K o s m o l o g i j a fizičko i filozofsko gledište

Transcription

1 Matematički fakultet Univerziteta u Beogradu Arbutina Bojan K o s m o l o g i j a fizičko i filozofsko gledište Seminarski rad iz Uvoda u filozofiju Beograd, L A TEX 2ε

2 SADRŽAJ 1 Sadržaj 1 Reč pre 2 2 Fizika Kosmologija i fizika Kosmološki modeli Kvantna kosmologija Matematika Metafizika Kosmologija i filozofija Strela vremena Antropički princip Metafizika Umesto zaključka 18

3 1 REČ PRE 2 1 Reč pre Prihvativši se zadatka da napišem seminarski rad iz filozofije našao sam se u izvesnoj nedoumici. Prema uslovima koje sam si postavio, trebao sam pronaći temu blisku filozofiji, ali i vezanu za astronomiju i fiziku, blisku meni. Prva misao koja mi se javila kao moguća tema bila je kosmologija, ali odmah sam pomislio i na njenu složenost i širinu, i moju nemogućnost da je prikažem u nekoliko kucanih strana. Možda bi bilo bolje odabrati neku konkretniju, manje široku temu? Ipak, čini mi se da nema ničega u tolikoj meri povezanog sa astronomijom, fizikom i filozofijom od kosmologije, tako da sam se nakon nekog vremena predomišljanja konačno odlučio. Naravno, ostao mi je težak zadatak da napišem rad što kraće i sažetije, a opet, da ga učinim što celovitijim. Čitav prikaz kosmologije podelio sam na dva dela. Radi toga potrebno je da odredim fiziku kao nauku čiji je zadatak da što tačnije opiše prirodu. S obzirom na to, za metafiziku sam uzeo ono što metafizika doslovce i znači: iza fizike. Ova podela možda nije baš sasvim ispravna, drugi deo bavi se različitim filozofskim pitanjima, a osim toga, mislim da je nemoguće oštro razgraničiti fiziku i filozofiju, posebno na polju kosmologije. Fizičari kosmolozi vrlo često, osim što nastoje da opišu prirodu kakva nam se ukazuje, pokušavaju i da objasne zašto je takva kakva jeste. Tako i moja metafizika nije potpuno očišćena od fizike, ali i obrnuto. Podela je stoga više uslovna, podred ena formi kaju sam zamislio i nekoj simetriji. U tekstu koji sledi, osim što ću prikazati globalno, ljudsko dostignuće na ovom polju, pokušaću da iznesem i neko svoje mišljenje, ali ću se pri tom uzdržati od velikih zaključaka. Zbog toga ce možda izgledati da postoji više pitanja nego odgovora. A možda i jeste tako.

4 2 FIZIKA 3 2 Fizika 2.1 Kosmologija i fizika Vekovima ljudi noću podižu pogled ka nebu, i podtaknuti prizorom veličanstvenog nebeskog svoda prekrivenog zvezdama, pitaju se o tom, naizgled, beskrajnom svemiru, o njegovim tajnama, zakonima, prošlosti i budućnosti. Kosmologija je upravo odraz te čovekove težnje da objasni (ili bar da si približi) celokupnu prirodu, sve postojeće, u fizičkom smislu, čitav svemir. Ali kosmološka pitanja dovode nas, ili nas vraćaju, i na pitanja o nama samima, o mogućnosti našeg saznanja, razumevanja prirode, i mnogim drugim značajnim filozofskim pitanjima. Ovim pitanjima ponovo ću se vratiti u drugom delu. Ovde, na samom početku odustaću od hronološkog prikaza razvoja kosmologije od njenih početaka, i preći preko njene bliske veze sa filozofijom, da bi što pre došao do onoga što kosmologija znači danas. Danas je njena veza sa fizikom neraskidiva. Možda je ovu povezanost lakše shvatiti preko astronomije. Svaki pokušaj objašnjenja kosmosa kao celine, mora da ide preko astronomije, kosmologija je zapravo na njenom tlu. Kakva je, dakle, veza astronomije sa fizikom? Da bih došao do ove veze, ipak ću morati da se vratim za neko vreme u prošlost, tačnije u XVII vek, doba renesanse, vreme Keplera i Galileja. U to vreme Kopernik je upravo postavio heliocentrični sistem sveta, nasuprot Ptolomejevom geocentričnom, koji je bio opšteprihvaćen vekovima, i postepeno je rasla sumnja u Aristotelovo učenje o nepokretnoj Zemlji kao središtu čitavog svemira. Zahvaljujući obimnom posmatračkom materijalu koji je prikupio njegov prethodnik Tiho Brahe, Johan Kepler došao je do zakona planetnog kretanja i tako postavio na noge nebesku mehaniku. Pre ovih zakona heliocentrični sistem podrazumevao je da se planete kreću oko Sunca po kružnim putanjama što je dovelo do malih neslaganja izmed u računatih i posmatranih položaja planeta i tako dalo argument protiv pobornicima starog sistema. Prvi med u tri Keplerova zakona tvrdio je, med utim, da su putanje planeta elipse, što se u granicama greške slagalo sa posmatranjima. Galileo Galilej pobio je jos jedno Aristotelovo učenje; učenje o sili kao uzroku kretanja. On je jednostavno merio, vršio eksperimente sa telima koja slobodno padaju ili se kotrljaju niz strmu ravan, i pokazao da ovo nije tačno. Nasuprot tome pokazao je da, ako nema uzajamnog delovanja sa drugim telima (sile), tela zadržavaju svoju brzinu nepromenjenom (u specijalnom slučaju miruju, brzina im je nula) i ovu pojavu je nazvao inercijom 1. Tako je Galilej udario temelje mehanike. 1 inercija (lat. inertia) tromost, nepokretnost

