Svemir
je zaista ogroman.
Živimo u galaksiji Mlečni put,
u kojoj ima oko sto milijardi zvezda.
I ako uzmete kameru
i uperite je bilo gde ka nebu,
i skinete poklopac,
ako vam je kamera priključena na svemirski telskop Habl,
videće nešto ovako.
Svaka od tih malih mrlja
je galaksija veličine slične našem Mlečnom putu -
sto milijardi zvezda u svakoj od tih mrlja.
Ima oko sto milijardi galaksija
u vidljivom svemiru.
Sto milijardi je jedini broj koji treba da znate.
Starost svemira, između Velikog praska i sadašnosti,
je sto milijardi u psećim godinama.
(Smeh)
Što vam govori nešto o našem mestu u svemiru.
Jedino što možete sa ovom slikom jeste da joj se divite.
Neverovatno je lepa.
Često sam se pitao kakav je to pritisak evolucije
terao naše pretke u Africi da se prilagođavaju i evoluiraju
da bi uživali u slikama galaksije
kada ih nisu imali.
Ali i mi bismo voleli da razumemo to.
Kao kosmolog, želim da se pitam, zašto je svemir ovakav?
Veliki trag koji imamo jeste da se svemir vremenom menja.
Ako pogledate jednu od ovih galaksija i izmerite njenu brzinu,
ona će se udaljavati od vas.
A ako pogledate još udaljeniju galaksiju,
ona će se udaljavati još brže.
Zato kažemo da se svemir širi.
To, naravno, znači da su u prošlosti
stvari bile skupljenije.
U prošlosti, svemir je bio gušći
i takođe, topliji.
Ako sabijete stvari zajedno, temperatura raste.
To nam je nekako logično.
Ono što nije tako logično
jeste da je svemir, u rano doba, blizu Velikog praska
takođe bio vrlo vrlo gladak.
To vas možda ne iznenađuje.
Vazduh u ovoj sobi je vrlo gladak.
Mislite: "Pa, možda su se stvari same izgladile".
Ali stanja blizu Velikog praska su vrlo različita
od stanja vazduha u ovoj sobi.
Tačnije, stvari su bile mnogo gušće.
Gravitacione sile
su bile mnogo jače blizu Velikog praska.
Morate da shvatite
da svemir ima sto milijardi galaksija,
svaka sa po sto milijardi zvezda.
U rano doba, tih sto milijardi galaksija
je bilo sabijeno u prostor ove veličine -
bukvalno, u rano doba.
I zamislite to sabijanje
savršeno izvedeno,
bez nekih malih tačaka
gde ima par atoma više nego negde drugde.
Da je bilo tako, urušili bi se pod gravitacionim silama
u ogromnu crnu rupu.
Održati svemir vrlo glatkim u rano doba
je bio vrlo delikatan zadatak.
To je trag
da rani svemir nje bio nasumično odabran.
Nešto ga je učinilo takvim.
Želeli bismo da znamo šta.
Ludvig Boltcman, austrijski fizičar iz 19. veka,
nam je dao delimično rešenje.
Boltcmanov doprinos je u tome što nam je pomogao da razumemo entropiju.
Čuli ste za entropiju.
To je nasumičnost, nered, haotičnost nekih sistema.
Boltzman nam je dao formulu,
koja je ugravirana na njegovom nadgrobnom spomeniku,
koja zaista objašnjava entropiju.
I u osnovi nam kaže
da je entropija broj načina
na koji možemo da preuredimo delove sistema, tako da ne primetite,
tako da on makroskopski izgleda isto.
Na primer, vazduh u ovoj sobi,
ne primetite njegov svaki pojedinačni atom.
Sklop sa niskom entropijom
je onaj gde postoji samo par takvih uređenja.
Sklop sa visokom entropijom
je onaj gde postoji veliki broj takvih uređenja.
To je uvid od ključne važnosti,
jer nam pomaže da objasnimo
drugi zakon termodinamike -
zakon po kome se entropija povećava u svemiru,
ili u izolovanom delu svemira.
Entropija se povećava jer
jednostavno ima mnogo više načina
da se postigne visoka nego niska entropija.
To je divan uvid,
ali nešto izostavlja.
Usput, uvid da se entropija povećava
objašnjava ono što nazivamo strelom vremena,
razliku između prošlosti i budućnosti.
Svaka razlika
između prošlosti i budućnosti
postoji jer se entropija povećava -
to što se sećate prošlosti, ali ne i budućnosti.
