Astrofizika za ljude u žurbi

Neil deGrasse Tyson
Astrofizika za ljude u žurbi

Pametna i duhovita knjiga koja povezuje astrofiziku sa šlagom u kavi i kravama u obliku kugle

14.11.2019. | Tanja Tolić | Ocjena recenzenta: 5,0

U početku, prije gotovo četrnaest milijardi godina, sav prostor i energija u poznatome svemiru bili su sažeti u volumenu manjem od bilijuntinke točke kojom završava ova rečenica. Bilo je tako vruće da su sve temeljne prirodne sile koje zajedno tvore svemir bile sjedinjene. Premda još ne znamo kako je nastao, taj se sićušni svemir mogao samo širiti. Brzo. U događaju koji danas nazivamo Veliki prasak.

Tako počinje priča o našem domu – univerzumu u kojem postojimo i planetu na kojem živimo, no većina nas ne bi bila u stanju objasniti podrobnije kako smo u četrnaest milijardi godina došli od uskuhale juhe do, nažalost, uskuhale kugle koju u svemiru, naoko, ne drži ništa. Svatko je od nas u nekome trenutku pogledao u noćno nebo posuto zvijezdama i pomislio: Što sve to znači? Kako to funkcionira? I koje je moje mjesto u svemiru?

Svemir nije dužan biti smislen, kaže slavni astrofizičar Neil deGrasse Tyson, no mi – oživljena zvjezdana prašina koju je svemir osposobio da razmišlja o sebi – ponešto smo ipak uspjeli napuniti smislom. Ako ste previše zaposleni i ne stignete odlaziti na predavanja o svemiru, čitati o njemu knjige ili gledati dokumentarce a želite sažet ali znanstveno čvrsto utemeljen uvod u to područje, onda je upravo objavljena "Astrofizika za ljude u žurbi" (Znanje, prijevod Ruđer Jeny) prava knjiga za vas.

"Astrofizika" Neila deGrassea Tysona nije najjednostavnija za čitanje; ponešto o svemiru ipak treba znati da bi se moglo pratiti 12 eseja prikupljenih u ovoj knjizi, a koje je deGrasse Tyson uglavnom pisao za časopis Natural History. U knjizi od dvjestotinjak stranica nudi osnovne spoznaje o svim glavnim idejama i otkrićima vezanim za suvremeno razumijevanje svemira. Shodno tome, ako se nikad niste susreli s osnovnim terminima iz astrofizike, početak čitanja će biti ponešto složeniji, no kako deGrasse Tyson odmiče u poglavljima – uz pretpostavku da su eseji posloženi kronološki, kako su nastajali – tako i njegov stil pisanja postaje sve opušteniji, a laik prijemčiviji za tu vrstu znanja, pa "Astrofizika" postaje uzbudljiva avantura otkrivanja svijeta kroz koju nas autor provodi s mnogo humora.

Tako najprije ponešto doznajemo o – svemirskoj etimologiji. Bozoni su, objašnjava deGrasse Tyson, nazvani po indijskom znanstveniku Satyendri Nathu Boseu. Riječ "lepton" ima korijen u grčkoj riječi leptos, koja znači "lak" ili "malen". "Kvark", s druge strane, ima mnogo zanimljivije književno podrijetlo. Fizičar Murray Gell-Mann, koji je 1964. predložio postojanje kvarkova kao osnovnih sastojaka neutrona i protona i koji je u to doba smatrao da obitelj kvarkova ima samo tri člana, ime je pronašao u karakteristično nerazumljivoj rečenici iz "Finneganova bdijenja" Jamesa Joycea: "Tri kvarka za gospara Marka!"

Leptoni, kvarkovi i bozoni možda zvuče komplicirano, kao nešto što nema nikakvih implikacija na naš svakodnevni život (što, naravno, nije točno), no Neil deGrasse Tyson u knjizi pokazuje kako čak i složeni fizikalni zakoni – isti oni koji upravljaju leptonima, kvarkovima i bozonima – imaju vrlo praktične implikacije na našu svakodnevicu, primjerice na šlag u kavi.