5 2 FIZIKA 4 Ono što je zajedničko za ove dve priče je empirizam. Astronomija i fizika su, kao i sve prirodne nauke, po definiciji empirijske (pozitivističke), svoje teorije grade na iskustvu i proveravaju iskustvom, na prirodi i u skladu kako se ona ponaša. Današnja kosmologija upravo teži da bude empirijska nauka. Bitna razlika je u tome što u fizici možemo da eksperimentišemo, kako je to činio Galilej, dok nam u astronomiji i kosmologiji preostaje jedino da posmatramo. U teorijskom pogledu kosmologija je pratila fiziku i tokom dve osnovne etape razvoja: klasične i relativističke (njutnovske i ajnštajnovske). Savremena kosmologija ušla je i u treću, kvantnu etapu svog razvoja; nju ću predstaviti u trećem odlomku. U svom čuvenom delu Philosophiae Naturalis Principia Mathematica Isak Njutn je, koristeći se upravo onim što su uradili Kepler i Galilej pre njega, postavio poznate zakone mehanike (tri Njutnova zakona) i zakon gravitacije F = G M m r 2 Često se može pročitati kako je Njutn zapravo ujedinio zemaljsku i nebesku mehaniku. Njutnov zakon gravitacije nije, med utim, na pravi način primenjen na vasionu kao celinu. Njutn je verovao u apsolutnost prostora i vremena, i opšteprihvaćena kosmološka ideja podrazumevala je vasionu prostorno beskonačnu, večnu i nepromenjivu. Kosmologija je tako ostala na spekulativnom tlu. Iako je iz klasične mehanike proizilazio svojevrstan princip relativnosti (Galilejev princip, Galilejeve transformacije) koji je isključivao apsolutnost prostora, ova ideja se zadržala sve do Ajnštajna (hipoteza o etru). Prema Albertu Ajnštajnu ne samo da nema apsolutnog prostora, već ni apsolutnog vremena, sve je relativno, jedino što je konstantno u vasioni jeste brzina svetlosti (Lorencove transformacije). U opštoj teoriji relativnosti Ajnštajn je zatim izmenio i našu predstavu o gravitaciji; gravitacije je posledica zakrivljenosti prostora oko velikih masa. I opet, teorija se pokazala ispravnom, uspela je da objasni postojeće pojave, ali i dala odred ena predvid anja koja su se pokazala tačnim. Ono sto je bitno istaći jeste da ovo ne znači potpunu neispravnost Njutnove teorije; ona je samo specijalni slučaj Ajnštajnove u oblasti slabih, stacionarnih gravitacionih polja i ovde su njena predvid anja sasvim zadovoljavajuča. Ovo ističem jer se pokazalo da se glavni kosmološki modeli obrad eni u sledećem odlomku, uz odred ene pretpostavke, mogu izvesti i iz klasične teorije. Vladajuće (Njutnovo) mišljenje uslovilo je da veliki teorijski razvoj kosmologije ipak sačeka na Ajnštajna.

6 2 FIZIKA 5 Ovde se povezanost kosmologije i astronomije sa fizikom ne završava, u neku ruku tek počinje. Preostala je vrlo važna praktična, empirijska strana čitavog problema. Primena metoda fotometrije i spektroskopije tokom XIX i XX veka dovela je do revolucije u astronomiji, rodila se astrofizika (mada se o sveprisutnosti fizike u astronomiji, i obrnuto, moze zakljuciti na osnovu svega gore napisanog). Prosto je neverovatno koje sve informacije astronomi uspevaju da izvuku mereći jačinu i proučavajući spektar zračenja koje nam dolazi iz vasione. Sve skupa gledano, bavljenje astronomijom i fizikom pomoglo nam je da shvatimo mnoge stvari. Od središta vasione Zemlja je postala tek jedna planeta koja kruži oko Sunca, zvezde med u milijardama zvezda naše Galaksije, galaksije med u milijardama galaksija u vidljivom nam univerzumu. 2.2 Kosmološki modeli Imanuel Kant med u prvima je izneo ideju da su neke od maglina koje vidimo na nebu, u stvari, zasebni zvezdani sistemi izvan našeg druge galaksije. Edvin Habl je dvadesetih godina ovo i dokazao tako što je izmerio udaljenosti do nekih od njih. Primera radi, nama bliska galaksija M31 (Velika Andromedina maglina) udaljena je oko pc (700kpc) 2 ; za usporedbu do središta naše galaksije ima oko 10kpc, dok nam je najbliža zvezda α Centauri na rastojanju od 1.35pc, što je za naša merila još uvek ogromna udaljenost. Danas znamo za objekte kvazare koji se nalaze na kosmološkim daljinama od više stotina Mpc. Svetlost sa ovih objekata krenula je ka nama pre više milijardi godina, tako da su oni u kosmologiji vrlo značajni jer nam daju informaciju o tome kako se vasiona razvijala tokom istorije. Ali ovde želim da istaknem jednu drugu važnu stvar vezanu za Habla (i kvazare). Naime, Habl je utvrdio da daleke galaksije u svojim spektrima pokazuju tzv. crveni pomak (posledica Doplerovog efekta) do kojeg dolazi usled udaljavanja izvora zračenja. Vazan kosmološki zakon koji govori da je brzina udaljavanja galaksija proporcionalna njihovoj udaljenosti (v = H r, H - Hablova konstanta) danas nazivamo Hablovim zakonom. Ako primenimo kopernikanski princip, da nas polažaj u vasioni ni u kom pogledu nije poseban, jedino ispravno objašnjenje crvenog pomaka bilo bi da se sve galaksije med usobno udaljavaju, odnosno, da se sam svemir širi! Ako se svemir širi, onda je ovo širenje moralo početi iz jednog gustog, veoma toplog stanja, pre nekog konačnog vremena (oko petnaest milijardi godina), i tako je rod ena Teorija Velikog praska. 2 parsek - astronomska mera za daljinu, 1pc 3.26 svetlosne godine km