To što se rađamo, živimo i umiremo,
uvek tim redom,
je zato što se entropija povećava.
Boltcman je objasnio da ako se krene od niske entropije,
prirodno je da se ona povećava.
zato što postoji više načina da se postigne visoka entropija.
Ali nije objasnio
zašto je entropija niska na početku.
To što je entropija svemira bila niska
odražava činjenicu
da je rani svemir bio vrlo, vrlo gladak.
Hteli bismo to da razumemo.
To je posao nas kosmologa.
Nažalost, to je problem
kome smo posvetili malo pažnje.
On nije jedna od prvih stvari koje biste čuli
ako biste pitali savremenog kosmologa,
"Koje probleme pokušavamo da rešimo?"
Jedan od ljudi koji je shvatio da je ovo problem
je bio Ričard Fejnman.
Pre 50 godina, održao je niz različitih predavanja.
Držao je popularna predavanja
koja su postala "Lik fizičkog zakona".
Držao je predavanja studentima na Kalteku
koja su postala "Fejnmanova predavanja o fizici."
Držao je predavanja diplomcima na Kalteku
koja su postala "Fejnmanova predavanja o gravitaciji"
U svim tim knjigama, tim nizovima predavanja,
naglašavao je ovu zagonetku:
zašto je rani svemir imao tako nisku entropiju?
I rekao je, neću imitirati akcenat:
"Iz nekog razloga, svemir je u jednom trenutku,
imao vrlo nisku entropiju u odnosu na njegovu energiju,
i od tada entropija se uvećala.
Strela vremena se ne može u potpunosti razumeti
dok se misterija o početku istorijie svemira
ne svede
sa nagađanja na razumevanje".
To je naš posao.
To je bilo pre 50 godina. Vi mislite:
"Sigurno smo do sada shvatili."
Nije istina da smo do sada shvatili.
Problem je postao i teži,
umesto da postane lakši,
jer smo 1998. godine
saznali nešto ključno o svemiru što nismo znali ranije.
Saznali smo da on ubrzava.
Širenje je samo jedna karakteristika svemira.
Pogledajte galaksiju, ona se udaljava.
Pogledajte je opet za milijardu godina,
i udaljavaće se još brže.
Pojedine galaksije ubrzavaju od nas sve brže i brže.
Zato kažemo da svemir ubrzava.
Za razliku od niske entropije ranog svemira,
iako ne znamo odgovor na ovo pitanje,
bar imamo dobru teoriju koja ga objašnjava,
pod uslovom da je tačna,
a to je teorija o tamnoj energiji.
To je ideja da sam prazan prostor ima energiju.
U svakom kubnom centrimetru svemira,
bilo da ima nečega ili nema,
bilo da ima čestica, materije, radijacije ili bilo čega,
ipak ima energije, čak i u samom prostoru.
I ta energija, kako Ajnštajn tvrdi,
gura svemir.
To je trajni impuls
koji je udaljio galksije jednu od druge.
Jer se tamna energija, za razliku od materije ili radijacije,
ne razređuje kako se svemir širi.
Količina energije u svakom kubnom centimetru
ostaje ista,
iako svemir postaje sve veći i veči.
Ovo je od bitnog značaja
za ono što će svemir raditi ubuduće.
Kao prvo, svemir će se večno širiti.
Kada sam ja bio vaših godina
nismo znali šta će svemir uraditi.
Neki su mislili da će se svemir urušiti u budućnosti.
Ajnštajnu se sviđala ta ideja.
Ali ako postoji tamna energija, i ako je trajna,
svemir će se prosto širiti zauvek i uvek.
To traje već 14 milijardi godina,
100 milijardi psećih godina,
ali i beskonačan broj godina u budućnosti.
U međuvremenu, za sve namere i svrhe,
svemir nama deluje ograničeno.
Svemir je možda konačan ili beskonačan,
ali pošto ubrzava,
postoje delovi koje ne možemo da vidimo,
i nikada ih nećemo videti.
Imamo pristup ograničenom delu svemira,
koji je okružen horizontom.
Tako da, iako se vreme večno pruža,
svemir je za nas ograničen.
Na kraju, prazan svemir ima temperaturu.
Sedamdesetih godina Stiven Hoking nam je rekao,
da crna rupa, iako mislite da je crna,
zapravo emituje radijaciju,
kada uzmete u obzir kvantnu mehaniku.
Zakrivljenost vremena i prostora oko crne rupe,
stvara fluktuacije kvantne mehanike
i crna rupa emituje radijaciju.
