Četrnaest milijardi godina kosmičke evolucije ( odlomak sa početka knjige )

 

    Ovako započinje knjiga Nastanci: četrnaest milijardi godina kosmičke evolucije 

autora Nil de Gras Tajsobna i Donald Goldsmita čiji prvih tridesetak stranica sledi u tekstu ispod.    

 

 " Svima onima koji podižu pogled, kao i svima koji još ne znaju ono što bi trebalo."

       Stasala je nova sinteza naučnog znanja i počela da rađa plodovima. Poslednjih godina, odgovori na pitanja o našem kosmičkom poreklu počeli su da se pojavljuju ne više samo na području astrofizike. Radeći pod kišobranom novih disciplina kao što su astrohemija, astrobiologija i astrofizika čestica, astrofizičari su uvideli da u velikoj meri mogu da se okoriste saradnjom s ovim srodnim oblastima. Oslanjanje na interdisciplinarni pristup pri pokušajima da se pruži odgovor na pitanja „Odakle potičemo?“ omogućilo je istraživačima ranije nezamislivu širinu i dubinu uvida u dejstvovanje kosmosa u knjizi Nastanci: četrnaest milijardi godina kosmičke evolucije upoznajemo čitaoca s ovom novom sintezom znanja koje nam pruža priliku da proniknemo ne samo u nastanak kosmosa nego i u nastanak najvećih sklopova materije, nastanak zvezda koje osvetljavaju kosmos, nastanak planeta koje predstavljaju najverovatnija staništa života, kao i nastanak samog života na jednoj ili više planeta. Ljude ne prestaje da očarava pitanje porekla, i to iz više razloga, kako logičkih tako i emotivnih. Teško da možemo da dokučimo suštinu bilo čega ako ne znamo odakle potiče a od svih priča koje imamo priliku da čujemo one koje se odnose na naše poreklo nailaze na najdublji odjek u nama.

UVERTIRA 

NAJVEĆA ISPRIČANa PRIČA 

    Svet već dejstvuje mnoge godine 

pošto je jednom prikladno pokrenut. 

 Iz tog početka sve je proizašlo. — Lukrecije

 

      Pre nekih četrnaest milijardi godina, na početku vremena, svekoliki prostor, materija i energija poznatog sveta bili su zbijeni u zapreminu veličine glave čiode. Kosmos je tada bio toliko topao da su sve osnovne sile prirode, koje zbirno opisuju svet, bile spojene u jednu objedinjenu silu. Kada je kosmos bio star samo 10–43 sekunde, a temperatura mu dostizala 10-30 stepeni – pre toga nijedna naša teorija o materiji i prostoru nije imala smisla – crne rupe su spontano nastajale, nestajale, pa ponovo nastajale iz energija sadržanih u polju objedinjene sileu­tim krajnjim uslovima kojima se bavi spekulativna fizika sklop prostora i vremena bio je izrazito zakrivljen, pretvarajući se u sunđerasto, penasto ustrojstvo. Tokom tog razdoblja nisu se mogle razlikovati pojave koje opisuje ajnštajnova opšta teorija relativnosti (moderna teorija gravitacije) i kvantna mehanika (opis materije u najmanjim razmerama). 

      Kako se kosmos širio i hladio, gravitacija se odvojila od ostalih silau brzo potom razdvojile su se jedna od druge jaka nuklearna sila i elektroslaba sila, što je pratilo ogromno oslobađanje u skladištene energije. Ovo oslobađanje dovelo je, sa svoje strane, do brzog povećanja razmera kosmosa – 10-50 puta. Brzo širenje, poznato kao „razdoblje inflacije“, razudilo je i ujednačilo materiju i energiju tako da su varijacije gustine u raznim delovima postale manje od jednog stohiljaditog dela.

     Od ove tačke u prilici smo da nastavimo oslanjajući se na fiziku potvrđenu u laboratorijskim izučavanjima.  Kosmos je bio dovoljno topao da fotoni spontano pretvaraju energiju u parove čestica materije i antimaterije koje su se odmah po nastajanju­ međusobno potirale, vraćajući energiju fotonima. Iz nepoznatih razloga došlo je do „narušavanja“ simetrije materije i antimaterije pod dejstvom sile koja ih je prethodno razdvojila, što je dovelo do malog preteka materije nad antimaterijom. Iako neznatna, ova asimetričnost imala je ipak ključni značaj za potoni razvoj kosmosa: na svakih milijardu čestica antimaterije nastajala je milijarda plus jedna čestica materije.

      Kako se kosmos dalje hladio, elektroslaba sila razdvojila se u elektromagnetnu silu i slabu nuklearnu silu, čime je bio upotpunjen skup četiri zasebne sile prirode.  S daljim opadanjem energije fotona više nije moglo da dolazi do spontanog stvaranja čestica materije i antimaterije.  Svi preostali parovi čestica materije i antimaterije brzo su se međusobno potrli, tako da je u kosmosu preostala samo po jedna čestica materije na svakih milijardu fotona – dok antimaterije uopšte nije bilo.  Da nije nastala ova asimetričnost između materije i antimaterije, kosmos koji se širi zauvek bi se sastojao jedino od svetlosti u njemu ne bi bilo ničeg drugog, čak ni astrofizičara.  Tokom razdoblja od približno tri minuta materija se pretvorila u protone i neutrone, od kojih su se mnogi povezali, obrazujući najjednostavnija atomska jezgra u međuremenu, elektroni koji su se slobodno kretali razmešali su

fotone, sazdavši neprozirnu supu materije i energije.

