Osovina zla

U samo jedan kvadratni centimetar atmosfere, za samo jednu sekundu, u proseku udari čak 20 protona koji stižu iz svemira. Neki od ovih protona imaju energiju koja je čak 10 miliona puta veća od energije koju dostižu snopovi protona ubrzani na Velikom sudaraču hadrona u CERN-u. Istovremeno, čovek sa Zemlje, na obe polulopte, golim okom može da vidi fotone koji neprekidno stižu sa 6000 zvezda i do tla prodiru kroz Zemljinu atmosferu. Ako se gledajući u svemir posmatrač pripomogne teleskopom, u zavisnosti od njegove optičke moći, može da vidi svetlost sa nekoliko stotina milijardi zvezda. Da li se na tako krcatom noćnom nebu može videti i nešto što se naziva Osovina zla?

Čovek sa Zemlje će optičkim teleskopom u međuzvezdanom prostoru videti samo mrak. Ljudsko oko nikada neće uočiti kosmičko zračenje koje fizičari i astronomi već pola veka nazivaju mikrotalasnim pozadinskim. Međutim, ovo zračenje se sa lakoćom može videti teleskopima koji osmatraju ne optički, nego mikrotalasni deo elekromagnetnog spektra. Ovo kosmičko zračenje se ujednačeno prostire čitavim svemirom i neprekidno stiže do naše planete iz dubokih i dubljih kosmičkih prostranstava. I nosi neverovatno detaljne odgovore o početku Univerzuma.

Poslednje merenje ovog zračenja dalo je rezultate koji su objavljeni prošlog meseca a brojni fizičari i astronomi smatraju ga jednako važnim za razumevanje svemira koliko i otkriće Higsovog bozona. Naime, nedavno lansirani Plankov teleskop snimio je novu mapu svemira mereći razlike u temperaturama pozadinskog kosmičkog zračenja i dobio do sada najdetaljniju sliku Velikog praska. Ovaj snimak zapravo predstavlja prikaz temperaturnih fluktuacija na celom nebeskom svodu i pritom je daleko veće rezolucije od među naučnicima čuvene slike koju je pre nekoliko godina napravio WMAP teleskop.

Iz dobijenog snimka se do sada može pročitati najpreciznija informacija o starosti Univerzuma, udeo tamne materije u masi svemira, Hablova konstanta, nastanak prvih galaksija, mogućnost postojanja paralelnih univerzuma, ali i jedno pomalo zastrašujuće otkriće. Naime, na snimku se vidi takozvana Osovina zla, kako su astrofizičari nazvali jedan prekid koji se pojavio između manjih i većih temperaturnih fluktuacija. Ovaj prekid se video i na WMAP snimku, ali se smatralo da nešto tako zastrašujuće verovatno ne postoji i da će na većoj rezoluciji sasvim nestati. Međutim, to se nije desilo.

MISTERIOZNO ZRAČENJE: Kosmičko zračenje je kao pojava otkriveno pre jednog punog veka, 1912. godine, u seriji hazardnih ogleda koji se mogu čak uporediti sa današnjim podvigom Feliksa Baumgartnera. Austrijski fizičar Viktor Hes (1883–1964) načinio je tokom te i prethodne godine čak deset poletanja balonom do ogromnih visina, kako bi pokušao da odgonetne poreklo misteriozne radijacije koju su tih godina zapazili francuski naučnici. Fizičare je posebno zbunjivalo sveopšte prisustvo radijacije u okruženju, koje se moglo detektovati i tadašnjim primitivnim instrumentima i koje nije uopšte zavisilo od toga ima li ili nema radioaktivnog izvora. Vršena su merenja čak i na otvorenom moru i pokazalo se da radijacija dopire čak i tamo, mada radioaktivnih izvora nema miljama u okolini.

Nemački fizičar i jezuita Teodor Vulf (1868–1946) popeo se 1910. čak i na vrh Ajfelovog tornja da izmeri ima li na njegovom vrhu radijacije. Pokazalo se da je na visini od 330 metara i te kako ima i uz to – da je većeg intenziteta. Nakon toga će Vulf čak zaključiti da je ova radijacija verovatno još jača na većim visinama. Sledeći ovu zamisao, Viktor Hes će započeti svoje eksperimente balonom i popeti se, na za to doba, ogromne visine. Na nižim visinama Hesovi instrumenti će pokazivati da zračenje opada kako se penje. Međutim, na oko 1000 metara, Hes će uočiti da se situacija menja i da intenzitet tog zračenja postaje sve jači. I potom još jači. Shvativši da to zračenje očigledno dolazi odozgo, Hes će zaključiti da je reč o zračenju koje u atmosferu dolazi iz svemira.

