Ima li svemir kraj i šta se nalazi s one strane?

Kada noću podignete pogled prema nebu, posebno ako ste negdje daleko od gradskih svjetala, suočavate se s prizorom koji je istovremeno veličanstven i zastrašujući.

Hiljade zvijezda trepere u tišini, formirajući sliku koja izgleda statično, ali zapravo predstavlja haotičan ples nezamislivih energija.

No, jedno pitanje je proganjalo ljudsku vrstu od trenutka kada smo prvi put postali svjesni svog postojanja: Gdje sve to završava?

Ima li svemir nevidljivi zid, kosmičku liticu s koje se može pasti u ništavilo? Ili se prostire u nedogled, u beskonačnu provaliju tame i svjetlosti?

Odgovor na ovo pitanje nije samo stvar astrofizike; on zadire u srž onoga što znači postojati.

Da bismo razumjeli granice svemira, moramo prvo razbiti naše intuitivno shvatanje prostora i vremena, jer u kosmosu zdrav razum često prestaje važiti.

Zatvor brzine svjetlosti

Prije nego što počnemo govoriti o “pravom” svemiru, moramo definisati ono što uopće možemo vidjeti. Često miješamo “cijeli svemir” sa “vidljivim svemirom”. To su dvije drastično različite stvari.

Svemir je star otprilike 13,8 milijardi godina. To znamo zahvaljujući preciznim mjerenjima kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja – svojevrsnog “eha” Velikog praska.

Budući da svjetlosti treba vremena da putuje, kada gledamo udaljene galaksije, mi zapravo gledamo u prošlost.

Gledamo u Sunce kakvo je bilo prije 8 minuta, i u galaksiju Andromeda kakva je bila prije 2,5 miliona godina.

Ovo stvara prirodnu granicu. Najdalje što možemo vidjeti je svjetlost koja je putovala prema nama 13,8 milijardi godina.

Sve iza te tačke je za nas nevidljivo, jer svjetlost s tih mjesta još uvijek nije imala dovoljno vremena da stigne do Zemlje. To formira sferu oko nas koju nazivamo opservabilni (vidljivi) svemir.

Međutim, ovdje nastaje prva velika zabluda. Iako je svemir star 13,8 milijardi godina, radijus vidljivog svemira nije 13,8 milijardi svjetlosnih godina.

On je zapravo mnogo veći – oko 46 milijardi svjetlosnih godina u svakom smjeru. Kako je to moguće? Kako svemir može biti veći nego što je svjetlost mogla preći put?

Odgovor leži u širenju prostora. Zamislite mrava koji hoda po površini balona. Mrav ima svoju maksimalnu brzinu.

Ali, ako vi pušete balon dok mrav hoda, udaljenost koju on mora preći se povećava, a tačke od kojih se udaljava bježe od njega brže nego što on hoda.

Prostor između galaksija se širi. Svjetlost koja je krenula prema nama prije 13 milijardi godina dolazi iz izvora koji se danas, zbog tog širenja, nalazi 46 milijardi svjetlosnih godina daleko.

Dakle, za nas postoji “kraj”. To je horizont čestica, granica iza koje nemamo nikakve informacije. Ali to nije kraj svemira, to je samo kraj našeg pogleda.

To je kao da ste na brodu usred okeana; vidite horizont u krug oko sebe, ali znate da okean ne prestaje tamo gdje vaš pogled staje.

Šta je “pravi” oblik svemira?

Ako pretpostavimo da se svemir nastavlja i iza našeg vidljivog horizonta (što gotovo sigurno čini), postavlja se pitanje njegovog oblika.

U fizici, oblik svemira ne znači da on izgleda kao kocka ili piramida, već se odnosi na njegovu geometriju i topologiju. Postoje tri glavne opcije koje naučnici razmatraju, a svaka od njih nosi zapanjujuće posljedice.

Zatvoreni svemir (sferni oblik)

Ovo je koncept koji je najlakše vizualizirati, iako zahtijeva mentalnu gimnastiku. Zamislite da je svemir pozitivan zakrivljen, poput površine lopte, ali u tri dimenzije (hiper-sfera).

U ovom scenariju, svemir je konačan, ali nema granicu.

Vratimo se analogiji s mravom na narandži. Mrav može hodati beskonačno u bilo kojem smjeru i nikada neće pasti s “ivice” narandže, ali površina po kojoj hoda je ograničena.

Ako bi mrav hodao dovoljno dugo pravolinijski, na kraju bi se vratio na mjesto odakle je krenuo.

Ako je naš svemir ovakav, to bi značilo da biste, teoretski, mogli sjesti u svemirski brod, letjeti ravno (prateći zakrivljenost prostora) milijardama godina i na kraju biste udarili u stražnji dio vlastite Zemlje.

