George Smoot o ustroju svemira

Mislio sam da bih mogao razmisliti o promjeni vašeg pogleda na svijet, pokazujući vam neka ustrojstva koja nalazimo u prirodi. I tako, imam prvi dijapozitiv koji govori o zori nastanka svemira, a što ja zovem istraživanje kozmičke scene, to jest, promatranje ostataka stvaranja i zaključivanje što se dogodilo na početku, a zatim praćenje toga i pokušavanje razumijevanja istog.

Dakle, jedno od pitanja koje vam upućujem je, kada pogledate oko vas, što vidite? Pa, vidite prostor kojega su arhitekti stvorili a ljudi izgradili, no ono što uistinu vidite je mnogo materijala koji je već i prije bio ovdje, koji je preoblikovan u određeni oblik. Zatim slijedi pitanje: kako je taj materijal dospio ovdje? Kako je dospio u oblik kojega je imao prije preoblikovanja, i tako dalje? To je pitanje što je kontinuitet? Jedna od stvari koje promatram je kako je svemir nastao i kako se oblikovao? Kakav je bio cjelokupan proces stvaranja i evolucije svemira da je uspio doći do ove točke, te imamo ovu vrstu tvari?

Znači takve stvari, pa onda dopustite da krenemo dalje i da vam pokažem Hubble-ovo Ultra Duboko Područje. Ako pogledate ovu sliku, ono što ćete vidjeti je mnogo tame sa ponekim svjetlim objektima u njoj. Četiri od ovih svjetlih objekata su zvijezde, i možete ih vidjeti tamo -- mali plusevi. Ovo je zvijezda, ovo je zvijezda, sve ostalo su galaksije, jasno? Znači tamo je samo nekoliko od tisuća galaksija koje lako možete vidjeti ako ovamo gledate. I kada odaberem posebice ovu galaksiju, koja uvelike sliči našoj, pitam se održava li se na njoj neka konferencija o umjetničkom dizajnu, i ima li tamo inteligentnih bića koji razmišljaju, znate, koji dizajn bi mogli odabrati, i možda tamo ima poneki kozmolog koji pokušava razumijeti odakle je svemir potekao, a možda na toj galaksiji postoji i netko ko promatra našu pokušavajući otkriti što se ovdje kod nas događa.

Međutim, ima mnogo drugih galaksija, a neke su blizu, i imaju sličnu boju Sunca, a neke su udaljenije i malo su plavkaste, i tako dalje. No jedno od pitanja je -- ovo bi moglo biti upućeno vama -- kako to da ima tako mnogo galaksija? Zato što ovo predstavlja veoma jasan dio neba. Ovo je samo 1.000 galaksija. Mi mislimo da ima red veličine -- vidljiv Hubble-ovom Svemirskom Teleskopu, ako imate vremana pregledavati okolo -- od oko 100 milijardi galaksija. Točno? To je veoma veliki broj galaksija. I to je ugrubo i broj zvijezda u našoj galaksiji.

No, ako pogledate na neka druga područja kao ovo, vidjet ćete više galaksija nego zvijezda, što je neka vrsta zagonetke. Pitanje koje biste si trebali postaviti je, koja vrsta dizajna, znate, koja vrsta kreativnog procesa i koja vrsta oblikovanja je stvorila svijet kao što je ovaj? I sada ću vam pokazati, u stvarnosti mnogo je složenije. Pokušat ćemo i odradit ćemo ovo. U stvari, posjedujemo alat koji nam pomaže provesti ovo istraživanje, a to je činjenica da je svemir tako nevjerojatno ogroman da je on u određenom smislu, vremenski stroj. Nacrtali smo niz uklopljenih, prerezanih sfera, tako da vidite. Smjestili smo Zemlju u središte uklopljenih sfera, samo iz razloga jer to je mjesto otkuda obavljamo naša promatranja. Mjesec je samo dvije sekunde udaljen, tako da ako snimite mjesec koristeći običnu svjetlost, to će biti mjesec od prije dvije sekunde, i baš nas briga. Dvije sekunde je skoro kao sadašnjost. Sunce je od prije osam minuta. To i nije tako strašno, zar ne, ukoliko nema sunčanih baklji u trenu kada se spremate na put. Možda biste htjeli dobiti malo prethodnih upozorenja.