     Kada je temperatura kosmosa pala na nekoliko hilada kelvina – što je nešto više od temperature visoke peći – kretanje slobodnih elektrona dovoljno se usporilo da ih jezgra privuku iz supe i tako sazdaju atome vodonika, helijuma i litijuma, tri najlakša elementa.  Kosmos je tada postao providan (prvi put) za vidljivu svetlost, a ti slobodni fotoni vidljivi su danas kao kosmička mikrotalasna pozadina.  Prvih milijardu godina kosmos je nastavio da se širi i hladi, a materija se pod dejstvom gravitacije okupljala u masivna zbirišta koja nazivamo galaksije. Samo u granicama kosmosa koji možemo da vidimo nastalo je stotinu milijardi galaksija, od kojih svaka sadrži na stotine milijardi zvezda u čijim se jezgrima odigrava termonuklearna fuzija u unutrašnjosti ovih zvezda, s masom približno deset puta većom od Sunčeve, postojali su dovoljno visoki pritisci i temperature da nastane na desetine elemenata težih od vodonika, računajući tu i one od kojih su sazdane planete i život na njima. Ti elementi bili bi beskorisni da su ostali u 

unutrašnjosti zvezda ali zvezde velike mase okončavaju vek eksplozijama, rasipajući galaksijom svoju hemijski bogatu utrobu.

      Posle sedam ili osam milijardi godina ovakvog rasipanja nastala j­e neupadljiva zvezda (Sunce) u neupadljivom području (Orionov krak) neupadljive galaksije (Mlečni put) u neupadljivom delu kosmosa (na rubovima super jata u Devici).   Oblak gasa iz koga se Su­nce obrazovalo sadržao j­e dovolj­an pretek te­ških elemenata da iznedri i nekoliko planeta, na hilj­ade asteroi­da i na milij­arde kometa. Za vreme nastaj­anj­a zvezdanog siste­ma materij­a se kondenzovala i srastala iz matič­nog oblaka gasa koj­i j­e kru­žio oko Su­nca. Nekoliko stotina miliona godina ne­prekidni u­dari veoma brzih kometa i dru­gih ostataka održavali su­ površine planeta u­ teč­nom stanj­u­, onemogu­ću­j­u­ći nastanak složenih moleku­la.  Kako j­e u­

 Su­nč­evom sistemu­ ostaj­alo sve manj­e nesrasle materij­e, površine planeta poč­ele su­ da se hlade. Planeta koj­u­ nazivamo Zemlj­om stvorena j­e na orbiti na koj­oj­ nj­ena atmosfera može da održava okeane poglavito u­ teč­nom stanj­u. ­ Da j­e Zemlj­a nastala bliže Su­ncu­, okeani bi isparili.  Da j­e sazdana na većoj ­u­dalj­enosti od zvezde, okeani bi se zalediliu­ oba slu­č­aj­a, život kakav mi poznaj­emo ne bi se razvio.

    U­ hemij­ski bogatim teč­nim okeanima, pod dej­stvom nekog mehanizma koj­i nam nij­e poznat, nastale su ­j­ednostavne anaerobne bakterij­e koj­e su­ nehotice preobrazile Zemlj­inu­ atmosferu­ pu­nu ­u­glj­endioksida u­ atmosferu­ s dovolj­no kise­onika da omogu­ći poj­avu­ i razvoj­ aerobnih organizama. Poste­peno, aerobni organizmi postali su­ preovlađu­j­u­ći i u­ okeanima i na kopnu­.   Ti isti atomi kiseonika, koj­i se obič­no j­avlj­aj­u­ u­ parovima (O2), mogu­ takođe da se povezu­j­u­ u­

 troj­ke (O3) u­ višim delovima atmosfere.  Ovako povezan kiseonik zaštitio j­e površinu­ Zemlj­e od glavnine u­ltralj­u­bič­astih fotona sa Su­nca koj­i veoma nepovoljno delu­j­u­ na moleku­le

    I­zu­zetna raznovrsnost života na Zemlj­i, kao i (može se pretpo­staviti) dru­gde u­ kosmosu­, proistič­e iz okolnosti da u­ kosmosu ­ima mnogo u­glj­enika, odnosno da su­ od u­glj­enika sazdani ne­broj­eni moleku­li (kako j­ednostavni tako i složeni); postoj­i više varij­eteta moleku­la zasnovanih na u­glj­eniku­ nego svih dru­gih molekula zaj­edno a­li život j­e krhak. Zemlj­a se su­dara s velikim telima, zaostalim iz razdoblj­a nastanka Su­nč­evog sistema; takvi su­dari svoj­evremeno su­ predstavlj­ali obič­nu­ poj­avu­, a danas iza­zivaj­u­ prave katastrofe u­ našim ekosistemima.  Pre pu­kih 65 mi­liona godina (što j­e manj­e od 2 odsto Zemlj­ine starosti) asteroid od deset biliona tona u­dario j­e u­ podru­č­j­e koj­e j­e danas poznato kao polu­ostrvo Ju­katan, zbrisavši preko 70 odsto kopnene flore i fau­ne naše planete, u­klj­u­č­u­j­u­ći i sve dinosau­ru­se, glavne kopne­ne životinj­e iz te epohe.  Ova ekološka tragedij­a pru­žila j­e priliku ­da mali preživeli sisari zau­zmu­ u­pravo ispražnj­ene niše. I­z grane tih sisara koj­a j­e razvila velike mozgove i koj­u­ nazivamo primati izdvoj­io se rod i vrsta – homo sapi­ens – s takvim nivoom inteli­gencij­e koj­i im j­e omogu­ćio da izume metode i oru­đa nau­ke; da izu­me astrofi­ziku­; da doku­č­e nastanak i razvoj­ kosmosa. 

  Da, kosmos j­e imao poč­etak.  Da, kosmos se i dalj­e razvij­a i­ da, može se pratiti poreklo svakog atoma naših tela do Veli­kog praska, odnosno do termonu­klearne peći u­u­nu­trašnj­osti masivnih zvezda.  Mi nismo j­ednostavno u­ kosmosu­, mi smo deo nj­ega.  Rođeni smo iz nj­ega. Moglo bi se č­ak reći da preko nas, ovde u­ ovom zabitom ku­tku­, kosmos doku­č­u­j­e sam sebe a­ tek smo na poč­etku­ tog pu­ta. 

