Josip Planinić - O porijeklu i budućnosti svemira

8/14/2019 Josip Planini - O porijeklu i budunosti svemira

1/15

O PO R I JE K L U I B U D U N O ST I SV E M I R AJosip Planini, Osijek

UDK:113523.53Struni lanakPrimljeno 11/1999Niente di piu organizzato di cio chel 'amore ordina e nulla di piu libero dicio che ramore unisce.

(Pensieri, Chiara Lubich)SaetakPrikazan o je dananje stanje u fizici estica, kao i u astrofizici,a s obzirom na strukturu svemira i njegovo porijeklo. Opisana jeteorija Velikog praska (Big Bang) zajedno s inflatornim modelima irazmatrana su teka kozmoloka pitanja glede prolosti ibudunosti svem ira (stoje ili tko je zapoeo ekspanz iju svem ira, jeli bilo vie prasaka , kolika je gustoa svem ira, postoji liantigravitacijska masa). S obzirom na kozmoloki antropikiprincip te teoriju determ inistikog kaosa, pojavljuju se i druga

pitanja koja upuuju na neophodnost filozofskog pristupa problemuevolucije svemira. Prikazan je razvoj misli u spekulativnojkozmologiji, a takoer su navedena pojedina uvaena miljenja unovijoj filozofiji (Descartes, K ant, i drugi).

UvodOvdje se promatra svemir na nain kako to omoguuje

suvremena f izika, temeljna znanost o pr irodi . Prema AristotelovojMetafizici1 priroda (qn)GiQ je naziv za sve predmete (takoer i bia injegove dijelove), koji imaju tvar (materiju) i oblik. Materija se uzimakao tvar i energija; tvar ima protenost i masu, koja moe prijei uenergiju , i obra tno, a uku pn a je energi ja u zatvorenom s ustavu stalna.Pr irodu poznajemo kao svemir .Sredinom tridesetih godina ovog stoljea dralo se da je atomizgraen od protona i neutrona (jezgra) te elektrona (omota), kao"elementarnih" estica, a bili su poznati jo pozitron, neutrino i foton(gama estica). U kasnijim desetljeima otkrivene su jo stotine1 Aristotel, Metafizika, Globus, Zagreb, 1988.3 0


2/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30 -44drugih subatomskih estica i antiestica (estice pozitivnog naboja).Mnoge od njih danas se promatra kao estice izgraene od vieosnovnih jedinki, i l i elementarnih estica, te primjerice proton sadritr i kv ark a. Um jesto ranije klasifikacije estica po m as am a (lake-leptoni, srednje-mezoni, teke-barioni) , uobiajenije je njihovorazvrstavanje po vrstama sila i l i meudjelovanjima (interakcijama) ukojima sudjeluju.2 Jake nuklearne sile djeluju na vrlo malojudal jenost i izmeu est ica nazvanih hadroni (npr . protoni i neutroniu jezgri) , a sile su posredovane, odnosno sile prenose gluoni (esticebez mase). Tzv. slabe nuklearne sile (IO 6, tj. milijun puta slabije odjakih sila) djeluju izmeu leptona (npr. elektron, neutrino), aposredovane su es t icama W +/ i Z. Od ukupno etir i vrste interakcijavalja navesti jo elektromagnetsku silu, koja je stotinu puta slabija odjakih nuklearnih sila, djeluje izmeu nabijenih estica, a posredovanaje fotonima (estice bez mase), te gravitacijsku silu (IO 38 puta slabi jaod jake sile), koja djeluje privlano izmeu estica s masom (tijela), apretpostavl ja se daje posredovana est icom graviton.Od elementarnih est ica danas je poznato est vrsta kvarkova iest leptona, uz spomenute nosioce osnovnih sila (fotoni, W i Zestice). Pokuaj ujedinjenja jake i slabe nuklearne sile ielektromagnetske sile opisuju tzv. velike ujedinjene teorije (eng.,grote unifed theories, GUTs), prema kojima samo jedna sila djeluje upodruju od IO"30 m, unutar kojega se ne razlikuju osnovne estice,odnosno leptoni se pretvaraju u kvarkove i obratno. Jo ambicioznij ije teorijski pokuaj ugradnje i gravitacijske sile s navedene tr i sile ujednu silu, to se katkad naziva teorijom o svemu (eng. theory ofeverything, TOE) ili teorijom stune (eng. strig theory); navedenateor i ja ne predstavl ja elementarne est ice kao toke, nego kao jednodimenzionalne strune (konie, s t r ingove) duine oko IO"35 m . 3 Uzdodatne pretpostavke pojavljuje se ideja supersimetrije (eng. super-symetry, SUSY) i teorija superstringova (eng. super strings), kojapredvia postojanje novih supersimetrinih estica (s-estica) zasvaku poznatu est icu; tako bi svaki lepton imao pr ipadni slepton,kvark bi imao skvark i l i superkvark, i s i . , meutim ni jedna s-est ican i je do sada eksper imenta lno de tek t i rana . 4Sasvim su drugaiji razmjeri u podruju astrofizike, gdje sunebeske udal jenost i tako vel ike da se umjesto metra rabi svjet losnase ku nd a, od no sn o godina (sg), a to je udaljen ost koju svjetlost prijee2 H. D. Young - R. A. Freedm an, Universltv Phv sics, J . W iley&Sons, New York, 19 66.3 B. R. Martin - G. Shaw , Parttcle Physics, J. Wiley&Sons, New York, 1997.4 J. S. Lewls, Physics and Chem istry ofthe Solar System, Academic Press,London, 1997.