Dospijete do Jupitera i on je 40 minuta udaljen. To je već problem. Čuli ste za Mars, problem je komunicirati s Marsom stoga što vam treba vječnost da bi se do njega doprlo. Ali ako odaberete najbližu skupinu zvijezda do najbližih 40 ili 50 zvijezda, treba vam oko 10 godina. Dakle, kad biste snimili što se trenutno događa, to se dogodilo prije 10 godina. No nastavljate i pogledajte središte galaksije, on je tisuću godina udaljen. Ako pogledate Andromedu, koja je nama najbliža velika galaksija, ona je udaljena dva milijuna godina. Ako snimite Zemlju prije dva milijuna godina, tamo neće biti nikakve naznake postojanja ljudi, jer ne mislimo da su još postojali ljudi. Mislim, ovo vam samo daje mjerilo. Sa Hubble-ovim Svemirskim Teleskopom, možemo promatrati stotine milijuna do milijarde godina.

No kad bismo bili sposobni pronaći način kako gledati još i dalje -- ima nekih stvari čak i dalje, i to je ono što sam činio u mnogim mojim radovima, razvijao tehnike -- možemo gledati unatrag u još ranije epohe prije nego su nastale zvijezde i galaksije, unatrag kada je svemir bio vreo i gust i veoma drukčiji. I to je taj slijed, tako da imam veći umjetnički dojam ovoga. Ova galaksija u sredini je Mliječni Put, a okolo njega je Hubble -- u blizini, kao vrsta galaksija, a ovo su sfere koje označavaju različita vremena. A iza toga su neke novije galaksije.

Vidite li cjelovitu ogromnu sliku? Početak vremena je, to je smiješno -- on je izvana, točno? I onda tu je dio svemira kojega ne vidimo jer je on toliko gust i tako vreo, svjetlost ne može pobjeći. To je isto kao što ne možete vidjeti središte Sunca, morate koristiti druge tehnike da biste znali što se događa unutar Sunca. No, zato možete vidjeti rub Sunca, i svemir se ponaša na taj način, i to možete vidjeti. Zatim možete vidjeti kao neku vrstu oblikovanog područja oko izvana, i to je radijacija koja potječe od Velikog Praska, koja je u stvari nevjerojatno ujednačena. Svemir je skoro savršena sfera, no postoje te veoma malene varijacije koje ovdje prikazujemo iznimno preuveličenim. I od njih u vremenskom slijedu ćemo poći od ovih slabašnih varijacija do ovih nepravilnih galaksija i prvih zvijezda do ovih naprednijih galaksija, i mogućih solarnih sustava, i tako dalje.

Znači to je veliki stvaralački posao, no vidjet ćemo kako se stvari odvijaju. Dakle, način na koji su ova mjerila načinjena, postoji niz satelita, i ovo je gdje ćete doći vidjeti. Postojao je COBE satelit, koji je lansiran 1989.g., i otkrili smo ove varijacije. Zatim 2000.g., lansiran je MAP satelit -- WMAP -- i on je načinio ponešto bolje snimke. A onda kasnije ove godine -- ovo je nevidljiva verzija, ona koja u stvari ima neke predivno dizajnirane značajke, i trebali biste pogledati -- satelit Planck će se lansirati, i on će načiniti mape u izuzetno visokim rezolucijama. I to će biti niz kojim razumijevamo sami početak svemira.

I ono što smo primijetili je bilo, vidjeli smo te varijacije, a zatim su nam one otkrile tajne, obje, i o strukturi svemirskog vremena. i o sadržaju svemira, i o tome kako je svemir nastao u svjim prvobitnim pokretima. Tako imamo ovaj snimak, koji je prilično spektakularan snimak, i vratit ću se na početak, gdje ćemo imati poprilično misteriozan proces koji pokreće svemir na početku. I prolazimo kroz period ubrzanog širenja, i svemir se širi i hladi sve dok ne stigne do točke gdje postaje proziran, zatim do Tamne Faze, i zatim nastaju prve zvijezde, i one evoluiraju u galaksije, te kasnije nastaju još proširenije galaksije. I negdje po prilici oko ovog vremena počinje se stvarati naš solarni sustav. I on se razvija sve do današnjih dana. I tu postoje neke spektakularne stvari. Ovaj dio nalik na koš za otpatke, on predstavlja što je sama struktura svemirskog vremena činila za vrijeme ovog perioda. Ovo je prilično čudan model, zar ne? Koje dokaze imamo za to?

