Teorija svega: Potraga za Božijom jednačinom

Godine 1925., dok je šetao sa mladim studentom, Albert Einstein je izgovorio rečenicu koja će postati kamen temeljac moderne naučne filozofije: “Želim znati kako je Bog stvorio ovaj svijet. Nisam zainteresovan za ovaj ili onaj fenomen, za spektar ovog ili onog elementa. Želim znati Njegove misli; ostalo su samo detalji.”

Njegove riječi nisu bile odraz religioznog dogmatizma, već izraz duboke intelektualne gladi za harmonijom.

Einstein je vjerovao da priroda nije skup nasumičnih događaja i izolovanih zakona, već koherentan sistem koji se može opisati jednom, elegantnom matematičkom formulom.

Ta vizija – poznata kao Teorija svega (Theory of Everything) – postala je “sveti gral” fizike.

Danas, vijek kasnije, čovječanstvo se i dalje nalazi na tom putu.

Iako smo otkrili tajne atoma i mapirali najudaljenije galaksije, jaz između dva stuba moderne nauke ostaje nepremošten.

Dva stuba, dva svijeta

Moderna fizika počiva na dvije grandiozne teorije koje, paradoksalno, ne govore istim jezikom.

Opšta teorija relativnosti

Na jednoj strani imamo Einsteinovu opštu teoriju relativnosti. Ona vlada makrokosmosom – zvijezdama, galaksijama i samim prostorom-vremenom.

Prema Einsteinu, gravitacija nije nevidljiva sila koja “vuče” predmete kroz prazan prostor. Umjesto toga, ona je manifestacija zakrivljenosti samog tkiva svemira.

Zamislite tešku kuglu postavljenu na rastegnutu gumenu podlogu; ona će stvoriti udubljenje koje će usmjeravati kretanje manjih loptica.

To je naša stvarnost na velikoj skali: planete prate krive koje stvaraju zvijezde. Sve je predvidljivo, glatko i determinističko.

Kvantna mehanika

S druge strane, duboko u srcu materije, vladaju zakoni kvantne mehanike. Ovdje pravila svakodnevice prestaju važiti.

Čestice mogu biti na dva mjesta istovremeno (superpozicija), mogu biti trenutno povezane bez obzira na udaljenost (kvantna spletenost) i njihovo ponašanje je suštinski nepredvidljivo.

U kvantnom svijetu ne možete sa apsolutnom sigurnošću znati i položaj i brzinu čestice. Sve je definisano vjerovatnoćom.

Veliki raskol

Problem nastaje kada pokušate spojiti ove dvije teorije. Jednačine opšte relativnosti, koje savršeno opisuju orbitu Mjeseca, daju besmislene rezultate (beskonačnosti) kada se primijene na subatomske čestice.

Slično tome, kvantna mehanika ne može objasniti gravitaciju. Svemir kao da ima “podvojenu ličnost” – jedan set pravila za veliko, drugi za malo.

Četiri fundamentalne sile svemira

Da bismo razumjeli ujedinjenje, moramo identifikovati šta to zapravo pokušavamo ujediniti. Nauka prepoznaje četiri fundamentalne sile koje upravljaju svim procesima u univerzumu:

1. Gravitacija: Najslabija, ali najdužeg dometa. Drži nas na Zemlji i upravlja kretanjem galaksija.
2. Elektromagnetizam: Sila koja drži atome na okupu, odgovorna za svjetlost, elektricitet i hemijske reakcije.
3. Slaba nuklearna sila: Odgovorna za radioaktivni raspad, proces bez kojeg Sunce ne bi moglo sijati.
4. Jaka nuklearna sila: “Ljepilo” koje drži kvarkove unutar protona i neutrona, te protone i neutrone unutar atomskog jezgra.

U proteklih pola vijeka, naučnici su uspjeli matematički dokazati da su elektromagnetizam, slaba i jaka sila zapravo različiti aspekti jedne te iste sile pri ekstremno visokim energijama.

Ovo je opisano u standardnom modelu čestica. Međutim, gravitacija tvrdoglavo odbija da se pridruži ovoj porodici. Ona je “usamljeni vuk” koji kvari simetriju svemira.

Einsteinova nedovršena simfonija

Einstein je posljednje tri decenije svog života posvetio pokušaju da “ukroti” gravitaciju i elektromagnetizam u jednu jedinstvenu teoriju polja.