3 1


3/15

J. Planini, O porijeklu i budunosti svemirau vremenu od jedne godine (priblino IO16 m, uz brzinu svjetlosti od3 x l 0 8 m/s). Zemlja (planet) se giba oko Sunca (zvijezda) na udaljenost i od oko 8,3 svjet losnih minuta ( l ,5xlO n m), a druga namnajblia zvijezda udaljena je od Zemlje 4,3 sg. Teleskopskapromatranja Suneva sustava zapoinju u ranom XVII. stoljeu (G.Galilei) , a danas Sunce poznajemo kao jednu od IO 11 zvijezda u naojgalaksiji (Mlijeni put), koje na okupu dri gravitacijska sila, dok seukupno u svemiru moe zapazi t i jo oko IO 11 drugih galaksija.Najdalja galaksija udaljena je od Zemlje oko IO 10 sg .5

POR IJEKL O SVEMIRA"U poetku stvori Bog nebo i zemlju", tako zapoinje Knjiga

pos tanka u Sve tom p i smu . 6 Prema grkoj mitologiji (pjesnik Heziod),u poetku je bio Kaos, zjapea praznina, iz koje su nastali Gea,Zemlja, Tartar, tamni ponor pod Zemljom i Eros, Ljubav, kaostvara laka mo.7Prva nastojanja u razumijevanju prirodnih pojava i traenjuodgovora na kozmoloka pitanja pripisuju se Talesu iz Mileta (oko6 0 0 . god. pr. Kr.)8 , koj i je svemir drao konanim te ogranienim snebesk im svodom.9 Za njega je Zemlja disk koji pluta na oceanu, apoelo svega je voda. 1 0 Njegov uenik Anaksimen uvodi zrak kaopoelo svijeta te geocentrinu kozmologiju; Anaksagora (V. stoljeepr. Kr.) razmatra o Mjesecu i planetima kao vrstim tijelima, slinimZemlji , i ustvruje kako je um {nous) uzrok reda u svijetu.Em ped ok lo (V. st . pr. Kr.) navodi etir i elementa: vodu, zra k, zemlju ivatru, od kojih bi bio izgraen svijet, dok Leukip i Demokrit uvodeatome kao konstitutivne elemente svemira. Prema Filolaju (pita-gorejac, kraj V. st. pr. Kr. ), svemir sadri jedan sredinji oganj(vatru) oko kojega se gibaju nebeska tijela: Zemlja, Mjesec, Sunce, petplaneta i zvijezde stajaice (navedeni kozmoloski opis, ovdje ponetopojednostavljen, predstavlja povijesno i prvi model svemira). 1 15 H. D. Young - R. A. Freed ma n, Universitu Phusics, J . W lley&Sons, New York, 19 66.6 Biblija, Globus, Zagreb, 1974.7 J . Strnad, U prolosti i budunosti svemira, kolska knjiga, Zagreb, 1992.8 Aristotel, Metafizika, Globus, Zagreb, 1988.; J. Strnad, U prolosti i budunostisvemira, kolska knjiga, Zagreb, 1992.9 A. Ma sani, Storia della cosmologia, Editori riuniti, Roma, 1980.1 0 R. Canal - R. Lapsedra, Origine ed evoluzione dell'universo, Istituto Geografico diAgostini, Novara, 1977.1 1 A. Masani, Storia della cosmologia, Editori riuniti, Roma, 1980.32


4/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30-44Aristotel (IV. st. pr. Kr.), u(po)svajajui ideje svojeg uitelja Platona, 1 2govori o krunom gibanju planeta i zvijezda oko Zemlje. Nebeskatijela se gibaju u eteru, a sublunarni svijet je materijalan i izgraen odetir i elementa, koje navodi ve Empedoklo. Prema Aristotelu, uzroksvim gibanjima je Prvi nepokretni pokreta, Bog. Takva Aristotelovakozmologija, koju je Ptolomej poslije sistematizirao (stotinjak godinaposlije Krista), ostala je nepromijenjena vie od 1500 godina.Protiv navedene teorije izjasnio se G. Ockham, franjevac,engleski f i lozof iz etrnaestog stoljea, prema kojemu su sva nebeskai sublunarna (dakle zemaljska) t i jela izgraena od iste tvari; 1 3 njegovidoprinosi prirodnoj filozofiji predstavljaju uvod u novu fiziku, koja jeprethodila N. Koperniku (XV./XVI. st.), G. Galileiju i J. Kepleru uXVL/XViI. st., te I. Newtonu (XVII./XVIII. st.).Kopernik je preuzeo antike ideje (Aristrah iz Sama, III . st . pr.Kr.) o Suncu kao sreditu svijeta i planetima koji krue po koncentr inim puta njam a, to je nastojao ond a provjer it i u pro m atran j im anebeskih planetarnih gibanja te dokazat i postojanje Suneva sustava(glasoviti "Kopernikov obrat").G. Galilei je dale koz orom pro m atr ao Mlijenu stazu, n a uGalaksiju, i opisao je kao "mnotvo sjajnih zvijezda okupljenih una ku pin am a" (1 610.) . J . Kepler je nak on mnogih mjerenja ustanoviokako Sunce nije u sreditu putanja planeta, nego u aritu elipsa pokojima se planeti gibaju. Uzimajui u obzir sve spoznajne steevine, I.Newton utemeljuje novu mehaniku: uvodi gravitacijsku silu te dajeodgovore na znanstvena i f i lozofska pitanja o prostoru, vremenu,tvari, gibanju, i dr.; njegov prostor je apsolutan, stvoren od Boga,stoga ima i Boja obiljeja: vjean je, beskonaan, nepromjenjiv inedjeljiv.Uspjeh newtonovske f izike u tumaenju Suneva sustavaod ue vio je z na n st ve ni ke XVIII. i XIX. stoljea, te P. La plac e izjavljujekako su svi dijelovi i sve pojedinosti svemira odreeni, a svakojest ici je mogue predvidjet i brzinu i poloaj u prostoru. . . On jepreuzeo Kantov model nastanka Suneva sustava (gravi taci jskoskupljanje oblaka pl ina) i pr idodao mu rotaci ju .Tako se kozmologija razvijala zajedno s f izikom.Danas se dri, uz pretpostavku valjanosti poznatih fizikalnihzakona u ci jelom svemiru (kozmosu) , a na temelju laborator i jskihistraivanja i promatranja svemirskih objekata, da su zvijezde nastale1 2 R. Canal - R. Laps edra , Orlgine ed evoluzione dell'uniuerso, Istituto Geografico diAgostinl, Novara, 1977.1 3 A. Masanl, Storla della cosmologta, Editori riuniti, Roma 1980.; F. Copleston, Ahistory of philosophy, Doubledav, New York, 1994.

