Nauka:
Vreme, početak i kraj

Večnost je prilično dugačak period, naročito pri kraju

Sve do pojave Grka nije bilo značajnijeg interesovanja za istoriju i fenomen protoka vremena. Kako kaže Mirča Elijade u svojoj knjizi Mit o večnom vraćanju: prošlost je predstavljala preoblikovanu budućnost. Nijedan događaj nije predstavljao nepovratnu promenu, nijedna transformacija nije bila konačna. U izvesnom smislu, moglo bi se reći da se u svetu ne zbiva ništa novo, već se u njemu ponavljaju samo dobro poznati šabloni: izlazak i zalazak sunca, mesečeve mene, periodična izlivanja reka, promene godišnjih doba, smene vladara, ciklusi plodnih i sušnih godina, rata i mira, gladi i izobilja, rađanja i umiranja. Kraj jednog doba predstavljao je istovremeno i njegov novi početak. U ovakvom konceptu vremena bog se pojavljuje kao mitološko biće, neko ko je točku vremena dao početni impuls, a jedina prava istorijska priča bila je ona o nastanku univerzuma i života iz prvobitnog haosa. Tragove ovakvog gledanja na vreme nalazimo svuda – u delima Bude, Pitagore pa i u bibliji:

Naraštaj jedan odlazi i drugi dolazi, a zemlja stoji uvijek.
Sunce izlazi i zalazi, i opet hiti na mjesto svoje odakle izlazi.
Vetar ide na jug i obrće se, i u obrtanju svom vraća se.
Sve rijeke teku u more, i more se ne prepunja;
odakle teku rijeke, onamo se vraćaju da opet teku.
Što je bilo, to će biti, što se činilo, to će se činiti,
i nema ništa novo pod suncem.

Mnogo vekova kasnije, sveti Avgustin kaže: "Šta je zapravo vreme? Ako me niko ne pita, ja znam. Ako neko traži da mu objasnim – priznajem da ne znam." Tek je Njutn otišao korak dalje od biblijske priče o cikličnom vremenu ("sve je od praha i sve se vraća u prah") i uspostavio koncept matematičkog, apsolutnog vremena čiji je tok ravnomeran, nepovratan i beskonačan. Kant je među prvima smatrao da vreme i prostor čine jedinstvenu pozadinsku strukturu bez koje je nemoguće ispravno tumačenje i sažimanje naših čulnih iskustava. Formulišući teoriju relativiteta Ajnštajn je otišao korak dalje, integrišući ova dva pojma u jedinstveni prostorno-vremeski kontinuum.

Do današnjeg dana praktično da nema značajnijeg matematičara, fizičara ili filozofa koji se nije bavio izučavanjem fenomena vremena, makar i na šaljiv način. Jedan od duhovitijih bio je Džon Arčibal Viler, teorijski fizičar koji je krajem šezdesetih iskovao termin "crna rupa": "Vreme je ono zbog čega se događaji ne dešavaju istovremeno. Prostor je ono zbog čega se događaji ne dešavaju samo meni."

Početak vremena: Opšte je prihvaćena teza da je vasiona začeta "velikim praskom" pre oko 13,7 milijardi godina, iz tačke beskonačno velike gustine u kojoj se sažimala sva materija današnje vasione. Iluzorno je pitati šta je bilo pre "big benga" i gde se on zapravo zbio – pre velike eksplozije nisu postojali ni prostor ni vreme. Postoje i druge teorije o nastanku vasione, ali se teorija o velikom prasku najbolje uklapa u ono što astronomi danas opažaju: vasiona se širi, galaksije se udaljavaju, njihova relativna brzina u odnosu na našu povećava se sa rastojanjem. Samo teorija velikog praska može da objasni sveprisutno "pozadinsko zračenje", mikrotalasni eho velike eksplozije, koji su 1964. godine otkrili Penzias i Vilson. Osim toga, teorija velikog praska predviđa da se kosmos sastoji od vodonika i helijuma u odnosu 3:1, uz tragove drugih elemenata, što se savršeno uklapa u ono što opažamo.