Stoga mi dopustite da vam pokažem neke uzorke prirode koji su rezultat ovoga. Uvijek zamišljam svemirsko vrijeme kao stvarnu zakonitost svemira, a galaksije i zvijezde jednostavno kao pjenu na oceanu. One su kao oznake mjesta zanimljivih valova bilo kamo da su otišli. Dakle, ovo je Sloan-ov Digitalni Pretraživač Neba koji pokazuje lokacije milijuna galaksija. Svaka točka ovdje predstavlja neku galaksiju. Teleskop se usmjerava prema nebu, snimi se snimak, prepoznaju se zvijezde koje se zatim odbacuju, promatra se galaksije, procjenjuje se udaljenost, i unosi njihov položaj. i jednostavno unosi putanja kojom se one udaljavaju. I vidi se ova struktura, ova stvar koju zovemo Velikim Zidom, no postoje i praznine i takve stvari, a neke i iščezavaju zato što teleskop nije dovoljno osjetljiv da bi ih registrirao.

Sada ću vam pokazati ovo u 3D tehnici. Ono što se događa, snimite sliku kako se Zemlja okreće, dobijete lepezu preko neba. Postoje neka mjesta koja se ne vide zato što se nalazimo u našoj galaksiji, ili zato što ne postoji teleskop sposoban za to. Dakle, sljedeća slika vam pokazuje trodimenzionalnu verziju ovoga kako rotira oko sebe. Vidite li oblik sličan lepezi koji je preko neba? Sjetite se, svaka točka ovdje je jedna galaksija, i vidite galaksije, znate, kao da su u našem susjedstvu, kao da vidite strukturu. I vidite ovu stvar koju zovemo Veliki Zid, i vidite zamršene strukture, i vidite ove praznine. Ima mjesta gdje nema galaksija, a ima mjesta gdje ima na tisuće galaksija zbijenih u jata, je li tako. Tu je jedan zanimljiv obrazac, međutim nemamo dovoljno podataka da stvarno i vidimo taj obrazac. Samo imamo milijun galaksija, zar ne? Prema tome, kao da držimo milijun lopti u zraku i, što se događa? Postoji još jedno istraživanje veoma slično ovome, koje se zove Prikaz Pogleda na Dvostupanjsko Polje Crvenog Pomaka kod Galaksija.

Sada ćemo proletjeti kroz njih ogromnom brzinom. I svaki puta kada naiđemo na galaksiju -- na toj lokaciji postoji galaksija -- i ako znamo bilo što o galaksiji, što vjerujem da znamo, zato što postoji mjerenje crvenog pomaka i ostalo, stavite na svaku vrstu galaksije i boju, prema tome, ovo je stvarni prikaz. I onda kada ste u središtu galaksije teško je vidjeti obrazac, to je kao da ste u središtu života. Teško je vidjeti obrazac u središtu publike, teško je uočiti obrazac ovoga. Znači, izaći ćemo van i provrtjeti se okolo i pogledati unatrag na ovo. I vidjet ćete, prvo, strukturu prikaza, a zatim će se početi ukazivati struktura galaksija koju vidimo otamo. Dakle, još jednom, možete vidjeti širenje ovoga Velikog Zida galaksija koje se pojavljuje ovdje.

No vidite praznine, vidite složenu strukturu, i kažete, ali, kako se ovo dogodilo? Pretpostavite da ste svemirski dizajner. Kako biste postavili tamo te galaksije u formi kao što je ova? Nećete ih jednostavno nasumično pobacati. Ovdje se radi o mnogo složenijem procesu. Kako ćete obaviti taj zadatak? I tako našli smo se u ozbiljnoj igri. A to je, moramo ozbiljno glumiti Boga, ne samo mijenjati ljudske živote, nego stvoriti svemir, zar ne. Onda, ako vam je tolika odgovornost, kako ćete to obaviti? Koja bi bila tehnika? Na koji način biste to učinili?

No dobro, pokazat ću vam rezultate simulacije veoma velikih razmjera o tome što mislimo kako bi svemir mogao izgledati, koristeći u osnovi, neke principe igara, kao i neke principe stvaranja, koje su načinili ljudi i koje je teško za naučiti, no očigledno priroda zna kako to obaviti od samog početka. Počinjete od veoma jednostavnih sastojaka i nekih jednostavnih pravila, no morate imate dovoljno sastojaka da bi posao završili. I onda dodate malo slučajnosti, nešto nestalnosti i malo nasumičnosti, i dobijete cijelu hrpu različitih izgleda.

Ono što ću učiniti je pokazati vam raspodjelu tvari kao funkciju veličina. Uvećat ćemo, no ovo je samo nacrt onoga što jest. I još moramo dodati jednu stvar da bi svemir ispao kako treba. To je takozvana tamna tvar. To je tvar koja nema međuodnos sa svjetlošću što je tipično za običnu tvar, način na koji svjetlost sija na meni ili na pozornic. Ona je prozirna za svjetlost, no kako biste je vi mogli vidjeti, učinit ćemo je bijelom. Znači, materijal koji je na ovoj slici bijel, je tamna tvar. Trebala bi se zvati nevidljiva tvar, ali mi smo tamnu tvar učinili vidljivom. Tvar koja je ovdje žute boje, je obična vrsta tvari koja se pretvorila u zvijezde i galaksije.