Ovo bi bio konačan svemir sa konačnom količinom materije i energije. Međutim, mjerenja koja vršimo (gledajući trouglove u svemiru) sugerišu da je svemir nevjerovatno ravan, s marginom greške od samo 0,4%.

Ako je zakrivljen, zakrivljen je na tako ogromnoj skali da mi to ne primjećujemo – baš kao što mrav u dvorištu misli da je Zemlja ravna ploča.

Da bi svemir bio sferan, morao bi biti barem 250 puta veći od našeg vidljivog dijela.

Otvoreni svemir (oblik sedla)

Druga opcija je negativna zakrivljenost, oblik koji podsjeća na Pringles čips ili konjsko sedlo.

U ovakvom svemiru, prostor se savija “prema van”.

Paralelne linije bi se s vremenom razdvajale. Ovakav svemir bi bio beskonačan i vječno bi se širio, ali geometrija bi bila toliko čudna da bi se u njemu teško orijentisali na kozmičkim skalama.

Ravni svemir (ploča)

Treća, i prema trenutnim podacima najvjerovatnija opcija, jeste da je svemir ravan.

To ne znači da je tanak poput papira, već da se u njemu primjenjuje euklidska geometrija koju učimo u školi – paralelne linije ostaju paralelne zauvijek.

Ako je svemir ravan, to otvara vrata najzastrašujućoj ideji od svih: Beskonačnost.

Paradoksi beskonačnosti

Ako je svemir ravan i beskonačan, to znači da nema kraja. Prostor se proteže zauvijek u svim smjerovima. Nema zida, nema ivice, nema povratka na početak. Samo… još. Još galaksija, još zvijezda, još praznine.

Ljudski mozak nije evoluirao da shvati beskonačnost. Za nas je to samo apstraktan matematički pojam, ali u fizičkoj stvarnosti, beskonačnost vodi do bizarnih paradoksa.

Razmislite o ovome: Vi ste složeni raspored atoma. Postoji ogroman, ali konačan broj načina na koji se atomi mogu posložiti da bi stvorili ljudsko biće, ili planetu Zemlju, ili bilo šta drugo.

Ako je svemir beskonačan, a raspored materije slučajan, onda se svaki mogući raspored atoma mora ponoviti.

Matematika ovdje postaje neumoljiva. Ako otputujete dovoljno daleko – govorimo o broju metara koji ima toliko nula da ih ne bismo mogli ispisati ni da svaki atom u vidljivom svemiru pretvorimo u olovku – naići ćete na kopiju naše galaksije.

Uđite u tu galaksiju, pronađite “drugu” Zemlju i tamo ćete naći… sebe.

U beskonačnom svemiru, postoji beskonačno mnogo verzija vas.

• Postoji verzija vas koja je upravo sada prestala čitati ovaj tekst.
• Postoji verzija vas koja je milijarder.
• Postoji verzija vas koja ima rogove (ako biologija to dozvoljava unutar zakona fizike).
• Postoji beskonačno mnogo verzija vas koje rade potpuno istu stvar kao i vi u ovom trenutku.

Ovo zvuči kao naučna fantastika, ali je neizbježna statistička posljedica beskonačnog prostora ispunjenog materijom.

U beskonačnosti, sve što ima vjerovatnoću veću od nule, ma koliko mala bila, ne samo da će se desiti, već će se desiti beskonačno mnogo puta. Mi nismo jedinstveni; mi smo samo neizbježni.

Topološke noćne more

Postoji, međutim, “hakerski trik” u fizici koji omogućava svemiru da bude ravan (geometrijski), ali konačan (prostorno). To nas dovodi do topologije, nauke o povezanosti prostora.

Zamislite video igru iz 80-ih, poput Pac-Mana ili Asteroida. Kada vaš lik ode skroz udesno, ne udari u zid, već se pojavi na lijevoj strani ekrana.

Kada ode gore, pojavi se dolje. Ekran je ravan, ali je povezan sam sa sobom.

Ovo se u nauci zove torus (oblik krofne). Trodimenzionalni torus bi bio svemir u kojem, ako putujete svemirskim brodom u ravnoj liniji, na kraju završite tačno tamo odakle ste krenuli, ali prilazeći s leđa.

Život u takvom “krofna-svemiru” bio bi psihodeličan. Svjetlost bi putovala u krugovima.

Kada biste pogledali u nebo najjačim teleskopom, mogli biste vidjeti istu galaksiju iz više različitih uglova i u različitim vremenskim periodima.

Vidjeli biste vlastitu galaksiju mliječni put kakva je bila prije milijardu godina.

Naučnici su zapravo tražili ove “krugove na nebu” – ponavljajuće uzorke u kosmičkom zračenju koji bi dokazali da živimo u torusu ili nekoj drugoj zatvorenoj topologiji.

