą gera mintis, ar jau yra amžinai ir tik tyliai laukia tinkamo momento. Laikas neegzistuoja. Nėra praeities, iš kurios jis galėtų būti kilęs.

Ir štai – iš nieko – prasideda mūsų Visata.

Didysis sprogimas. StruktūraVienas akinamas impulsas – ta neapsakomai greita ir visa apimanti šlovės akimirka – ir singuliarusis taškas tampa dangiško dydžio nesuvokiama erdve. Per pirmąją gyvavimo sekundę (sekundę, kuriai tyrinėti daugelis kosmologų paskirs gyvenimus – kad priartėtų prie didžiausių šio įvykio paslapčių) atsiranda gravitacija ir kitos jėgos, kurias tiria fizikos mokslas. Mažiau nei per minutę Visata nusidriekia milijonus milijardų mylių ir sparčiai plečiasi. Dabar čia labai karšta, 10 milijardų laipsnių – pakankamai, kad prasidėtų branduolinės reakcijos ir būtų sukurti lengviausieji elementai, pirmiausia vandenilis, helis ir truputis (maždaug vienas iš šimto milijonų atomų) ličio. Per tris minutes atsiranda 98 procentai visų esamų ir būsimų medžiagų. Ir štai – turime Visatą. Tai nuostabių ir malonių galimybių vieta. Be to, graži vieta. Ir visa tai padaryta maždaug per tiek laiko, kiek reikia paruošti sumuštinį.

Šiek tiek ginčijamasi dėl to, kada tai įvyko. Kosmologai jau seniai nesutaria, ar sukūrimo momentas buvo prieš 10 milijardų metų ar dvigubai anksčiau, ar kažkada tarp šių datų. Atrodo, kad sutariama dėl maždaug 13,7 milijardo metų, bet, kaip vėliau matysime, tai išmatuoti be galo sunku. Tvirtai galima pasakyti tik tiek, kad neaišku kada labai tolimoje praeityje dėl nežinomų priežasčių atėjo momentas, mokslui žinomas kaip t= 0. Mes buvome pakeliui į tikslą.

Nors visi tai vadina Didžiuoju Sprogimu, daugelis knygų įspėja negalvoti apie tai kaip apie sprogimą tradicine prasme. Greičiau tai buvo didžiulis staigus milžiniško masto plėtimasis. Taigi kas jį sukėlė?

Yra nuomonė, kad tas singuliarumas galbūt buvo ankstesnės suirusios Visatos liekana – kad mūsų Visata yra viena iš visatų, kurios plečiasi ir traukiasi kaip pūslė ant deguonies aparato, ir įsilieja į amžinąjį ciklą. Kiti priskiria Didįjį Sprogimą tam, ką vadina „netikra tuštuma“ arba „skaliariniu lauku“, arba „tuštumos energija“ – bet kuriuo atveju tai kažkokia savybė ar dalykas, kuris įvedė tam tikrus pokyčius ten, kur nieko nebuvo.

Atrodo, ką nors gauti iš nieko neįmanoma, tačiau faktas, kad kažkada nieko nebuvo, o dabar yra Visata, yra pakankamas įrodymas, kad tai įmanoma. Gali būti, kad mūsų Visata – tik daug didesnių visatų dalis, kai kurios iš jų galbūt yra kituose matavimuose, ir kad kur nors visą laiką vyksta Didieji Sprogimai. Arba gali būti, kad prieš Didįjį Sprogimą erdvė ir laikas apskritai buvo kitokių formų – per daug neįprastų, kad suprastume – ir kad Didysis Sprogimas žymi kažkokį pereinamąjį tarpsnį tarp to, kai Visata iš mums neįmanomo suvokti pavidalo pasikeitė į beveik suprantamą. „Tai labai panašu į religijos klausimus“, – 2001-aisiais New York Times laikraščiui pasakė dr. Andrei Linde'as, kosmologas iš Stanfordo.

