Veliki prasak:
Božje nedonošče

Kako je u maloj stanici na Južnom polu prošlog meseca ulovljena još jedna Ajnštajnova ideja i da li je zaista reč o presudno važnom otkriću koje menja našu spoznaju o tome kako je univerzum nastao

Koji su najstariji tragovi vašeg postojanja koje posedujete, a možda i svesno čuvate? Imate li još uvek plastičnu narukvicu kojom su vas babice obeležile u porodilištu ili je vaš najstariji sačuvani trag tek prva igračka, a može biti i cucla, pelena, uvojak kose ili, ako dosta polažete na identitet koji je overen kod nadležnih organa, prvi originalni izvod iz matične knjige rođenih? Nije isključeno da imate nešto što nije samo predmet sa dosta emotivnog naboja, nego i trag koji nosi značajne informacije, recimo – fotografiju snimljenu prvog dana vašeg života. A možda, ako je sticaj okolnosti hteo, fotografiju nastalu u prvom satu nakon rođenja. Možda i u prvom minutu.

Može se reći da je i sam univerzum, isto kao i bilo ko od svih nas koji ga u ovom trenutku nakratko nastanjujemo, ostavio izvesne tragove svog "rođenja" u Velikom prasku. I to tragove koji su potekli ne samo iz prvog minuta ili sekunde od početka. Nego iz delića delića sekunde, malo preciznije rečeno – iz delića sekunde koji je toliko mali da su potrebne čak 43 nule samo da bi se napisao (0,0000…0001). Štaviše, ovakav trag, star više od 13,7 milijardi godina, otkad je univerzum počeo da se širi, ljudi su uspeli da snime.

Naime, prošlog meseca je ne samo među kosmolozima, nego i u gotovo svim svetskim medijima, prohujala zaista senzacionalna vest o nastanku svemira koja je stigla sa Južnog pola. Uz pomoć radio-teleskopa BICEP koji se nalazi na ledenom Antarktiku (slika gore), zabeležen je prvi verovatni dokaz naglog širenja svemira koje se desilo tek pomenuti delić trenutka nakon Velikog praska. Ovim otkrićem verovatno je potvrđena u kosmologiji poznata Teorija inflacije američkog fizičara Alana Guta (rođ. 1947). Ali to nije sve. Do ovog neočekivano ranog traga iz porodilišta svemira došlo se zahvaljujući uspehu lova na prve gravitacione talase, što samo za sebe predstavlja prvorazredan naučni događaj.

AJNŠTAJNOV PORTRET: Gravitacioni talasi su još jedna od veličanstvenih ideja Alberta Ajnštajna za koje se iznova i iznova pokazuje da su tačne. Uzbudljivi snimak sa teleskopa BICEP mu je doneo još jednu, dodatnu potvrdu, ali ispostavlja se kako sama, u celom otkriću uzgredna činjenica da je Ajnštajn opet u pravu nije izazvala mnogo uzbuđenja. Poneko je tu i tamo prokomentarisao ovu zgodu, a poneko, kao autor ovog teksta, najzad odštampao Ajnštajnov portret i okačio ga na zid kancelarije.

No, kakvi su to uopšte Ajnštajnovi talasi? Poznati u fizici kao gravitacioni talasi, oni su predviđeni Ajnštajnovom Opštom teorijom relativnosti iz 1916. i bez sumnje su, sve do sada, bili jedan od onih kosmičkih fenomena čiji lov podseća na potragu za belim slonovima. Može se reći (u nadi da se ne uplašite previše) kako bi gravitacioni talasi trebalo da nastaju uvek kada neko masivno telo ubrzava u tkanju prostor-vremena.

Da bi stvar učinili malo jasnijom, evo i jedne ustaljene analogije – obični elektromagnetni talasi, koji su svakodnevna, sveprožimajuća pojava, ona u koju spadaju svetlost, radio-talasi, signali mobilnih telefona i daljinskih upravljača, sasvim ustaljeno nastaju prilikom ubrzanja neke čestice koja je naelektrisana. Ajnštajnova zamisao je jednostavna: prilikom ubrzanja nečeg što nije samo naelektrisano, već ima masu (primer iz života, velika zvezda), nastaće gravitacioni talasi. I prostiraće se svuda unaokolo.

Upravo zbog toga lov na njih nije jednostavan, ali razvoj astronomije je doprineo tome da se pokaže kako ova ideja nije bez osnova, kao i da se gravitacioni talasi mogu uočiti. Naime, astronomi su, u jednom čuvenom istraživanju, indirektno snimili gravitacione talase koji se šire dok dve masivne zvezde kruže jedna oko druge (Huls Tejlor binarni sistem), za šta je 1993. dodeljena Nobelova nagrada.

GUTOVA TEORIJA: Kakve veze to ipak ima sa Velikim praskom? Ako gravitacioni talasi uvek nastaju onako kako je Ajnštajn "zamislio", onda su se po pomenutoj Gutovoj Teoriji inflacije nekakvi gravitacioni talasi morali pojaviti i onda kad ubrzano telo nije kakva masivna zvezda, već sam univerzum. I to se, nastanak takvih gravitacionih talasa, moralo desiti u onom izuzetno kratkom periodu dok se po teoriji svemir ubrzano širio.

