Fizika naglavce

Pretpostavljam da ovakve priče izluđuju prosječnog čitatelja: svemir je statičan; onda nije statičan, nego se širi; pa se možda ipak ne širi. Čovjek koji od znanosti očekuje pouzdano znanje s pravom može pomisliti: Ma, nemate vi znanstvenici pojma. Danas je ovako, sutra onako.

Zato, prije nego što bih rekao o toj novoj teorijskoj studiji o kozmološkoj konstanti, moram komentirati tu navodnu nepouzdanost prirodnih znanosti. Prvo, standardni model fizičke kozmologije (čiji je glavni dio teorije velikog praska) nije u istom rangu kao i spomenuta upravo objavljena studija. I jedno i drugo su naše ideje o tome kako funkcionira svijet, ali standardni model ima brojne potvrde i dosad nije opovrgnut, a spomenuta studija zasad još nema nikakvu potvrdu, samo je zgodna matematička igračica. Drugo, prirodna znanost nikad nema konačne odgovore i mora se neprekidno propitivati. Teorijskim fizičarima je posao da grade nove i nove modele, polazeći od drukčijih pretpostavki, koristeći drukčije matematičke alate. Treće, postoje područja s velikim neriješenim pitanjima. Fizička kozmologija je jedno od takvih područja. Primjerice: problem kozmološke konstante, priroda tamne tvari, inflacija, porijeklo asimetrije između materije i antimaterije. Samo problem kozmološke konstante bio bi dovoljan da se temeljne postavke kozmologije ne prestanu propitivati. Naime, teorijsko predviđanje iznosa kozmološke konstante je 120 redova veličine veće (to je broj sa 120 nula) od iznosa, temeljenog na posrednim opažanjima, s kojim barataju kozmolozi. Često se to spominje kao najgore predviđanje u povijesti fizike. Zato postoje jako dobri razlozi za propitivanje temeljnih pretpostavki kozmologije.

Što su činjenice, a što interpretacije činjenica?

Ako postoji svetinja u prirodnoj znanosti, ono u čemu se ne dira su podaci: jednostavne, objektivne, empirijske činjenice koje se, u principu, svatko može provjeriti. Što se kozmologije tiče, postoji pomak u spektrima dalekih galaksija (mi to zovemo crveni pomak) koji je veći što je galaksija udaljenija. To je nepobitna činjenica u koju smo se nebrojeno puta uvjerili, pa je od milja zovemo zakon. Hubbleovim zakonom.

Odgovor na pitanje (ili pokušaj odgovora) zašto je „pomak prema crvenom veći što je galaksija udaljenija”, to je interpretacija. Najbolji odgovor koji zasad imamo je širenje svemira. Prazni prostor između dalekih galaksija mijenja svojstva s vremenom. Zato u kasnijim trenucima mjerimo veću udaljenost. Galaksije ne putuju nego prostor među njima mijenja svojstva, postaje drukčiji, najbliža analogija tome je širenje.

Za razliku od činjenica, tumačenje nije sveto. To je samo jedno moguće objašnjenje. Možemo ponuditi i druga objašnjenja, ali onda su ona u konkurenciji. Predviđanja koja daju različita tumačenja (na temelju različitih hipoteza) testiraju se novim opažanjima, a zatim se jedno od tumačenja opovrgava. I tako ad infinitum. Znanost nema kraja ni konačnog odgovora. On ne posjeduje istinu. U najboljem slučaju, pristupa mu asimptotski.

Lucas Lombriser i kozmologija u prostoru Minkowskog

Profesor na Zavodu za teorijsku fiziku Sveučilišta u Ženevi, Lucas Lombriserupravo je u časopisu Klasična i kvantna gravitacija objavio članak „Kozmologija u prostoru Minkowskog”. U njemu je problem kozmološke konstante i tamne energije pokušao riješiti tako da na opis svemira primijeni drukčiju geometriju.

Einsteinova opća teorija relativnosti gravitacije tumači kao zakrivljenost prostora vremena. Geometrija opće relativnosti je Riemannova geometrija zakrivljenog prostora. U posebnoj teoriji relativnosti prostor je ravan. Takav prostor opisuje Euklidovu geometriju. Uključivanjem vremena, kao četvrte koordinate nekog događaja, iz trodimenzijskog Euklidovog prostora dobivamo četverodimenzijski prostor Minkowskog.

To je apstraktni prostor ili prostorvrijeme. Nema ničeg misterioznog u vremenu kao četvrtoj koordinati. Minkowski (koji je bio Einsteinov profesor matematike tijekom studija i za Einsteina je bio rekao da je „lijeni pas”) je naprosto položio matematičku apstrakciju koja je iznimno korisna za konkretno računanje. Prostor Minkowskog je, dakle, ravan prostor, a lokalno je svaki fizički prostor takav. Kao što je mali, lokalni dio svake velike sfere ravnine. Ravnozemljaši su zapravo lokalci koji su u pravu unutar svoje male perspektive.

Lucas Lombriser je u spomenutom članku nastupio kao „ravnosvemiraš”, protegnuo je ravni prostor, prostor Minkovskog, na cijeli svemir. Pa se poigrao s tom idejom. Ta igra nije baš za svakoga. Lombriser je cijelu matematiku fizičke kozmologije, od Einsteinovih jednadžbi opće teorije relativnosti preko Friedmannovih jednadžbi do konkretnih kozmoloških modela i njihov rezultat preradio s novom geometrijom.

Ne, s obzirom da kao znanstvenik poštuje činjenice (rezultate opažanja) morao je zakrivljenost svemira kompenzirati nečim drugim. Tako je pretpostavio da se kroz prostorvrijeme može mijenjati skala mase, duljine i vremena. Možda jednostavnije rečeno: da temeljne konstante više nisu konstante nego se mogu mijenjati. U takvom modelu opaženi pomak prema crvenom naprosto ima drukčiju interpretaciju, ne kao „širenje svemira”. Nestaje potreba za tamnom energijom, nestaje problem kozmološke konstante.

Doduše, pojavi se jedan novi problem. Taj što Lombriserov model ne daje predviđanja koja bi u skoro vrijeme mogla biti potvrđena. A to znači da do daljnjeg, a možda i zauvijek, ostaje samo jedna zgodna matematička ideja.

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodne kolaboracije MAGIC i CTA. Autor je niza srednjoškolskih udžbenika iz fizike i tri znanstveno-popularizacijske knjige: “Protiv nadnaravnoga”, “Ažurirani svemir” i “Razumljivi svijet”.