7 2 FIZIKA 6 Stiven Hoking 3 i Rodžer Penrouz 4 dokazali su da je prema opštoj teoriji relativnosti vasiona (prostor i vreme) odista počela u singularnosti Velikog praska (stanju beskonačne gustine i temperature). Klasična kosmologija tvrdila je da svemir beskonačan u prostoru i vremenu, i stacionaran. Ovo je dovelo do odred enih paradoksa od kojih su najpoznatiji Olbersov, prema kojem bi pod ovim uslovima, uz ravnomernu raspodelu zvezda, noćno nebo trebalo da bude bleštavo kao Sunce, i gravitacioni: kako sistem, u kojem je jedina relevantna sila (gravitacija) privlačna, da ostane stacionaran? Ideja o stacionarnosti bila je toliko privlačna i samom Ajnštajnu da je on, da bi dobio stacionarno rešenje, u svoje jednačine uveo dodatni λ - član, tzv. kosmološku konstantu, koja bi imala odbojno dejstvo i tako uravnotežavala gravitaciju (antigravitacija). Postoji, med utim, jedna stvar zajednička za sve kosmološke modele, jedna polazna pretpostavka koju zovemo kosmološki princip, a koja tvrdi da je vasiona homogena i izotropna, ista u svakoj svojoj tačku i u kom god pravcu pogledali. Polazeći samo od ovih pretpostavki Fridman je došao do nestacionarnog modela u kojem je vasiona prolazila kroz fazu širenja. Postoje tri glavna modela koja se nazivaju Fridmanovim (takod er se pripisuju i Lemetreu) i sva tri počinju Velikim praskom. Prvi, uistinu Fridmanov model, često se naziva zatvorenim jer vasiona u njemu počinje Velikim praskom i završava se Velikim sažimanjem, i geometrija prostora je sferna. Ako bi zamislili da je naš svet dvodimenzionalan čitav svemir bi se mogao predstaviti jednom sferom. Prostor je, dakle, zakrivljen, konačan, ali bez granica, dok je vreme takod e konačno, ali sa svojim granicama, početkom i krajem. U drugom modelu vasiona ce nastaviti večno da se širi, geometrija je hiperbolička, prostor zakrivljeni beskonačan. U trećem modelu, Ajnštajn De Siter-ovom, vasiona će se takod er večno širiti, ali će se ovo širenje postepeno usporavati, prostor je ravan, euklidski, i takod e beskonačan. Koji od modela je ispravan zavisi od srednje gustine mase, odnosno energije u vasioni. Naime, postoji poznata Ajnštajnova tvrdnja o ekvivalentnosti mase i energije, prikazana čuvenom formulom E = m c 2. Ako je ova gustina veća od kritične imamo zatvoren model, u suprotnom slučaju otvoren. Danas još uvek nismo sigurni koje od ova tri rešenja odgovara našem univerzumu. Merenja su pokazala da je srednja gustina svetle materije daleko manja od kritične, ali postavlja se pitanje tamne materije, 3 Stephen W. Hawking [ ] britanski fizičar i kosmolog 4 Roger Penrose [ ] britanski matematičar

8 2 FIZIKA 7 Slika 1: Fridmanovi modeli: (1) zatvoreni model, sferni - prostor je zakrivljen poput sfere; (2) otvorni model, hiperbolički - prostor je zakrivljen kao sedlo; (3) otvoren model (Ajnštajn De Siter-ov), ravan, euklidski prostor. materije koju ne vidimo, ali koja nam otkriva svoje prisustvo gravitacionim delovanjem. Standardni model, opisan nekim od Fridmanovih modela do samog početka vremena i prostora, obično se naziva Toplim Velikim praskom. Postojale su i druge kosmološke teorije koje se nisu zasnivale na Velikom prasku. Najpoznatija je svakako Teorija stacionarnog stanja, Freda Hojla. Med utim, konačna potvrda Velikog praska bilo je Penzijasovo i Vilsonovo otkriće mikrotalasnog zračenja, koje je ranije predvideo Gamov. Ovo zračenje, zračenje rane vasione, koje je potpuno izotropno, pokazalo je da je vasiona nekada bila mnogo gušća i toplija, i homogena. Ovo otkriće možda je najvažnije u istoriji savremene kosmologije. Ipak, ostalo je dosta nerazjašnjenih pitanja u standardnom modelu: dominantnost materije nad antimaterijom, ispravljenost prostora, problem nastanka početnih nehomogenosti koje su dovele do formiranja galaksija; ali i veliki problem singularnosti. Dobar deo odgovora pružio je novi, inflatorni model. Prema ovom modelu postojalo je razdoblje u istoriji vasione, kada se

