Sveiki, seniai kažką čia skaitę. Pastaruoju metu tikrai mažai rašau. Tam yra dvi priežastys. Pirmoji, banalioji – trūksta laiko. Antroji, ne tokia banali – pradėjus doktorantūrą, mano fizikinės mintys darosi vis labiau specializuotos ir kažką pasakoti mokslapopuliariškai būtų sudėtinga, kai reikėtų penkiolikos įžangų, po kurių greičiausiai neįdomu pasidarytų net ir tiems, kurie jas skaitė. Bet idėjų, apie ką galbūt galėčiau ar norėčiau parašyti, tikrai yra. Tad šiandien va apie vieną tokį dalyką.

Pavadinimas turbūt suintrigavo, ar ne? Turiu nuvilti – čia rašysiu tik apie tai, kaip žmonės galvojo apie Visatą, kol nebuvo įsitvirtinusi Didžiojo sprogimo teorija. Apie tai, kokios hipotezės keliamos dėl kažko, kas galbūt galėjo egzistuoti iki paties Sprogimo, gal kada kitą kartą… Tiesa, pabaigoje dar parodysiu kvailiausią grafiką mokslo istorijoje, taigi skaitykite atidžiai ;)

Tai, kad mūsų Žemė nėra vienintelis akmuo visame danguje, sugalvojo jau senovės graikai. Aišku, jie to dar negalėjo patikrinti, nes neturėjo teleskopų. Išradus pastaruosius, buvo suvokta ir kad Mėnulis ne iš sūrio padarytas, ir kad Marsas bei kitos planetos yra į Žemę bent kažkiek panašūs rutuliai. Vėliau buvo išsiaiškinta ir tai, kad žvaigždės tikrai nėra prikabintos prie krištolinių sferų, o juda, kad ir labai lėtai. XVIII amžiuje keli protingi dėdės ėmė į dangaus stebėjimus žiūrėti šiek tiek rimčiau ir pradėjo kurti katalogus. Viename iš tų katalogų prancūzas Mesjeras (Messier) aprašė 109 ryškiausius „ūkus“. Jo katalogą kiek vėliau dar 5000 objektų papildė Heršelis (Herschel). Dvidešimtojo amžiaus pradžioje buvo nustatyta, kad dauguma tų ūkų iš tikro yra gerokai toliau nuo mūsų, nei tolimiausi kiti Paukščių Tako objektai. Padaryta stebėtinai novatoriška išvada, kad Paukščių Takas nėra vienintelė galaktika.

Kai žmonės suprato, jog nepavyko būti centru ir dar vienoje erdvėje (anksčiau žmonija buvo „išmesta“ iš Žemės centro, Saulės sistemos centro bei Galaktikos centro, o dabar ir Galaktika tapo nebe Visatos centru), sekė tolimesni tyrinėjimai ir aiškinimaisi, kaip atrodo Visatos sandara. Atsirado astrofizikos šaka kosmologija. Edvinas Hablas (Edwin Hubble) 1929-aisiais nustatė, kad toli nuo mūsų esančios galaktikos vis tolsta, ir kuo toliau jos yra, tuo greičiau bėga tolyn. Maždaug penkias minutes po to buvo galvojančių, kad mūsų Galaktika visgi yra Visatos centre, nes galaktikos nuo jos tolsta visomis kryptimis. Bet įjungus smegenis netruko paaiškėti, kad toks vienodas judėjimas visomis kryptimis matytųsi nepriklausomai nuo to, kuriame Visatos taške būtume, o Visatos plėtimasis jokio centro neturi. Beje, įdomu yra tai, kad stebėjimai, kuriais remadamasis Hablas padarė šį atradimą, visiškai neparodė to, ką dabar vadiname Hablo plėtimusi arba Hablo tėkme (Hubble expansion arba Hubble flow), o tik galaktikų judėjimą vietinėje grupėje, bet iš principo tas atradimas teisingai nusakė tolimų galaktikų judėjimą.