Onda, pokazat ću vam sljedeći film. Znači ovo -- uvećat ćemo. Uočite ovaj uzorak i obratite pozornost na ovaj uzorak. Uvećat ćemo ga još, i još. I vidite da su tu sva ta fina vlakna i strukture i praznine. I kada se određen broj vlakana sakupi u grupicu, one sačinjavaju super grozd galaksija. Ovaj kojega upravo zoomiramo je nešto između 100.000 i milijun galaksija u ovom malom području. Dakle živimo bogu za leđima. Ne živimo u središtu sunčeva sustava, ne živimo u središtu galaksije i naša galaksije nije središte grozda.

Dalje uvećavamo. Ovo je područje koje vjerojatno ima više od 100.000, među milijun galaksija iz onog područja. Nastavljamo uvećavati. Zaboravio sam vam reći omjer. Jedan parsec je 3,26 svjetlosnih godina. Znači jedan gigaparsec je tri milijarde svjetlosnih godina -- to vam je omjer. Dakle, svjetlosti treba tri milijarde godina da prođe tu razdaljinu. Sada smo na udaljenosti negdje između ovdje i ovdje. To je udaljenost između nas i Andromede, jasno? Ove male mrljice koje vidite ovdje, to su galaksije.

Sada ćemo se vratiti natrag s uvećanjem, i možete vidjeti ovu strukturu, koja kada se udaljimo vrlo daleko, izgleda veoma obično, no ona je sačinjena od mnogih neobičnih varijacija. One su samo jednostavni građevni elementi. Postoji vrlo jednostavna tekućina s kojom započinjemo. Posjeduje tamnu tvar, običnu tvar, ima fotone i ima neutrine, koji ne igraju značajniju ulogu u kasnijoj fazi svemira. I tu je jednostavna tekućina i ona, tijekom vremena prerasta u složenu strukturu. I tako, znate kada ste prvi put vidjeli ovu sliku, ona vam nije značila tako puno. Ovdje gledate u preko jedan posto obujma vidljivog svemira i vidite milijarde galaksija, i grozdova, no shvaćate da oni nisu čak niti glavna struktura. Tu je okvir, a njega čini tamna tvar, nevidljiva tvar, koja je tamo kako bi, u stvari, sve skupa držala na okupu.

Onda hajde da proletimo kroz, i vidjet ćete koliko je teže shvatiti sve, kada se nalazite u središtu nečega. Dakle, evo tog istog krajnjeg ishoda. Vidite vlakna, vidite svjetlost je nevidljiva tvar, i žuto su zvijezde ili galaksije koje se ukazuju. Malo ćemo letjeti uokolo, i dalje ćemo letjeti, i povremeno vidite nekoliko presjeka vlakana, i imate velika jata galaksija. Zatim ćemo letjeti gdje je veoma veliki grozd, i možete vidjeti kako on izgleda. Iznutra, ne izgleda veoma složeno, zar ne? Jedino je takav kada ga gledate sa velikim uvećanjem, i istražujete ga, i tako dalje, shvatite da je veoma zamršen, složena vrsta dizajna, zar ne? I ono raste u neku vrstu ceste.

I onda, pitanje je, kako će to teško biti sastaviti, je li tako? Koliko veliku građevinsku ekipu biste trebali da bi ovaj svemir sastavili, zar ne? U tome je kvaka, jesam u pravu? I tako, evo nas. Vidite kako vlakno -- vidite kako se nekoliko vlakana sastaju, da bi izgradili ove super grozdove galaksija. I morate shvatiti, ovo nije kako to u stvari izgleda ako -- prije svega, ne možete putovati toliko brzo, sve bi se izvitoperilo, ali ovo je samo uporaba jednostavnog prikaza i vrsta grafičke umjetnosti. Ovo je kako, ako biste imali milijardu godina za obilazak, moglo bi vam tako izgledati, jasno? I ako biste bili u stanju vidjeti nevidljivu tvar, također.

Znači, pitanje je kako biste sastavili svemir na veoma jednostavan način? Počet ćemo i ostvariti to tako da je cjelokupan vidljivi svemir, sve što vidimo u svim pravcima, sa Hubble-ovim Svemirskim Teleskopom plus naši ostali uređaji, nekad bio područje manje od atoma. Započeo je sa maleckom količinom mehaničkog kolebanja, no šireći se nevjerojatnom stopom. I ta kolebanja su se protegnula do astronomskih veličina, i ta kolebanja danas prepoznajemo u kozmičkom pozadinskom zračenju. I zatim trebamo način kako da pretvorimo ta kolebanja u galaksije i grozdove galaksija i učiniti da ovakve vrste struktura nastave i dalje.