9 2 FIZIKA 8 ona, u deliću sekunde, raširila do neverovatnih razmera period inflacije. Ovo je uzrokovano narušavanjem simetrije med u fundamentalnim silama (ovome ću ubrzo posvetiti pažnju) što bi stvorilo efekte antigravitacije, slično dejstvu Ajnštajnove kosmološke konstante. Pitanje postojanja kosmološke konstante i njen uticaj na kasniji razvoj vasione dodatno komplikuje analizu. Iako je Ajnštajn kasnije priznao svoju grešku sa λ - članom, mnogi su nastavili rad na ovom pitanju. Neka današnja merenja pokazala su da je ova tamna energija, koja potiče od kosmološke konstante, čak dominantna u odnosu na ostale oblike materije, tako da, ako se ovo pokaže tačno, svemir ne samo da je otvoren, već nas u budućnosti čeka nova inflacija. 2.3 Kvantna kosmologija U dosadašnjem izlaganju zanemario sam drugu veliku fizičku teoriju XX veka, kvantnu teoriju. Ovo je možda razumljivo jer se kvantna fizika bavi pojavama i stvarima mnogo manjim od celokupnog univerzuma (mnogo manjim i od nas samih). Med utim, ako je svemir počeo velikim praskom onda je on u jednom periodu takod e bio vrlo mali i tada su kvantni efekti bili više nego značajni. Kvantna mehanika do temelja je uzdrmala sve naše dotadašnje predstave o prirodi, mnogo jače i od Ajnštajnove teorije. Priroda se pokazala mnogo složenija i mnogo čudnovatija nego što smo mislili, i dala nam do znanja da se ona ne prilagod ava nasim predstavama i našoj logici, već se mi moramo prilagoditi njenoj. Jedna važna stvar u nauci koju je ova teorija potpuno izmenila bilo je determinističko shvatanje prirode. U klasičnoj mehanici, znajući položaj i impuls posmatranog objekta, u nekom trenutku, znali smo njegovu celokupnu prošlost i budućnost. Primenjeno na prirodu, ona je bila vrlo složena, za naše razumevanje, ali potpuno odred ena. Sasvim drugu sliku prirode dale su nam Hajzenbergove relacije neodred enosti x p h 4π, prema kojima tačno poznavanje ovih mehaničkih veličina nije moguće; što tačnije znamo položaj manje znamo o impulsu, i obrnuto. Ovo se pokazalo kao temeljno svojstvo prirode. Ma koliko nam čudno izgledala kvantna mehanika, ona leži u pozadini celokupnog naučnog i tehničkog razvoja u XX veku. Na naučnom planu kvantna mehanika omogućila nam je da prodremo do samih osnova materije. Prema standardnom modelu elementarnih čestica i interakcija postoje dve grupe ovih čestica: leptoni (npr. elektron) i kvarkovi (od kojih su izgrad eni

10 2 FIZIKA 9 Slika 2: Penrouzova kocka pokazuje različite pristupe kvantnoj gravitaciji i uopšte veze izmedju fizičkih teorija, koje se dobijaju iz klasične mehanike ako uzmemo da konstante G (gravitaciona), c 1 (recipročna vrednost brzine svetlosti) i h (Plankova konstanta) imaju nenulte vrednosti. protoni, neutroni i dr. ), kao i čestice nosioci četiri fundamentalne interakcije (sile) u prirodi: jake i slabe nuklearne, elektromagnetne i gravitacione. Medju fizičarima danas postoji uverenje da su sve ove interakcije zapravo različite manifestacije jedne jedine fundamentalne interakcije i ova teorija poznata je kao Teorija unifikacije. Pokušaću ovo da približim jednim jednostavnim primerom. Ako uporedimo matematički izraz za Kulonovu elektrostatičku silu F = k Q q r 2 sa ranije datim izrazom za Njutnovu gravitacionu silu, uočavamo odred ene sličnosti. Ovaj primer nije sasvim odgovarajući, ali neke druge sličnosti - simetrije u fizičkim zakonima (pojam simetrije igra vrlo važnu ulogu u savremenoj fizici) vodile su fizičare do objedinjenja nuklearnih i elektromagnetne sile, i na ovom polju je završen značajan deo posla. Neki elementi ove teorije uspešno su primenjeni na kosmologiju, što je i dovelo do nastanka inflatornog

11 2 FIZIKA 10 modela. Ispostavilo se da je stvar sa gravitacijom mnogo teža. Teorija koja nam nedostaje, a koja je najvažnija za opis i naše razumevanje rane vasione, jeste kvantna gravitacija. Ajnštajnova teorija gravitacije, kojom raspolažemo ima svoj limit, a taj limit ogleda se u singularnosti Velikog praska. Jedna zanimljiva tema, kojoj, nažalost, nemam vremena da se ovde detaljnije posvetim, a koja bi mogla da nam pruži znacajne odgovore na ovom planu, jesu crne rupe. Kod ovih objekata, koji nastaju gravitacionim sažimanjem zvezda do takve gustine da ni svetlost ne moze da ih napusti, takod e, bar po opštoj teoriji relativnosti, imamo posla sa singularnostima. Crne rupe mogle bi tako da nam pomognu da shvatimo i sam Veliki prasak. Ostaje nada da ce kvantna kosmologija (uz pomoč kvantne gravitacije) uspeti da otkloni probleme na koje teoretičari nailaze u modeliranju našeg univerzuma i da će dati odred ena predvid anja koja bi potvrdila njenu valjanost. 2.4 Matematika Postoji nešto što se provlači kroz dosadašnju priču, iako možda nigde nije posebno istaknuto, a to je matematika. Matematika će mi poslužiti kao uvod u sledeći, filozofski deo razmatranja kosmologije. Mislio sam da je ovo opravdano, ako ni zbog čeg drugog, onda zato što u matematici imamo takve stvari kao sto su npr. beskonačnosti. Fizički zakoni, u svojoj suštini možda nam opisuju prirodu, ali oni su nam predstavljeni kao matematičke formule; jezik kojim nam se priroda obraća jeste matematički. Kako je jednom rekao Džins: Veliki arhitekta je, izgleda, bio matematičar. Matematika je uzrok što većina današnjih ljudi ne razume fiziku i fizičare. Teorija relativnosti bila je u velikoj meri matematička teorija, ali kvantna teorija i teorije zasnovane na njoj, koje su usledile, daleko su je premašile u svojoj matematiziranosti. Ni fizičari, med utim, nisu u stanju da matematički reše najveći broj problema koje nam priroda postavlja (već vrše aproksimacije). Iskoristiću priliku da ispričam jednu priču velikog fizičara Ričarda Fejnmena 5, vezanu za ovu temu. Da bi rešio svoje fizičke probleme u trodimenzionalnom prostoru fizičar se obraća za pomoć matematičaru. Med utim, matematičar mu počinje objašnjenje pričom o n-dimenzionom prostoru. Fizičar ga odmah prekida i kaže: Ali ja trebam samo slučaj običnog trodimenzionog prostora. Pa samo zamenite n = 3, bio bi matematičarev odgovor. 5 Richard P. Feynman [ ] američki teorijski fizičar