Jako sličan proračun Hokinga i Garija Gibonsa
je pokazao, da ako ima tamne energije u praznom prostoru,
onda ceo svemir isijava.
Energija praznog prostora
stvara kvantne fluktuacije.
I iako će svemir trajati večno,
i obična materija i radijacija će se razrediti,
uvek će biti neke radijacije,
nekih termalnih fluktuacija,
čak i u praznom prostoru.
Dakle to znači
da je svemir kao kutija gasa
koja večno traje.
Dakle šta to implicira?
Implikacije je proučavao Boltcman u 19. veku.
Rekao je da se entropija povećava
jer postoji mnogo više načina
da svemir ima visoku neko nisku entropiju.
Ali to je izjava o verovatnoći.
Verovatno će se povećati,
i verovatnoća je ogromna.
O tome ne brinite -
da će se vazduh u sobi skupiti u jednom delu i ugušiti nas.
To je vrlo malo verovatno.
Osim ako bi zaključali vrata
i držali nas ovde bukvalno zauvek,
to bi se desilo.
Sve što je moguće
svaki mogući sklop molekula u ovoj sobi,
će se vremenom ostvariti.
Bolcman je rekao, počnimo od svemira
koji je bio u termalnoj ravnoteži.
Nije znao za Veliki prasak i širenje svemira.
Mislio je da je Njutn objasnio prostor i vreme -
da su apsolutni; da jednostavno postoje večno.
Njegova ideja o prirodnom svemiru
je ona gde su molekuli vazduha jednako raspoređeni svuda -
molekuli svega.
Ali ako ste Bolcman, znate da ako dovoljno čekate,
nasumične fluktuacije tih molekula
će ih povremeno dovesti
u sklopove sa niskom entropijom.
I naravno, po prirodnom toku,
oni će se ponovo raširiti.
Nije da se entropija mora uvek uvećavati -
fluktuacije mogu imati nižu entropiju,
organizovanije situacije.
Ako je to tačno,
Bolcman je onda izmislio
dve vrlo savremene ideje -
multiverzum i antropički princip.
On kaže da je problem sa termalnom ravnotežom
što mi ne možemo da živimo u njoj.
Sećate se, sam život zavisi od strele vremena.
Ne bismo mogli da obrađujemo informacije,
razvijamo se, hodamo i pričamo,
da živimo u termalnoj ravnoteži.
Ako zamislite veoma veliki svemir,
beskonačno veliki svemir,
sa česticama koje nasumično naleću jedna na drugu,
povremeno će biti malih fluktuacija u stanjima sa niskom entropijom
koje će se onda ponovo opustiti.
Ali će takođe biti velikih fluktuacija.
Povremeno, nastaće planeta
ili zvezda ili galaksija
ili sto milijardi galaksija.
I Bolcman kaže,
živećemo samo u delu multiverzuma,
u delu tog beskonačno velikog skupa fluktuacija čestica
gde je život moguć.
To je deo gde je entropija niska.
Možda je naš svemir samo jedna od onih stvari
koje se dešavaju s vremena na vreme.
Vaš domaći zadatak
je da dobro razmislite o ovome i šta to znači.
Karl Sagan je jednom rekao,
"da biste napravili pitu sa jabukama,
prvo morate izumeti svemir".
Ali nije bio u pravu.
Po Bolcmanovom scenariju, ako hoćete da napravite pitu sa jabukama,
samo čekate nasumično kretanje atoma
da vam napravi pitu.
To će se desiti mnogo češće
nego da vam nasumično kretanje atoma
napravi voćnjak jabuka
i malo šećera i pećnicu
i onda vam napravi pitu.
Dakle ovaj scenario pravi predviđanja.
A, ona kažu
da su fluktuacije koje nas sačinjavaju minimalne.
Čak i ako zamislite da soba u kojoj smo sada
postoji i da je stvarna i da smo tu,
i imamo ne samo naša sećanja,
već i utisak da napolju postoji nešto
zvano Kaltek i Sjedinjene Države i Mlečni put,
mnogo je lakše da ti utisci nasumično fluktuiraju u vaš mozak
nego da zapravo nasumično fluktuiraju
u Kaltek, Sjedinjene Države i galaksiju.
Dobra vest je
da, stoga, ovaj scenario ne radi, nije tačan.
Ovaj scenario predviđa da bi trebalo da budemo minimalne fluktuacije.