Inače, teorija američkog fizičara Alana Guta (a ona je, pošteno, ne samo Gutova već i teorija ruskog fizičara Alekseja Starobinskog) objasnila je još početkom osamdesetih godina 20. veka pitanje temperaturnih fluktuacija svemira predlažući hrabru, ali u tom trenutku neproverivu ideju – kako svemir nije mogao ujednačeno da se širi od samog početka pa nadalje, već da se u prvim delićima sekunde širio mnogo brzo, da se povećao za dvadeset redova veličine, a da je potom, kad je dostigao veličinu klikera, nastavio da se širi malo umerenije.

No, nije bilo pomenutih tragova iz porodilišta, niti ikakvog drugog načina da saznamo šta se pre 13,7 milijardi godina, i to u tako kratkom intervalu, zaista dogodilo. A onda je, sredinom marta, došlo do novog prodora – "forenzičari svemira" su pronašli jasan trag jednog pradrevnog gravitacionog talasa koji je nastao "na mestu zločina", na samom početku, dok je trajalo ubrzano širenje, zbog koga je, pretpostavimo li, taj primordijalni talas i nastao.

Lov na ovakav jedan talas je, međutim, složeniji od većine detektivskih zapleta. Prva stvar koja olakšava takvu potragu je okolnost da su ovakvi talasi morali nastaviti da putuju mnogo, mnogo nakon što se Gutova inflacija završila, a svemir nastavio mirno, sa sporijom evolucijom. I da se takav početni talas širio sve do 380.000 godina nakon Velikog praska, do trenutka kad je "nastala" prva svetlost, to jest do trenutka kad su se "oslobodili" prvi fotoni čije prostiranje po sličnoj logici vidimo i danas. To daje osnov da u "prvoj svetlosti" možda postoji trag prvog među gravitacionim talasima.

SVEDOK VREMENA: Zaštićeni svedok iz ovih ranih vremena u istoriji univerzuma je u nauci dobro poznat još od 1964. godine, kad je prvi put snimljeno takozvano mikrotalasno pozadinsko kosmičko zračenje. Ono predstavlja tihi odjek uslova koji su vladali tokom drevnih vremena našeg univerzuma, koji možemo sa lakoćom da snimimo i danas (videti "Vreme", 1167). Kosmičko zračenje, inače, dolazi iz svih delova vasione podjednako raspoređeno, a sama kosmička mikrotalasna pozadina, kao najstarije zračenje koje kao šapat Velikog praska stiže do Zemlje, može se snimiti sa lakoćom uz pomoć dobrih radio-teleskopa.

No, u kakvoj je vezi ovo drevno zračenje sa bitno starijim gravitacionim talasom koji je univerzum ispustio kad se prvi put naglo uvećao? Zgodna okolnost sa ovakvim svedokom vremena je da se on, to jest kosmička mikrotalasna pozadina može polarizovati, isto kao i svetlost ili bilo koje drugo elektromagnetno zračenje. Na primer, na Zemlji se Sunčeva svetlost neprekidno rasipa kroz atmosferu i polarizuje.

Ako je tačna Gutova teorija, onda se pre 380.000 godina ovo zračenje moralo na sličan način rasipati i uz to, polarizovati na onom, pomenutom prvom gravitacionom talasu koji je nastao u prvim delićima ubrzanog širenja. I onda je u njemu mogao ostati nekakav bledi trag te polarizacije (kosmolozi bi je nazvali B polarizacijom), odnosno pečat samog početka postojanja.

Ispostavilo se da on postoji i da su prošlog meseca astronomi iz Harvard-Smitsonijan centra za astrofiziku ulovili pomenutu B polarizaciju, koja je dokaz da se ovo zračenje polarizovalo na najstarijem mogućem tragu ubrzanog širenja svemira. Do ovog rezultata su došli uz pomoć radio-instrumenta BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), radio-teleskopa stacioniranog na Južnom polu, koji se sastoji od 98 osetljivih detektora, da bi 17. marta objavili svoje otkriće na portalu ArXivs.

Podaci koje je BICEP sakupio dali su prvi dokaz o postojanju gravitacionih talasa nastalih tokom Gutove inflacije, a samim tim i zapis prvih podrhtavanja nakon Velikog praska. Na snimcima se jasno videlo da polarizacija mikrotalasnog zračenja ne prati očekivani šablon i da se ono nije polarizovalo na nečemu drugom, već da je do polarizacije došlo na gravitacionim talasima. Istraživači sa BICEP teleskopa su tri godine proveravali ovaj rezultat kako bi eliminisali sve druge opcije. I sada, kad je objavljeno i kad je izazvalo nešto oduševljenja, biće neophodno da se merenje potvrdi u još jednom nezavisnom eksperimentu. I onda ćemo, listajući album sa porodičnim slikama, mirno moći da kažemo: "E, a ovo je naš svemir, tek što se bio rodio."

Slobodan Bubnjević