Prva sekunda vasione: Danas znamo da svetom upravljaju četiri prirodne sile: dve nuklearne, gravitaciona i elektromagnetska (u svakodnevnom životu opažamo samo poslednje dve). Tokom jednog nepojamnog kratkog početnog perioda kada je čitav svemir bio nemerljivo manji od glave čiode (Plankova epoha), sve ove sile bile su ujedinjene. S obzirom na to da danas nemamo objedinjenu teoriju prirodnih sila, ne možemo ni da nagađamo šta se sa svemirom zbivalo na samom početku, tokom Plankove ere. Međutim, do kraja prve sekunde, sve prirodne sile su se izdiferencirale, formiran je proton, nukleus atoma vodonika, a kroz proces fuzije i jezgro helijuma.

380.000 godina posle velikog praska: Završava se tzv. mračna era vasione. Tokom ove epohe materija je bila jonizovana, sastavljena od mešavine naelektrisanih čestica, suviše brzih da bi se formirali klasični gasoviti elementi. S obzirom na to da ovakva materija (plazma) apsorbuje svetlost svih talasnih dužina, vasiona je tokom prvih nekoliko stotina hiljada godina bila potpuno neprozirna. Kada su pozitivno naelektrisana atomska jezgra počela da "zarobljavaju" negativne elektrone, formirali su se gasovi koji apsorbuju samo deo svetlosnog spektra i vasiona je postala prozirna. Počinje dominacija materije kakvu danas poznajemo i srećemo svuda oko nas.

Sto miliona godina posle velikog praska: Nastaju prve galaksije i kvazari, primitivni kosmički objekti koje i danas možemo da vidimo. Usled malih varijacija u gustini materije dolazi do lokalne agregacije materije što dovodi do pojave prvih zvezda.

Životni vek zvezda zavisi od njihove mase: one najmanje sagorevaju lagano i mogu da traju hiljadama milijardi godina, dok one najveće traju manje od dvadeset miliona. Fuzioni procesi u zvezdama osnovni su izvor težih hemijskih elemenata kao što su ugljenik, kiseonik ili silicijum. Ostaci sagorelih zvezda postaju gradivni materijal za one koje će se tek upaliti – kroz takav proces nastalo je naše Sunce i čitav planetarni sistem. Broj zvezda i galaksija raste a doba "zvezdanog izobilja" traje i danas. Ipak, vreme najintenzivnijeg rađanja novih zvezda odavno je prošlo.

Pre šest milijardi godina: Vreme nastanka prvobitnog Sunca iz velikog tamnog oblaka vodoničnog gasa i prašine. Pod dejstvom gravitacionih sila ovaj oblak nastavio je da se zgušnjava, postajući sve topliji i svetliji.

Pre 4,5 milijardi godina: Temperatura u Sunčevom jezgru dostigla je 15 miliona stepeni. Na ovoj temperaturi započinje proces termonuklearne fuzije (spajanja) atoma vodonika u helijum, uz oslobađanje ogromne količine energije. Tadašnje Sunce bilo je bitno drugačije: deset odsto manje, 30 odsto tamnije i nešto hladnije. Pod dejstvom sunčevog vetra, prvobitni oblak gasa i prašine oduvan je u kosmos, sa izuzetkom malog procenta materije u Sunčevoj ekvatorijalnoj ravni. Od nje će, u procesu koagulacije koji će trajati stotinak miliona godina, nastati sve planete sunčevog sistema, uključujući i našu.

Pre četiri milijarde godina: Nastanak primitivnog života na Zemlji, verovatno u formi samoreplicirajućih molekula ribonukleinske kiseline. Zemljina atmosfera još uvek ne sadrži dovljno kiseonika potrebnog za život kakav danas poznajemo.

Pre tri milijarde godina: Nastaju cijanobakterije, sposobne da vrše fotosintezu uz oslobađanje kiseonika. Život buja u morima, a povećana koncentracija kiseonika pogoduje razvoju novih bakterijskih vrsta koje potrebnu energiju proizvode oksidacijom organskih materija.

Pre 1,2 milijarde godina: Evolucija se rapidno ubrzava kroz proces seksualne reprodukcije. Najveći deo života koncentrisan je u morima i okeanima, manji broj bakterijskih vrsta naseljava kopno.