12 2 FIZIKA 11 Stvar je u tome što fizičara uvek interesuje neki poseban slučaj, a ne apstraktna matematika. Problem je, med utim, što se jadni fizičar obično kasnije vraća matematičaru i pita: Izvinite, šta ste ono pričali za četiri dimenzije?. Fejnmen je ipak verovao da će se krajnji zakoni prirode pokazati jednostavnim, nematematičkim, ali nije zaboravio da napomene da je ovo samo subjektivno osećanje, slično uverenju, koje mnogi imaju, da se u najmanjem deliću ogleda čitav univerzum. Penrouz je, s druge strane, rekao da veruje da se odgovori ipak kriju u matematici. Postoji jedna sjajna ideja Karla Segana u njegovom romanu Kontakt da nakon nekog ogromnog decimalnog mesta u broju π počinju da se red aju samo nule i jedinice, binarni kod u kome je skrivena poruka za bića sposobna da je dešifruju. Veliko pitanje je da li uopšte postoji krajnji zakon prirode i ako postoji da li smo mi sposobni da ga otkrijemo? Fejnman, Hoking i mnogi drugi veliki naučnici verovali su ili veruju da se nalazimo vrlo blizu konačnih zakona, ali postoji isto tako brojno suprotno mišljenje. Možda iza svakog fundamentalnog zakona postoje jos fundamentalniji i možda ne postoji neko jedinstveno pravilo kojem se priroda pokorava; fizika se tako pokaže neiscrpnom, kako je, slično, Gedel pokazao za matematiku (ne postoji konačan skup aksioma i pravila koji bi obuhvatili čitavu matematiku). Pošto je moja glavna tema ipak kosmologija, pokušaću i nju da uvučem u dosadašnju priču. Postoji jedan, krajnje spekulativan kosmološki model koji je postavio Everet, tzv. multiuniverzum, ponikao iz nekih nestandardnih tumačenja kvantne mehanike. Problem koji se postavlja u kvantnoj mehanici je da li i kako bilo koji dogad aj predstavljen verovatnoćom dešavanja postoji nezavisno od nas i našeg merenja (poznati slučaj Šredingerove mačke)? Everetovo rečenje je da postoji beskonačno mnogo svetova i da svakim aktom merenja, prelaskom iz opčte potencijalnosti (verovatnoće) u konkretnu realnost, zapravo biramo jedan od ovih univerzuma. Slobodnije rečeno, svaki nas postupak, pa i samo naše postojanje je kretanje kroz dimenzije takvog jednog multiverzuma. Postoji još ogroman broj kosmoloških teorija potpuno ili delomično zasnovanih na matematici, više ili manje spekulativnih. Prema nekim od njih, možda postoji beskonačno mnogo drugih svetova, svaki sa svojim prirodnim zakonima. U nekima od njih (bar u jednom) postoje bića koja su kao deo kosmosa sposobna da razmišljaju o njemu kao celini, i ovo ih čini realnim. Koliko su i drugi svetovi realni? Matematika stvara u fizici jedan potpuno novi svet svet modela. Neki od ovih modela izgleda opisuju našu stvarnost, ali ne svi. Naš univerzum ponaša se samo po odred enim fizičkim zakonima. Za mene je, zbog toga, fantastična stvar, da su ljudi stvorili jedan sistem mišljenja kakav je matematika, i da se taj skup pokazao daleko većim od onoga što nam je u fizici potrebno.