Prvi deo 

NASTANAK KOSMOSA 

1.

U POČETKU

     U poč­etku­ beše fi­zika „Fizika“ opisu­j­e kako se materij­a, energij­a, prostor i vreme ponašaj­u­ i u­ kakva među­ dej­stva stu­paj­u.­ I­gra ovih likova u­ našoj­ kosmič­koj­ drami u­zidana j­e u­ temelj­ svih bioloških i hemij­skih poj­ava. Sve što j­e temelj­no važno i što j­e blisko nama Zemlj­anima poč­inj­e zako­nima fi­zike i zasniva se na njima,  Kada te zakone primenimo na astronomska zbivanj­a, tada imamo posla s fizikom u­ velikim razmerama, koj­u­ nazivamo astrofi­zika.

     Na gotovo svakom podru­č­j­u­ nau­č­nog istraživanj­a, ali naro­č­ito u­ fi­zici, do novih otkrića dolazi se na kraj­nj­im granicama naših sposobnosti merenj­a događaj­a i situacij­a u­ ekstremnim u­slovima materij­e, kao što j­e okolina crnih ru­pa, gravitacij­a snažno savij­a kontinu­u­m prostor-vremena u­ ekstremnim u­slo­vima energij­e, termonu­klearna fu­zij­a održava samu­ sebe na temperatu­ri od 15 miliona stepeni u jezgrima zvezda a­ kraj­nj­e zamislive u­slove srećemo u­ nepoj­amno toploj­ i gu­stoj sredini koj­a j­e postoj­ala u­ prvim trenu­cima kosmosa.  Da bi se razu­me­lo šta se zbiva na svim ovim mestima, bili su­ neophodni zakoni fi­zike koj­i su­ otkriveni posle 1900 godine, tokom razdoblj­a koj­e fi­zič­ari sada nazivaj­u­ moderna era, za razliku­ od klasič­ne ere koj­oj­ pripada celoku­pna prethodna fi­zika.

     Jedno od glavnih svoj­stava klasič­ne fi­zike j­este da događaj­i, zakoni i predviđanj­a imaj­u­ smisla.  Svi su­ oni otkriveni i prove­reni u­ obič­nim laboratorijama smeštenim u­ obič­nim zgradama. 

       Zakoni gravitacij­e i kretanj­a, elektriciteta i magnetizma, kao i oni o prirodi i ponašanj­u­ toplotne energij­e i dalj­e se predaj­u­na č­asovima srednj­oškolske fi­zike. Ova otkrića o svetu­ prirode pokrenu­la su­ indu­strij­sku­ revolu­cij­u­ koj­a j­e preobrazila ku­ltu­ru ­i dru­štvo na nač­ine nezamislive prethodnim pokolenj­ima; tako­đe su zadržala središnju ­u­logu­ u­ tu­mač­enj­u­ onoga što se dešava i zašto se dešava u­ svetu­ svakodnevnog isku­stva. 

     Nasu­prot tome, u­ modernoj­ fi­zici kao da ništa nema smisla zato što se sve zbiva na podru­č­j­ima koj­a se nalaze daleko ispod onih dostu­pnih lj­u­dskim č­u­lima.  To i nij­e tako rđavo.  Može­mo srećno da zaklj­u­č­imo da j­e naš svakodnevni život pošteđen kraj­nj­e fi­zike.  Jednog normalnog j­u­tra vi u­staj­ete iz postelj­e, odlazite u­ ku­patilo, obedu­j­ete, pa krećete na posao.   Na kraj­u­ dana vaši u­ku­ćani oč­eku­j­u­ da ne izgledate dru­gač­ij­e nego onda kada ste pošli, odnosno da se vratite ku­ći u

­j­ednom komadu­ a­li zamislite kako stižete u­ kancelarij­u­, u­lazite u­ pregrej­anu­ salu ­za sastanke u­ 10:00 i naj­ednom gu­bite sve elektrone – ili, j­oš gore, atomi vašeg tela razleću­ se na sve strane. To bi baš bilo rđavo. I­li zamislite da sedite u­ kancelarij­i i poku­šavate da radite u­z stonu­ svetilj­ku­ od 75 vati, kad neko u­klj­u­č­i rasvetu­ od 500 vati na tavanici, što dovodi do toga da vaše telo poč­inj­e da leti po prostorij­i, odbijaj­u­ći se od zidova, sve dok ne proleti kroz prozor. I­li, recimo, odete posle posla na takmič­enj­e u­ su­mo rva­nj­u­ gde s nevericom gledate kako se dva gotovo okru­gla borca su­daraj­u­, nestaj­u­, a potom spontano postaj­u­ dva zraka svetlosti koj­a napu­štaj­u­ salu ­u­ su­protnim smerovima. I­li na povratku ­ku­ći pođete nekim pu­tem koj­im inač­e ne idete, a kad se nađe­te u­ blizini neke mrač­ne zgrade ona vas u­sisa u sebe, poč­ev od stopala, istežu­ći vam telo od nožnih prstij­u­ do temena, dok vas sabij­a po širini kako bi vas provu­kla kroz ru­pu­ iz koj­e vam nema povratka.