Pre milijardu godina: More naseljavaju prvi višećelijski organizmi: alge, sunđeri i morske trave. Zemaljska godina traje 480 dana, svaki dan po 18 sati.

Pre 450 miliona godina: Ekspanzija života i ubrzavanje evolucije, nastanak dalekih predaka mnogih današnjih vrsta. Biljke izlaze na kopno, u moru nastaju prvi kičmenjaci – ribe. Pauci, škorpioni i prvi insekti bez krila naseljavaju kopno.

Pre 360 miliona godina: Biljne vrste ubrzano osvajaju kontinent zahvaljujući semenu koje je otporno na vremenske uslove i dovoljno lako da "preleti" velika rastojanja.

Pre 250 miliona godina: Iz razloga koji još nisu utvrđeni dolazi do istrebljenja oko 95 odsto životinjskih vrsta. Nakon toga uslediće period vrlo suve klime kao uvod u epohu dinosaura. U to vreme, svi zemljaski kontinenti deo su jedne ogromne, kompaktne kopnene celine – Pangee, koja se nakon toga raspala na Lauraziju (današnja Severna Amerika, Grenland, Evropa i najveći deo Azije) i Gondvanu (Afrika, deo Azije, Južna Amerika, Antartik i Australija). Tektonske ploče, delovi zemljine kore debeli oko 80 kilometara koji plutaju na strujama vrele, žitke magme duboko ispod površine zemlje, poprimaju oblik sličan današnjem. Brzine kretanja tektonskih ploča veoma su male ali postojane, ne veće od nekoliko centimetara godišnje.

Pre 150 miliona godina: Dinosauri su na vrhuncu, nastaju gmizavci čiji su udovi pokriveni perjem, preteče današnjih ptica. Prvi sisari datiraju iz ovog perioda.

PRE 65 MILIONA: Udar meteorita imao ja apokaliptične posledice

Pre 65 miliona godina: Još jedno veliko istrebljenje vrsta i kraj ere dinosaura. Iako razlog izumiranja živog sveta još nije definitivno utvrđen, pretpostavlja se da je udar meteorita u oblast današnjeg Meksičkog zaliva doveo do izbacivanja velike količine prašine u atmosferu što je dovelo do globalnog zahlađenja. U odsustvu velikih dinosaura-predatora prvobitni sisari dobijaju priliku da se razmnože i evoluiraju.

Pre dva do pet miliona godina: Ljudski preci diferenciraju se od šimpanze (DNK čoveka i šimpanze sadrži 98 odsto identičnih gena). Najstariji čovekov predak, "milenijumski čovek", pronađen je u Keniji. Dva miliona godina kasnije, u afričkim savanama, nastaje australopitekus, prvi hominid sa čvrstim osloncem na dve noge. Homo habilis koristi prve alatke za odsecanje i sakupljanje plodova. Homo erektus evoluira u Africi a zatim naseljava Aziju.

Pre 200.000 godina: Iz ovog doba datiraju ostaci najranijeg poznatog homo sapiensa, pronađeni u okolini reke Omo u Etiopiji. Postoje dokazi da se ovaj naš predak hranio loveći nilske konje u afričkim rekama.

Pre 130.000 godina: Evropu naseljava "neandertalski čovek": on sahranjuje svoje mrtve, vodi brigu o bolesnima, upražnjava ritualne obrede, koristi koplje. Kod neandertalca je izolovan gen vezan za sposobnost govora.

Pre 40.000 godina: "Kromanjonski čovek" lovi mamute i druge životinje, oslikava predmete i svoja staništa, ima izuzetne mentalne sposobnosti što ga za kratko vreme dovodi na sam vrh lanca ishrane. Aboridžini naseljavaju Australiju. Čovečanstvo se, verovatno preko Sibira, širi i na Amerku.

Pre 15.000 godina: Završava se poslednje ledeno doba, prouzrukujući porast nivoa mora i formiranje brojnih ostrva od nekad celovitog kopna (Japan). Jedna grupa ljudi naseljava se u Mesopotamiji, plodnom polumesecu oko reka Tigar i Eufrat, i počinje da se bavi poljoprivredom. Uslediće poriod izobilja koji će dovesti do formiranja prvih stalnih ljudskih naseobina. Nastaju čuvene slike u pećinama Lasko i Altamira.