"Poznavanje fizikalnih zakona u nekim vam slučajevima daje samopouzdanje da se sučelite s osornim osobama. Prije nekoliko godina u slastičarnici u Pasadeni pio sam svoju večernju šalicu kakaa. Naravno, naručio sam kakao sa šlagom. Kad mi je bio poslužen, od šlaga nije bilo ni traga. Kad sam konobaru rekao da nema šlaga, rekao mi je da ga ne vidim jer je potonuo na dno. Međutim, šlag ima malu gustoću i pliva na svim tekućinama koje ljudi konzumiraju. I tako sam mu ponudio dva objašnjenja: ili je netko zaboravio dodati šlag ili u toj slastičarnici ne vrijede univerzalni fizikalni zakoni. Ne vjerujući mi na riječ, konobar je prkosno donio žlicu šlaga da dokaže svoju tvrdnju. Nakon što ga je malo uronio, šlag je isplivao na površinu. Koji vam je bolji dokaz potreban za univerzalnost fizikalnih zakona?" piše autor u knjizi.

Upravo zbog univerzalnosti fizikalnih zakona svemir je znanstvenicima čudesno jednostavno mjesto. Za usporedbu, ljudska narav – područje psihologa – neizmjerno je složenija. U Sjedinjenim Američkim Državama, piše deGrasse Tyson, o predmetima koji će se učiti odlučuju školski odbori. U nekim se slučajevima predmet bira u skladu s kulturološkim, političkim ili vjerskim hirovima. Različiti religijski sustavi diljem svijeta uzrok su političkim razlikama koje se ne mogu uvijek razriješiti miroljubivo. Snaga i ljepota fizikalnih zakona leže u tome što vrijede posvuda, bez obzira na to vjerujete li u njih ili ne vjerujete. Drugim riječima, osim fizikalnih zakona, sve su ostalo samo mišljenja.

Za sve najčudnije ideje fizike u dvadesetome stoljeću najbolje je okriviti Einsteina, nastavlja deGrasse Tyson. "Albert Einstein gotovo nikad nije radio u laboratoriju, nije testirao pojave ili upotrebljavao složenu istraživačku opremu. Bio je teoretičar koji je usavršio 'misaone pokuse' u kojima se s prirodom suočavate svojom maštom, izmišljajući situaciju ili model i zatim utvrđujući posljedice nekoga fizikalnog načela."

Za običnu gravitaciju koju doživljavamo svakoga dana Newtonov je zakon sasvim dovoljan. S pomoću njega smo 1969. došli na Mjesec i sigurno se s njega vratili. Za crne rupe i velike svemirske strukture potrebna nam je pak opća teorija relativnosti koju je Einstein objavio 1916. godine. Einsteinova opća teorija relativnosti bila je radikalan odmak od svih prethodnih razmišljanja o gravitacijskome privlačenju – ona gravitaciju smatra reakcijom mase na lokalnu zakrivljenost prostora i vremena uzrokovanu nekom drugom masom ili energijskim poljem. Drugim riječima, koncentracije mase uzrokuju izobličenja – zapravo manje ili veće jame – u tkanju prostora i vremena. Ta izobličenja vode mase u pokretu po pravocrtnim geodetskim linijama, premda ih mi doživljavamo kao zakrivljene staze koje nazivamo orbitama. Ovo zvuči jako komplicirano, no deGrasse Tyson citira jednostavnije objašnjenje koje je lakše zapamtiti, ono američkog teorijskog fizičara Johna Archibalda Wheelera koji je Einsteinov koncept ovako sažeo: "Tvar kaže prostoru kako da se iskrivi, a prostor kaže materiji kako da se kreće."

No u "Astrofizici za ljude u žurbi", u eseju posvećenom Einsteinu, Neil deGrasse Tyson bavi se jednom od najčudesnijih pogrešaka u povijesti znanosti. Naime, kad je o Einsteinovoj teoriji relativnosti riječ, temeljna načela teorije zahtijevaju da se sve odvija točno prema predviđanjima. Einstein je, zapravo, izgradio nešto nalik na kuću od karata, sa samo dvije ili tri jednostavne postavke koje podržavaju cijelo zdanje. Doista, kada je 1931. doznao za knjigu "Stotinu autora protiv Einsteina", odgovorio je da bi, kad ne bi imao pravo, i jedan bio dovoljan.