33


5/15

J. Planini, O porijeklu i budunosti svemiraskupljanjem oblaka plina (vodika), poveanjem gravitacije i zadobivanjem vrtnje, ubrzanjem estica plina, odnosno protona (jezgrevodika) te pojavom nuklearne fuzije (spajanje vodikovih jezgara ujezgre helija uz oslobaanje velike energije na raun smanjenja mase).Sagorijevanjem vodika zvijezda se proiruje (helij u sredinjem dijelu,vodik u vanjskom sloju), postaje crvenija i poprima oblik tzv. crvenihdivova (u evoluciji do crvenog diva Suncu je potrebno jo 5x10 9godina, a toliko priblino iznosi i starost Sunca, od kojega su seodvojili, zbog vrtnje, vanjski dijelovi, a od njih su nastali planeti,dakle i Zemlja). Daljnjim zagrijavanjem, u fuziju ulaze i tee jezgre(helij, berilij, sve do eljeza i nikla), vodik se troi i nestaje,osloboena energija nije vie dovoljna za fuziju teih jezgara, pa sezvijezde poinju hladiti i stezati u tzv. bijele patuljke. Daljnjimhlaenjem zvijezde tamne, nestaju iz vidika i postaju crni patuljci(pepeo!).Vee zvijezde, s masama koje su vee od 1,4 mase Sunca, imajudrugi scenarij: iz stanja velikih crvenih divova zvijezde se steu (uzpoveanje gravitacije) , tee vanjske jezgre atoma se ubrzavaju premasreditu zvijezde, u sudarima se razbijaju, a u unutranjosti zvijezdevelike gustoe skupljaju se neutroni, to onda predstavlja tzv.neutronsku zvi jezdu. Kada nuklearne reakci je u sreditu zvi jezde nem ogu vie uravn oteiti p rit isa k gravitacije, s red ite zvijezde se poinjenaglo stezati, odbacujui u vrlo snanoj eksploziji svoje vanjskedijelove. Nastala eksplozija, koja se naziva supernova, oslobaagolemu energiju, te zvijezda supernova moe biti sjajnija od cijelegalaksije; unutar nekoliko dana zvijezda se naglo ir i i poveava domilijardu puta, onda blijedi nekoliko mjeseci i skuplja se uzpoveanje gustoe, koja moe biti i IO14 puta vea od gustoe Zemlje,a daljnja sudbina te zvijezde odvija se kao kod bijelih, odnosno crnihpatul jaka. Za neutronsku zvi jezdu s dvostruko veom masom odSu nca , i li jo veom m aso m , stezanje m as e m oe bi ti tako veliko d apoveana gravitacija zvijezde zarobljuje svjetlost (u skladu s opomrelativistikom teorijom A. Einsteina); takva zvijezda postaje nevidl j iva i naziva se crnom rupom.Evolucija zvijezda te pomak njihove svjetlosti prema crvenomdijelu vidljivog spektra upuuju na zakljuak o udaljavanju zvijezda iirenju svemira. Galaksije se udaljuju od nas brzinom koja jesrazrtijerna udaljenosti (Hubbleov zakon, 1929.); taj zakon ondaomoguuje odreivanje starost i svemira uzimajui u obzir kozmo-loki pr in cip izotropn ost i i hom ogenost i svem ira) . Iz sadan je veliinesvemira moe se, dakle, odredit i n jegova starost , odnosno trajanjenjegove ekspanzije na priblino 12 milijardi godina (t p = l , 2 x l 0 1 0

