Neil deGrasse Tyson: Na Zemlji kao i na nebesima

Univerzalnost zakona fizike nam govori da ako sletimo na drugu planetu sa uspešnom vanzemaljskom civilizacijom, njih će pokretati isti zakoni fizike koje smo mi otkrili i proveravali na Zemlji – čak i ako vanzemaljci budu baštinili različita socijalna i politička uverenja.

Pre no što je Isak Njutn napisao univerzalni zakon gravitacije, postojalo je malo razloga za pretpostavku da su zakoni fizike na Zemlji isti kao i bilo gde drugde u svemiru. Zemaljske su se stvari događale na Zemlji, a nebeske na nebu. Zaista, po mišljenju mnogih tadašnjih učenjaka, nebesa behu nepojamna našim krhkim, smrtnim umovima. Kada je Njutn probio ovu filozofsku barijeru čineći sva kretanja shvatljivim i predvodljivim, neki su ga teolozi kritikovali kako nije je ostavio baš ništa što bi Kreator mogao da čini. Njutn je otkrio da sila gravitacije koja vuče zrele jabuke sa njihovih grana takođe vodi bačene objekte po njihovim zakrivljenim putanjama i usmerava Mesec po njegovoj orbiti oko Zemlje. Njutnov zakon gravitacije takođe vodi planete, asteroide i komete po njihovim orbitama oko Sunca i drži stotine milijardi zvezda u orbiti unutar našeg Mlečnog puta.

figure6

Univerzalnost fizičkih zakona u punoj meri upravlja naučnim otkrićima. A gravitacija je bila samo početak. Zamislite uzbuđenje među astronomima iz devetnaestog veka kada je prvi laboratorijska prizma, koja prelama zrake svetlosti u spektar boja, usmerena ka Suncu. Spektri nisu tek prelepi, već sadrže brda informacija o objektima koji emituju svetlost, uključujući njihovu temperaturu i sastav. Hemijski elementi se razoktrivaju jedinstvenim šarama svetlih ili tamnih linija koje se pojavljuju u spektru. Hemijski potpisi Sunca bili su identični onima iz laboratorije, izazivajući kod ljudi ushićenje i zaprepašćenje. Prizma je, oduzimaći deo ekskluzivnosti posla hemičara, pokazala da, koliko god je Sunce različito od Zemlje kada je u pitanju veličina, masa, temperatura, mesto i izgled, oba se sastoje od istih stvari – vodonika, ugljenika, kiseonika, azota, kalcijuma, gvožđa i tako dalje. Ali još važnije od zajedničke liste za pranje veša bilo je prepoznavanje da, kakvi god da su zakoni fizike pripremili oblik ivih spektralnih potpisa na Suncu, ti isti zakoni važe i na Zemlji, udaljenoj devedeset tri miliona milja.

Koncept univerzalnosti je bio toliko plodan da je uspešno primenjen i unazad. Dalja analiza sektra Sunca je otkrila potpis elementa koji nije imao sadruga na Zemlji. Pošto je nađena na Suncu, nova supstanca je dobila ime po grčkoj reči helios (Sunce), a tek je kasnije otkrivena u laboratoriji. Tako je helijum postao prvi i jedini element u hemijskom periodnom sistemu koji je otkriven van Zemlje.