Bio je toliko opsjednut tom idejom da se postepeno izolovao od ostatka naučne zajednice, koja je u to vrijeme bila fascinirana uspjesima kvantne mehanike.

Postoji dirljiva priča o njegovim posljednjim trenucima. Čak i na samrtnoj postelji u bolnici u Princetonu 1955. godine, Einstein je tražio svoje bilješke.

Njegova ruka, oslabljena godinama, ispisivala je jednačine do samog kraja.

Umro je ostavljajući za sobom nedovršenu simfoniju, vjerujući da je rješenje nadohvat ruke, ali da mu je jednostavno ponestalo vremena.

Njegov neuspjeh nije bio plod nedostatka genijalnosti, već činjenice da tadašnja nauka još nije poznavala sve “instrumente” u kosmičkom orkestru, poput nuklearnih sila koje su tada bile tek u povoju istraživanja.

Stephen Hawking i prozor u crne rupe

Nakon Einsteinove smrti, palicu je preuzeo mladi, ambiciozni fizičar sa Cambridgea – Stephen Hawking.

Dok je Einstein gledao u širinu svemira, Hawking je odlučio da pogleda u njegove najekstremnije tačke: crne rupe.

Crne rupe su mjesta gdje se opšta relativnost i kvantna mehanika moraju sresti. To su objekti ogromne mase (relativnost) sabijeni u nevjerovatno mali prostor (kvantna domena).

Godine 1974., Hawking je uzdrmao naučni svijet otkrićem koje danas nazivamo Hawkingova radijacija.

Paradoks koji spaja svjetove

Do tada se vjerovalo da iz crne rupe ništa ne može izaći.

Hawking je, koristeći principe kvantne fizike, pokazao da se na samom rubu crne rupe (horizontu događaja) neprestano stvaraju parovi čestica i antičestica.

Ponekad jedna čestica upadne unutra, dok druga pobjegne u svemir. Za posmatrača sa strane, izgleda kao da crna rupa isparava.

Ovo je bio prvi put u istoriji da su zakoni kvantne mehanike, termodinamike i gravitacije korišteni zajedno kako bi se opisao jedan fenomen.

Hawking je pokazao da ujedinjenje nije samo matematički san, već fizička realnost.

Njegov rad nam je dao nadu: ako možemo razumjeti crnu rupu, možemo razumjeti i sam trenutak nastanka svemira – Veliki prasak.

Teorija struna

Trenutno najpopularniji kandidat za titulu Teorije svega je teorija struna.

Njen koncept je istovremeno jednostavan i zapanjujuće kompleksan.

Umjesto da zamislimo subatomske čestice kao sićušne tačke (poput bilijarskih kugli), teorija struna sugeriše da su one zapravo minijaturne, vibrirajuće niti energije – strune.

Baš kao što žica na violini može proizvesti različite tonove ovisno o tome kako vibrira, ove strune vibriraju na različitim frekvencijama stvarajući različite čestice.

Jedna vibracija stvara elektron, druga foton, a treća – teoretski – graviton, česticu koja nosi silu gravitacije.

Višedimenzionalni lavirint

Međutim, da bi matematika teorije struna funkcionisala, naš svemir ne može imati samo tri prostorne dimenzije koje poznajemo.

On mora imati deset, jedanaest, ili čak više dimenzija.

Te dodatne dimenzije su “skupčane” toliko sitno da ih ne možemo vidjeti, baš kao što izdaleka baštensko crijevo izgleda kao jednodimenzionalna linija, ali mrav koji hoda po njemu vidi i drugu dimenziju (obim).

Iako je teorija struna matematički elegantna, ona ima ogroman problem: trenutno je nemoguće eksperimentalno dokazati.

Naše trenutne mašine, poput Velikog hadronskog sudarača (LHC), nisu ni blizu dovoljno moćne da vide te sićušne strune.

Tamna strana stvarnosti

Dok teoretičari pokušavaju ujediniti poznate sile, astronomi su otkrili da mi zapravo poznajemo samo mali dio svemira. Sve što vidimo – planete, zvijezde, ljude, vaš kompjuter – čini manje od 5% ukupne mase i energije univerzuma.

Šta je sa ostalih 95%?

