Pitanja poput sledećih: Kako i iz čega je nastao Univerzum? Šta je postojalo pre našeg univerzuma? Kolika je starost Vaseljene? Kolika je starost Sunčevog sistema, a kolika planete Zemlje? Šta je uzrok nastajanja kosmosa? Kolika je starost života na Zemlji i odakle su baš tu stvorio, bila su u centru religijskih, filozofskih, umetničkih i naučnih istraživanja od ranih početaka naše civilizacije do današnjih dana.

U ovom članku, u seriji pogleda na temu šta je to vreme iz jednog novog ugla, biće opisan način kojim su određeni vreme nastanka i vremenska evolucija Univerzuma korišćenjem astrofizičkih zakona.

Astrofizika je unija astronomije i fizike, a predmet rada joj je primena fizičkih zakona, izučenih u laboratorijama na Zemlji, u nastojanju da objasni sastav nebeskih tela kao i interakciju izmedju materije i energije u njihovoj unutrašnjosti i u svemirskom prostoru izmedju njih.

Ona predstavlja interdisciplinarno polje istraživanja koje se ostvaruje primenom: kosmologije (nauke o nastanku univerzuma), svih vrsta astronomije, astronautike, nuklearne, atomske, molekularne i fizike elementarnih čestica, novih nauka poput geohemije, kosmohemije, nuklearne hemije, i td. Videćemo u nekom od narednih članaka kako su i računarske veštine poput kvantnih kompjutera povezane sa kosmologijom.

Većina kosmologa [kosmologija izučava strukturu i evoluciju Univerzuma polazeći od odgovarajućih hipoteza i ekstrapolacija] danas misli da je Univerzum nastao u velikoj eksploziji koja se javila na ekstremno malom prostoru, ekstremno velikoj gustini, energiji i temperaturi. Model koji je zasnovan na ovim pretpostavkama poznat je u literaturi kao model velikog praska ili Big Beng. Napomenimo da ovo nije nešto što se može zamisliti, veće da je Big Beng oblik eksplozije koji je stvorio prostor vreme.

Kao i svaki model i ovaj ima u prilog niz eksperimentalnih opsrevacija. Pomoću njega je moguće izvršiti datiranje karakterističnih događaja u evoluciji Univerzuma. Takođe ima i neke od nedostataka, koje ćemo posebno analizirati.

Prva stvar od koje se polazi, a koja je argument za Big Beng teoriju je sledeća činjenica. Ako posmatramo supstanciju, ali i fizičko polje u bilo kom delu svemira, doći ćemo do nepobitnog zaključka, da imaju istu strukturu koja je najverovatnije posledica nastanka u istom procesu. Pa hajde da pogledamo koje su to veličine, tj. univerzlane konstante koje ih određuju, tj. kako je svemir kodiran.

Činjenice govore da nelinearnom kombinacijom fundamentalnih konstanti: univerzalne gravitacione (njena vrednost je ista u svakom delu univerzuma i ne menja se sa vremenom) – G, brzine svetlosti – c i Plankove konstante – h odnosno h=h/2Pi, datih u odgovarajucoj kombinaciji, mogu se konstruisati veličine koje imaju dimenzije dužine, vremenskog intervala, mase, energije, gustine i temperature.

Ovu zakonitost prvi je uočio Plank [ Planck 1858-1947], autor kvante teorije i one se nazivaju Plankove.

Koje su početne veličine karakteristične za nastanak univerzuma?

Kada govorimo o samom trenutku kreacije, (t=0) moramo imati na umu da on još uvek nije dobio završni sud nauke, al da se sa poslednjim eksperimentnima u Cernu itekako približavamo uslovima mikrosveta koji su nalik inicijalnim. Klasične matematičke interpolacije fizičkih modela padaju u singularitet, ali ipak moraju se definisati početni uslovi iz kojih se sve kreće.

Kada govorimo o ovom trenutku, i dalje se prožimaju uticaji velikih svetskih konfesija, pa tako, Vatikan je zvanično tražio da se naučnici ne približavaju ni ekspirimentalno uslovima primordijalne kreacije. Najnovija izjava Stivena Hokinga, najvećeg uma savremene fizike glasi, ako se od Big Benga svet kretao po veoma utvrđenim pravilima i strogim zakonima, najverovatnije su ti strogi zakoni odredili i početne uslove.

Ako bi smo ovde postavili pitanje, šta je bilo pre velikog praska, odgovor bi glasio nije postojalo čak ni ništa (mada teško je zamisliti ništa vam prostorno vremenskog kontinuuma), odnosno ovakva pitanja su deplasirana i ekvivalenta su pitanjima šta ste radili pre 200 godina?

Plankove veličine

Upravo će o ovim početnim uslovima biti ovde reči i oni se nazivaju Plankovima. Napomenimo da zakon održanja enegrije u obliku kojim ga poznajemo nije tada važio, jer su bile na snazi kvantne fluktuacije. Kvante fluktuacije su osobina kvantnog vakuuma koji u vrlo kratkom vremenu, koje je kraće od Plankovog, pravi par česticu i najverovatnije antičesticu negativne mase. Ovaj fenomen se naziva Vilderova pena i poslednja modelovanja teorije struna dopuštaju spontano otvaranje prostorno-vremenskog tunela. Zbog složenosti iste, ovde ih samo nabrajamo, a znatiželjni neka surfuju dalje.

Ajde sada da pokažemo koje se veličine nazivaju Plankove. Smatra se da predstavljaju početne veličine Velikog praska, i iznose:

Plankova dužina: Lp = [ hg/ c na 3 stepen] na 1/1 =~ 10 na -33cm;
Plankovo vreme: Tp = [ hG/c na 5] na 1/2 =~ 10 na – 44 s;
Plankova masa: Mp = [ hc/G] na 1/1 =~10 na -33 cm;
Plankova gustina: Qp = mp/L na 3p=~ 10 na 94g . cm na -3;
Plankova energija: Ep = [ hc na 5/ G] na 1/2=~ 10 na 19 GeV;
Plankova temperatura: Tp=[ Ep/k=~10 na 33K.

Prema ovim veličinama Univerzum je u početnom trenutku imao veliku energiju, odnosno temperaturu, a zauzimao je ekstremno malu zapreminu i imao je zanemarljivo malu masu. Postojala je samo jedna vrsta interakcije, tj. sve četiri osnovne interakcije [gravitaciona, slaba, elektromagnetska i jaka] koje danas poznajemo u fizici, bile su ujedinjene u jednu.

Bilo je to stanje superunifikacije. Fizičari danas pokušavaju da naprave ovakvu situaciju u akceleratorima u Cernu, i da eksperimentalno dokažu takozvanu Božju česticu koja je prenosnik ove superunifikovane sile. Videćemo koliki će stepen razvoje tehnologije biti potreban da se ona i prikaže i dokaže.

Kako je vreme proticalo, njegova zapremina i masa su se povećavale; energija, temperatura i gustina smanjivale, a osnovne interakcije su se izdvajale jedna po jedna. Potvrda ovih konstatacija nalazi se u odgovarajućim eksperimentalnim opservacijama, a mi ćemo iznositi jednu po jednu.

Stevan Jokić, Institut za nuklearne nauke, Vinča
Literatura:
– B. Marinković, D. Filipović, Vreme života u svetu atoma,
– Mladi fizičar 56 [ 1996] 4,
– R. Đorđević, ” Strele” vremena,
– Mladi fizičar 54 [ 1994/95]6;
– S. Jokić, Vreme u svetu elementarnih čestica i atomskih jezgara,
– Mladi fizičar 60