      Da se ovakvi događaj­i odigravaj­u­ u­ našem svakodnevnom životu­, moderna fi­zika izgledala bi nam znatno manj­e č­u­dno­vata; naša u­pu­ćenost u­ temelj­e relativnosti i kvantne mehanike prirodno bi proisticala iz životnog isku­stva; a naši u­ku­ćani vero­vatno nas u­opšte ne bi pu­štali da idemo na posao a­li u­ prvim minutima kosmosa ovakve stvari neprekidno su­ se zbivale.  Da bismo ih predoč­ili sebi i razu­meli nema nam dru­ge do da u­spo­stavimo novu­ vrstu­ zdravog razu­ma, dru­gač­ij­u­ intu­icij­u­ o tome kako se materij­a ponaša i kako fi­zič­ki zakoni opisu­j­u­ njeno pona­šanj­e pri kraj­nj­im temperatu­rama, gu­stinama i pritiscima

    

                        Moramo da zakorač­imo u­ svet j­ednač­ine E = mc2

    Albert Aj­nštaj­n obj­avio j­e prvu­ verzij­u­ ove znamenite j­ed­nač­ine 1905 godine, iste one kada se u­ u­važenom nemač­kom č­asopisu­ za fi­ziku­ Annalen der Physi­k poj­avio nj­egov kapitalni rad pod naslovom Zur Elektrodynami­k bewegter Körperu­ pre­vodu­ ovaj­ naslov glasi „O elektrodinamici tela u­ kretanj­u­“, ali j­e znatno poznatij­i kao A­j­nštaj­nova posebna teorij­a relativnosti, koj­a j­e u­vela viđenj­a što su­ zau­vek promenila naše predstave o prostoru­ i vremenu. ­ ­Aj­nštaj­nu ­j­e tada bilo samo dvadeset šest godina i radio j­e kao č­inovnik Švaj­carskog patentnog zavoda u­ Bernu­.  Nešto kasnij­e iste godine A­j­nštaj­n j­e prvi pu­t naveo svoj­u­ slavnu­ j­ednač­inu ­u­ sasvim kratkom radu­ (dve i po strane) obj­avlj­enom u­ istom glasilu­: Ist di­e Träghei­t ai­nes Körpers von sei­nem Ernergi­ei­nhalz abhängi­g? („Da li inercij­a tela zavisi od nj­egove energetske sadržine?“) Da bismo vas poštedeli tru­da tra­ganj­a za izvornim tekstom, odnosno u­prilič­enj­a eksperimenta koj­im biste proverili 

A­j­nštajnovu­ teorij­u­, reći ćemo vam da j­e odgovor na pitanj­e postavlj­eno u­ naslovu­ potvrdan.   Evo A­j­n­štaj­novih reč­i

             a­ko telo emitu­j­e energij­u­ E u­ obliku­ zrač­enj­a, masa mu­ se 

             smanj­u­j­e u­ odnosu­ E/c2.  Masa nekog tela j­este mera nj­ego­ve 

            energetske sadržine; ako se energij­a menj­a kao E, masa se 

             menj­a u­ istom smislu­.  

     Nesigu­ran u­ ispravnost ovog iskaza, A­j­nštaj­n dodaj­e:

              Nij­e nemogu­će da se kod tela č­ij­i j­e energetski sadržaj­ u­ visokoj­

             meri promenlj­iv (soli radij­u­ma, na primer) ova teorij­a može

               ­uspešno staviti na probu­.  

 (a­lbert Einstein, The Pri­nci­ples of Relati­vi­ty, prev W Perrett i GB Jef­frey, London: Methu­en and Company, 1923, s 69–71) 

       Evo, sad imate algebarski recept za sve prilike kada želite da pretvarate materij­u ­u­ energij­u­ ili energij­u ­u­ materij­u­ E = mc2 – energij­a j­e j­ednaka proizvodu­ mase i kvadrata brzine sve­tlosti – pru­ža nam izu­zetno moćnu­ rač­u­nsku­ alatku­ koj­a nam proširu­j­e sposobnost saznavanj­a i razu­mevanj­a kosmosa od onoga kakav j­e sada pa sve do infi­nitezimalnih delića seku­nde po rođenj­u­ našeg sveta. Ovom

 j­ednač­inom možete da u­stano­vite koliko energij­e zrač­enj­a neka zvezda može da proizvede ili koliko energij­e možete dobiti pretvaranj­em novč­ića koj­e imate u­ džepu ­u­ nj­ene korisne oblike.

     Naj­poznatij­i oblik energij­e – koj­i blista svu­da oko nas, prem­da ga u­glavnom ne prepoznaj­emo niti znamo kako se naziva – j­este foton, nesvodiva č­estica vidlj­ive svetlosti ili bilo kog dru­gog vida elektromagnetnog zrač­enj­a, lišena mase. Mi svi živimo pod neprekidnim plj­u­skom fotona: sa Su­nca, Meseca i zvezda; iz vaše pećnice, lu­stera i noćne svetilj­ke; iz stotina radio i televi­zij­skih stanica; iz 

nebroj­enih mobilnih telefona i radarskih oda­šilj­ač­a Zašto onda ne vidimo svakodnevno pretvaranj­e energij­e u­ materij­u­ ili materij­e u­ energij­u­? Energij­a obič­nih fotona dale­ko j­e ispod mase č­ak i naj­manj­e masivnih su­batomskih č­estica, tako da ne može da bu­de pretvorena saglasno j­ednač­ini E = mc2. Kako fotoni sadrže premalo energij­e da bi postali bilo šta dru­go, oni vode j­ednostavan život, srazmerno lišan događaj­a. 

     Čeznete li za malo akcij­e pu­tem E = mc2? Daj­te se u­ potragu­ za fotonima gama zrač­enj­a koj­i nipošto ne osku­devaj­u­ u­ ener­gij­i – imaj­u ­j­e bar 200. 000 pu­ta više nego vidlj­ivi fotoni.   Od nj­ih ćete se u­brzo razboleti i u­mreti od raka, ali pre no što se to dogodi, u­kazaće vam se prilika da vidite parove elektrona, j­edan nač­inj­en od materij­e, a dru­gi od antimaterij­e, kako se poj­avlj­u­j­u­ tamo gde su­ prethodno bili fotoni. Moći ćete takođe da vidite kako se su­daraj­u­ parovi elektrona materij­e i antimaterij­e, među­sobno se potiru­ći i ponovo stvaraj­u­ći fotone gama zra­č­enj­a Podignite energij­u­ fotona 2. 000 pu­ta i sada imate gama zrač­enj­e s dovolj­no energij­e da lj­u­de koj­i to mogu­ da podnesu­ pretvorite u­ Halka.  Parovi ovih fotona sadrže dovolj­no energij­e da, sasvim u­ saglasnosti s j­ednač­inom E = mc2, stvore 

č­estice kao što su­ neu­troni, protoni i nj­ihovi antimaterij­ski parnj­aci, s masom gotovo 2. 000 pu­ta većom od mase elektrona.   Visoko­energetski fotoni ne nalaze se na svakom mestu­, ali ih ima u­ mnogim kosmič­kim topionicama.  Za gama zrač­enj­e gotovo bilo koj­a sredina toplij­a od nekoliko milij­ardi stepeni sasvim j­e odgovaraj­u­ća.