U međuvremenu, od četrdesetih godina astronomi pokušavaju da odrede temperaturu međuzvezdanog prostora. I onda 1964. godine američki astronomi Arno Penzijas i Robert Vilson objaviće otkriće jednog novog, zapravo sasvim slučajno otkrivenog fenomena. Shvativši da im smeta kosmički šum za osmatranje svemira u delu spektra sa manjim talasnim dužinama, oni okreću svoje sonde u svim pravcima i otkrivaju da se šum ujednačeno javlja u svim pravcima. Oni mere temperaturu pozadinskog zračenja od tri stepena Kelvina i hrabro zaključuju da je reč o jednom novom kosmičkom fenomenu koji je potekao kao „ostatak“ od Velikog praska. Svoj nalaz objavljuju stavljajući njime tačku na dotadašnju raspravu o tome da li je teorija Velikog praska ispravna ili ne.

Nakon toga, postaje izvesno da je model inflacije ispravan opis razvoja svemira. Za ovo izvanredno otkriće, Penzijas i Vilson dobijaju Nobelovu nagradu 1978. godine, a u narednim godinama počinju brojna istraživanja pozadinskog zračenja. Poslednjih decenija se podaci prikupljaju svemirskim teleskopima, a do sada su za ovu namenu lansirani sovjetski RELIKT1, a potom COBE, WMAP i nedavno Plankov teleskop, koji je u orbitu podigla Evropska svemirska agencija (ESA). Prostirući se celim svemirom, kosmičko pozadinsko zračenje se može „videti“ na svakom deliću nebeskog svoda, što pokazuje i mapa neba koju je napravio Plankov teleskop. No, zašto ovo zračenje sadrži odgovore o početku Univerzuma i nastanku prvih galaksija?

PLANKOVA SLIKA: Ako gledate zvezdu udaljenu par hiljada svetlosnih godina, nikada ne vidite njenu trenutnu sliku, već lik koji je imala pre par hiljada godina, zbog toga što je brzina svetlosti ograničena na 300.000 kilometara u sekundi. Ako posmatrate objekat udaljen milion svetlosnih godina, videćete sliku prošlosti staru milion godina. Kosmičko pozadinsko zračenje predstavlja još drevniju sliku – ono dolazi iz mnogo ranijeg vremena, sa samog početka Univerzuma. Smatra se da je pozadinsko zračenje nastalo u doba kad je svemir bio star samo 370.000 godina, odnosno da je poteklo od doba kad je u svemiru nastala prva svetlost. Zapravo, ništa starije se u kosmosu i ne može videti.

Kosmičko pozadinsko zračenje se ponekad naziva i reliktnim, a ponekad i toplotnim, pošto je nastalo u doba kad u prvobitnoj kosmičkoj plazmi atomi više nisu mogli da apsorbuju toplotno zračenje i svemir je postao transparentan. Danas, pedeset godina nakon Penzijasa i Vilsona, njegova temperatura je izmerena na 2,7 stepeni Kelvina i to sa tačnošću na petoj decimali. Otkako su ga Penzijas i Vilson uočili, ovo zračenje je, kao izvanredan pogled u drevnu prošlost, postalo izuzetno važan izvor podataka za kosmologiju. Svaki od savremenih kosmoloških modela mora da objasni kosmičko zračenje, pa se sve te astrofizičke teorije proveravaju upravo na osnovu posmatranja i merenja pozadinskog zračenja.

Plankov teleskop, kao najbolji do sada instrument za osmatranje pozadinskog zračenja, lansiran je 2010. godine. Nazvan i Plankova kosmološka sonda, po nemačkom fizičaru Maksu Planku, tri godine kasnije dao je zadivljujuće podatke. Mada je zabeležio fluktuacije koje su postojale u trenutku kad je Univerzum bio 370.000 godina star, one zapravo svedoče o stanju svemira mnogo ranije, i to bukvalno u hiljadito-milijardito-milijardito-milijarditom delu sekunde (10−30 s). Plankov teleskop je došao do preciznijeg saznanja o tome da obična materija čini 4,9 odsto mase svemira, tamna materija 26,8, a tamna energija 68,3 odsto. Izmerio je i da je svemir star između 13,761 i 13,835 milijardi godina, što je najtačnije utvrđena starost do sada.