Upravo je u toj knjizi bilo posađeno sjeme te najčudesnije pogreške u povijesti znanosti. Einsteinove nove jednadžbe gravitacije uključivale su član koji je nazvao "kozmološka konstanta", a označio ga je velikim grčkim slovom lambda. Matematički dopušten, ali opcijski član, kozmološka konstanta dopuštala mu je da opiše statičan svemir. Naime, u to doba nitko nije mislio da bi svemir mogao činiti išta osim jednostavno postojati. I tako je jedina zadaća lambde bila da se opire gravitaciji u Einsteinovu modelu, zadržavajući svemir u ravnoteži, opirući se prirodnoj težnji gravitacije da cijeli svemir povuče u jednu golemu masu. Tako je Einstein izmislio svemir koji se ne širi niti steže, u skladu s tada općeprihvaćenom predodžbom.

No ruski fizičar Aleksandr Aleksandrovič Fridman poslije je matematički dokazao da je Einsteinov svemir, premda uravnotežen, u nestabilnu stanju. Poput lopte postavljene na vrh brda koja čeka najmanji poticaj da se otkotrlja u jednom ili drugom smjeru ili olovke koja balansira na svojem našiljenom vršku, Einsteinov svemir bio je u opasnu položaju između širenja i totalnog urušavanja. I tako je krenula priča o lambdi koja je nestajala i vraćala se u naš svemir dok nije dokazano da Einsteinova najveća pogreška uopće nije bila pogreška. Kako, otkrit ćete sami čitajući knjigu.

DeGrasse Tyson nas u "Astrofizici" uči da je naš planet nastao u tzv. Zlatokosinoj zoni oko Sunca, području u kojem oceani većinom mogu ostati tekući. Da je Zemlja bila mnogo bliže Suncu, oceani bi isparili. Da je bila mnogo dalje, zamrznuli bi se. U oba slučaja ne bi se na njoj razvio život kakav poznajemo. Što je bilo prije Velikog praska, nemamo pojma. Možda je svemir oduvijek tu, u stanju ili pod uvjetima koje tek moramo spoznati – multisvemir, primjerice, koji stalno rađa nove svemire?

"Ono što znamo i što možemo bez ikakve dvojbe ustvrditi jest da je svemir imao početak. Svemir se nastavlja razvijati. I da, svaki atom u našem tijelu možemo pratiti do Velikoga praska i termonuklearnih peći u vrlo masivnim zvijezdama koje su eksplodirale prije više od pet milijardi godina", piše deGrasse Tyson.

U velikoj inventuri sastavnih dijelova svemira, nastavlja, najčešće se broje galaktike. Posljednje procjene pokazuju da ih u vidljivom svemiru ima na stotine milijardi. Sjajne i lijepe, ispunjene zvijezdama, galaktike tamnu prazninu prostora ukrašavaju poput osvijetljenih gradova koje noću promatramo iz svemira. Naša spiralna galaktika Mliječna staza nazvana je tako jer noću kad je gledamo bez pomagala izgleda poput prolivena mlijeka. I sama riječ "galaktika" potječe od grčke riječi galaxias, "mliječno". Dvije nama najbliže galaktike udaljene su od nas 600.000 svjetlosnih godina, a najbliža galaktika veća od naše udaljena je dva milijuna svjetlosnih godina, a nalazi se iza zvijezda Mliječne staze u zviježđu Andromede.

"Suvremeni teleskopi i suvremene teorije omogućili su nam da zađemo i u područje izvan velikih osvijetljenih gradova i otkrijemo različite stvari koje je teško otkriti: patuljaste galaktike, pobjegle zvijezde, odbjegle zvijezde koje eksplodiraju, oblake plina s temperaturom od milijun stupnjeva koji emitiraju rendgensko zračenje, tamnu tvar, modre galaktike slaba sjaja i zagonetnu kvantnu energiju vakuuma. Uz takav bi se popis moglo čak reći da se sve zabavno u svemiru zbiva između galaktika, a ne u njima", piše Neil deGrasse Tyson.

U Velikome prasku – eto još zanimljivosti – nastala su samo tri elementa na koja nailazimo u prirodi: to su vodik, helij i litij. Ostali su iskovani u vrućim srcima zvijezda i eksplozijama umirućih zvijezda, omogućavajući idućim naraštajima zvjezdanih sustava da to obogaćenje iskoriste za stvaranje planeta, a u našem slučaju i ljudi. Zbog toga je za Neila deGrassea Tysona periodni sustav kemijskih elemenata – kao organizacijsko načelo kemijskoga ponašanja svih poznatih i još neotkrivenih elemenata u svemiru – kulturološka ikona.

