Пет доба свемира

У усамљеном поткровљу, недалеко од Британског музеја:

Корнелијус је зграбио чист лист хартије, ставио га у писаћу машину и почео да куца. Своју сагу започео је самим Великим праском када је космос, ширећи се, отпочео своје путовање у будућност. После краткотрајне експлозивне инфлације, свемир је прошао кроз низ фазних прелаза и створен је вишак материје над антиматеријом. Током читавог праисконског раздобља, свемир није имао никакву космичку структуру.

После милион година и много табака папира, Корнелијус је стигао до доба звезда, временског раздобља у ком звезде снажно сагоревају кроз свој животни век и при нуклеарним реакцијама старају енергију. Ово сјајно поглавље окончава се кад галаксије истроше водонични гас, прекине се формирање звезда и најдуговечнији црвени патуљци полако избледе. 

Упорно куцајући, Корнелијус и његова прича стижу до дегенеративног доба с његовим смеђим патуљцима, неутронским звездама и црним рупама. Усред ове ледене пустиње, полако се у мртвим звездама скупља тамна материја и анхилира се у зрачење које ствара енергију космоса. На крају овог поглавља се јавља распад протона док се енергија масе дегенеративних остатака полако топи и живот на угљеничној основи је коначно затрт. 

Уморни аутор наставља свој посао, а једини преостали ликови су црне рупе. Али оне не живе вечно. Непрекидно бледо исијавајући, ови тамни објекти испаравају у спором квантномеханичком процесу. Осим тог слабог зрачења, свемир нема никаквог другог извора енергије. Пошто су и највеће црне рупе испариле, необични сумрак доба црних рупа уступа пред још већом тамом.

У часу кад почиње своје последње поглавље, Корнелијусу је понестало папира, али не и времена. У свемиру нема стеларних објеката, само има претеклог отпада из космичких драма. У овом хладном, мрачном и врло далеком тамном добу, активност у космосу драстично се успорава. Изузетно ниским нивоима енергије одговарају огромни временски распони. После ужарене младости и зрелог доба пуног енергије, свемир се сада полако повлачи у таму.

Књига Фреда Адамса и Грега Лохлина Пет доба свемира практично је написана "давно", 1999. године (година издања можда има везе са неким миленаристичким фантазијама, само у смислу да је баш тада то могло бити најпопуларније штиво). Можда од онда није прошло толико много ни када гледамо данашњу науку, али само годину раније (ако се не варам), откривено је да се свемир све брже шири. Из тога је произишао концепт тамне енергије, о којем нема речи у овој књизи. Последња референца је из 1997.

То би могло да већи део написаног у књизи учини нетачним, односно "застарелим", јер ако је будућност свемира Big Rip (Велико Раздвајање), онда је његова животна доб (по једној процени) фиксирана на 22 милијарде година у будућности. Што је и даље наша декада. Следећа три доба свемира просто не би могла да се догоде. О концепту декаде и немогућности одигравања догађаја којима треба много времена, ускоро...

Међутим, ми не знамо шта је тачно тамна енергија (размишља се да је то енергија вакуума, квантне осцилације), па тиме ни њено будуће понашање. Она је непозната непозната. Самим тим до тог раздвајања не мора ни доћи, па чак ни хипотетички сценарио Великог Збијања није сасвим искључен... Аутори иначе полазе од мерења по којима ће се највероватније свемир неограничено ширити (мада не убрзавајући), односно да је отворени космос највероватнији. Тиме ово збијање није много вероватно и објашњено је само у једном одељку. Оно би се догодило за педесет милијарди година, што ће рећи на измаку актуелне декаде. У том случају свемир такође не би "поживео" сва следећа раздобља...

Али шта је заправо декада? Најкраће објашњење је да је то број нула у броју година старости свемира. Ако је свемир стар 14 милијарди година, тек смо ушли у десету декаду, и у њој остајемо док не буде стар сто милијарди година. Декада може бити и негативна, онда говоримо о делићу године (мада се за све практичне сврхе користи делић секунде). Доба свемира су тако:

• Праисконско доба. -50 до 5 декада
• Доба звезда. 6 до 14 декада
• Дегенеративно доба. 15 до 39 декада
• Доба црних рупа. 40 до 100 декада и 
• Мрачно доба. Од 101. декаде па надаље...

Да бисмо овај концепт схватили, најбоље је да поменемо "Боба" који се појављује у једној од причица на почетку сваког поглавља (на почетку блога дат је почетак закључка). Његов "мозак" састоји се од позитрона и електрона и он је стар 10 на 79 година. Догађај је датиран на осамдесету декаду. Неопрезан читалац би, као и ја, у почетку помислио да је "Боб" наш савременик. 79 декада у 80-ој, дакле живи од прве декаде свемира. Али после првих 10 на 79 година свемира следи следећих 10 на 79, па опет исто раздобље осам пута док не завршимо осамдесету декаду... "Боб" је тако могао бити "рођен" на крају 79. декаде, или много касније.