Sprogimas
Didžiojo Sprogimo teorija kalba ne apie patį sprogimą, bet apie tai, kas atsitiko paskui. Įsidėmėkite – ne praėjus kiek nors laiko, o tuoj pat. Mokslininkai mano, kad atlikę daugybę skaičiavimų ir atidžiai stebėdami, kas vyksta dalelių greitintuvuose, gali pažvelgti į 10-43 sekundės dalį nuo momento, kai buvo sukurta Visata, kol ji vis dar buvo tokia maža, jog norint ją rasti būtų reikėję mikroskopo. Nereikia tuoj alpti, išvydus kiekvieną neįprastą skaičių, bet tikriausiai prie kai kurių iš jų verta stabtelėti, kad įsidėmėtume tą nesuvokiamą ir stebinantį mastą. Taigi, 10-43 yra 0,0000000000000000000000000000000000000000001, arba viena dešimties milijonų trilijonų trilijonų trilijonoji sekundės dalis. Už didžiąją dalį to, ką žinome arba manome, kad žinome apie pirmąsias Visatos akimirkas, reikia dėkoti reiškiniui, pavadintam plėtrumo teorija, kurią 1979-aisiais pirmą kartą paskelbė Alan'as Guth'as, Stanfordo (dabar – Masačūsetso technologijos institutas) dalelių fizikos jaunesnysis mokslinis bendradarbis. Jam tada buvo trisdešimt dveji ir, kaip pats pripažino, dar nedaug buvo spėjęs nuveikti. Tikriausiai jis taip niekad ir nebūtų sukūręs savo didžiosios teorijos, jeigu nebūtų nuėjęs į paskaitą apie Didįjį Sprogimą, kurią skaitė pats Robert'as Dicke'as. Toji paskaita įkvėpė Guth'ą domėtis kosmologija ir ypač – Visatos gimimu.

Galutinis rezultatas – plėtrumo teorija, teigianti, jog kurią nors akimirkos dalį tuoj po to, kai nušvito pirmoji pasaulio aušra, Visata ėmė staigiai ir smarkiai plėstis. Ji išsipūtė – tiesą pasakius, savaime neapsakomu greičiu plėtėsi, kas 10-34 sekundės vis padvigubėdama. Visas šis epizodas galėjo trukti ne ilgiau kaip 10~-30 sekundės – tai yra vieną milijonų milijonų milijonų milijonų milijonąją sekundės dalį – bet pakeitė Visatos dydį taip, kad ji iš to, kas iš pradžių lengvai tilpo į delną, pavirto į kai ką, mažų mažiausiai 10 000 000 000 000 000 000 000 000 kartų didesnį. Plėtrumo teorija paaiškina pulsacijas ir verpetus, kurie leidžia Visatai egzistuoti. Be jų nebūtų atsiradę medžiagos luitų, taigi nebūtų susidariusios ir žvaigždės, erdve sklistų tik dujos ir tvyrotų amžina tamsa.

Pagal Guth'o teoriją, gravitacija atsirado per vieną dešimties milijonų trilijonų trilijonų trilijonąją sekundės dalį. Po dar vieno neįsivaizduojamai trumpo intervalo atsirado elektromagnetizmas, stipriosios ir silpnosios branduolinės jėgos – fizikos mokslo tyrinėjami dalykai. Dar po akimirksnio atsirado daugybė elementariųjų dalelių – visko aplink esmė. Iš visiškai nieko – pulkai fotonų, protonų, elektronų, neutronų ir dar daug daug įvairiausių dalelyčių, pagal visuotinai pripažįstamą Didžiojo Sprogimo teoriją – kiekvienos rūšies po 1079 ar 1089.

Tokie kiekiai, žinoma, nesuvokiami. Pakanka žinoti, kad per vieną žaibišką akimirką mums buvo dovanota Visata, kuri tapo milžiniška – remiantis teoriniais skaičiavimais, mažų mažiausiai šimto milijardų šviesmečių skersmens, bet gali būti, kad jos būta ir kitokio dydžio, kurio mes neįsivaizduojame. Ir ši Visata tobulai tiko žvaigždėms, galaktikoms ir kitoms sudėtingoms sistemoms susidaryti.