34


6/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br . 1, str. 30-44g o d i n a ) ,1 4 to je u skladu sa starou Zemlje (npr . premaradioaktivnost i urana) i Suneva sustava, kao i vremenom evoluci jezvijezda.Pripadna teorija Velikog praska (engl. , Big Bang, BB), premakojoj je svemir zapoeo evoluciju iz jedne (singularne) toke ut renutku pr i je vremena tp s obzirom na sad anjost , dobila je up oriteu kozmikom pozadinskom zraenju (koje je zapaeno 1964. godineu po dru ju elektromag netskih m ikrovalova) , a t ime je znanstven opo t isnu t ran ij i p ro tum odel o besk ona no s taro m svemiru .Prema tzv . s tandardnom kozmolokom modelu , ko j i s l i jed ispomenutu BB-teoriju (hipotezu o velikoj eksploziji svemira prvi jeopis ao o pat G. Lemaitre u dvadeset im g odin am a XIX. stoljea, pr em akojoj su sve semirske galaksije u poetku bile koncentrirane ujednom bloku, gdje je bilo sredite eksplozije, koja je onda velikomsil inom izbaci la galaksi je u prostor 1 5 ), u singularnoj toki Velikogpraska do t r enu tka t i = 10"43 s vladali su uvjeti vrlo velike gustoeenergijei ujedinjenja svih (etir i) prirodnih sila u jednu silu; ut r e n u t k u tx temepera tura svemira iznosi la je T^IO 3 2 K. Daljnjomekspanzijom u svemiru se prekida simetrija etir i ju sila, pa dot r e n u t k a t2=10"35 s vlada era GUTs (ujedinjene jake, slabe ielektromagnetske si le) , a onda sl i jedi razdoblje do vremena t 3=10" 4 s(nastaju kvarkovi te protoni i neutroni) ; pr i tom se svemir hladio, pasu pr ipadne tempera ture b i le T 2= 10 27K i T 3= IO 12 K, priblino. Zatimnastupa lep tonska era , do t 4 = 10 s i T 4 = 1 0 1 0 K, ka da je u sve m iru bilopo djed na ko elektrona, pozi trona, neu tr in a i fotona. Onda sl ijediradi jaci jska era do t 5 = l / 3 x l 0 6 godina i T 5 = 3 x l 0 3 K, kada jesvemirom dominiralo zraenje (fotoni) , a u kraem dijelu tograzdoblja (od stote do tisuite sekunde vladali su i uvjetinukleosinteze, u koj ima su mogle nastat i jezgre uglavnom vodika(75%) te helija (25%). 1 6 Nakon t5 sve do sada, u svemiru prevladavatvar nad zraenjem, nastaju zvijezde i galaksije, svemir se dalje iri ihladi te sada fotoni pozadinskog zraenja imaju niske energije(premda je nj ihov broj i nadal je dominantan s obzirom na broja toma) , s p r ipadnom tempera tu rom od 2 ,7 K.1 7Uz navedeni s tandardni kozmoloki model , poetkom 80- ihgodina ovog stoljea predloen je inflatorni scenarij , koji u teoriju1 4 W. Rolf, Modem Physics, J. Wiley&Sons, New York, 1994.1 5 H. Shipm ann, Buchi neri, quasari ed universo, Zanichelli, Bologna, 1986.!6 M. Longalr, The New Astrophyslcs, u: The New Phvsics, izd.: P. Davi, CambridgeUniversitv Press, Cambridge 1989.1 7 H. D. Young - R. A. Freedm an, Universitg Physics, J. Wiley&Sons, New York1966. ; D. C. G iancoli, Physlcs, Prentice Hali, London, 1995.

35


7/15

J. Planini, O porijeklu i buduno sti svemiraVelikog praska uvodi eksponencijalnu evoluciju (napuhavanje)svemira za razdoblje od priblino IO"34 do IO"35 s n a k o n p r a sk a . 1 8 Ukratkoj inflatornoj eri promjer svemirske sfere silno se poveao(moda za faktor IO 30 ili vie) te zakrivljenost svemira postaje tekozamjetljiva ili nezamjetljiva (svemir se pokazuje ravnim). Inflatornateorija (koja se jo provjerava i dograuje) mogla bi dati, moda, vieodgovora na pi tanja o budunost i svemira. 1 9

BUDUNOST SVEMIRAOd Velikog praska do sada proteklo je blizu IO 15 se k u n d a ,radijus svemira koji se i dalje ubrzano poveava mogao bi sadaiznositi oko IO 26 m , 2 0 a prosjena gustoa svemira procjenjuje se s

ob zi ro m n a vidljivu tvar (ug lavno m zvijezde) do 1% njegove tzv.granine gustoe (d g=10"26 kg/m 3) , od n. do 15%, uzimajui u obz irukupnu skr ivenu bar ionsku masu (obina tvar , npr . meuzvjezdanapraina, i s i . ) . Granina je gustoa ovdje izraunata samo pr ibl ino(odgovara gustoi od nekoliko vodikovih atoma po kubinom metru) ,a odreuje se iz uvjeta jednakosti kinetike energije svemirske mase ipripadne potencijalne gravitacijske energije; i l i , krit ini odnosnogranini uvjeti za irenje svemira nastupili bi onda kada bi svemirimao dovoljno mase da pr ipadna gravi taci jska si la uspori te zaustavinjegovu sa da nju eksp anz iju. Ako je gustoa svem ira (d) m anja od d g,svemir e se uvijek poveavati (svemir je negativno zakrivljen iotvoren, odnosno ima hiperbolinu geometr i ju) , u sluaju d=d gpoveavanje svemira e se zaustaviti nakon vrlo dugog vremena i imate konanu veliinu (svemir je ravan i otvoren), a ako je gustoasvemira vea od granine vrijednosti (d>d g , geometr i jska zakrivljenost pozitivna, svemir je zatvoren i sferian), onda e se irenjesvemira zaustavi t i , zat im smanjivat i te ponovno skupit i u singularnutoku .Pouzdano mjerenje gustoe svemira vrlo je teko izvesti sobzirom na postojanje tamne ili izgubljene tvari (crne rupe) koju nijemogue detektirati , i l i barem nije mogue izravno zapaziti . Pretpostavlja se da tamne tvari ima u sreditu nae galaksije, kao i udrugim galaksi jama, odnosno ini se da u svemiru ima znatno vie1 8 A. Guthe, - P. Steinhard, The Inflatoru Untverse, u: The New Physics, izd. P.Davi, Cambridge University Press, Cambridge, 1989.! 9 K. A. Olive, Inflation, Phvsics Letters 190 (1990), 307.; K. A. Olive, Cosmology,Phvsical Review 50 (1995), 1234.20 K. Kran e, Modem Phusics, J. Wiley&Sons, London, 1995.36


8/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30-44tvar i nego to se sada moe zapazi t i .2 1 Kozmolokim teor i jskimrazmatranjima (inflatorni model) najvie bi odgovaralo da je gustoasvemira blizu njegove granine vrijednost. Ako je dd g , svemir bi se poveavao jo neko vrijeme(otprilike jo onoliko vremena koliko se do sada razvijao), a onda bizapoelo njegovo smanjivanje i skupljanje u tzv. veliki ostatak ilidrugi singularitet (stanje beskonane gustoe).

