Svemir
je jako velik.
Živimo u galaksiji Mliječni put.
U njoj ima oko sto milijardi zvijezda.
Ako uzmete kameru
i uperite je u nasumični komad neba,
i ostavite zatvarač otvorenim,
i ako vam je kamera spojena na teleskop Hubble,
vidjet će ovakvo nešto.
Svaka mrlja je galaksija
veličine Mliječnog puta --
u svakoj oko sto milijardi zvijezda.
Postoji oko sto milijardi galaksija
u vidljivom svemiru.
Sto milijardi je jedini broj.
Starost Svemira, od sad do Velikog Praska,
je sto milijardi u psećim godinama.
(Smijeh)
Što vam govori nešto o našem značaju u svemiru.
Ovoj slici se divimo.
Jako je lijepa.
Pitao sam se, kakav evolucijski pritisak
je natjerao naše pretke u Veldt ravnicama da evoluiraju
da im se sviđaju slike galaksija
dok ih nisu imali.
Ali ih želimo razumjeti.
Kao kozmolog se pitam, zašto je svemir ovakav?
Veliki trag je da se svemir mijenja s vremenom.
Ako gledate jednu galaksiju, i mjerite joj brzinu,
ona se kreće od vas.
Ako gledate još dalju galaksiju
ona se kreće još brže.
Zato kažemo da se svemir širi.
To znači da su u prošlosti
stvari bile međusobno bliže.
U prošlosti je svemir bio gušći,
i topliji.
Ako nešto stisneš, temperatura raste.
To ima smisla.
Ono što nema smisla
je da je svemir, jako rano, blizu Velikog Praska,
bio jako gladak.
To nije iznenađujuće.
Zrak u ovoj sobi je jako gladak.
Kažete, "Možda su se stvari izgladile."
Ali uvjeti blizu Velikog Praska su puno drugačiji
nego uvjeti zraka u ovoj sobi.
Stvari su bile puno gušće.
Gravitacijska privlačnost
je bila jaka blizu Velikog Praska.
Morate znati
da imamo svemir sa sto milijardi galaksija,
svaka sa sto milijardi zvijeda.
U rana vremena, tih sto milijardi galaksija
je bilo stješnjeno
u ovoliki prostor.
Zamislite to stješnjavanje
bez ikakvih nesavršenosti,
bez ikakvih točkica
s više atoma nego drugdje.
Jer da je bilo, sve bi se urušilo zbog gravitacije
u veliku crnu rupu.
Držanje svemira vrlo glatkim tako rano
nije lako, to je osjetljiv raspored.
To je indicija
da rani svemir nije odabran slučajno.
Nešto ga je takvim napravilo.
Željeli bi znati što.
Dio shvaćanja ovoga nam je dao Ludwig Boltzmann,
Austrijski fizičar 19. stoljeća.
Boltzmanov doprinos je bio shvaćanje entropije.
Čuli ste za entropiju.
To je slučajnost, nered, kaotičnost sistema.
Boltzmann nam je dao formulu --
ugraviranu na njegov nadgrobni kamen --
koja kvantificira entropiju.
I ona kaže
da je entropija suma načina na koji
možemo preurediti sustav da se to ne primjeti,
da makroskopski izgleda jednako.
Imamo zrak u ovoj sobi,
ne primjećujete zasebne atome.
Kod konfiguracije niske entropije
imamo tek nekoliko razmještaja koji izgledaju jednako.
Kod visoke entropije
imamo puno razmještaja koji izgledaju jednako.
Ovo je presudno važan uvid,
jer nam objašnjava
drugi zakon termodinamike --
zakon koji kaže da se entropija povećava u svemiru,
ili u izoliranom dijelu svemira.
Entropija se povećava
jer ima puno više načina
da budeš visoke nego niske entropije.
Ovo je divan uvid,
ali nešto izostavlja.
Ovo mišljenje da se entropija povećava,
stoji iza vremenskog pravca,
razlike između prošlosti i budućnosti.