Vis gerėjant stebėjimų duomenims, buvo pradėtos kurti ir teorijos, kodėl Visata plečiasi. Greitai išryškėjo dvi, prieštaraujančios viena kitai. Pirmoji, kurį laiką įsitvirtinusi mokslo pasaulyje, vadinasi „nuolatinio būvio Visata“ (steady-state Universe). Pagal tokį modelį, Visata visą laiką iš esmės buvo tokia, kaip dabar. Galaktikų tolimą viena nuo kitos kompensuoja tuščioje erdvėje atsirandantys protonai, kurie formuoja naujas galaktikas. Protonų šaltiniai buvo pasiūlyti du – didelės energijos fotonų susidūrimai arba vakuumo energijos statistiniai svyravimai. Į šių metodų detales nesigilinsiu, užteks pasakyti tik tiek, kad jie abu susiję su kvantine mechanika ir nei vienas negalėjo sukurti tiek dalelių, kiek reikėtų, kad besiplečiančios Visatos tankis liktų pastovus. Be to, jei protonai būtų taip nuolat gaminami ir grupuotųsi į galaktikas, tokių pusiau susiformavusių galaktikų turėtų matytis daug visomis kryptimis ir netoli nuo mūsiškės. Tačiau iš tiesų besiformuojančių galaktikų netoliese beveik nematyti, didžioji jų dalis yra labai toli (tai kartu reiškia, kad galaktikos formavosi kažkada praeityje, o dabar formuojasi gerokai lėčiau).

Tvirtai paneigti nuolatinio būvio Visatos modelį prireikė ne vienerių metų, tad kurį laiką tai vis dėlto buvo įtikinamiausia hipotezė. Vis dėlto dalis mokslininkų lygiagrečiai vystė kitą, Didžiojo sprogimo teoriją. Pasak jos, Visata plečiasi todėl, kad kažkada atsirado iš labai mažo labai didelio tankio objekto. Tas atsiradimas – Didysis sprogimas – paaiškintas nebuvo, tačiau teorija pateikė keletą svarbių spėjimų, kurie leido ją patikrinti. Vienas iš tų spėjimų buvo tas, kad Hablo diagrama, parodanti objektų tolimo greičio priklausomybę nuo atstumo, turėtų būti ne visiška tiesė, nes Visata ne visą laiką plėtėsi vienodu greičiu, o kaip tik seniau plėtėsi greičiau (dabar žinoma, kad seniau ji plėtėsi lėčiau, bet aš čia ne apie tai). Kitas spėjimas – kažkada praeityje Visata buvo tokia karšta, kad visa materija buvo jonizuota ir fotonai laisvai lakstyti negalėjo, o dažnai trankydavosi į elektronus bei protonus (arba helio bei ličio branduolius). Šitas trankymasis reiškia, kad ankstesnio laiko, nei jonizacijos laikotarpio pabaiga, pamatyti neįmanoma – visi informaciją iš tada nešę fotonai buvo absorbuoti arba jų trajektorijos iškraipytos. Šios „jonizacijos užuolaidos“, arba paskutinės sklaidos paviršiaus (surface of last scattering) atspindžius turėjo būti įmanoma aptikti pakankamai jautriais teleskopais. 1948-aisiais metais buvo suformuluotas šitoks spėjimas ir netgi nustatyta galima tuščios erdvės temperatūra – 5 laipsniai Kelvino skalėje (po kelių metų ta temperatūra perskaičiuota į 28 kelvinus). Buvo pradėti rašyti prašymai suteikti galimybių atlikti stebėjimus žemos energijos (infraraudonųjų spindulių, mikrobangų bei radijo) teleskopais, siekiant šitai aptikti.