Pre 11.000 godina: Čovečanstvo broji pet miliona ljudi. Pripitomljena je prva životinjska vrsta (pas). Sahara je zelena, prošarana rekama i jezerima između kojih obitavaju goveda, reptili i ptice. Prvi primerci grnčarije napravljeni su u Japanu.

Pre oko 4000 godina: Počinje doba pisane istorije, najstariji zabeleženi istorijski tragovi datiraju iz ovog perioda. Vinčanska kultura, sumerska i kritska civilizacija, jevrejska hronologija i kalendar Maja datiraju iz ovog perioda.

Danas: Sunce je potrošilo 50 odsto svojih vodoničnih rezervi. Usled promene hemijskog sastava, Sunce neprekidno postaje sve veće, sjajnije i toplije.

Kroz deset miliona godina: Veći deo Kalifornije otklizao je na sever, Los Anđeles je postao predgrađe San Franciska.

Kroz 50 miliona godina: Afrika udara u Evropu i formira evroazijski megakontinent potpuno zatvarajući Sredozemno more, ostatak velikog okeana koji je postojao pre nekih 100 miliona godina. Crna Gora ima kopnenu granicu sa Italijom, možda Egiptom ili Libijom. Australija će nastaviti da se kreće ka severu, gutajući ostrva jugoistočne Azije, sve dok je ne zaustavi kopno jugoistočne Kine. Obe Amerike kretaće se dalje na zapad, što će za posledicu imati rast Atlantskog okeana na račun Pacifika.

Kroz 200 do 250 miliona godina: Američki kontinenti "doploviće" do istočne obale Evroazije stvarajući Pangeu Ultimu, pandan prvobitnom prakontinentu. U ciklusu od Pangee preko sadašnjosti do Pangee Ultime proteći će nešto manje od pola milijarde godina.

KAKO OBJASNITI VREME: Albert Ajnštajn...

Kroz 500 miliona godina: Usled evolucije Sunca, klima na Zemlji postaće znatno toplija. Doći će do poremećaja tokova ugljen-dioksida koji će se iz atmosfere preseliti u okeane i karbonatne stene. Samim tim, nestaće i osnovni preduslov fotosinteze, što dovodi do propasti većine biljnih vrsta. Biljke koje u sebi imaju mehanizam za povećanje koncentracije ugljenika (poput kaktusa i kukuruza) opstaće još neko kraće vreme. Izumiranje biljaka biće praćeno i nestankom većine životinjskih vrsta, usled prekida u lancima ishrane.

Kroz milijardu godina: Sunce je deset odsto sjajnije nego danas. Klima je sve suvlja jer se voda iz okeana seli u atmosferu, a zatim nestaje u kosmosu. Naša planeta definitivno prestaje da bude mesto pogodno za život.

Kroz tri milijarde godine: Naša galaksija, Mlečni put, sudariće se sa znatno većom Andromedom, brzinom od oko pola miliona kilometara na čas. Efekti ovog sudara ne mogu se precizno predvideti.

Kroz četiri milijarde godina: Sunce je 40 odsto sjajnije. Zemlja je suva i beživotna planeta čijom vrelom klimom dominira efekat staklene bašte, nalik onom koji danas uočavamo na Veneri.

Kroz 6,4 milijarde godina: Najdramatičniji događaj u istoriji Sunca, trenutak u kome će biti potrošeno sve preostalo vodonično gorivo u njegovom jezgru. Helijum koji se 11 milijardi godina gomilao kao nusprodukt fuzije, počinje da se koncentriše u Sunčevom jezgru. Preostali tragovi vodonika dovoljni su da održe termonuklearnu reakciju u višim slojevima zvezde još neko vreme. Sunce je 50 odsto veće i 120 odsto sjajnije nego danas.

Kroz sedam milijardi godina: Sunce ulazi u fazu rapidnog rasta usled ubrzanog diferenciranja njegovih spoljašnjih i unutrašnjih slojeva.