Do sada, nismo pronašli jasne dokaze. Čini se da je svemir ili nevjerovatno ogroman torus (veći od onoga što možemo testirati) ili je doista, brutalno beskonačan.

Šta je izvan svega?

Vratimo se na ideju konačnog svemira koji ima ivicu. Recimo da svemir nije ni sfera ni krofna, već balon koji se širi u… nečemu. Šta je to “nešto”?

Ovo je lingvistička i filozofska zamka. Naš mozak je navikao na objekte koji se nalaze unutar prostora.

Kuća je u ulici, ulica je u gradu, grad je u državi. Uvijek postoji “izvana”. Ali svemir je, po definiciji, sve što postoji. On ne sadrži samo materiju; on sadrži sâm prostor i samo vrijeme.

Ako svemir ima rub, šta je s druge strane?

Većina ljudi zamišlja “prazan prostor” ili crnilo. Ali prazan prostor je i dalje nešto – to su dimenzije (visina, širina, dubina). Ako postoji prostor izvan svemira, onda je i to dio svemira.

Koncept “izvan svemira” je besmislen kao i pitanje “šta je sjeverno od Sjevernog pola”. Tamo nema “ništa” u smislu praznine.

Tamo nema dimenzija. Tamo ne postoji “tamo”. To je apsolutno nepostojanje kategorija prostora i vremena.

To je koncept koji ljudski um, baždaren za preživljavanje u 3D svijetu afričkih savana, jednostavno ne može procesuirati.

Jedina teorija koja nudi alternativu ovome je teorija multiverzuma ili teorija vječne inflacije.

Prema ovom modelu, naš “svemir” je samo jedan mjehur u beskonačnom okeanu drugih mjehurića.

Prostor između tih mjehurića se širi toliko brzo da nikada ne bismo mogli doći do drugog svemira.

U tom scenariju, naš svemir ima kraj (zid mjehura), ali s druge strane je hiper-prostor koji rađa nove svemire, svaki sa svojim zakonima fizike.

U jednom je gravitacija slabija, u drugom elektroni ne postoje. Mi živimo u onom koji slučajno podržava život.

Horizont vremena

Iako možda nikada nećemo saznati da li je prostor beskonačan, znamo da postoji jedan kraj koji je neizbježan: Kraj u vremenu.

Svemir se ne samo širi, on se ubrzava. Misteriozna sila koju zovemo tamna energija gura galaksije jedne od drugih sve brže i brže.

U dalekoj budućnosti, milijardama godina od sada, galaksije izvan naše lokalne grupe (Mliječni put, Andromeda i nekoliko patuljastih pratilaca) postat će toliko udaljene da njihova svjetlost više nikada neće moći doći do nas. One će nestati iza horizonta događaja zauvijek.

Budući astronomi na nekoj dalekoj planeti oko umiruće zvijezde gledat će u nebo i vidjeti samo crnilo.

Neće znati za Veliki prasak. Neće znati za milijarde drugih galaksija. Mislit će da je njihova galaksija usamljeno ostrvo u statičnom, vječnom mraku.

Svi tragovi o našem porijeklu i veličini kosmosa bit će izbrisani širenjem prostora.

Mi živimo u privilegovanom trenutku u istoriji svemira – u “zlatnom dobu” kosmologije kada je svjetlost još uvijek tu da nam ispriča priču o početku. Možemo vidjeti eho Velikog praska i galaksije koje plešu u daljini.

Važnost pitanja bez odgovora: Ima li svemir kraj?

Dakle, ima li svemir kraj?

Odgovor je frustrirajuće i predivno dvosmislen.

Za nas, praktično, ima kraj – granicu od 46 milijardi svjetlosnih godina iza koje informacije ne mogu doći.

To je naš kavez, ali kavez toliko ogroman da u njemu ima više zvijezda nego zrna pijeska na svim plažama Zemlje.

U stvarnosti? Vjerovatno ne. Sve upućuje na to da je svemir ili beskonačan ili toliko monstruozno velik i zakrivljen da je razlika nebitna.

Možda se osjećate malim čitajući ovo. Sićušni mrav na narandži koja pluta u beskrajnom okeanu tame. Ali sjetite se ovoga: taj isti mrav je uspio shvatiti oblik narandže.

Mi, bića napravljena od zvjezdane prašine, na jednoj vlažnoj stijeni koja kruži oko prosječne zvijezde, uspjeli smo izračunati starost svemira, izmjeriti njegovu zakrivljenost i shvatiti koncepte poput beskonačnosti.

Možda smo fizički ograničeni na naš mali kutak kosmosa, ali naš um je jedina stvar za koju sa sigurnošću znamo da nema granica.

Foto naslovnice: Freepik