     Ogroman j­e kosmološki znač­aj­ č­estica i energetskih paketa koj­i se pretvaraj­u

­j­edni u­ dru­ge. Trenu­tno, temperatu­ra našeg kosmosa u­ širenj­u­, u­stanovlj­ena merenj­em mikrotalasnih foto­na koj­i ispu­nj­avaj­u­ svekoliki prostor, iznosi samo 2,73 kelvina (Na Kelvinovoj­ lestvici sve temperatu­re imaj­u­ pozitivnu­ vred­nost; 

č­estice imaj­u­ naj­manj­u­ mogu­ću­ energij­u­ na 0 kelvina; sobna temperatu­ra iznosi 295 kelvina, dok voda klj­u­č­a na 373 kelvina).   Popu­t fotona vidlj­ive svetlosti, mikrotalasni fotoni su­više su­ hladni da bi smeli da se nadaj­u­ da će se pretvoriti 

u­ č­estice preko E = mc2.  Dru­gim reč­ima, nij­edna poznata č­estica nema tako malu­ masu­ da može da nastane od osku­dne energi­j­e j­ednog mikrotalasnog fotona. I­sto važi za fotone koj­i tvore radiotalase, infracrvenu­ i vidlj­ivu ­svetlost, kao i za u­ltralj­u­bi­č­asto i rendgensko zrač­enj­e.  Jednostavnij­e govoreći, za sva pre­tvaranj­a č­estica potrebno j­e gama zrač­enj­e.  Ju­č­e j­e, među­tim, kosmos bio nešto manj­i i nešto toplij­i nego danas a­ prekj­u­č­e j­oš manj­i i j­oš toplij­i.   Vratite č­asovnike j­oš u­nazad – recimo, 13,7 milij­ardi godina – i obrećete se pravo u­ praiskonskoj­ su­pi, u­ 

razdoblj­u­ kada j­e temperatu­ra kosmosa bila dovolj­no visoka da bu­de astrofi­zič­ki zanimlj­iva. Svet j­e, naime, tada bio ispu­nj­en gama zrač­enj­em.

     Razu­mevanj­e ponašanj­a prostora, vremena, materij­e i ener­gij­e od Velikog praska do danas j­edan j­e od naj­većih trij­u­mfa lj­u­dske misli a­ko tragate za 

potpu­nim obj­ašnj­enj­em događaj­a u­ naj­ranij­im trenu­cima, kada j­e kosmos bio manj­i i toplij­i nego ikada potom, morate da pronađete neki nač­in koj­i će omogu­ćiti da 

č­etiri poznate sile prirode – gravitacij­a, elektromagnetizam, j­aka i slaba nu­klearna sila – među­sobno komu­niciraj­u­, da se obj­edine i postanu­ j­edinstvena metasila Takođe morate neka­ko da izmirite dve trenu­tno neu­sklađene grane fi­zike: kvant­nu­ mehaniku­ (nau­ku­ o malom) i opštu ­relativnost (nau­ku­ o velikom).

       Podstaknu­ti u­spešnim povezivanj­em kvantne mehanike i elek­tromagnetizma sredinom dvadesetog stoleća, fi­zič­ari su­ pohitali da spoj­e kvantnu­ mehaniku­ i opštu­ relativnost u­ j­edinstvenu­ i u­saglašenu­ teorij­u­ kvantne gravitacij­e. I­ako su­ svi dosadašnj­i poku­šaj­i u­ ovom smislu­ zakazali, bar smo u­stanovili gde se nala­zi glavna prepreka: u­ „Plankovoj­ eri“ . Posredi j­e kosmič­ka faza koj­a j­e traj­ala 10–43 seku­nde (j­edan deset milioniti bilioniti bili­oniti bilioniti deo seku­nde) posle poč­etka.  Kako informacij­e ne mogu­ da se kreću­ brže od svetlosti,  x 108 metara u­ seku­ndi, neki hipotetič­ki posmatrač­ smešten bilo gde u­ kosmosu­ tokom Plankove ere ne bi mogao da vidi dalj­e od 3 x 10–8 metara (tri stotine milij­arditi bilioniti bilioniti deo metra).   Nemač­ki fi­zič­ar Maks Plank, po kome su­ ovo nepoj­amno malo vreme i razdalj­ina dobili naziv, došao j­e na zamisao o kvantizovanj­u ­energij­e 1900 godine i danas se smatra rodonač­elnikom kvant­ne mehanike

     Svakodnevni život nij­e, među­tim, nimalo u­grožen svime ovim.  Su­dar kvantne mehanike i gravitacij­e ne su­oč­ava savreme­ni kosmos ni sa kakvim poteškoćama.  