"Kako bismo inače mogli vjerovati da je natrij otrovan, reaktivan metal koji možete prerezati poput maslaca, da je čisti klor smrdljiv, smrtonosan plin, ali da kad se spoje u natrijev klorid nastaje bezopasna, biološki iznimno važna tvar poznatija kao kuhinjska sol? A što je s vodikom i kisikom? Prvi je eksplozivan plin, drugi potiče žestoko izgaranje, ali zajedno tvore tekuću vodu koja gasi vatru", piše u eseju.

Vjerojatno najzabavnije poglavlje u knjizi ono je koje objašnjava zašto gravitacija voli proizvoditi – kugle. "Rabeći matematiku s prve godine fakulteta lako ćete pokazati da je kugla jedan jedini oblik s najmanjom površinom za zadani obujam. Zapravo, milijarde bi se dolara mogle uštedjeti svake godine na materijalu za pakiranje kad bi sve kutije i ambalaža za namirnice bile savršene kugle. Primjerice, sadržaj najveće kutije žitarica lako bi se mogao smjestiti u kuglastu ambalažu promjera deset centimetara. Ipak, to možda nije najpraktičnije – nikome se ne da trčati za paketima hrane kad se s police otkotrljaju na tlo", zabavlja se poznati astrofizičar.

Gravitacija je sila koja materiju nastoji sažeti sa svih strana, ali ona ne izlazi uvijek kao pobjednik – kemijske veze krutih tijela vrlo su jake. Himalaja se zbog čvrstoće kristalnih stijena uzdignula prkoseći zemaljskoj sili teži. Ali prije nego što nas uzbude Zemljine visoke planine, upozorava deGrasse Tyson, trebali bismo znati da je raspon u visini najdublje podmorske brazde i najviše planine dvadesetak kilometara a promjer Zemlje je gotovo trinaest tisuća kilometara. Zato, suprotno dojmu koji imaju sitna ljudska bića koja plaze po njezinoj površini, Zemlja kao svemirski objekt iznimno je glatka. "Kad biste imali dovoljno velik prst da njime prođete po Zemljinoj površini (po oceanima i kopnu), imali biste dojam da je naš planet gladak poput bilijarske kugle", pojašnjava.

Zemaljske planine također su patuljci kad ih usporedimo s nekim drugim planinama u Sunčevu sustavu. Ugasli vulkan Olympus Mons, najveća marsovska planina, viši je od 21 kilometra i u osnovici širok gotovo 500 kilometara. Mont Blanc je pored njega običan krtičnjak. Recept za izgradnju planina u svemiru vrlo je jednostavan: što je gravitacija na površini objekta slabija, više su planine na njemu. Mount Everest je otprilike visok koliko planina na Zemlji uopće može biti visoka jer bi se slojevi stijena na dnu pod većom težinom stisnuli.

Kugla nad kuglama – najveća i najsavršenija od svih – cijeli je vidljivi svemir. Kad povežemo Einsteinovu teoriju relativnosti, brzinu svjetlosti, šireći svemir i smanjivanje gustoće mase i energije prostora uzrokovano tim širenjem, u svim smjerovima postoji udaljenost na kojoj je brzina udaljavanja galaktika jednaka brzini svjetlosti. Na toj udaljenosti i iza nje svjetlost iz svih izvora gubi energiju prije nego što stigne do nas. Zbog toga je svemir iza toga sfernoga "ruba" nevidljiv i, koliko znamo, o njemu ne možemo ništa doznati.

Kugle su doista plodna teorijska pomagala koja nam pomažu steći uvid u najrazličitije astrofizikalne probleme, napominje Neil deGrasse Tyson, ali pritom ne smijemo postati previše vezani za njih. U knjizi se prisjeća poluozbiljnoga vica o tome kako povećati proizvodnju mlijeka na farmi. Veterinar bi mogao reći: "Razmotrimo prehranu krave..." Inženjer strojarstva mogao bi reći: "Razmotrimo konstrukciju muzilica..." A astrofizičar će reći: "Razmotrimo kravu u obliku kugle..."

 

Facebook komentari

Novo u katalogu