RASPRAVAKoliko god je standardni kozmoloki model s Velikim praskomzasn ova n na fizikalnim zak onim a, ostavio je nekoliko vanih pitanjabez odgovora, meu kojima su: 2 2 koliina i sastav tamne tvari, uzrokstvaranju prvih velikih nakupina tvari (poetak evolucije zvijezda),uzrok stvaranju prvih velikih nakupina tvari (poetak evolucijezvijezda), uzrok homogenosti (uniformnosti) svemira, to je i l i tko jezapoeo ekspanziju svemira, to je zapravo bio Veliki prasak, je l ib i lo drugih prasaka?!Prema nekim hipotezama inflatorne teorije, svemir je blizugrani ne gustoe tva ri , stoga se pretpostavlja i postojanje najveimdijelom tamne tvari, moda u obliku estice koje jo nisu otkrivene(npr. nova vrsta neutrina), a poetak evolucije svemira odnosnoprasak smjeta se u inf latorni mjehur , koj ih bi moglo bi t i beskonanomnogo, i onda se ne nalazi potrebnim govori t i o samo jednojeksploz ij i, p rask u , odn osn o sam o o jedno m poetku svem ira . Sinflatornog stajalita postavlja se i pitanje moe li svemir stvoriti

samog sebe, a zat im se pokuava nai potvrdan odgovor . 2 3 T a k o e rse nastoji zaobii kozmoloko i f i lozofsko pitanje prvog uzroka uztvrdnju: nema prvog uzroka u poetku svemira, pr i je poetka je bioprethodni poetak, i td., a pitanje najranije toke u nizu usporeuje ses pitanjem - koja je najistonija toka na Zemlji . Takoer pitanje -kako nainiti (stvoriti) neto iz nita - naziva se pogrenim pitanjem,2 1 W. Rohfl, Modem Physics, J. Wiley&Sons, New York, 1994.2 2 M. S. Turner, Cosmology 1996, Nuclear Phvsics B 59 (1997), 23 9. .2 3 J. R. Gott - L. X. Li, Can the Untuerse create ItselJ?, Phvslcal Review 58 (1998),2 3 5 0 1 .

37


9/15

J. Planini, O porijeklu i budunosti svemiraa umjesto toga ispituje se postoji li bilo to u fizikalnim zakonima, tobi se prot ivi lo zamisl i da svemir bude - majka samome sebi!U nek im inf latornim mo delima susre u se tako er hipotezeprema kojima je ukupna energi ja svemira nula (pretpostavka:materija svemira nastala je od pozitivne energije, dok gravitacijskompolju pripada negativna energija 24) , premda nema ni jedne f izikalneoiglednosti (dokaza) za to (tako bi se izbjeglo pitanje otkud potjeeenergija nastala prije poetka evolucije svemira).Pojedini istraivai bi eljeli (na raun matematikih mogunost i) pr ikazat i svemir potpuno autonomnim, kojemu ne bi biopotreban nikakav vanjski ut jecaj ; odnosno, svemir ne bi nikadatrebao bi t i s tvaran ni t i razaran (o njemu bi se moglo rei samo da -jest ) ; tovie, izravno bi se eljelo pokazati da u stvaranju svemiraBogu nema mjesta . 2 5Odlazak u beskonanost pr i je vel ikog praska mogao bi sepretpostavi t i s t reim evoluci jskim modelom (d>d g) pomou jednezatvorene krivulje (poluelipsa ili oval zapoinje i zavrava nahorizontalnoj osi [vrijeme], to je poetak i zavretak svemira usingularitetima; na vertikalnoj osi je veliina svemira), ako bi ovalu(svemirski evolucijski ciklus) prethodilo beskonano istih ovala(ciklusa), a na isti nain bi se moglo otii u budunost uz beskonaanbroj ponavljanja evolucijskih ciklusa, odnosno uz kozmoloko recikliranje il i pulsiranje.. .Koji je sm isa o takvih predpo stavki?!Koncept o mnotvu svemira pojavljuje se kao mogue matematiko rjeenje u kvantnoj teoriji (koja bi onda tako rijeila problemvremenskoprostornog singular i te ta) . Svemir , i l i kvantni sustav smnotvom kvantnih stanja, nakon mjerenja dijeli se u preslike(kopije); tako se moe govoriti o beskonanosti "paralelnih svjetova"koji koegzistiraju s onim koji mi vidimo...

Kri t ika hipoteze o mnotvu svemira navodi kako hipoteza uvodibesmislenu koliinu "prekomjernog metafizikog prtljaga" u fizikalniopis svijeta.2 6Eksper iment i ramo uvi jek i samo u jednom svemiru , pa uvodi t ibeskonano mnogo drugih svemira da se opravda usk i tehnik ipristup naem svijetu, ini se kao antiteza "Ockhamovoj britvi"; uhipotezi se ne nalazi nikakav smisao (G. Ockham pie takoer kako2 4 A. Guthe - P. Ste inhar d, The Inflatory Universe, u: The New Physics, izd. P. Davi,Cam bridge Universitv Press, Cambridge, 1989.2 5 S. Hawking, Dal Blg Bang al buchl nerl, Superpocket, Milano 1998.2 6 P. C. Davies - J . R. Brown, Ilfantasma nell'atomo, Citta Nuova, Roma, 1992.3 8


10/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30-44svemogui Bog moe stvoriti novu vrstu tvari , kao i da bi se svijetmogao dijelit i i umnaati u beskonano.. , ali to su samo filozofskemogunost i , navodi au tor 2 7 ). Daljnji prigovor teoriji o mnotvusvemira jest kako se ona ne moe pokusom ispi tat i (ni je eksper i-men tab i lna ) .