1. Tamna materija (oko 27%): Nevidljiva supstanca koja ne emituje svjetlost, ali svojom gravitacijom drži galaksije na okupu. Bez nje, galaksije bi se jednostavno razletjele.
2. Tamna energija (oko 68%): Misteriozna sila koja ispunjava prazan prostor i uzrokuje da se svemir širi sve brže i brže.

Pronaći Teoriju svega znači objasniti i ove nevidljive gigante.

Teorija koja ne obuhvata tamnu materiju i tamnu energiju ne može se nazvati potpunom.

To je kao da pokušavate sastaviti slagalicu od 100 dijelova, a imate samo njih 5.

Novo doba posmatranja

U decembru 2021. godine, čovječanstvo je poslalo svoje najmoćnije “oko” u svemir – James Webb svemirski teleskop (JWST).

Smješten milion i po kilometara od Zemlje, ovaj teleskop posmatra svemir u infracrvenom spektru, probijajući se kroz oblake prašine koji skrivaju rađanje zvijezda i prvih galaksija.

Zašto je ovo važno za Teoriju svega? Zato što nam JWST omogućava da gledamo u prošlost, gotovo do samog trenutka Velikog praska.

U tom trenutku, cijeli svemir je bio manji od atoma. Tu, u toj ekstremnoj tački, gravitacija i kvantne sile bile su ujedinjene.

Ako JWST otkrije anomalije u kretanju prvih galaksija ili nepoznate procese u ranoj fazi svemira, to bi nam moglo dati ključne dokaze potrebne za novu fiziku.

Pored teleskopa, instrumenti poput LIGO detektora, koji “slušaju” gravitacione talase (nabori u prostoru-vremenu koje stvaraju sudari crnih rupa), otvaraju potpuno novo čulo kojim doživljavamo kosmos.

Mi više ne samo da gledamo svemir; mi ga sada čujemo i osjećamo njegove vibracije.

Zašto je ovo važno?

Mnogi se pitaju: čemu toliki trud, milijarde dolara uložene u teleskope i decenije života provedene nad jednačinama? Odgovor leži u samoj srži ljudskog bića.

Tehnološki napredak

Svaki put kada bismo ujedinili naše znanje o prirodi, uslijedila bi tehnološka revolucija.

Kada je Maxwell ujedinio elektricitet i magnetizam, dobili smo radio, televiziju i internet.

Kada je Einstein razvio relativnost, dobili smo GPS sisteme bez kojih moderni transport ne funkcioniše.

Razumijevanje kvantne mehanike dalo nam je tranzistore, lasere i moderne kompjutere.

Teorija svega bi mogla omogućiti manipulaciju samim prostorom i vremenom, putovanja kroz zvijezde ili neiscrpne izvore energije.

Filozofsko ispunjenje

Osim tehnologije, tu je i pitanje smisla. Razumjeti Teoriju svega značilo bi razumjeti naše porijeklo.

To bi dalo odgovore na pitanja:

Da li je svemir morao biti ovakav kakav jeste?

Postoje li drugi univerzumi sa drugačijim pravilima?

Jesmo li mi samo slučajni nusprodukt fizike ili smo “ugrađeni” u samu strukturu stvarnosti?

Putovanje bez kraja

Da li ćemo ikada dostići tačku gdje razumijemo baš sve?

Možda je priroda poput beskonačne ruske babuške – svaki put kada otvorimo jednu lutku, unutra pronađemo drugu, još manju i složeniju.

Međutim, neuspjeh u pronalaženju “konačne jednačine” ne bi značio poraz.

Kao što je Newton ujedinio pad jabuke sa kretanjem planeta, i kao što je Maxwell povezao magnet sa svjetlošću, svaki korak ka ujedinjenju nas je učinio snažnijima i svjesnijima.

Einstein je sanjao o Božijim mislima, a Hawking o pobjedi nad mrakom crnih rupa. Njihovo nasljeđe nije u odgovorima koje su nam dali, već u nadi koju su nam ostavili.

Čovječanstvo je krhka vrsta na maloj plavoj tački usred beskraja, ali naša sposobnost da postavljamo ovakva pitanja čini nas velikima.

Potraga za ujedinjenjem je zapravo potraga za našim domom. I dok god gledamo u zvijezde i pitamo se “zašto”, mi nismo izgubljeni.

Kako je sam Hawking rekao, bez obzira na to koliko se život činio teškim, uvijek postoji nešto što možete raditi i u čemu možete uspjeti. Bitno je ne odustajati.