Čak i ako izostavite našu galaksiju,
nećete dobiti sto milijardi drugih galaksija.
A, Fejnman je razumeo i ovo.
Rekao je: "Od pretpostavke da je svet fluktuacija,
sva predviđanja govore,
da ako pogledamo deo sveta koji nismo ranije videli,
on će biti pomešan, a ne kao deo koji smo upravo videli -
visoka entropija.
Ako je naš red posledica fluktuacije,
očekivali bismo red samo tamo gde smo ga već primetili.
Dakle zaključujemo da svemir nije fluktuacija".
To je dobro. Pitanje je onda šta je pravi odgovor?
Ako svemir nije fluktuacija,
zašto je rani svemir imao nisku entropiju?
I voleo bih da vam kažem odgovor, ali nestaje mi vremena.
(Smeh)
Ovo je svemir o kojem vam mi pričamo,
nasuprot svemiru koji zaista postoji.
Upravo sam vam pokazao ovu sliku.
Svemir se širi otprilike proteklilh 10 milijardi godina
Hladi se.
Ali znamo dovoljno o budućnosti svemira
da bismo rekli mnogo više.
Ako tamna energija ostaje prisutna,
zvezde oko nas će potrošiti svoje nuklearno gorivo i ugasiće se.
Urušiće se u crne rupe.
Živećemo u svemiru
u kojem postoje smao crne rupe.
Taj svemir će trajati 10 na 100-ti godina -
mnogo duže od našeg malog svemira.
Budućnost je mnogo duža od prošlosti.
Ali čak ni crne rupe ne traju večno.
One će ispariti
i ostaće samo prazan prostor.
Taj prazan prostor u suštini traje večno.
Ipak, primetićete, pošto prazan prostor emituje radijaciju,
zapravo postoje termalne fluktuacije,
i ciklus se ponavalja;
sve moguće različite kombinacije
stepena slobode koji postoje u praznom prostoru.
Dakle, iako svemir traje večno,
postoji samo ograničen broj stvari
koje mogu da se dese u njemu.
Sve se dešavaju tokom vremenskog perioda
koji iznosi 10 na 10-ti na 120-ti godina.
Dakle, evo dva pitanja za vas.
Prvo: ako svemir traje 10 na 10-ti na 120-ti godina,
zašto se rađamo
u njegovih prvih 14 milijardi godina,
u toplom, prijatnom odsjaju Velikog praska?
Zašto nismo u praznom prostoru?
Možda kažete: "Pa, tamo ništa ne može da živi",
ali to nije tačno.
Možete biti nasumična fluktuacija iz ništavila.
Zašto niste?
Eto vam još domaćeg zadatka.
Kao što rekoh, ja zapravo ne znam odgovor.
Daću vam moj omiljeni scenario.
Ili je to tek tako. Ne postoji objašnjenje.
To je okrutna činjenica o svemiru
koju treba da prihvatite i ne postavljate pitanja.
Ili možda Veliki prasak
nije početak svemira.
Jaje, nepolomljeno jaje, je sklop niske entropije,
a ipak, kada otvorimo frižider,
ne pomislimo: "Kako je čudno da se nađe
ovaj sklop sa niskom entropijom u mom frižideru".
To je zato što jaje nije zatvoren sistem;
nastaje iz kokoške.
Možda svemir nastaje iz svemirske kokoške.
Možda postoji nešto što prirodnim putem,
kroz rast zakona fizike,
stvara svemir poput našeg
u sklopovima niske entropije.
Ako je to tačno, desilo bi se više puta;
bili bismo deo mnogo većeg multiverzuma.
To je moj omiljeni scenario.
Organizatori su me zamolili da završim sa hrabrim nagađanjem.
Moje hrabro nagađanje
je da će me istorija potpuno opravdati.
I da će za 50 godina,
sve moje lude ideje biti prihvaćene kao istine
od strane naučnih i ostalih udruženja.
Svi ćemo verovati da je naš mali svemir
samo mali deo mnogo većeg multiverzuma.
I još bolje, razumećemo šta se desilo sa Velikim praskom
u pogledu teorije
koju ćemo moći da poredimo sa opažanjima.
To je predviđanje. Možda grešim.
Ali razmišljali smo kao ljudska rasa
o tome kakav je bio svemir,
zašto je postao i ostao kakav jeste tokom mnogo, mnogo godina.
Uzbudljivo je pomisliti da ćemo jednom konačno saznati odgovor.
Hvala vam.
(Aplauz)