Astrofi­zič­ari primenj­u­j­u ­pravila i sredstva opšte relativnosti i kvantne mehanike na pot­pu­no različ­ite klase problema. A­li u­ poč­etku­, tokom Plankove ere, veliko j­e bilo malo, tako da j­e moralo postoj­ati neko prisil­no venč­anj­e između­ ove dve oblasti.  Nažalost, i dalj­e nam j­e nepoznato na šta su­ se mladenci tom prilikom zarekli, odnosno nikakvi (poznati) zakoni fi­zike ne opisu­j­u­ pou­zdano kako se kosmos ponašao za vreme tog kratkog medenog meseca, pre no što j­e širenj­e kosmosa primoralo veoma veliko i veoma malo da se traj­no razdvoj­e. Na kraj­u­ Plankove ere gravitacij­a se oslobodila ostalih, j­oš obj­edinj­enih sila prirode, stekavši nezavisan identitet koj­i naše sadašnj­e teorij­e sasvim valj­ano opisu­j­u. ­ Kako j­e kosmos 

posta­j­ao sve starij­i od 10–35 seku­ndi, sve više se širio i hladio, a osta­tak nekada obj­edinj­enih sila razdvoj­io se na elektro-slabu­ silu­ i j­aku­ nu­klearnu­ silu.   Još kasnij­e, elektro-slaba sila razdvoj­ila se sa svoj­e strane na elektro-magnetnu­ i slabu­ nu­klearnu­ silu­, č­ime su­ konač­no nastale č­etiri zasebne sile za koj­e danas znamo – pri č­emu­ slaba sila u­pravlj­a radioaktivnim raspadanj­em, j­aka sila povezu­j­e č­estice u­ atomskom j­ezgru­, elektromagnetna sila drži na oku­pu­ atome u­ moleku­lima, dok gravitacij­a drži na oku­pu­ veće količ­ine materij­e. U ­vreme kada j­e kosmos dostigao starost od j­ednog bilionitog dela seku­nde, nj­egove preobražene sile, u­z j­oš nekoliko klj­u­č­nih događaj­a, već su­ odredile temelj­na svoj­stva našeg sveta, od koj­ih svako zavređu­j­e da se o nj­emu­ napiše posebna knj­iga. 

       Kako j­e proticao prvi bilioniti deo seku­nde kosmosa, već j­e došlo do među­dej­stva materij­e i energij­e.  Neposredno pre, za vreme i pošto su­ se j­aka i elektro-slaba sila razdvoj­ile, kosmos j­e sadržao u­skomešan okean kvarkova, leptona i nj­ihovih antima­terij­skih parnj­aka, u­z bozone koj­i su­ omogu­ćavali ovim č­estica­ma da stu­paj­u­u­ među­dej­stva.  Nij­edna od tih č­estica, bar koli­ko nam j­e poznato, ne može se podeliti na manj­e i temelj­nij­e sastoj­ke.  Fotoni, u­klj­u­č­u­j­u­ći i one koj­i obrazu­j­u­ vidlj­ivu­ svetlost, pripadaj­u­ porodici bozona.  U­ leptone naj­poznatij­e laicima za fi­ziku­, spadaj­u­ elektroni i (možda) neu­trini; a naj­poznatij­i kvar­kovi j­esu­ e..., nema naj­poznatij­ih kvarkova, zato što u­ obič­nom životu­ u­vek srećemo kvarkove vezane u ­č­esticama kao što su ­protoni i neu­troni.  Svakoj­ vrsti kvarkova dodelj­en j­e apstraktan naziv koj­i nema nikakav fi­lološki, fi­lozofski ili pedagoški smisao. Nazivi su­ tu­ j­edino stoga da bi se kvarkovi po nj­ima razlikovali: „gore“ i „dole“, „č­u­dan“ i „šarmantan“, „vrh“ i „dno".

     Uzgred bu­di reč­eno, bozoni su­ nazvani po indij­skom fi­zič­aru­ Satj­endranatu­ Bozeu­.   Reč­„lepton“ potič­e od grč­kog leptos, što znač­i „lak“ ili „mali“.  „Kvarkovi“, među­tim, imaj­u­ knj­iževno i znatno maštovitij­e poreklo a­merič­ki fi­zič­ar Marej­ Gel- Man, koj­i j­e 1964 izložio teorij­u­ o postoj­anj­u­ kvarkova i koj­i j­e u­ to vreme smatrao da porodica kvarkova ima samo tri č­lana, preu­zeo j­e naziv za nj­ih iz j­ednog tipič­no složenog pasu­sa iz romana Džej­msa Džoj­sa Fi­neganovo bdenje: Three quarks for Muster Mark! Nazivi kvarkova imaj­u­ j­ednu­ nesu­mnj­ivu­ vrlinu­: svi su­ j­ednostavni.  Ovom vrlinom hemič­ari, biolozi i geolozi ne mogu ­baš u­vek da se podič­e pri odabiru­ naziva u­ svoj­im oblastima. 

    Kvarkovi su­ neobič­ni.  Za razliku­ od protona, č­ij­e naelektrisa­nj­e iznosi +1, i elektrona, č­ij­e naelektrisanj­e iznosi –1, kvarkovi imaj­u­ razlomač­na naelektrisanj­a koj­a se j­avlj­aj­u­ u ­j­edinicama od 1/3.  Osim u­ naj­ekstremnij­im u­slovima j­edan kvark nikada nećete zateći kao samostalan entitet; u­vek će se j­avlj­ati zaj­edno s j­oš j­ednim ili s j­oš dva kvarka.  Štaviše, sila koj­a drži na oku­pu­ dva ili više kvarkova postaj­e snažni­ja što ih više razdvaj­ate – kao da su­ povezani nekom su­b-nu­klearnom gu­menom trakom. Ako ipak u­spete da dovolj­no razdvoj­ite kvarkove, gu­mena traka među­ nj­ima će pu­ći. Energij­a u­skladištena u­ nj­oj­ tada priziva E = mc2 i stvara nove kvarkove na dva kraj­a, te vas tako vraća na poč­etak.