Svemir je upravljan izvanredno i u njemu su tvar i energijaraspodijeljeni na krajnje nevjerojatan nain, to upuuje na zakljuako postojan ju sam o jedn og jedinog, naeg svem ira.Valja se prisjetit i i znanstvene pretpostavke o koncu svemira izpolovice XIX. stoljea, kada je uveden pojam termike smrti svemira,a na temelju drugog zakona termodinamike; zbog ireverzibi lnih(nepovratnih) termikih procesa u pr irodi i rasipanja raspoloiveenergije (poveanja entropije svemira 2 8) unutarnja akt ivnost svemiratei prema konanom stanju termodinamike ravnotee (to biznailo zaustavljanje svih prirodnih procesa, pa i ivota). Misli se,ipak, kako bi statistike fluktuacije mogle sprijeiti put svemiruprema termodinamikoj ravnote i .Hoe li Zemlja prijei u vatru (singularitet, skupljanje svemira)ili u led (beskonano irenje svemira, hlaenje)? Prirodoslovci misleda odgovori nisu jo usuglaeni , odnosno da je za to potrebno jov r e m e n a .2 9 Svemir je uniformiran u svim smjerovima, ali sadrilokalne nepravilnosti koje se mogu razviti u zvijezde i galaksije.Zakrivl jene prostornovremenske koordinate mogu opisat i svemir kaokonaan, al i bez granica. Uz tu pretpostavku svemir bi bi lo mogueopisat i matematiki na temelju pr irodnih zakona ( tada ne bi t rebalouvoditi tzv. rubne uvjete, zbog kojih su neki znanstvenici sklonimetafizikim i teolokim rjeenjima), ali toan oblik tih zakona jonije poznat. Sada su poznati parcijalni zakoni, koji upravljajusve m irom , a oni su, ini se, dio jed ne ujedinjene teorije, koja jo nijeotkr ivena. No, snage istraivaa su ograniene; prvo, zbog pr incipaneodreenost i (kvantnomehanicko pravilo po kojemu dvije povezanefizikalne veliine ne mogu biti tono izmjerene, odreene), a zatimsloe nost jed na d bi onemoguuje pronalaen je r jeenja u o dree nimjednostavnim stanj ima. Tako se jo dalekom ini - sveznanost (engl .omniscience).2 7 N. Abbagnano, Storia dellajilosofia, UTET, Torino, 1969.2 8 H. D. Young - R. A. Freed m an, University Physics, J. Wiley&Sons, New York,

1996 .2 9 S. Hawking, The Edge oj Spacetime, u: The New Phvsics, izd. P. Davi, CambridgeUniversitv Press, Camridge, 1989.; Isti, Dal Big Bang al buchl neri, Superpocket,Milano, 1998.39


11/15

J. Planini, O porijeklu i budunosti svemiraNova znanost , determinist iki kao u okvir nel inearne dinamikenastoji pronai odgovore i rjeenja za realne fizikalne sustave koji ustvarnosti nisu potpuno izolirani; pod utjecajem okoline, inaeanalit iki r jeiv sustav s unutarnjim gibanjem vie ti jela postajebarem malo kaotian. Ovdje se rabi naziv kao istoznanica za

nasuminost (engl . , randomness), umjesto uobiajenog naziva zanered il i nepravilnost. Moe se gledati na izvor kaosa kao na nestalu,nedostatnu informaciju (podatak). Mala poetna pogreka, i l iograniena tonost npr . pr i uzimanju konanog broja znamenaka zavr i jednost 1 /3=0,333333. . . , u numer ikom raunanju s punoponavljanih koraka (sukcesivne iteracije) , ir i se i poveava eksponencijalno svake sekunde u elektronikom raunalu (kompjutoru) ,raunanje daje niz novih podataka koji su nepredvidivo sluajni i l ik a o t i n i .3 0Kako je u Sunevu sustavu privlana gravitacijska sila obrnutosraz m jerna kva dratu udal jenost i m asa , onda i ta j sustav opisujenel inearna kaotina dinamika. Apsolutna predvidivost gibanja ipoloaja planeta il i satelita u svemiru, kako je to opisivala klasinafizika do prije tr idesetak godina, vie ne vrijedi. Nova svemirskaistraivanja pokazala su npr . kako satel i t p laneta Saturna imanepravilan oblik , a nesimetr i ja obl ika svemirskih objekata moetakoer prouzroiti kaotine promjene u eliptikoj orbiti , u ovomsluaju satel i ta .3 1 Sloeni proraun kozmoloke evolucije uzogranienu tonost f izikalnih konstanti ogranien je i podloankaot inost i .Uz mnoge neodreenosti i zanimljiva istraivanja u samozvanojzlatnoj eri kozmologije (npr. mogunost otkrivanja crnih rupa izpoloaja dvostrukih zvijezda, spajanje kvantne fizike i teorije opegravitacije), u kozmolokoj evoluciji se uglavnom prihvaa Velikiprasak kao singular i te t u kojem je stvoren ne samo mater i ja(energija, tvar) nego je to poetak i vremena i prostora, a od tada se

svemir neprestano iri . Neizgledno je, zanemariva je vjerojatnost dapostoje zvijezde i galaksije kao naa! 3 2Nova astronomska istraivanja pokazuju, meutim, da se svemirubrzano i r i ! 3 3 Inflatorni model iz osamdesetih godina ovoga stoljea,s ravnim svemirom i dominantnom tvar i tako postaje nevaei3 0 J . Ford, What is Chaos, u: The New Physics , izd. P. Davi, Cambridge UniversityPress, Cambridge, 1989.3 1 F. C. Moon, Chaotic and Fractal Dunamic, J. Wiley&Sons, New York, 1992.3 2 J. Boslough, Stephen Hawking's Uniuerse, W. Collins&Sons, G lasgow, 1989.3 3 Kraus , Cosmological antigravitu, Scientific American, Jan. (1999), 35.40


12/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30-44(mrtav ). Svem ir je ili otvoren ili je ravan i ispun jen energijomnepoznatog pori jekla , odnosno nekom masom koja ima gravitaci ju -odbojnu. Veina znanstvenika pr ihvaa ovu drugu mogunost : svemirje ispunjen odbojnom gravitacijskom energijom. Ova antigravitacijaunosi, dakle, revoluciju u kozmologiju!