13 3 METAFIZIKA 12 3 Metafizika 3.1 Kosmologija i filozofija Od vremena kada je nastala, pa do Aristotela, može se smatrati, postojala je samo filozofija. Filozofija je obuhvatala celokupno ljudsko znanje (danas je to teško reći za bilo koju oblast), bila je nauka i više od toga. Tako je i pokušaj objašnjenja prirode i kosmosa (ova dva pojma nikako ne mogu da razdvojim) bio filozofski; ovo je zapravo jedno od prvih filozofskoh pitanja, pa se često i čitav ovaj period antičke filozofije naziva kosmološkim razdobljem. Starogrčka mitologija imala je svoju kosmogoniju 6, po kojoj u početku beše Haos, iz koga kasnije nastade Gea (Zemlja) i od nje postade sve ostalo. Hrišćanska kosmogonija takod e je zasnovana na mitu mitu o stvaranju. Uglavnom sve stare civilizacije imale su svoje mitove o stvaranju, u kojima su postojale odred ene sličnosti i razlike (izuzetak je možda istočnjačka filozofija, blisko povezana sa religijom). Filozofija antike razvija se nasuprot i protiv mita. Značaj i, možda, glavno obeležje antičke kosmologije i filozofije je da na pitanja o prirodi odgovore traže u samoj prirodi. Mnoga učenja antičkih filozofa, poput učenja o vatri, vodi, vazduhu i zemlji kao praelementima svega, danas nam izgledaju naivna, ali mnoga od njih pronaći ćemo i u savremenoj nauci (zamisao o atomima, na primer). Želim upravo da istaknem uticaj koji na nauku (pod naukom, nadalje, podrazumevaću kosmologiju) imaju kako filozofija, tako i sve ostale sfere ljudskog delovanja (baš kao i obrnuto), i to ne samo sadašnje, savremene ideje, već u velikoj meri i one koje pripadaju davnoj prošlosti. Ovaj uticaj može biti pozitivan, ali i negativan. Ovo bi mogla biti jedna kritika nauci kritika njenoj objektivnosti i nezavisnosti. Klasična kosmološka shvatanja, uzmimo, razvijena su pod Njutnovim uticajem. Još ranija geocentrična shvatanja nastala su pod uticajem Aristotela. Geocentrični sistem sveta, mada je znatno ranije pokazao svoje manjkavosti, zadržao se dugi niz godina, jer je bio u skladu sa tadašnjim vladajućim mišljenjem, crkvenim. Slično, crkva je danas prihvatila veliki prasak, bar dotle dok naučnici ne pokušavaju da prodru u samu njegovu suštinu. Možda se tako pokaže da je i naša sadašnja slika sveta pogrešna? Druga kritika nauci, često upućena od strane dela filozofa, odnosi se na njen pozitivizam, i samim tim njenu mogućnost da objasni prirodu, prodre do suštine. Kosmologiji bi, s druge strane, mogli prigovoriti koliko je uopšte pozitivistička, uz obilje matematičkih i filozofskih ideja prisutnih u njoj. Ipak ću, ovde, braniti nauku (bar do odred ene granice). Naša slika sveta 6 kosmogonija (grč. kosmogonǐa) učenje o postanku sveta

14 3 METAFIZIKA 13 možda će se i pokazati pogrešnom, ali ako se i pokaže, moje uverenje je da će to biti, ne na način da će se sve urušiti, već da će se naše dotadašnje znanje, na neki način, uklopiti u novu sliku. Većina primedbi nauci, postaju neosnovane, ako se shvati i prihvati njena ograničenost. Zadatak prirode nauke, kako sam i naglasio za fiziku, u uvodnim recenicama, jeste da opiše prirodu. U fizici se ovo stalno naglašava. Ona ne isključuje pokušaj objašnjavanja i razumevanja, ali ovaj je jednako vredan kao i svaki drugi utemeljen filozofski pokušaj. Teorija gravitacije, na primer, matematički opisuje gravitaciju, ali nam ne kaže šta je zapravo gravitacija (zakrivljenost prostora po teoriji relativnosti, interakcija preko razmene virtualnih čestica prema kvantnoj teoriji polja, ili nešto treće)? Neki fizičari veruju da će fizika jednom kada (i ako) uspe da potpuno opiše prirodu, moći da prodre do njene suštine (ali ovo je verovanje; možemo verovati ili ne verovati). Nauka će nam, sigurno, i u to sam uveren, pomoći da shvatimo svet (makar i delimično). Ovako odred ena nauka ostavlja dovoljno prostora za filozofiju. Kosmologija sadrži u sebi mnoštvo filozofskih tema i pitanja. Sam pokušaj sagledavanja nečega tako apstraktnog kao što je kosmos u celini jedinstva svega postojećeg, je filozofski problem. Da ne govorimo o konkretnijim pitanjima, poput: šta je zapravo Veliki prasak? Kosmologija nas može odvesti do razmišljanja o Bogu, ali i vratiti na razmišljanje o čoveku. 3.2 Strela vremena Jedno od velikih pitanja u kosmologiji je i pitanje prostora i vremena. Pojam prostora nam je, možda, lakše shvatljiv i prihvatljiv, mada će nas dublje razmišljanje i ovde učiniti nesigurnim (još ako uvedemo beskonačnosti, setimo se Abotove priče o zemlji Ravaniji, zaokupimo se mišlju o višim dimenzijama). Vreme ce nam se učiniti još tajanstvenijim, još manje shvatljivim. Postavio sam pitanje o prostoru i vremenu, ali kako sam naveo u prvom delu, teorija relativnosti temeljno je izmenila naša shvatanja o ovim pojmovima. Ona nam je, na kraju, pokazala da su prostor i vreme med usobno povezani, nerazdvojivi, tako da bi se pre moglo govoriti o jednom jedinstvenom prostorvremenu (u kosmologiji velikog praska ističe se da je vreme nastalo zajedno sa prostorom, nema vremena pre prostora). Vratiću se, ipak, vremenu, posebno, jer se naš subjektivni doživljaj vremena bitno razlikuje od doživljavljanja prostora. Jedna razlika jeste da u prostoru možemo da se krećemo u raznim pravcima, dok vreme teče samo u jednom, od prošlosti ka buducnosti (stvarajući nam privid sadašnjosti), i to je ono što se često naziva strelom vremena. Postoje bar tri strele vremena: termodinamička, psihološka i kosmološka.