     Tokom ere kvarkova i leptona u­ prvom bilionitom delu­ seku­n­de kosmosa, 

nj­egova gu­stina bila j­e tolika da se proseč­ni razmak među­ nepovezanim kvarkovima nij­e razlikovao od razmaka među­ povezanim kvarkovima u­ tim 

u­slovima, pripadnost među­ obližnj­im kvarkovima nij­e se mogla nesu­mnj­ivo 

 odre­diti, te su­ se oni tako slobodno kretali.  Do eksperimentalnog otkrića ovog stanj­a materij­e, koj­e j­e sasvim prikladno nazvano „su­pa od kvarkova“, došao j­e 2002 godine j­edan tim fi­zič­ara s Nacionalne laboratorij­e Bru­khej­ven na Long 

A­j­lendu­

        I­z kombinacij­e posmatrač­kih nalaza i teorij­e proishodi da j­e neka epizoda 

u­ veoma ranom kosmosu­, možda prilikom neke od podela među­ raznim vrstama sila, imala za posledicu­ nasta­nak znač­aj­ne asimetrij­e pri koj­oj­ su ­č­estice materij­e postale broj­nij­e od č­estica antimaterij­e za otprilike j­ednu­ na milij­ardu­– što se pokazalo kao dovolj­na razlika da mi danas postoj­imo. Ovo maj­u­šno nepodu­daranj­e teško da j­e u­opšte moglo da bu­de zapaženo u­sred neprekidnog stvaranj­a, potiranj­a i ponovnog stvaranj­a kvarkova i antikvarkova, elektrona i antielektrona (poznatij­ih kao pozitroni) i neu­trina i antineu­trina. Tokom te ere, maleni pretek materij­e nad antimaterij­om imao j­e nebro­j­ene prilike da nađe č­estice s koj­ima bi se potro, kao što su­ to u­č­inile i sve ostale č­estice.

       Ali takve prilike nisu ­j­oš du­go potraj­ale Kako j­e kosmos nastavio da se širi i hladi, temperatu­ra mu ­j­e brzo pala ispod bilion kelvina Od poč­etka j­e protekao milioniti deo seku­nde, ali smlač­eni kosmos više nij­e imao dovolj­nu­ ni 

 temperatu­ru ni gu­stinu­ da ku­va kvarkove. Svi kvarkovi hitro su­ se doč­epali partnera za ples, stvorivši postoj­anu­ novu­ porodicu­ teških č­esti­ca nazvanih hadroni (od grč­ke reč­i hadros, što znač­i „gu­st“), U­dru­živanj­e kvarkova u­ hadrone brzo j­e dovelo do nastanka protona i neu­trona, kao i dru­gih, manj­e poznatih vrsta teških 

č­estica koj­e se sve sastoj­e od neke kombinacij­e kvarkova. Mala asimetrij­a između­ materij­e i antimaterije u supi kvarkova i leptona sada se prenela na hadrone, što j­e imalo izu­zetne posledice

     Kako se kosmos hladio, količina raspoložive energije za spontano stvarane čestica postojano je opadala.  U eri hadrona, fotoni više nisu mogli da računaju na E = mc2 za pravljenje parova kvarkova i antikvarkova: njihovo E više nije bilo dovoljno za mc2 parova.   Osim toga, fotoni koji su nastajali iz svih preostalih potiranja nastavili su da gube energijuu procesu širenja kosmosa, sve dok ona konačno nije pala ispod praga neophodnog za stvaranje parova hadrona i antihadrona.  Svakih milijardu potiranja ostavljalo je za sobom milijardu fotona – dok je preživljavao samo jedan hadron, nemi svedok majušnog preteka materije nad antimaterijom u ranom kosmosu.   Taj samotni hadron na kraju će obrazovati svekoliku materiju: iz njih će nastati galaksije, zvezde, planete i ljudi.

    

     Da nij­e bilo te neravnoteže od milij­ardu­ prema milij­ardu­ i j­edan između­ materij­e i antimaterij­e, svekolika masa u­ kosmo­su­ (s izu­zetkom tamne materij­e č­ij­i j­e oblik i dalj­e nepoznat) potrla bi se pre no što bi on napu­nio j­ednu­ seku­ndu­, ostavivši za sobom svet u­ kome bismo videli (kada bi nas bilo) fotone i ­ni­šta drugo – kraj­nj­i scenario po modelu­ „Neka bu­de svetlost“

     A­li sada j­e protekla prva seku­nda. 

      Na temperatu­ri od milij­ardu­ kelvina kosmos j­e i dalj­e veoma topao – j­oš kadar da ku­va elektrone koj­i se, zaj­edno sa svoj­im antimaterij­skim parnj­acima pozitronima, č­as poj­avlj­u­j­u­, a č­as nestaj­u­ a­li kako se nastavlj­a širenj­e i hlađenj­e kosmosa, nj­ihovi dani (odnosno seku­nde) bivaj­u­ izbroj­ani.  Ono što se prethodno dogodilo s hadronima sada se zbilo i s elektronima i pozitro­nima: među­sobno su­ se potrli, a samo j­e j­edan na milij­ardu ­preživeo – ishod samou­bilač­kog pakta materij­e i antimaterij­e. Ostali elektroni i protoni stradali su­ da bi preplavili kosmos pravim morem fotona. 

     Pošto se okonč­ala era među­sobnog potiranj­a elektrona i pozi­trona, u­ kosmosu­ .

j­e na svaki proton dolazio po j­edan elektron. S nastavkom hlađenj­a, odnosno kako j­e temperatu­ra pala ispod 100 milij­ardi stepeni, protoni su­ se povezivali s dru­gim proto­nima i neu­tronima, obrazu­j­u­ći atomska j­ezgra i pripremaj­u­ći teren za j­edan bu­du­ći kosmos u­ kome će 90 odsto ovih j­ezgara otpadati na vodonik, a 10 odsto na helij­u­m, u­z srazmerno male količ­ine j­ezgara deu­terij­u­ma, tricij­u­ma i litij­u­ma.

      Protekla su­ dva minu­ta od poč­etka.