Zato ću vam pokazati manju simulaciju. Ova simulacija je rađena na 1.000 procesora mjesec dana s ciljem da se dobije ova jedna i jednostavna i vidljiva. Pokazat ću vam jednu koja se može otvoriti na desktopu i traje dva dana, na sljedećoj slici. Znači počinjete sa malim kolebanjima kada je svimir bio u ovoj točki, sada četiri puta umanjen, i tako dalje. I počinjete vidjeti ove mreže, ovu kozmičku paučinu stvaranja strukture. A ovo je jedna jednostavna, jer nema običnu tvar nego samo ima tamnu tvar u sebi. I vidite kako se tamna tvar grudva, a obična tvar se jednostavno vuče pored nje otraga. Evo je. Na početku je veoma ujednačena. Kolebanja su jedan dio u 100.000. Ima i nekoliko vrhova koji su jedan dio u 10.000, i zatim nakon milijardu godina, gravitacija jednostavno uvlači.

Ovo je svjetlost nad gustoćom, uvlači okolne tvari. Što uvlači sve više i više tvari. No udaljenosti u svemiru su tako velike i vremenska veličina je toliko velika da mu treba dugo vremena da ovo stvori. I nastavlja se oblikovati sve dok svemir ne dosegne oko polovinu današnje veličine, u smislu svoga širenja. I u toj točki, svemir misteriozno počinje ubrzavati svoje širenje i prekida stvaranje struktura velikih veličina. Znači vidimo toliko veliku strukturu koliku se može vidjeti, i onda jedino stvari koje su se tek počele oblikovati će se oblikovati, i od tada pa nadalje to se nastavlja.

Dakle možemo načiniti simulaciju, no ona traje dva dana na desktopu. Trebamo, znate već, 30 dana na 1.000 procesora da bi pokazali simulaciju koju sam vam maloprije pokazao. I tako imamo ideju kako se ozbiljno igrati, stvarati svemir počinjući s osnovnom tvari manjom od kapljice za oči punoj tvari, i stvoriti sve vidljivo našem oku okolo nas gledajući u svim pravcima, točno?, iz skoro ničega -- to je nešto iznimno sićušno, izuzetno maleno -- i ono je skoro savršeno, izuzev što posjeduje ta malena kolebanja dijelova 1 od 100.000, što završava stvaranjem zanimljivih uzoraka i dizajna koje vidimo, a to su galaksije i zvijezde i tako dalje.

Imamo model, i možemo ga izračunati, i možemo ga koristiti za stvaranje izgleda svemira za kojeg mislimo da stvarno tako izgleda . I taj izgled je na neki način drugačiji od onoga kako smo zamišljali prvobitno da je izgledao. S ovim smo počeli prije 15 godina, sa Istraživačem Pozadinskog Kozmičkog Zračenja -- načinjene su karte, gore desno, koje nam u osnovi prikazuju da su postojala kolebanja ogromnih razmjera, i u stvari kolebanja na nekoliko nivoa. Možete to i vidjeti. Od onda imamo WMAP, koji nam daje veću kutnu rezoluciju. Vidimo iste strukture velikih dimenzija, no vidimo i dodatne strukture malih dimenzija. I na dnu desno je kad se satelit prvrnuo naopačke i mapirao Zemlju, kakvu smo samo kartu Zemlje dobili. Možete vidjeti, mogu se prepoznati glavni kontinenti, no to je to.

No ono što očekujemo kad smo dobili Plancka, imat ćemo rezoluciju skoro jednaku onoj kojom vidite Zemlju tamo, gdje uistinu možete vidjeti složene oblike koji postoje na Zemlji. Isto se može reći, zbog jasnih rubova i načina kako sve pristaje jedno drugom, da postoje i neki nelinearni procesi. Geologija ima takve učinke, a to su pomicanje ploča, i slično. To se može vidjeti iz same karte. Želimo zaključiti u našim kartama ranog svemira možemo li vidjeti ima li bilo kakvih nelinearnih učinaka koji su se počeli odvijati, mijenjati, i koji nam daju nagovještaj o tome kako je samo svemirsko vrijeme stvoreno u samim početnim trenucima. Znači tu smo danas, i to je ono što sam vam htio pružiti da osjetite. Dati vam različit pogled o tome kako izgleda i kako sve ostalo izgleda. Hvala vam. (Pljesak)