Kroz 7,7 milijardi godina: Sunce postaje crveni džin, 150 puta veće i 2000 puta sjajnije nego što je sada. Merkur, Suncu najbliža planeta, više ne postoji. U isto vreme, temperatura helijuma komprimovanog u jezgru dostiže 100 miliona stepeni, što je dovoljno da započne novi termonuklearni ciklus fuzije helijuma u kiseonik i ugljenik. Sunce započinje ciklus sažimanja, tokom kojeg će gubiti sjaj i veličinu.

Kroz 7,8 milijardi godina: Nakon samo 100 miliona godina, nestaju i rezerve helijuma i događaji počinju da se smenjuju relativno brzo. Tokom narednih 20 miliona godina ponavlja se proces sličan onome koji je započeo u trenutku nestanka vodonika. Ugljenično-kiseonično jezgro brzo kolabira, dok se preostali vodonik i helijum koncentrišu u spoljnim slojevima koji se rapidno šire. Na svom vrhuncu, kada po drugi put postane crveni džin, Sunce će biti 180 puta veće i 3000 puta sjajnije nego što je sada.

...i Stiven Hoking

Nakon kratkog perioda nestabilnosti, Sunce će u kosmos odbaciti svoj spoljni omotač, ostajući bez polovine svoje prvobitne mase. Odbačeni materijal dobiće oblik spektakularne planetarne nebule koja će sijati nekih dvadesetak hiljada godina. Od Sunca će ostati samo njegovo mrtvo jezgro, beli patuljak veličine Zemlje koji će, bez unutrašnjeg izvora energije, biti sve tamniji i hladniji sve dok se na kraju potpuno ne stopi s mrakom vasione. Kroz nekih 60 milijardi godina beli patuljak će se ohladiti dovoljno da po njemu gazite bosi. Naša planeta, duboko smrznuta i beživotna, biće dva puta udaljenija od Sunca nego danas.

Hmmm, i nije neki hepiend? Ali nestanak Sunca nije i kraj vremena, šta će se zbivati u još daljoj budućnosti? Prvo pitanje na koje treba da odgovorimo jeste da li će se vasiona večno širiti ili će u nekom trenutku ovo širenje biti zaustavljeno i okrenutno u suprotnom pravcu. Odgovor na ovo pitanje relativno je jednostavan: ukoliko u kosmosu ima dovoljno materije, gravitacione sile biće dovoljno jake da zaustave ekspanziju i pokrenu suprotan proces sažimanja kosmosa. Ovaj proces, poznat kao big crunch neće se zaustaviti sve dok se čitava materija kosmosa ne vrati u svoje prvobitno stanje, materijalnu tačku beskonačne gustine, čiji će nastanak označiti kraj vremena i prostora.

Međutim, današnja osmatranja pokazuju da u vasioni (bar onoj vidljivoj) nema dovoljno materije za big crunch. I ne samo to, izgleda da se proces širenja ubrzava, što mnogi dovode u vezu sa postojanjem hipotetične "tamne energije", koja je u biti destruktivna i čija se količina povećava tokom vremena. Prisustvo "tamne energije" dovodi do povećanja rastojanja, kako između galakasija, zvezda i planeta tako i između elementarnih čestica, pri čemu vezivne sile koje deluju između osnovnih gradivnih elemenata materije postaju sve slabije.

Ako pođemo od danas najverovatnije pretpostavke da će se vasiona širiti u nedogled, pred nama se otvaraju vremenska razdoblja kakva ni u mašti nismo u stanju da sagledamo.

Kroz 100.000 milijardi godina: Kada vasiona bude 7000 puta starija nego danas, prestaće stvaranje novih zvezda. U razređenoj vasioni jednostavno više neće biti dovoljno koncentrovanog vodonika koji predstavlja osnovno pogonsko gorivo za nove zvezde. S obzirom na to da nuklearne reakcije na zvezdama predstavljaju jedini izvor težih hemijskih elemenata, prestaće i njihova dalja produkcija. Kako se nove zvezde više ne stvaraju, a stare se neminovno gase, vasiona će utonuti u mrak. Jedini kosmički objekti u vasioni biće smeđi patuljci (objekti nedovoljno veliki da postanu zvezde), ostaci umrlih zvezda (beli patuljci, neutronske zvezde i crne rupe) i njihovi tamni planetarni pratioci.