helium_joke_by_icia_random-d5svhyz

Dobro, zakoni fizike rade u Sunčevom sistemu, ali da li oni rade širom galaksije? Širom kosmosa? Širom samog vremena? Korak po korak, zakoni su proveravani. Obližnje zvezde su takođe odale poznate elemente. Udaljene binarne zvezde, vezane u zajedničkoj orbiti, izgleda da znaju sve o Njutnovim zakonima gravitacije. Takođe i binarne galaksije, iz istog razloga. A, kao geološki slojevi sedimenata, što dalje gledamo, vidimo više u prošlost. Spektri najudaljenijih objekata u svemiru pokazuju iste hemijske potpise koje vidimo u ostalim mestima u svemiru. Istina, teški elementi su tada bili ređi – oni su uglavnom stvoreni u kasnijim generacijama eksplodirajućih zvezda – ali zakoni koji opisuju atomske i Konstanta fine strukture povezuje fundamentalne kosmičke fizičke veličinemolekularne proicese koji su stvorili ove spektralne potpise ostaju nedirnuti. Posebno, veličina poznata kao konstanta fine strukture, koja kontroliše osnovni otisak prsta svakog elementa, mora da je ostala neizmenjena milijardama godina.

Naravno, nemaju sve stvari i pojave u svemiru sabraću na Zemlji. Verovatno nikada niste šetali korz oblak blještave plazme temperature miliona stepeni, a na ulici verovatno nikada neće primetiti crnu rupu. Ono što je bitno jeste univerzalnost zakona fizike koja ih upisuje. Kada je spektralna analiza prvi put primenjena na svetlost koju emituje međuzvezdana maglina, otkriven je potpis koji je takođe nije imao sabrata na Zemlji. Ali tada periodni sistem elemenata nije imao praznih polja; u vreme kada je helijum otriven, bilo ih nekoliko. Stoga su astrofizičari izmislili ime nebulijum kao nosač dok ne shvate o čemu se radi. Ispostavilo se da su u svemiru gasne magline toliko razređene da atomi prelaze velike razdaljine bez međusobnog sudaranja. Pod takvim uslovima, elektroni mogu da čine stvari koje nikada ranije nisu viđene u zemaljskim laboratorijama. Nebulijum je jednostavno bio običan kiseonik koji je činio neobične stvari.

Ova univerzalnost zakona fizike nam govori da ako sletimo na drugu planetu sa uspešnom vanzemaljskom civilizacijom, njih će pokretati isti zakoni fizike koje smo mi otkrili i proveravali na Zemlji – čak i ako vanzemaljci budu baštinili različita socijalna i politička uverenja. Pa dalje, ako biste želeli da razgovarate sa vanzemaljcima, možete da se opkladite da oni ne govore engleski, francuski, pa ni mandarinski kineski. Ne znate čak ni da bi rukovanje – ako bi uopšte imali ruke – bilo smatrano za čin rata ili mira. Tada je najbolja šansa naći način komunikacije korišćenjem jezika nauke.

Takav je pokušaj učinjen sedamdesetih godina prošlog veka sa letelicama Pionir 10 i 11 i Vojadžer 1 i 2, jedinim kojima je dodeljeno dovoljno brzine da umaknu gravitacionom stisku Sunčevog sistema. Pionir nosi zlatnu ugraviranu ploču koja naučnim piktogramima pokazuje izgled Sunčevog sistema, naš položaj u Mlečnom putu i strukturu atoma vodonika. Vojadžer je otišao dalje i poneo različite zvukove majke Zemlje koji uključuju zvuk ljudskog srca, pesme kitova i odbranu muziku – od Betovena do Čaka Berija. Iako je ovo poprilično humanizovalo poruku, nije jasno da li će vanzemaljske uši imati ikako predstavu šta slušaju – pretpostavljući da uiopšte imaju uši. Moja omiljena parodija na ovaj postupak je novinski strip koji se pojavio ubrzo pošto je Vojadžer lansiran: prikazan je odgovor od strane vanzemaljaca koji su otkrili letelicu. Pisamce je kratko zahtevalo Pošaljite još Čaka Berija.

Nauka napreduje ne samo na osnovama univerzalnosti zakona fizike već i na postojanju i upornosti fizičkih konstanti. Gravitaciona konstanta, poznata kod većine naučnika kao veliko G, daje Njutnovoj jednačini gravitacije meru njene snage, zbog čega su njene promene tokom eona indirektno merene. Ako obavite proračune pokazuje se da se sjaj zvezda brzo menja u zavisnosti od velikog G. Drugim rečima, da je veliko G bilo makar malo različito u prošlosti, onda bi u prošlosti energetski odziv Sunca bio mnogo drugačiji nego što pokazuju biološki, klimatološki ili geološki zapisi. Zapravo, ne postoje konstante koje zavise od vremena ili mesta – sve one izgledaju zaista konstantno.

