Gdje je centar svemira?

Prije otprilike jednog vijeka, naučnici su se mučili da pomire ono što se činilo kontradikcijom u teoriji opšte relativnosti Alberta Einsteina.

Objavljena 1915. godine i već široko prihvaćena širom svijeta od strane fizičara i matematičara, teorija je pretpostavljala da je svemir statičan – nepromjenjiv, nepokretan i postojan.

Ukratko, Einstein je vjerovao da su veličina i oblik svemira danas, manje-više, iste veličine i oblika kao što su oduvijek bili.

Ali kada su astronomi pogledali u noćno nebo prema dalekim galaksijama pomoću moćnih teleskopa, vidjeli su naznake da je svemir sve samo ne to.

Ova nova zapažanja sugerirala su suprotno – da se on, umjesto toga, širi.

Naučnici su ubrzo shvatili da Einsteinova teorija zapravo ne tvrdi da svemir mora biti statičan; teorija bi mogla podržati i širenje svemira.

Koristeći iste matematičke alate koje je pružila Einsteinova teorija, naučnici su stvorili nove modele koji su pokazali da je svemir, u stvari, dinamičan i da se razvija.

Decenijama sam pokušavao da shvatim opštu teoriju relativnosti, uključujući i moj trenutni posao profesora fizike, gdje predajem kurseve na tu temu.

Znam da shvatanje ideje o svemiru koji se stalno širi može biti zastrašujuće – a dio izazova je i zanemarivanje prirodne intuicije o tome kako stvari funkcionišu.

Na primjer, teško je zamisliti nešto veliko poput svemira da uopće nema centar, ali fizika kaže da je to stvarnost.

Prostor između galaksija

Prvo, definirajmo šta se podrazumijeva pod “širenjem”.

Na Zemlji, “širenje” znači da nešto postaje veće. A što se tiče svemira, to je donekle tačno.

Širenje bi također moglo značiti “sve se udaljava od nas”, što je također tačno i u vezi sa svemirom.

Usmjerite teleskop prema udaljenim galaksijama i sve one zaista izgledaju kao da se udaljavaju od nas.

Štaviše, što su dalje, to se čini da se brže kreću. Čini se da se i te galaksije udaljavaju jedna od druge.

Dakle, tačnije je reći da se sve u svemiru udaljava od svega ostalog, odjednom.

Ova ideja je suptilna, ali ključna. Lako je zamisliti stvaranje svemira kao eksplodirajući vatromet: Počnite sa Velikim praskom, a zatim sve galaksije u svemiru “lete” u svim smjerovima iz neke centralne tačke.

Ali ta analogija nije tačna. Ne samo da pogrešno implicira da je širenje svemira počelo iz jedne tačke, što nije tačno, već i sugeriše da su galaksije stvari koje se kreću, što opet nije sasvim tačno.

Nije toliko stvar u galaksijama koje se udaljavaju jedna od druge – već u prostoru između galaksija, u samom tkivu svemira, koji se neprestano širi kako vrijeme prolazi.

Drugim riječima, nisu zapravo same galaksije te koje se kreću kroz svemir; više ih svemir sam po sebi odnosi dalje kako se širi.

Uobičajena analogija je zamisliti nekoliko zaljepljenih tačaka na površini balona.

Dok napuhavate balon, on se širi. Budući da su tačke zalijepljene za površinu balona, ​​one se udaljavaju jedna od druge.

Iako se može činiti da se kreću, tačke zapravo ostaju tačno tamo gdje ste ih stavili, a udaljenost između njih se povećava jednostavno zbog širenja balona.

Sada zamislite te tačke kao galaksije, a balon kao tkivo svemira, i počinjete shvatati.

Nažalost, iako je ova analogija dobar početak, ona ne prikazuje detalje sasvim tačno.

Četvrta dimenzija

Za bilo koju analogiju važno je razumijevanje njenih ograničenja. Neki nedostaci su očigledni: Balon je dovoljno mali da stane u vašu ruku – ne i svemir.

Druga mana je suptilnija. Balon ima dva dijela: površinu od lateksa i unutrašnjost ispunjenu vazduhom.

Ova dva dijela balona se različito opisuju jezikom matematike. Površina balona je dvodimenzionalna.

Ako biste hodali po njemu, mogli biste se kretati naprijed, nazad, lijevo ili desno, ali se ne biste mogli kretati gore ili dolje bez napuštanja površine.

Sada možda izgleda kao da ovdje imenujemo četiri smjera – naprijed, nazad, lijevo i desno – ali to su samo kretanja duž dvije osnovne putanje: sa jedne strane na drugu i sprijeda pozadi.

To je ono što površinu čini dvodimenzionalnom – dužina i širina.

Sa druge strane, unutrašnjost balona je trodimenzionalna, tako da biste se mogli slobodno kretati u bilo kojem smjeru, uključujući gore ili dolje – dužinu, širinu i visinu.

Tu leži zabuna. Ono što smatramo “centrom” balona je tačka negdje u njegovoj unutrašnjosti, u prostoru ispunjenom vazduhom ispod površine.

Ali u ovoj analogiji, svemir je više poput površine balona koja je od lateksa. Unutrašnjost balona, ​​ispunjena vazduhom, nema pandan u našem svemiru, tako da ne možemo koristiti taj dio analogije – bitna je samo površina.

Dakle, pitanje: “Gdje je centar svemira?” donekle je kao pitanje: “Gdje je centar površine balona?”

Jednostavno ne postoji. Mogli biste putovati duž površine balona u bilo kojem smjeru, koliko god želite, i nikada ne biste stigli do mjesta koje biste mogli nazvati njegovim centrom jer nikada zapravo ne biste napustili površinu.

Na isti način, mogli biste putovati u bilo kojem smjeru u svemiru i nikada ne biste pronašli njegov centar jer, slično kao i površina balona, ​​on ga jednostavno nema.

Dio razloga zašto ovo može biti tako teško za shvatiti je način na koji je svemir opisan jezikom matematike.

Površina balona ima dvije dimenzije, a unutrašnjost balona tri, ali svemir postoji u četiri dimenzije.

Jer ne radi se samo o tome kako se stvari kreću u prostoru, već i o tome kako se kreću u vremenu.

Naši mozgovi su programirani da o prostoru i svemiru razmišljaju odvojeno.

Ali u svemiru, oni su isprepleteni u jedinstveno tkivo, nazvano “prostor-vrijeme“.

To ujedinjenje mijenja način na koji svemir funkcioniše u odnosu na ono što naša intuicija očekuje.

I ovo objašnjenje čak ni ne daje odgovor na pitanje kako se nešto može širiti u nedogled – naučnici još uvijek pokušavaju da shvate šta pokreće ovo širenje.

Dakle, pitanjem o centru svemira suočavamo se sa granicama naše intuicije.

Odgovor koji pronalazimo – sve se širi svuda, odjednom – je uvid u to koliko je naš svemir čudan i lijep.

Ovaj članak je preuzet sa stranice The Conversation i objavljen pod Creative Commons licencom. Pročitajte originalni članak.