Prema antropikom principu, ako bi se svemir i sasvim malorazlikovao od sadanjeg, nas ne bi bilo ovdje. Zakljuuje se da jesvemir ureen na temelju nekoliko pr irodnih zakona i modapetnaestak f izikalnih konstant i te da je u pr irodi dost ignutaizvanredna ravnotea; ako bi s i le izmeu kvarkova (protona,neu trona) bi le sam o m alo slabije , onda bi jedini e lemen t u sv em irubio vodik ; ako b i masa pro tona b i la jednaka masi neut rona (neut ronima veu masu za 0,1%), elektron ne bi bio uhvaen u atom te svemirs uvjetima za sadanji ivot ne bi postojao, i si. ini se, svemir jeiskl juivo ureen (ugoen) tako da bi nama bio ugodan! 3 4Ovaj antropiki pr incip, kao i razvoj svemira u budunost i ,posljednjih tr idesetak godina predmet su znanstvenoga, f i lozofskog iteo lokog razmatran ja .3 5Kristocentrizam u kozmikoj viziji te evolucija svemira premajednom singular i te tu , nazvanom toka Omega, uvedeni su u l i teraturupolovicom ovog stoljea po p. Teilhardu de Chardinu, D. I . 3 6Ipak, moglo bi se rei, ta teka kozmoloka pitanja nemajunikakve veze s naom svakidanjicom. Sunce sja i obasjava nas, i toe trajati nezamislivo dugo vremena (dok ne izgori) , sve je u redu idobro! No, kozmoloka pi tanja duboko fasciniraju l judski razum.U antici Platon dri daje svemir postojao uvijek te daje vjean.Aristotel govori o Prvom pokretau koji je dao ti jelima gibanje usvemiru, a trajanje svemira niim nije ogranieno. 3 7 Franjo Petri(XVI. st.) kao poetak svemu postavlja svjetlost, koja dolazi od Boga.Uzima se da moderna filozofija zapoinje s Descartesom (XVII.st.), koji je znaajno utjecao i na razvoj nove znanosti , matematike iprirodoslovlja. U svojim "Naelima filozofije" navodi: 3 8 "ini mi seevidentnim da nema nieg drugog osim Boga, koji je svojom svemoistvorio materiju s gibanjem (energijom)..." (vlastiti prijevod) Zatim:"Iz injenice da Bog ni na koji nain nije podloan promjeni te da On3 4 D. C. Giancoli, Physics, Prentice H ali, London, 1995.3 5 Kraus, Cosmological antigravity, Scientific American, Jan. (1999), 35; J. D.Barow - F. J . Tipler, The antroplc cosmological princlple, Oxford, 1986.3 6 p. Teilhard de Cha rdin, Lephen.om.ene humain, Pari, 1952.3 7 F. Copleston, A historg ofphilosophy, Doubledav, New York, 1 994.S8 Isto.

41
http://lephen.om.ene/http://lephen.om.ene/http://lephen.om.ene/


13/15

J. Planini, O porijeklu i budunosti svemirauvijek djeluje na isti nain, mi moemo dostii znanje o odreenimzakonima koje ja nazivam prirodnim zakonima." Ovo mil jenje je ,naravno, u skladu s Descar tesovim shvaanjem kako je f iz ika zavisnao metafizici, u tom smislu da fizikalna naela slijede iz metafizikihpostavki .

Immanuel Kant (XVIII. st.) u svojoj "Kritici istog uma" 3 9 navodiu antinomiji o spekulativnoj kozmologiji kako se obje postavke - dajesvemir imao poetak i da je bio prostorno ogranien, te da je svemirneog ranien u pr os to ru i vrem enu - mogu filozofski o prav dati , stogatakvo razmatranje ni je - znanstveno. Meutim, mnoge teme, bezobzira na znanstvene domaaje u nj ima i l i upravo zbog oskudiceznanja, privlae i oaravaju ovjekov um. Tako Kant u Kriticipraktinog uma na kraju knjige navodi: kako vie upoznaje sve gavie i vie zadivljuje - "zvijezdano nebo nada ranom i udoredni zakonu meni".Ponekad pjesniki jezik il i duhovnost iskazuju istinu o kojojznanost uti; s pravom, moglo bi se rei, jer o onomu to se nepoznaje, treba utjeti (prema L. Wittgensteinu 40)."ovjek po naravi trai istinu", kae papa Ivan Pavao II . ,4 1 zat im:"Jedinstvo istine je ve temeljni postulat l judskog razuma, izraen uprin cip u nep roturje no sti"; navodi jo G. Galilei , koji naglauje ka kovjera i zna no st ne mo gu nik ad a jed na drugoj protur jeit i .Kozmoloka pitanja su i f i lozofska, teorija deterministikogkaosa oekuje i odgovore filozofije, a navedeni antropiki princip nijemogue odvojiti od metafizike, koliko god filozofija o znanosti eljelabi t i samostalna i l i samo znanstvena.Ovime se uznastojalo ukazati na ir inu znanstvene i f i lozofijskeproblematike oko pi tanja pori jekla i budunost i svemira, kao i nanek a neob razloe na pojednostavl jenja .ZakljuakU uvodu je opisano sadanje stanje u fizici estica, kao iastrofizikalni pogled na poznate svemirske objekte, kako bi se mogaorazmotriti najvjerojatniji put u razvoju svemira. Teorija Velikogpraska zadobi la je od lunu podrku u as t ronomskim zapaanj ima tese moe uzeti da je evolucija svemira zapoela prije priblino 12milijardi godina eksplozijom vrlo velike energije (mjesto singulariteta)