Kurį laiką šitie pasiūlymai, pateikti Gamovo (Gamow), Alferio (Alpher) ir Hermano (Herman), nieko ypatingai nedomino, tad ir visa teorija nusmego užmarštin. Tik septintojo dešimtmečio pradžioje ją iš naujo sukūrė ir senus spėjimus atrado, atitinkamai, Robertas Dikė (Robert Dicke) ir Jakovas Zeldovičius (Яков Зельдович). Buvo rasta pinigų ir pradėtas statyti radijo teleskopas, kuris būtų skirtas būtent šitos spinduliuotės aptikimui. Visgi pastatyti to teleskopo nespėta, nes spinduliuotę visiškai netikėtai 1965-aisiais atrado Arno Penzijas (Arno Penzias) ir Robertas Vilsonas (Robert Wilson) – du jauni mokslininkai, bandę atlikti detalius radijo bangų šaltinių stebėjimus. Kalibruodami savo teleskopą, jie pastebėjo, kad iš kažkur atsiranda gana silpnas triukšmas, neišnykstantis net nuvalius balandžių išmatas nuo antenos. Užsiminus apie šį reiškinį, netrukus jie buvo supažindinti su Dike, kuris iškart suprato, jog tai ir yra kosminė mikrobangė spinduliuotė.

Šis atradimas sužadino susidomėjimą kosmologija ir leido Didžiojo sprogimo teorijai tapti dominuojančiu kosmologiniu modeliu. Savaime suprantama, teorija buvo daug kartų pildoma ir taisoma, bet pagrindiniai jos teiginiai išliko beveik nepakitę. Kosminė mikrobangė spinduliuotė taip pat buvo tyrinėjama vis detaliau. Nustatyta jos temperatūra – 2.725 kelvino – bei tos temperatūros svyravimai, kurių dydis tesiekia kelis mikrokelvinus. Taip pat nustatyta, kad spinduliuotės spektras yra tiksliausias realiai egzistuojantis juodojo kūno spektras. Maždaug prieš metus darbą baigė Vilkinsono mikrobangų anizotropijos zondas (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP), penkerius metus labai detaliai fotografavęs visą dangaus skliautą ir nustatęs nedidelius svyravimus šiaip beveik vienodoje mikrobangio fono temperatūroje. Šiemet paleistas Planko kosminis teleskopas, iš antrojo Lagranžo taško stebėsiantis tą patį foną, tik žymiai tiksliau ir smulkiau, nei WMAP.

Du geriausiai žinomi WMAP rezultatai yra šitas paveiksliukas, parodantis foninės spinduliuotės temperatūrą įvairiose dangaus srityse, bei žadėtasis kvailiausias įmanomas grafikas, kurį matote žemiau.

Jūs paklausite, kas čia tokio kvailo? Pirmiausia paaiškinsiu, kas šitame grafike parodyta. Ta kreivojanti linija nurodo, kaip stipriai svyruoja vidutinė įvairaus dydžio dangaus gabaliukų foninės spinduliuotės temperatūra, lyginant su jos viso dangaus vidurkiu. Nieko nesupratote? Gerai, aiškinu truputį detaliau: tarkime, paimame danguje kažkokį tašką. Tada aplink jį brėžiame vieno laipsnio spindulio apskritimą ir randame vidutinę temperatūrą apibrėžtame plote. Padarome tą patį su daugybe kitų taškų, kad tokiais apskritimais pilnai uždengtume (geriau – keletą kartų) visą dangų. Susikaičiuojame, kiek vidutiniškai tų apskritimukų temperatūra skiriasi nuo 2.725 kelvinų (tiksliau sakant, skaičiuojame, kiek skiriasi temperatūrų kvadratai, nes kitaip skirtumas taps lygus nuliui dėl to, kad vienur temperatūra bus teigiama, o kitur – neigiama). Padarome tokius skaičiavimus, braižydami įvairių spindulių apskritimus. Tada visa tai sudedame į grafiką.

Bet o tai kur kvailumas? O jūs pažiūrėkite į skalę viršuje arba apačioje. Skalė viršuje yra, atrodytų, visiškai atsitiktinai sudėlioti skaičiai. Skalė apačioje gal panašesnė į kažką protingo, bet vėlgi – ji nėra nei tiesinė, nei logaritminė. Ji parinkta taip, kad paveiksliukas atrodytų „gražiai“. Na, bent jau jokio kito pateisinimo šitokiam padalų išmėtymui nesurandu. Bet būtent šitoks grafikas yra rodomas visur, kur tik įmanoma. Man tai atrodo mažų mažiausiai keista. Na bet ką jau padarysi – net ir toks būdamas, šitas grafikas yra vertingas. Bet apie jo vertingumą galbūt kitą kartą šiek tiek papasakosiu.