Takvi su putevi i načini našeg kosmosa.

Među svim konstantama, brzina svetlosti je verovatno najslavnija. Bez ozbira koliko brzo idete, nikada nećete preteći zrak svetlosti. Zašto da ne? Nijedan do sada obavljeni eksperiment nije otkrio nijedan objekat u bilo koom obliku koji bi dosegao brzinu svetlosti, a postoje i valjano provereni zakoni fizike koji ovo predviđaju i na to računaju. Ovakve tvrdnje zvuče kruto. Zaista, neki od najsramotnijih na-nauci-zasnovanih proglasa iz prošlosti su potcenili domišljatost pronalazača i inženjera: Mi nikada nećemo leteti. Letenje nikada neće biti komercijalno isplativo. Nikada nećemo leteti brže od zvuka. Nikada nećemo pocepati atom. Nikada nećemo otići na Mesec. Čuli ste ih. Ovo što je zajedničko svim ovim izjavama je da im nijedan uspostavljeni zakon fizike nije bio prepreka.

Tvrdnja Nikada se nećemo kretati brže od svetlosti je suštinski drugačije predviđanje. Ono teče iz osnova, proverenih fizičkih principa. Oko toga nema sumnje. Znaci duž autoputeva će međuzvezdane putnike sigurno opominjati:

Brzina svetlosti:
Nije samo dobra ideja
To je Zakon.

Dobra stvar sa zakonima fizike je ta što njima ne trebaju organi reda koji će ih sprovoditi, iako zaista posedujem štrebersku majicu sa natpisom POŠTUJ GRAVITACIJU.

Mnoge prirodne pojave odražavaju uzajamno dejstvo više fizičkih zakona koji zajedno deluju. Ova činjenica često komplikuje stvari i najčešće zahteva superračunare da izračunaju stvarti i prate bitne parametre. Kada je kometa Šumejker-Levi 9 (Shoemaker-Levy 9) utonula pa zatim i eksplodirala unutar Jupiterove gasovite atmosfere 1994. godine, predviđanja najpreciznijih računarskih modela su uključivala zakone mehanike fluida, termodinamike, kinematike i gravitacije. Takođe, klima i vreme su važni primeri Jupiterova crvena mrljakomplikovanih (i teških za predviđanje) pojava. Ali osnovni zakoni po kojima se ove pojave upravljaju uvek rade. Jupiterovu veliku crvenu mrlju, pobesneli anticiklon koji ne prestaje evo već 350 godina, pogone isti fizički procesi koji stvaraju oluje na Zemlji i drugim mestima u Sunčevom sistemu.

Sledeća klasa univerzalih istina su zakoni održanja, kod kojih količina neke izmerenje količine ostaje neizmenjena bez obzira na okolnosti. Tri najvažnija su zakon održava mase i energije, održanje linearnog i ugaonog momenta i održanje električnog naboja. Ovi zakoni su primetni na Zemlji i svgude gde smo zagledali u svemiru – od fizike čestica do ogromnih struktura kosmosa.

Uprkos svom ovom hvalisanju, u raju nije baš sve savršeno. Ispostavlja se da ne možemo da vidimo, dodirnemo ili osetimo uzrok devedeset procenata gravitacije kosmosa. Misteriozna crna materija, koja ostaje neprimećena, izuzev njenog gravitacionog privlačenja materije koju vidimo, mogla bi da bude sastavljena od egzotičnih čestica koje tek treba da otkrijemo ili prepoznamo. Manjina astrofizičara, ipak, nije ubeđena i pretpostavlja da crna materija ne postoji – sve što je potrebno jeste da izmenimo Njutnov zakon gravitacije. Dodamo par komponenti u jednačine i sve će biti na mestu.