Svaka promjena koja postoji
između prošlosti i budućnosti
jest uslijed povećanja entropije --
činjenica da se možemo sjetiti prošlosti, a ne budućnosti.
Činjenica da ste rođeni, pa živite, i onda umrete,
uvijek u tom slijedu,
jest zbog povećavajuće entropije.
Boltzmann je objasnio da ako počnete s malom entropijom,
prirodno je da se povećava,
jer postoji više načina da bude visoka entropija.
Ono što nije objasnio
jest zašto je entropija na početku bila niska.
Ta činjenica
ogledava činjenicu
da je rani svemir bio gladak.
Želimo to razumjeti.
To je posao kozmologa.
Tom problemu
nismo davali dosta pažnje.
To nije stvar koju bi prvu rekao
da ste pitali kozmologa
"Koje probleme pokušavate rješiti?"
Jedan od ljudi koji su to razumjeli
bio je Richard Feynman.
Prije 50 godina, dao je niz predavanja.
Popularna predavanja
koja su postala "Osobitosti fizikalnih zakona."
Davao je predavanja studentima Caltecha
koja su postala "Feynmanova predavanja o fizici."
Davao je predavanja diplomcima
koja su postala "Feynmanova predavanja o gravitaciji."
I u svakom predavanju
naglašavao je zagonetku:
Zašto je rani svemir imao malu entropiju?
Pa kaže -- neću imitirati naglasak --
kaže, "Iz nekog razloga je svemir,
imao malu entropiju za istu količinu energije,
i entropija se povećavala.
Pravac vremena se ne može shvatiti
dok se misterij početaka povijesti svemira
ne svede s nagađanja
na razumjevanje."
To je naš posao.
To je bilo prije 50 godina, mislite
"sigurno smo to već shvatili."
Još nismo shvatili.
Razlog zašto se problem
još pogoršao
je zato što smo 1998.
naučili nešto presudno o svemiru.
Naučili smo da se ubrzava.
Ne samo to.
Galaksije se odmiču.
Nakon milijardu godina opet pogledaš,
odmiču se još brže.
Galaksije se odmiču sve brže i brže.
Kažemo da se svemir ubrzava.
Za razliku od male entropije ranog svemira,
makar ne znamo odgovor na to,
imamo dobru teoriju koja to objašnjava,
ako je točna
a to je teorija tamne energije.
Kaže da prazan prostor ima energiju.
U svakom kubičnom centimetru,
bilo ili ne bilo stvari,
čestica, materije, zračenja, svejedno,
ima energije, u samom prostoru.
Ova energija, po Einsteinu,
vrši guranje na svemir.
To je neprekidan impuls
koji gura galaksije jednu od druge.
Tamna energija se, za razliku od materije ili zračenja,
ne razrjeđuje kako se svemir širi.
Količina energije u svakom kubičnom centimetru
ostaje ista,
kako se svemir povećava.
Ovo ima presudne implikacije
na to što će svemir napraviti u budućnosti.
Kao prvo, svemir će se širiti zauvijek.
Kad sam bio vaših godina,
nismo znali što će svemir napraviti.
Neki su mislili da će se svemir u budućnosti sažeti.
Einsteinu se sviđala ova ideja.
Ali ako imamo tamnu energiju, i ona ne odlazi,
svemir će se širiti sve više.
Prošlih 14 milijardi godina,
100 milijardi psećih godina,
i bezbroj godina u budućnost.
U međuvremenu, nama,
svemir izgleda konačno.
Konačan ili beskonačan,
pošto se ubrzava,
djelove ne možemo vidjeti
i nećemo nikad vidjeti.
Imamo pristup dijelu svemira,
zaokruženog horizontom.
Dakle iako vrijeme ide zauvijek,
svemir nam je ograničen.
Na kraju, prazan svemir ima temperaturu.
U 1970-ima, Stephen Hawking je rekao
kako crna rupa
emitira zračenje,
kad uzmete u obzir kvantnu mehaniku.