Слично је кад гледамо полураспад протона, који је везан за 37. декаду (што се не зна поуздано, у питању је процена). Случајним процесима до тада ће се половина протона распасти (стабилно стање је наведени позитрон, позитивни електрон, али протон има веома јаке силе које га држе на окупу). До следеће декаде имамо још девет пута по 10 на 37 година, па ће веома мали број протона дотле преживети (ко воли бројке нека подели један са два на десети). То је смисао онога што је речено да је протону који је дотле преживео, или је створен много касније (распадом црне рупе, рецимо) свеједно да ли ће се одмах распасти. Његов живот остаје исте дужине, али је то у новој скали времена постало небитно.

Неки теоретски могући догађаји се никад практично неће одиграти (рецимо настанак црних рупа квантним тунеловањем звезда), просто јер ће претходно се распасти сви протони од којих би звезде могле настати. Није поменут најдужи временски период који има неког смисла, а то је Поенкареово време, током којег се систем враћа случајним процесима у првобитно стање, и тако практично негира ентропију. Ко воли да се занима са експонентима може погледати колико је то раздобље, али тешко да ће га "визуализовати". 

За три раздобља - звездано, дегенеративно и црних рупа - аутори су описали некакве облике живота. За ово наше раздобље не морамо гледати неки други осим нашег, ионако за другачији живот у свемиру не знамо. За "Миранду" из дегенеративног доба знамо само да јој је живот дуг неколико стотина година, и живи са још милијарду суграђана на површини "смрзнутог белог патуљка" (звезде). "Боба", шта знамо о њему, горе смо описали. Поента је да је у свим овим временима (дакле до 100. декаде) начелно могућ живот. Ту долазимо до Дајсоновог "закона" (хипотезе) по којем је животни век обрнуто пропорционалан температури на којој се одвија. Делићи степена келвина (тек изнад апсолутне нуле) значе милијарде а можда и трилионе година живота. Дајсон је иначе познат по сфери, коју сам помињао...

Нису ми познати случајеви тако дуговечних, огромних и неухватљивих ентитета у научној фантастици ("Боб" би можда био велик као Млечни пут, али масе можда не много веће од човекове). Ако неки пишу о цивилизацији човеколиких бића који живе на неутронској звезди, они свакако нису размислили колику би гравитацију такви морали да трпе, као и магнетно зрачење. "Миранда" је такође суочена са стотинама пута (најмање) јачом гравитацијом од оне земаљске, за коју знамо.

Оно што је занимљиво у књизи је борба гравитације и ентропије, уз привремене "победе" прве, и неумитан тријумф друге. Читајући Пенроуза питао сам се како то ентропија расте сабијањем у црну рупу, па онда и даље расте њеним испаравањем док се све не распрши. Испада да ентропија расте и кад се материјал сабија на једно место и кад се распршује. Иако аутори нису објашњавали ову "борбу", дали су разумљиво схватање термодинамичке, у сваком случају статистичке ентропије.

Али да ли је стварно тако?! Информатичка ентропија овим није дирнута - количина информација. У сваком случају, кад су описивали сценарио Великог Сабијања, нису ни поменули ентропију - да ли она у том случају и даље расте, или ће можда почети да опада (уз егзотику као што је покретање процеса уназад, дизање мртвих, итд). Роџер Пенроуз је био изричит да је овако сабијање хаотично, ентропија је огромна, за разлику од Великог Праска у којем је веома ниска. Антиентропијско деловање гравитације (тако настају и звезде) свеједно и даље делује логично, мада та веза може бити доста компликована - види на слици је теорија Ферлиндеа о ентропијском пореклу гравитације.

Кад већ помињем Пенроуза занимљиво је његове схватање далеке будућности и можда настанка актуелног свемира. Када се распадну све честице са масом (које се крећу спорије од светлости), остају само фотони који не осећају проток времена. Сва временска скала тада губи значење. То је у основи његове космологије. Међутим, према овој књизи увек ће остати нешто материјално, неки позитрон или електрон који је избегао црној рупи или настао њеним распадом, нешто што чини атом позитронијума можда велик као цела галаксија, који сасвим полако иде ка својој анхилацију...

Ако временског краја уопште нема, новог почетка може бити. Један би био фазни прелаз који би анхилирао све постојеће (а тога би било веома мало) стварајући нови свемир фронтом који се шири "брзином мало испод брзине светлости". Колико би онај стари свемир био огроман вероватно ни за трилионе година не би био цео анхилиран, а с обзиром на његово ширење можда никад. Ово се може догодити и у скорој будућности, знамо једино да се није догодило до сада у познатом нам простор-времену, иначе не би било нас! Такав сценарио, настао експериментом, описао у својој причи Who Killed Mr. Moonlight?

Друго је уроњавање у бебу-универзум, који губи везу са нашим универзумом и простор-временом. Оданде не могу доћи информације, мада се теоретски могу тамо послати, као можда и неки материјал, па можда чак и жива бића. Високоразвијена цивилизација би тако могла наћи начин да избегне своју смрт са неминовном смрћу универзума (односно његовом деградацијом на веома ниске густине и енергије). Андреј Линде је на крају своје књиге Физика честица и инфлаторна космологија разматрао баш ту интригантну могућност избегавања судбине која нам делује неумитно.

Ако постоји порука ове књиге, чак и ако она није више тачна, с обзиром на тренутну науку, она би била да правог краја заправо нема. Иако нам облици постојања могу изгледати све опскурније што даље у будућност идемо...

Иван Вукадиновић