15 3 METAFIZIKA 14 Slika 3: Hokingov model zakrivljenog prostorvremena. Ako uzmemo samo jednu prostornu i vremensku dimenziju (merenu imaginarnim vremenom) jednu klasu ovih modela mogli bi predstaviti sferom. Veliki prasak i veliko sažimanje su polovi ove sfere. Prema drugom zakonu termodinamike nered ili entropija 7 nekog sistema stalno se povećava (stvari spontano teže od reda ka haosu). Termodinamička strela vremena odred ena je upravo smerom u kome entropija raste. Psihološka strela jeste smer u kome mi doživljavamo protok vremena i ona je odred ena termodinamičkom. Nered se povećava sa vremenom jer mi merimo vreme u smeru u kome se nered povećava. Poslednja, kosmološka strela vremena odred ena je smerom u kome se svemir širi, a ne sažima. Hoking je postavio jedan model vasione koji polazi od zatvorenog modela, ali u kome su uz pomoć kvantne teorije izbegnute singularnosti Velikog praska i Velikog sažimanja. U ovom modelu ne samo što je prostor bez granica, već je to i vreme; prostorvreme obrazuje jednu konačnu, zatvorenu površ. Vasiona je tako zatvorena sama u sebe, samosvojna, nije nastala niti će nestati, već jednostavno postoji! Vasiona počinje jednim stanjem velikog reda, a završava se stanjem opšteg 7 entropija (grč. entropǐa) pretvaranje, sadržina pretvaranja

16 3 METAFIZIKA 15 nereda (usmerena termodinamička strela). Kosmološka strela vremena tokom istorije menja svoj smer, ali samo onda kada se sve tri strele poklapaju moguće je postojanje bića koja su, kao deo vasione, u stanju da se pitaju i proniknu u njegovo ustrojstvo, postojanje nas. 3.3 Antropički princip Kosmološke teorije polaze od raznih principa. Ovi principi, često nedokazivi, ali čini nam se dobro zasnovani, predstavljaju polazne pretpostavke u mnogim kosmološkim razmatranjima. Ranije sam već pomenuo osnovni kosmološki princip, pretpostavku o homogenosti i izotropnosti vasione, kao i kopernikanski princip; da nas položaj u vasioni nije centralan niti specijalan. Postoji, med utim, jedan princip u čijem je središtu čovek, koji je, u neku ruku, u suprotnosti sa ovim poslednjim. Nas položaj ipak jeste poseban; on je omogućio stvaranje života i naposletku intligentnih živih bića poput nas. Suština ovoga, preneta na vasionu kao celinu, predstavlja antropički princip. Antropički princip postavlja pitanje kako na sistem (u ovom slučaju vasionu) utiče prisustvo posmatrača (slično pitanje kao u kvantnoj mehanici). Postoje zapravo dve verzije antropičkog principa: jaka i slaba. U stvari postoji i treća verzija, tzv. trivijalni princip. Trivijalni princip zapravo je deduktivno izvod enje odred enih posledica iz našeg postojanja, na primer, za starost svemira moramo zaključiti da je dovoljna za postojanje oblika života zasnovanih na ugljeniku, za šta je potrebno da tipične zvezde prod u kroz svoj životni ciklus i stvore dovoljno težih elemenata (u termonuklearnim reakcijama). Antropički princip trebao bi, med utim, da nam omogući da iz postojanja čovečanstva induktivno izvedemo odred ene kosmološke posledice. Kako možemo da govorimo o uticaju čoveka na svemir? Mi još uvek ne znamo da li je naš svemir konačan ili beskonačan. Ukoliko je beskonačan, ili pak postoji beskonačno mnogo vaseljena (poput Everetovih ili nekih Lindeovih zamisli) bar negde su se mogli stvoriti uslovi i za naše postojanje. Ne treba, dakle, da nas čudi zašto su uslovi i zakoni takvi kakvi jesu; vasiona je takva kakva jeste jer mi postojimo. Nesto opštije definisana slabija verzija bi glasila: svako objašnjenje vasione kao celine, odnosno nas model vasione mora biti u skladu sa našim postojanjem. Naučnici su više skloni da prihvate slabi antropički princip kada im je potreban. Naše postojanje možda je tek slučajnost, ali oni nastoje da pokažu da je i verovatno (da postoji značajna verovatnoća da se od svih mogućih modela vasiona ostvari baš naša). Sve ovo dovodi do još jednog interesantnog pitanja, a to je: postoji li život negde drugde, neke druge vanzemaljske civilizacije, ili smo zaista jedinstveni i kosmos treba da objasnimo po nama. Ali ja se ovim pitanjem neću baviti. Jaki antropički princip, med utim, kaže: vasiona je takva kakva jeste da