Zakrivljenost vrijeme-prostor oko crne rupe
oživljava kvantnomehaničku fluktuaciju,
i crna rupa zrači.
Sličan račun Hawkinga i Gary Gibbonsa je pokazao
da ako imamo tamnu energiju u praznom prostoru,
onda cijeli svemir zrači.
Energija praznog prostora
oživljava kvantne fluktuacije.
Dakle iako će svemir trajati vječno,
obična materija i zračenje će se razrijediti,
uvijek će biti nešto zračenja,
nešto termičkih fluktuacija,
čak i u praznom prostoru.
To znači
da je svemir kao kutija plina
koja traje zauvijek.
Koje su implikacije toga?
Te implikacije je proučavao Boltzmann još u 19. stoljeću.
Rekao je da se entropija povećava
jer ima puno više načina
za svemir da bude više, nego niže entropije.
To je vjerojatnosna izjava.
Vjerojatno će se povećati,
i vjerojatnost je golema.
Ne treba se brinuti da će se
zrak u ovoj sobi skupiti na jednu stranu sobe i ugušiti nas.
To je vrlo nevjerojatno.
Osim ako
nas drže ovdje zauvijek,
to bi se dogodilo.
Sve što je moguće,
svaka postava koju je moguće postići molekulama u sobi,
će se jednom postići.
Boltzmann kaže, možeš početi sa svemirom
koji je u termičkoj ravnoteži.
On nije znao o Velikom Prasku. Nije znao o širenju svemira.
Mislio je da je prostor i vrijeme objasnio Isaac Newton --
da su apsolutni; zaglavljeni zauvijek.
Njegova ideja o prirodnom svemiru
kaže da su molekule zraka raspoređene jednoliko --
molekule svega.
Ali Boltzmann zna da ako dovoljno čekaš,
slučajne fluktuacije molekula
će ih ponekad dovesti
u konfiguraciju niske entropije.
Tada će se, prirodno,
natrag proširiti.
Ne treba se entropija uvijek povećavati --
ponekad će fluktuirati u nižu entropiju,
organiziraniju situaciju.
Ako je to istina,
Boltzmann nadalje nalazi
dvije moderne ideje --
multisvemir i antropički princip.
Kaže, problem s termičkom ravnotežom
jest da ne omogućuje život.
Život ovisi o pravcu vremena.
Ne bi mogli procesirati informacije,
metabolirati, hodati i pričati,
da živimo u termičkoj ravnoteži.
Zamislite velik svemir,
beskonačno velik
sa česticama koje se sudaraju,
ponekad će biti malo fluktuacija u stanju niske entropije,
i onda se opet smire.
Ali bit će i velikih fluktuacija.
Ponekad će nastati planet
ili zvijezda ili galaksija
ili sto milijardi galaksija.
Boltzmann kaže,
živimo u dijelu multisvemira,
u dijelu tog beskonačno velikog seta čestica,
gdje je život moguć.
To je predio gdje je entropija niska.
Možda je naš svemir događaj
koji se desi s vremena na vrijeme.
Za zadaću
malo razmislite o tome.
Carl Sagan je rekao
"kako bi napravili pitu od jabuke,
prvo morate napraviti svemir."
Ali nije bio u pravu.
Po Boltzmannu, ako želite napraviti pitu od jabuke,
samo čekajte nasumično gibanje atoma
da složi pitu od jabuke.
To će se dogoditi češće
nego da nasumično gibanje atoma
napravi voćnjak od jabuka
i šećer i pećnicu,
i onda vam napravi pitu od jabuke.
Taj scenarij predviđa
da su fluktuacije
koje nas stvaraju minimalne.
Ako zamislite da ova soba postoji
i stvarna je, i mi smo tu,
i imamo, ne samo sjećanje,
nego utisak da vani ima nečega
kao Caltech i Sjedinjene države i Mliječni put,
puno je lakše da ti utisci nasumično fluktuiraju u naš mozak
nego da nasumično fluktuiraju
u Caltech, Sjedinjene države i galaksiju.