PITANJE GAVRANA: Ispitujući mapu pozadinskog zračenja koju je snimio WMAP teleskop, astrofizičari Rudlof Šild i Karl Gibons su 2008. godine uveli pojam „osovina zla“. U radu pod nazivom Goodness in the Axis of Evil, koji su Šild i Gibons objavili na ArXivsu uočili su prekid između manjih i većih toplotnih fluktuacija, kao i izuzetno visok temperaturni minimum. Ova linija prekida predstavlja osu koja se proteže kroz ceo donji deo nebeske sfere i koja se astrofizičarima današnjice nimalo ne dopada.

Šta je problem sa „osom zla“? Naime, ona se izrazito dobro poklapa sa projekcijom ekliptike na nebesku sferu. To praktično znači da bi, u opštoj slici zračenja koja dolazi iz celog svemira, ovaj prekid mogao biti povezan sa položajem i kretanjem planete Zemlje oko Sunca, kao i položajem Sunčevog sistema, iz koga uostalom svi naši teleskopi gledaju u dubinu kosmosa. Ako je raspored toplotnih fluktuacija ranog Univerzuma povezan sa mestom sa koga se one posmatraju, to znači da nešto nije u redu sa slikom koju dobijamo. Nalaz Plankovog teleskopa je pokazao da ovaj prekid nije greška instrumenta, već da on postoji sistemski.

Nešto slično se u nauci desilo nekoliko puta. Sigurno je najpoznatiji obrt koji se dogodio pre četiri veka, tokom kopernikanske revolucije, kad je uočeno da prividno kretanje planeta na nebeskoj sferi ipak ima veze sa kretanjem same Zemlje oko Sunca. Sa druge strane, pitanje posmatrača već čitav vek puni sale na debatama fizičara i filozofa širom sveta. U zlatnim godinama razvoja kvantne mehanike, u prvim decenijama XX veka, postalo je jasno da posmatranja, sama po sebi, nisu nezavisna od posmatrača.

Kopenhaško tumačenje kvantne mehanike, kome su kumovali danski fizičar Nils Bor i grupa teoretičara okupljena oko njega, otišlo je sasvim iza uobičajene slike sveta koji je dovoljno da posmatramo i sve ćemo o njemu saznati. Bor je zapravo pokazao da se čuveni eksperiment sa dva otvora ne može objasniti na drugi način, osim uvođenjem samog posmatrača u eksperiment. I da eksperiment ne može biti neutralan od toga kako se posmatra. Odnosno, da odgovor zavisi od toga kako se pitanje postavlja. Subjektivno tumačenje, od koga je nauka prethodno bežala vekovima, postalo je inherentno najtačnijoj od svih teorija o svetu – kvantnoj mehanici.

No, pojava ekliptike na otisku ranog Univerzuma nije prijatna pojava. Ona liči na zagonetke poput eksperimenta sa dva otvora, Majkelsonovim eksperimentom ili Keplerovim osmatranjima planeta. Pojava posmatrača u rezultatu eksperimenta još uvek je kao gavran teorije na umoru. I što su merenja preciznija, gavran postaje sve življi. Da li je „osa zla“ takav simptom na inflatornoj teoriji Velikog praska? Za sada imamo samo skup neprijatnih pitanja. Da li nas „osa zla“ vodi u sasvim novu kosmologiju? U jedan nov svet gde istoriju Univerzuma ne možemo da posmatramo i spoznamo drugačije do na način koji je karakterističan za naše prisustvo u svemiru? Da li to znači da posmatrači iz drugih delova Galaksije vide jednu sasvim drugačiju evoluciju svemira? Gde čitav svet nastaje samo za onoga koji ga gleda? Zastrašujuće.

OSMATRANJE POČETKA SVEMIRA: Eksperiment Penzijasa i Vilsona, 1964;…

…Plankov svemirski teleskop, 2013;…

…snimak kosmičkog pozadinskog zračenja