17 3 METAFIZIKA 16 bi mi postojali. Naš nastanak je prema ovome zakon vasione. Vasiona stvara čoveka da bi se pitao o njoj? 3.4 Metafizika Dosadašnjim izlaganjem postepeno sam vodio do teme kojom želim da završim ovo razmatranje: postoji li nešto iza fizike? Na osnovu rečenog u prvom odlomku ovog dela većina bi se složila da postoji, još uvek smo na putu traganja. Fizika danas nije u stanju da nam objasni sve o prirodi, u krajnjoj liniji, ako i dod emo do celovite objedinjujuće teorije (unifikacijom) biće to tek početak objašnjavanja. Preostaće još ogroman posao da osnovu otkrivenih zakona objasnimo prirodne pojave i prirodu u celini, pa čak i tada naše znanje neće biti konačno, tačno odred eno (naučne teorije same nisu dokazive; da ne govorimo još i o ograničenju načela neodred enosti i nemogućnosti matematičkog rešavanja komplikovanih problema koje nam priroda postavlja). Sve ovo podrazumeva da je metafizički deo stvarnosti ograničen i da je fizika u stanju da proširuje svoje znanje na račun metafizike, da postepeno osvaja deo po deo njene teritorije i da će na kraju sve otkriti ili bar asimptotski težiti konačnom razotkrivanju. Ali, šta ako je ova teritorija beskonačna, ma koliko joj oduzimali skrivenog će uvek biti više nego otkrivenog? Šta ako je, nasuprot mom odred enju metafizike, ona nespoznatljiva na ovaj način (ili bilo koji drugi), ako je, ne iza fizike, već s one strane fizičkog ili, možda, skrivena unutar fizičkog. Kako uopšte da govorimo o njoj? Vitgenštajn je rekao: Ono o čemu se ne može govoriti, o tome se mora ćutati. Čini mi se da ne mogu jasno da izrazim svoje misli o ovome, pa ih neću izražavati. Postaviću jedno konkretnije, ako se to može reći, ali stvarno veliko pitanje: postoji li nešto iza prirodnih zakona? Vodi li nas kosmologija do Boga? Prirodni zakoni tako su odred eni, sadrže tačno odred ene fundamentalne konstante prirode koje su omogućile naše postojanje. Da su ovi samo malo drugačiji nas ne bi bilo. Odgovor zašto su zakoni takvi kakvi jesu mogao bi nam dati slabi antropički princip. Neki ce otići još dalje i odgovor potražiti u jakom principu. On nas ne mora, neophodno, odvesti do zaključka o Bogu, ali to će biti prva misao. Zapravo, čitav pogled na kosmos kao celinu je pogled iz Božije perspektive. Postoji još veliki broj pitanja u kosmologiji, veliki broj mesta i trenutaka kada će nam se, izučavajući kosmologiju, učiniti da je jedini zaključak koji možemo izvesti zaključak o Bogu. Mi možemo izbeći stvaranje, otkriti prirodne zakone, objasniti zašto postojimo, ali kako to postojimo? Možemo izvesti zaključak: postojim, dakle, deo sam zakona prirode; ili doći do zaključka da je vasiona samosvojna, da nije stvorena već postoji (kao u Hokingovom modelu), ali suština je upravo u tome, u postojanju. Reći ću još jednu Vitgenštajnovu

18 3 METAFIZIKA 17 misao: Misterija nije u tome kako su stvari došle na svet, već da svet postoji. Nekima se čini bi ovakav bog, koji ostavlja da se stvari odvijaju po zakonima prirode, bio suviše ograničen, daleko od svemogućeg, pa bi s razlogom mogli posumnjati u boga kao Boga. Možda mi nismo u stanju da razumemo smisao svega, da proniknemo u um Boga, da znamo i razumemo veliki plan. Čudni su putevi Gospodnji. A možda mi nismo u stanju da razumemo Prirodu. Možda je priroda zaista samosvojna (šta god to značilo), u svojoj suštini jednostavno neshvatljiva našem umu i našoj logici. Da li je misao o Bogu samo granična misao naše logike, naš beg od stvarnosti? Moram priznati da se moja uverenja i stavovi menjaju, zapravo, variraju (uglavnom pod uticajem pročitanih knjiga). Ponekad sumnjam da čovek uopšte ne može odgovoriti na ovo pitanje. Možete ovo protumačiti (negativno) kao odsustvo stava. Nisam siguran u svoje stavove, ali čovek je nesiguran i oko manje krupnih stvari od ove. Da li su Bog i Priroda zapravo jedno? U SF literaturi (i šire) može se naići na ideju o kosmičkoj svesti. Da li kosmos poseduje neku višu svest; da li je Kosmos (univerzum ili multiverzum) Bog koga tražimo? Postoji nešto još šire od matematičkog sveta modela, o kome sam govorio na kraju prvog dela, svet ideja. Da odem još dalje i pitam: postoji li nešto što ne pripada tom svetu?

19 4 UMESTO ZAKLJUČKA 18 4 Umesto zaključka Razmišljanje o problemima kosmologije ispostavilo se mnogo teže nego što sam na početku mislio. Pod teretom misli, ovde, na kraju, pitam se ima li smisla uopšte nastojati shvatiti kosmos, baviti se kosmologijom? Formalan zaključak koji se može izvesti na osnovu svega rečenog jeste da su fizika i filozofija veoma isprepletene, jedna bez druge teško idu i mogu. Smisao zadatka koji si fizika postavlja nije opisivanje radi opisivanja, već opisivanje radi razumevanja. Potpuno razumevanje je zadatak koji filozofija postavlja već na početku. Ali, da li smo tek na početku ili pri kraju? Postoji li uopšte kraj? Nije li naše nastojanje uzaludno? Zašto se ljudi tada bave ovim pitanjima i zašto sam se ja ovde bavio kosmologijom? Kosmologija je čak ekstremum čitave ove priče, u njoj se velika pitanja sama postavljaju. Pitanja koja su suviše teška. Zato, za početak, nastojanje da samo opišemo kosmos, dovoljno je. Samo nastojanje da opišemo kosmos, dovoljno je teško.

20 LITERATURA 19 Literatura [1] Hawking, Stephen W. A Brief History of Time (Kratka povest vremena), Cambridge, [2] Weinberg, Steven The First Three Minutes (Prva tri minuta), New York, [3] Feynman, Richard P. The Character of Physical Law, Cambridge, Massachusetts, [4] Bondi, Herman Cosmology, Cambridge, 1952.