Možda ćemo jednog dana shvatiti da Njutnova gravitacija zaista zahteva podešavanje. Biće to u redu. Već se jednom i desilo. 1915. godine Albert Ajnštajn je stvorio opštu teoriju gravitacije koja je preoblikovala principe gravitacije na način koji je primenjiv na objekte ogromnih masa, što je oblast nepoznata Njutnu i u kojoj se njegov zakon grtavitacije raspada. Lekcija glasi da naše samopouzdanje teče kroz pojas uslova u kojima je zakon proveravan i potvrđivan. Što je pojas širi, to postaje moćnija alatka za opisivanje kosmosa. U slučaju obične kućne gravitacije, Njutnov zakon radi sasvim dobro. Za crne rupe i velike kosmičke strukture potrebna nam je opšta gravitacija. Svaka radi savršeno u svom opsegu, gde god da se u svemiru taj opseg nalazi.

Zakrivljenje prostorvremena je fundamentalna posledica gravitacije

Naučniku univerzalnost zakona fizike čini da je kosmos zadivljujuće jednostavno mesto. U poređenju sa ovim, ljudska priroda – opseg rada psihologa – je beskrajno teža. U Americi školski odbori glasaju za lekcije koje treba da se izučavaju u učionicama, i u nekim slučajevima te glasove određuju kaprici socijalnih i političkih plima. Svuda u svetu različiti verski sistemi vode političkim razlikama koje se obavezno ne razrešavaju miroljubivo. A neki ljudi razgovaraju sa autobuskim stanicama. Čudesnost fizičkih zakona je u tome da svuda vladaju, odabrali mi ili ne da u njih verujemo. Pa i više od toga, oni nemaju veze sa nečijim mentalnim zdravljem. Nakon zakona fizike, sve ostalo je mišljenje.

Što ne znači da se naučnici ne raspravljaju. Činimo mi to. Puno. No, kada to činimo obično dajemo mišljenja o tumačenju memljivih podataka sa ivice našeg znanja. Kada god i gde god je moguće uključiti u diskusiju fizički zakon, kratkoća rasprava je zagarantovana. Ne, tvoja ideja o perpetuum mobilu nikada neće raditi – jer krši zakone termodinamike. Ne, ne možeš da sagradiš vremeplov koji će da ti omogući da se vratiš u prošlost i ubiješ svoju majku pre nego što te rodi – jer time kršiš zakon uzročnosti. A bez kršenja zakona impulsa nije moguće spontano lebdeti nad zemljom, svejedno da li sedite u položaju lotusovog cveta ili ne. Iako možete ovo izvesti ako izvedete otpuštanje moćnih i održivih stomačnih gasova.

Znanje zakona fizike može u nekim slučajevima da nam pruži sigurnost u suprostavljanju nabusitim ljudima. Pre par godina sam naručio topli kakao u Pasadeni u Kaliforniji. Svakako, tražio sam ga sa šlagom. Kada je stigao na sto, nisam primetio ni trag od šlaga. Pošto sam rekao konobaru da je moj kakao bez šlaga, objasnio mi je da ne mogu da ga vidim pošto je potonuo na dno. Pošto šlag ima veoma malu gustinu, ponudio sam konobaru dva moguća objašnjenja: ili je neko zaboravio da doda šlag u moj topli kakao ili su zakoni fizike veoma različiti baš u njegovom restoranu. Neubeđen, doneo je grumen šlaga da se uveri. Pošto ga je sipao u moju šolju, šlag je upravno stajao i plutao.

Kakav vam bolji dokaz treba za univerzalost zakona fizike?

Autor: Neil deGrasse Tyson. Objavljeno u Natural History Magazine, novembar 2000. Preuzeto sa sajta autora. Prevod: Miloš Babović.