Žvaigždžių ūkas
Mūsų akimis žiūrint, ypatinga yra tai, kad viskas išėjo mums į naudą. Jeigu Visata būtų susiformavusi bent kiek kitaip – jeigu gravitacija būtų buvusi vos vos stipresnė arba silpnesnė, jeigu plėtimasis būtų vykęs šiek tiek lėčiau arba greičiau – gal tuomet niekada nebūtų atsiradę tų pastovių elementų, kurie sudaro mane ir jus, ir tą žemę, ant kurios stovime. Jeigu gravitacija būtų buvusi bent kiek stipresnė, gal Visata būtų sugriuvusi kaip blogai pastatyta palapinė, nes nebūtų proporcijų, užtikrinančių matmenų išsidėstymą, medžiagos tankį ir būtinas sudėtines dalis. O jeigu gravitacija būtų buvusi silpnesnė, atskiros dalelės nebūtų susijungusios krūvon. Visata visam laikui būtų likusi neaiški pasklidusi erdvė.

Kai kurie ekspertai linkę manyti, kad galėjo būti ir daugiau didelių sprogimų, gal net trilijonų trilijonai, išsisklaidę galingoje ir bekraštėje amžinybėje, ir mes esame būtent čia todėl, kad kaip tik šioje Visatoje įmanoma gyventi. Kaip kartą pasakė Edvard'as P. Tryon'as iš Kolumbijos universiteto: „Mano kuklia nuomone, tai įvyko todėl, kad mūsų Visata yra tiesiog vienas iš tų darinių, kurie retkarčiais ima ir susikuria“. Guth'as dar priduria: „Nors Visatos susikūrimo faktas gali būti visai neįtikėtinas, Tryon'as pabrėžė, kad niekas nėra suskaičiavęs, kiek panašių bandymų nepavyko“.

Martin'as Rees'as, turintis Britanijos karališkojo astronomo titulą, mano, kad yra daug visatų, gal net begalė, kiekviena su kitokiomis savybėmis, su skirtingais deriniais, ir kad mes tiesiog gyvename toje, kurioje viskas susijungę tokiu būdu, kad galime čia būti. Jis pateikia analogiją su didele drabužių parduotuve: „Jeigu yra didelė drabužių pasiūla, nenustebsite suradę jums tinkantį kostiumą. Jeigu yra daug visatų, kurių kiekviena sukurta iš skirtingų sandaros elementų derinio, tarp jų bus tokia, kurioje tas derinys bus tinkamas gyvybei. Mes esame kaip tik toje“.

Reesas tvirtina, kad yra šeši konkretūs elementai, kurie valdo mūsų Visatą, ir kad jeigu nors vieno jų dydis bent kiek pakistų, visa kita irgi pasikeistų. Pavyzdžiui, kad Visata egzistuotų dabartiniu pavidalu, reikia, kad vandenilis virstų į helį visada taip pat tiksliai, nors ir palyginti lėtai – tai yra reikia, kad septynios tūkstantosios jo masės pavirstų energija. Jei šį dydį bent kiek sumažinsime, pvz., nuo 0,007 iki 0,006 procento, jokia transformacija nebevyks: Visatą sudarys tik vandenilis ir daugiau niekas. Truputį tą skaičių padidinkime – iki 0,008 procento – ir jungimasis taps beprotiškai greitas, kad visas vandenilis tuoj pat bus sunaudotas. Bet kokiu atveju, net ir labai nežymiai kintant skaičiams, tokios Visatos, kokią pažįstame ir kokia ji mums reikalinga, nebūtų.

Antrąja straipsnio dalį skaitykite čia.

Parengta pagal:

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(8)
(1)
(5)

Komentarai (16)

Visi šio ciklo įrašai

Susijusios žymos: