Prevedeno s njemačkog: Das Universum für Eilige
Naslov originala: Astrophysics for People in a Hurry
Autor: Neil DeGrasse Tyson

Univerzum za čitaoce u žurbi¶

Za one koji nemaju vremena za debele knjige, ali i pored toga imaju interesa za sve što dešava van Zemlje

Sardžaj

Predgovor

1. Najveća priča svih vremena
2. Kako na nebu, tako i na Zemlji
3. Neka bude svjetlost
4. Između galaksija
5. Tamna materija
6. Tamna energija
7. Kosmos u periodnom sistemu elemenata
8. Sve što okruglo je
9. Nevidljivo svjetlo
10. Između planeta
11. Egzoplanet Zemlja
12. Razmišljanja o kosmičkoj perspektivi

Zahvalnica

Registar

Predgovor

U posljednje vrijeme jedva da prođe i sedmica bez nekog otkrića kosmičkih razmjera - među posljednjima, u oktobru 2017, eho gigantske eksplozije dvaju zvijezda udaljenih 130 miliona svjetlosnih godina. Sve veći interes medija počiva na znatiželji javnosti koja želi da sazna još više o prirodnim naukama. O tome svjedoče brojne stvari: prave se televizijske emisije o prirodnim naukama, naučno-fantastični filmovi s poznatim glumcima i zvučnim producentima i režiserima pune kase kino-dvorana, a filmske biografije važnih naučnika postale su žanr za sebe. Festivali nauke, kongresi naučne fantastike i dokumentarni filmovi o nauci izazivaju ogroman interes širom svijeta. I još: u najprofitabilnijem filmu svih vremena radi se o jednoj planeti koja kruži oko jedne daleke zvijezde, a glumica u glavnoj ulozi glumi astrobiologa. Većina grana nauke našeg doba se razvila, ali niti jedna se nije razvila onako kako se razvila astrofizika. A ja mislim da znam zašto. Svako od nas je bar jednom u životu uputio pogled ka noćnom nebu i upitao se: šta sve ovo treba da znači? Kako sve ovo funkcioniše? I gdje je zaista moje mjesto u univerzumu?
Ako ste previše zauzeti da biste upoznavali kosmos kroz stručnu literaturu, dokumentarne filmove ili obrazovne centre za odrasle, ali sve jedno želite jedno kratko, smisleno upoznavanje s tom temom, evo mog prijedloga: Univerzum za čitaoce u žurbi. U ovoj maloj svesci saznaćete sve što biste trebali znati o najvažnijim idejama i otkrićima o univerzumu. Ako sve bude kako treba, uvijek ćete se moći uključiti u razgovor na moju omiljenu temu, a možda vam se otvori i apetit za još.

Najveća priča svih vremena

"Svijet je nastao prije mnogo godina, isprva pokrenut iskonskim silama. Iz tih sila nastalo je sve ostalo." - Lukrecije, 50 N.E.

U početku, prije skoro 14 milijardi godina, sav prostor, sva materija i sva energija zauzimali su prostor manji od trilijarditog dijela tačke koja dolazi na kraju ove rečenice.
Vrelina je bila takva da su se osnovni elementi prirode, koji u potpunosti čine prirodu, stapali u jedinstvenu cjelinu. Još uvijek ne znamo kako je ovaj nezamislivo mali kosmos nastao, ali jedno je jasno: on se mogao samo širiti, i to brzo. Ovo širenje danas nazivamo "Velikim praskom".
Ajnštanova opšta teorija relativiteta iz 1916-te godine osnova je za naša današnja razumijevanja gravitacije, po kojoj prisustvo materije i energije uzrokuje zakrivljenost samog tkanja prostora-vremena. U 1920-tim otkrivena je kvantna mehanika, oblikujući naša razmišljanja o tome šta to je ekstremno maleno: molekuli, atomi, subatomske čestice. No, ove dvije ideje o prirodi su u svojoj formi nespojive. I tako je počela trka fizičara s ciljem da spoje teorije o svemu malenom s teorijama o svemu velikom u jednu, jedinstvenu, koherentnu teoriju kvantne gravitacije. Još nismo dosegli taj cilj, ali bar znamo gdje su neslaganja. Jedno od njih je u "Plankovoj eri" ranog univerzuma. Radi se o vremenskom intervalu između t=0 i t=10 ^-43 sekundi (jedna desetina septiliona jedne sekunde, ili 0,0000000000000000000000000000000000000000001 sekundi ) prije samog početka, i prije no što je univerzum dosegao prečnik od 10 ^-35 metara (jedan stokvintilijarditi dio metra, ili 0,00000000000000000000000000000000001 metara) Njemački fizičar Max Planck, po kom su ove nezamislivo malene količne poznate, godine 1900. uveo je [u fiziku] razmišljanja o kvanitifikovanoj energiji, i tako postao poznat kao otac kvantne mehanike.
Sukob između gravitacije i kvantne mehanike za univerzum našeg doba više ne predstavlja problem u praksi. Astrofizičari koriste metode i alate opšte teorije relativiteta i kvantne mehanike u najrazličitijim oblastima ovih problema. Ali na početku, u plankovoj eri, kada je sada veliko tada bilo još maleno, sumnjali smo da je između ovo dvoje sklopljen ugovoreni brak. Zavjeti izrečeni na toj ceremoniji i dalje vrijede, iako ostaju nepoznati, pa tako i dalje nema (nama poznatih) zakona fizike koji bi bar djelimično pouzdano opisali šta se to tačno događalo u univerzumu tokom ovog perioda.
Bilo kako bilo, pretpostavljamo da se pri kraju plankove ere gravitacija odvojila od do tada ujedinjenih sila prirode, i razvila se u jedan zaseban identitet, kakvim ga naše današnje teorije opisuju. Tokom svog "sazrijevanja" koje je trajalo negdje do 10 ^-35 sekunde, univerzum se nastavio širiti a njegove sile su nastavile slabiti u svim koncentracijama energija. Ono što je preostalo od ujedinjenih primalnih sila, razdijelilo se na "slabe elektro-sile" i "jake atomske sile". Odmah po tom, podijelile su se "slabe elektro-sile" na elektro-magnetne sile i slabe atomske sile. I s tim smo dobili četiri osnovne sile kosmosa, koje svi poznajemo i shvatamo: slabe nuklearne sile opisuju radioaktivno raspadanje atoma, jake atomske sile vežu jezgra atoma, elektro-magnetne sile vežu molekule, a gravitacija povezuje čvrstu materiju.

Od samog početka protekao je svega trilioniti dio sekunde.

U međuvremenu, potpuno neometano nastavila se interakcija između materije u formi subatomskih čestica i energije u formi fotona - čestica bez mase, koje prenose energiju svjetlosti, i mogu istovremeno biti smatrane i talasima i česticama. Univerzum je bio toliko vreo da su fotoni mogli svoju energiju sasvim sponatno pretvarati u parove čestica materije i antimaterije. Oni bi se momentalno međusobno potirali i pretvarali se u energiju u formi novih fotona. Da, zaista postoji i antimaterija. I otkrili smo je mi, a ne pisci naučne fantastike. Ajnštajn je opisao ove čudesne promjene u svojoj najpoznatijoj jednačini= E=mc ². Ona nam na jednostavan način pokazuje koliko energije vrijedi naša materija i koliko materije vrijedi naša energija. Ono c ² je brzina svjetlosti na kvadrat - jedan zapanjujući broj koji nam, kada se pomnoži s masom, pokazuje koliko energije proizilazi iz kretanja. Netom prije, tokom i nakon razlaza jakih od slabih elektro-sila, univerzum je bio jedna uzavrela juha kvarkova, leptona i njihovih rođaka iz antimaterije. Dodatno, bili su to još i bozoni, one čestice koje na prvom mjestu omogućavaju interakcije svih drugih čestica. Niti za jednu od ovih grupa čestica nije se smatralo da se one mogu podijeliti u nešto još manje i elementarnije. Ipak, svaka od njih pojavljuje se u više varijeteta.