Dobra je vijest
da ovaj scenarij ne radi, nije točan.
On predviđa da smo minimalna fluktuacija.
I ako dobimo galaksiju,
ne bi dobili sto milijardi drugih galaksija.
Feynman je to razumio.
On kaže, "Od hipoteze da je svijet fluktuacija,
svi predviđaju da ako pogledamo
dio svijeta koji prije nismo vidjeli,
bit će zbrkan i neće biti poput dijela koji smo sada pogledali --
visoka entropija.
Da je red tu uslijed fluktuacije,
ne bi očekivali red nigdje drugdje.
Tako zaključujemo da svemir nije fluktuacija."
To je dobro. Ali koji je onda odgovor?
Ako svemir nije fluktuacija,
zašto je rani svemir imao nisku entropiju?
Volio bih vam odgovoriti, ali ponestaje mi vremena.
(Smijeh)
Ovo je svemir o kojem vam govorimo,
nasuprot svemira koji jest.
Pokazao sam ovu sliku.
Svemir se širi posljednjih 10 milijardi godina.
Hladi se.
Ali sad znamo puno više
o budućnosti svemira.
Ako tamna energija ostane,
zvijezde oko nas će iskoristiti svoje gorivo, ugasiti će se.
Past će u crne rupe.
Živjet ćemo u svemiru
s ničim osim crnih rupa.
Takav svemir će trajati 10 do 100 godina --
puno duže nego je dosada živio.
Budućnost je puno duža od prošlosti.
Ni crne rupe ne traju zauvijek.
Isparit će,
i ostat će nam samo prazan svemir.
Taj prazan prostor traje zauvijek.
Ali prazan svemir zrači,
ima termičke fluktuacije,
i vrti se
u svim mogućim kombinacijama
koje su moguće u praznom svemiru.
Iako svemir traje vječno,
postoji konačan broj stvari
koje se mogu dogoditi u njemu.
Sve se dogode u vremenu
od 10 na 10 na 120 godina.
Evo pitanja.
Prvo: ako svemir toliko traje,
zašto se rađamo
u prvih 14 milijardi godina,
u toplom rumenilu nakon Velikog Praska?
Zašto nismo u praznom svemiru?
Reći ćete, "Tamo ništa ne živi,"
to nije točno.
Mogli bi biti nasumična fluktuacija iz ničega.
Zašto nismo?
Više zadaće za vas.
Ja ne znam odgovor.
Ovo je moj najdraži scenarij.
Ili je tako, bez objašnjenja.
To je činjenica o svemiru
koju trebate naučiti.
Ili Veliki Prasak
nije početak svemira.
Nerazbijeno jaje ima malu entropiju,
ali kad otvorimo frižider
ne kažemo, "Kako iznenađujuće
konfiguracija niske entropije u mom frižideru."
To je zato što jaje nije zatvoreni sustav;
ono dolazi od kokoši.
Možda svemir dolazi iz svemirske kokoši.
Možda nešto prirodno
kroz rast zakona fizike,
rađa svemir kao naš
u konfiguracijama niske entropije.
Ako je to istina, desilo se više puta;
i mi smo dio većeg multisvemira.
To mi je najdraži scenarij.
Tražili su me da završim s odvažnom špekulacijom.
Ona je
da će me povijest opravdati.
Za 50 godina
sve moje lude ideje će prihvatiti
znanstvene zajednice.
Svi ćemo vjerovati da je svemir
dio većeg multisvemira.
Razumjet ćemo što se desilo kod Velikog Praska
teorijom
koju ćemo moći ispitati.
To je predviđanje.
Kao ljudska rasa smo razmišljali
kakav je svemir,
i zašto je ispao ovakav, puno godina.
Uzbudljivo je misliti da bi mogli naći odgovor.
Hvala.
(Pljesak)