39 Isto.4 0 L. Wittgenstein, Ricerchefilosofiche, Einaudi, Torino, 1968.4 1 Giovanni Paolo II, Fides et Ratio, Lettera Enciclica, Vaticano, 1998.42


14/15

Crkva u svijetu 35 (2000), br. 1, str. 30-44i da se onda irio prolazei razdoblje ujedinjenja svih prirodnih sila,zatim eru hadrona, leptona, nukleosinteze, eru radijacije, te posljednje razdoblje od priblino deset t isua godina u kojem dominiratvar nad zraenjem, a kada su i nastale zvijezde i galaksije.Suvremena kozmologija ozbil jno razmatra inf latorni model svemirskeevolucije, koji se ukljuuje u teoriju Velikog praska i pretpostavljaeksponencijalnu eksploziju, golemo napuhavanje svemira u djeliimaprve sekunde, a daje i odreene odgovore o koliini tamne tvari usvemiru. Naime, znanstveni pr ikaz budunost i svemira zavisi oukupnoj njegovoj masi, pa ako je gustoa svemira vea il i jednakaodreenoj graninoj vrijednosti , irenje svemira e se usporiti izaustaviti . Inflatorni model predvia da je gustoa svemira blizugranine vrijednosti , a u tom sluaju valja otkriti jo glavninu masekoja je moda skr ivena u tzv. crnim rupama odnosno u nepoznatimest icama (potraga za novim neutr inom).Hoe li Zemlja prijei u vatru (skupljanje svemira) ili e seohlad iti (be skra jno poveavanje svem ira), i l i . . . U ras pra vi su ovdjenavedena i druga kozmoloka pitanja kojima valja jo traiti odgovore(to je u zr ok stvaran ju prvih nak up ina tv ari - poe tak evolucijezvijezda, to je ili tko je zapoeo ekspanziju svemira, je li bilo vieprasaka) , a dodatna pi tanja se pojavl juju uz nastanak nove znanost i ,teor i je determinist ikog kaosa.

Nova astronomska istraivanja pokazuju kako se svemir ubrzan o ir i. Svem ir je ili otvoren ili rav an i ispu nje n energijomnepoznata pori jekla , odnosno masom koja ima gravitaci ju - odbojnu.Veina znanstvenika pr ihvaa ovu drugu mogunost : svemir jeispunjen odbojnom gravitacijskom energijom. Ova antigravitacijaunosi, dakle, revoluciju u kozmologiju!S ovim tekim kozmolokim pi tanj ima, kao i s antropikimprincipom, svakako se zalazi u filozofijsku problematiku. Descartes,zaetnik moderne filozofije, navodi u "Naelima filozofije" da je Bogstvorio materiju, tj. tvar i energiju, te daje fizika zavisna o metafizici,odnosno da fizikalna naela sli jede iz metafizikih postavki. Kant jedobro poznavao znanost i pr irodoslovlje osamnaestog stol jea, apitanje evolucije svemira smjestio je u svoju prvu antinomiju ospekulativnoj kozmologiji: obje postavke - da je svemir imao poetaki da je prostorno ogranien, te da je svemir prostorno i vremenskineogranien - mogu se filozofski opravdati i stoga takvo razmatranjeni je znanstveno. Meutim, mnoge teme bez obzira na znanstvenedomaaje u njima, i l i upravo zbog oskudice znanja privlae ioaravaju ovjekov um. S vie znanja jo vie zadivljuje - "zvijezdanonebo nad mnom i udoredni zakon u meni", navodi Kant u zakljukeknjige Kritika praktinog uma.

43


15/15

J. Planini, O porijeklu I budunosti svemiraPonekad pjesniki jezik ili duhovnost iskazuju istinu o kojojznanost uti; s pravom, reklo bi se, jer o onom to se ne poznaje,treba utjeti (po L. Wittgensteinu)."Jed instv o istine ve je temeljni po stu lat ljudskog ra zu m a,izraen u principu neproturjenosti", pie papa Ivan Pavao II. i jo

navodi G. Galileija, kako istina vjere i znanosti ne mogu proturjeitij edna d rugo j .Ovime se uznastojalo ukazati na irinu znanstvene i filozofijskeproblematike oko pitanja pori jekla i budunosti svemira, kao i naneka neobrazloena pojednostavljenja.

ABOUT TH E ORIGIN AND FUTUR E OF THE UNIVERSESummary

The present-day situation in the particle phvsics as well as inastrophvsics, and in view of the universe structure and its origin, wasdescribed. The Big Bang theory of the beginning of the universetogether with the inflatory models were presented. Some difficultquestions regarding the past and future of the universe (whatlaunched i ts expansion, were there other bangs, what is the universedensity, is there any antigravity) were considered. Taking into accountthe antropic principle of the cosmology as well as the theory of thedeterminis t ic chaos, other questions ar ie pointing out the necessi tyof the philosophical approach to the problem of the universeevolution. Th e thou ght developmen t of speculative cosmology an dalso some appreciated opinions in modern philosophy (Descartes ,Kant and others) were presented.

Documents

Josip Planinić - O porijeklu i budućnosti svemira