Kroz 1.000.000 milijardi godina: Usled gravitacionih perturbacija najveći deo planeta napustiće svoje zvezdane orbite i započeti usamljenički put kroz zjapeću vasionsku prazninu. Sličan proces rasipanja desiće se i na galaktičkom nivou: ostaci zvezda lagano će napuštati svoje matične galaksije koje će bivati sve manje, da bi na kraju sasvim iščezle.

Da bismo pričali o daljoj budućnosti, moramo da nađemo način da se izborimo sa velikim brojem nula. Još nekako i možete da napišete "kroz 1.000.000.000.000.000 godina" ali kako u novinama poput "Vremena" napisati jedinicu sa 100 nula iza nje? Matematičari imaju vrlo jednostavnu notaciju za ovo: "10^100".

Kroz 10^36 godina (jedinica sa 36 nula): Po nekim teorijama, protoni i neutroni (osnovne gradivne jedinice materije) nisu stabilne čestice. Pretpostavlja se da je vreme potrebno za raspad 50 odsto protona negde oko 10^36 godina (do sada niko nije zabeležio spontani raspad protona, ali je teorija i dalje aktuelna). Samim tim, kada vasiona dostigne ovu starost, polovina njene materije biće dezintegrisana. Reč je o niskoenergetskom procesu: beli patuljak veličine Zemlje koji kao gorivo koristi raspad protona emituje energiju dovoljnu tek za nekoliko sijalica.

Kroz 10^40 godina: Ako je teorija o raspadu protona tačna, u ovom trenutku praktično celokupna materija vasione biće dezintegrisana u lakše čestice i elektromagnetsko zračenje. Materija koju danas poznajemo definitivno će prestati da postoji.

Jedini svemirski objekti imuni na raspad protona i neutrona jesu crne rupe. Ovi egzotični objekti zapravo su nusprodukt evolucije supermasivnih zvezda – nekoliko puta masivnijih od našeg Sunca. Predviđene su matematičkim teorijama, ali su astronomski dokazi otkriveni relativno skoro. Materija koja čini crnu rupu sabijena je, teorijski, do beskonačnosti, u jednu materijalnu tačku. Samu crnu rupu nemoguće je osmotriti direktno: njeno gravitaciono polje je toliko jako da ni svetlost ne može da pobegne sa nje. Od spoljnog sveta crna rupa je odvojena sferom koja se naziva "horizontom događaja". Objekat koji se nađe sa njegove unutrašnje strane ostaje nepovratno zarobljen u crnoj rupi i nikakva komunikacija sa njim više nije moguća (izuzev u naučnofantastičnim fimovima).

Kroz 10^40 godina: S obzirom na to da je sva "klasična" materija ili već dezintegrisana ili zarobljena u crnim rupama, počinje "mračna era". Međutim, prema teorijama kvantne mehanike i Stivenu Hokingu, crne rupe i nisu "sasvim crne": deo njihove mase lagano se konvertuje u elektromagnetne talase (fotone) kroz proces poznat kao "Hokingova radijacija". Samim tim, ni crne rupe nisu večne – pre ili kasnije sva materija crne rupe biće potrošena i konvertovana u zračenje.

Kroz 10^100 godina: Preostaju samo najmasivnije crne rupe, pošto su one manje već isparile.

Kroz 10^150 godina (jedinica i 150 nula): Nestaju i supermasivne crne rupe, praktično celokupna materija vasione sada je konvertovana u fotone i lake elementarne čestice. Rastojanja između njih toliko su velika da do međusobne interakcije nikad ne dolazi. Vasiona će postajati sve hladnija sve dok temperatura ne padne praktično na apsolutnu nulu. Pošto nam danas nije poznat nijedan fizički proces koji bi mogao da izmeni ovakvo stanje stvari, veruje se da će vasiona doživeti "toplotnu smrt". Stanje ekstremno niske energije, tzv. era fotona, trajaće čitavu večnost.

A večnost je prilično dugačak period, naročito pri kraju.

Dr Saša Marković