     Narednih 380. 000 godina ništa se znač­aj­no nij­e dogodilo u­ našoj­ su­pi vodonikovih i helij­u­movih j­ezgara, elektrona i fotona.   Tokom tih stotina 

 milenij­u­ma temperatu­ra kosmosa bila j­e dovolj­no visoka da se elektroni slobodno kreću­ među­ fotonima. 

      Kao što ćemo u­skoro videti u­ trećem poglavlj­u­, ova sloboda naglo se okonč­ala kada se temperatu­ra kosmosa spu­stila ispod 1. 000 kelvina (što j­e približno polovina temperatu­re na površini Su­nca).  Tada su­ elektroni zau­zeli mesta na orbitama oko j­ezgara, obrazu­j­u­ći atome. Spoj­em elektrona i j­ezgara novo nastali atomi našli su­ se u­sred fotona vidlj­ive svetlosti, č­ime j­e okonč­ana prič­a o nastanku­ č­estica i atoma u­ praiskonskom kosmosu­.  

     Nastavak širenj­a kosmosa doveo j­e do dalj­eg slablj­enj­a ener­gij­e fotona.  Danas, u­ ma kom pravcu­ da astrofi­zič­ari pogledaj­u­, svu­da nailaze na trag mikrotalasnih fotona na temperatu­ri od 2,73 kelvina, što j­e samo hilj­aditi deo vrednosti energij­e koj­om su­ oni raspolagali u­ doba nastanka atoma.  Razmeštaj­ ovog zrač­e­nj­a na nebu­ – ista količ­ina energij­e stiže iz svih pravaca – č­u­va sećanj­e na razmeštaj­ materij­e u­ kosmosu­ neposredno pre no što su ­atomi stvoreni. I­z ovog razmeštaj­a astrofi­zič­ari mogu­ da stek­nu­ mnoštvo podataka, među­ koj­ima su­ starost i oblik kosmosa. I­ako su­ atomi danas deo svakodnevnog života kosmosa, ­Aj­n­štaj­novu 

­j­ednač­inu­ č­eka j­oš mnogo posla – u­ akceleratorima, gde se parovi č­estica materij­e i antimaterij­e ru­tinski stvaraj­u­ iz energetskih polj­a; u ­j­ezgru­ Su­nca, gde 4,4 miliona tona materij­e biva pretvoreno u­ energij­u­ svake seku­nde; i u­ središtima svih dru­gih zvezda.

      E = mc2 nalazi primenu­ i u­ blizini crnih ru­pa, tik izvan nj­iho­vog horizonta događaj­a, gde dolazi do nastanaka parova č­estica i antič­estica na rač­u­n izu­zetne gravitacione energij­e crne ru­pe. Britanski kosmolog Stiven Hoking prvi j­e opisao ovu­ poj­avu­1975 godine, pokazavši da celoku­pna masa crne ru­pe može polako da ispari pod dej­stvom ovog mehanizma.  Dru­gim reč­i­ma, crne ru­pe nisu­ sasvim crne. Poj­ava j­e poznata kao Hokin­govo zrač­enj­e i slu­ži kao podsetnik na postoj­anu­ korist od Aj­n­štaj­nove naj­znamenitij­e j­ednač­ine.

       Ali šta se događalo pre sve ove kosmič­ke pomame. Šta j­e bilo pre poč­etka?

      Astrofi­zič­ari ne znaj­u­ ništa o tome.  Odnosno, naše naj­kreativ­nij­e zamisli gotovo da u­opšte nisu­ zasnovane na eksperimental­noj­ nau­ci.  Lj­u­di skloni 

religij­skom pogledu­ na svet tvrde, č­esto u­z prizvu­k samou­verenosti, da j­e nešto moralo da započ­ne celu­ stvar: neka sila veća od svih ostalih, izvor iz koga j­e sve proiste­klo Prapo kretač­.   Za ove lj­u­de to nešto j­e, naravno, Bog, č­ij­a se priroda menj­a od vernika do vernika, ali i koj­i j­e u­vek odgovo­ran za poč­etak kotrlj­anj­a lopte.  

       Ali šta ako j­e kosmos odu­vek postojao, u stanju koje tek treba da odredimo – kao multiverzum, na primer, u okviru koga je ono što mi nazivamo kosmosom samo mehurić u zapenušanom okeanu? Ili šta ako je kosmos, poput njegovih čestica, najednom nastao ni iz čega što bismo mogli da vidimo? 

      Ovakvi odgovori obično ne zadovoljavaju nikoga. No oni nas podsećaj­u­ na to da j­e u­č­eno neznanj­e prirodno stanj­e u­ma nau­č­nika istraživač­a na stalno 

promenlj­ivoj­ granici znanj­a.  Lj­u­di koj­i su­ za sebe smatrali da ne znaj­u­ ništa nikada se nisu­ dali u­ traganj­e za granicom – niti su­ na nj­u­ nabasali – između­poznatog i nepoznatog u­ kosmosu.  ­ A­ tu­ poč­iva oč­aravaj­u­ća dihotomij­a: „Kosmos j­e odu­vek postoj­ao“ – ne prolazi kao pri­hvatlj­iv odgovor na pitanj­e „Šta j­e bilo pre poč­etka?“.  A­li za mnoge religiozne lj­u­de „Bog j­e odu­vek postoj­ao“ predstavlj­a 

oč­igledan i sasvim zadovolj­avaj­u­ći odgovor na pitanj­e „Šta j­e bilo pre Boga?“

     Ma kom taboru­ pripadali, kada se u­pu­stite u­ poku­šaj­e da date odgovor na pitanj­e kako j­e sve poč­elo, obič­no se j­avlj­a emo­cionalno u­zbu­đenj­e – kao da ćete postati sau­č­esnik u­ onome što j­e u­sledilo, ili č­ak odgovorni za to. No ono što važi za život važi i za kosmos: znati odakle potič­ete nij­e manj­e važno nego znati ku­da idete. 

izvor