Niell De Grasse Tayson - Astrofizika Za Ljude U Zurbi-pdf

. Koja je priroda prostora i vremena? Kako se mi uklapamo u svemir? Kako se svemir uklapa u nas? Na ta će vam dubokoumna pitanja najbolji odgovor dati poznati astrofizičar i autor brojnih uspješnica Neil de Grasse Tyson. Malo je danas onih koji imaju dovoljno vremena za razmišljanje o svemiru. Zato Tyson sažeto i jasno te s mnogo humora svemir približava Zemlji u lako savladivim poglavljima koja se mogu čitati na bilo kojem mjestu i u bilo koje vrijeme dana prenatrpanog obvezama. Dok čekate na jutarnju kavu, autobus, vlak ili avion, Astrofizika za ljude u žurbi ponudit će vam sve potrebno da se sprijateljite s osnovnim astrofizičkim pojmovima: od Velikog praska do crnih rupa, od kvarkova do kvantne mehanike, te od potrage za ekstrasolarnim planetima do potrage za životom u svemiru.

Astrofizika za ljude u žurbi Neil deGrasse Tyson . Naslov izvornika: Neil de Grasse Tyson: Astrophysics for People in a Hurry

.

Za sve koji nemaju vremena za debele knjige, a ipak žele znati više o svemiru

Sadržaj Astrofizika za ljude u žurbi PREDGOVOR 1. Najveća ikad ispričana priča 2. Kako na Zemlji, tako i na nebu 3. Neka bude svjetlost 4. Između galaktika 5. Tamna tvar 6. Tamna energija 7. Svemir na pladnju 8. Biti okrugao 9. Nevidljiva svjetlost 10. Između planeta 11. Egzoplanet Zemlja 12. Razmišljanjao kozmičkoj perspektivi ZAHVALE KAZALO

PREDGOVOR Posljednjih godina ne prođe gotovo ni tjedan bez vijesti o nekom svemirskom otkriću koje zaslužuje pojaviti se na naslovnicama. Premda su se mediji počeli zanimati za svemir, to što se o njemu češće govori vjerojatno je ipak posljedica sve veće iskrene gladi javnosti za vijestima iz znanosti. Mnogo je dokaza za to, od vrlo gledanih televizijskih popularnoznanstvenih emisija do uspjeha znanstvenofantastičnih filmova s velikim glumačkim zvijezdama koje na filmskom platnu predstavljaju proslavljeni producenti i redatelji. A u posljednje su vrijeme biografski filmovi o glasovitim znanstvenicima gotovo postali žanr za sebe. Diljem svijeta sve je veći interes i za festivale znanosti, okupljanja ljubitelja znanstvene fantastike i televizijske znanstvene dokumentarne. Film koji je donio najveću zaradu u povijesti snimio je poznati redatelj koji je svoju priču smjestio na planet koji kruži oko daleke zvijezde. A u njemu glasovita glumica glumi astrobiologinju. Premda su u današnje vrijeme popularnost stekle gotovo sve znanstvene discipline, astrofizika se neprestano pojavljuje na vrhu ljestvica. Mislim da znam zašto je tako. Svatko je od nas u nekome trenutku pogledao u noćno nebo posuto zvijezdama i pomislio: Sto sve to znači? Kako to funkcionira? I koje je moje mjesto u svemiru? Ako ste previše zaposleni i ne stignete odlaziti na predavanja o svemiru, čitati o njemu knjige ili gledati dokumentarne a želite sažet ali znanstveno čvrsto utemeljen uvod u to područje, nudim vam ovu Astrofiziku za ljude u žurbi. U ovoj knjižici nudim vam osnovne spoznaje o svim glavnim idejama i otkrićima vezanim za suvremeno razumijevanje svemira. Ako mi je to pošlo za rukom, moći ćete razgovarati o području kojim se bavim, a možda ćete zaželjeti i više.

.

Svemir nije dužan biti smislen .— NDT

1. Najveća ikad ispričana priča Svijet postoji mnogo godina, a jednom ga je nešto pokrenulo. Iz toga slijedi sve ostalo. LUKRECIJE, OKO 50. G. PR. KR. U početku, prije gotovo četrnaest milijardi godina, sav prostor i energija u poznatome svemiru bili su sažeti u volumenu manjem od bilijuntinke točke kojom završava ova rečenica. Bilo je tako vruće da su sve temeljne prirodne sile koje zajedno tvore svemir bile sjedinjene. Premda još ne znamo kako je nastao, taj se sićušni svemir mogao samo širiti. Brzo. U događaju koji danas nazivamo Veliki prasak. Einsteinova opća teorija relativnosti, postavljena 1916., ponudila je suvremeno razumijevanje gravitacije (sile teže), prema kojoj prisutnost tvari (materije) i energije zakrivljuje tkanje prostora i vremena koji ga okružuju. Dvadesetih godina 20. stoljeća bit će otkrivena kvantna mehanika, zaslužna za današnje viđenje svega što je vrlo sitno: molekula, atoma i subatomskih čestica. Međutim, te dvije spoznaje o prirodi formalno nisu uskladive, pa je fizičare to potaknulo na utrku da teoriju sitnoga i teoriju velikoga povezu u jedinstvenu skladnu teoriju kvantne gravitacije. Nismo u tom nastojanju još stigli do cilja, ali točno znamo gdje se nalaze najveće prepreke. Jedna od njih nalazi se u »Planckovoj eri« ranoga svemira. Riječ je o intervalu vremena između trenutka t — 0 do t — 1043 sekunde (deset milijunti bilijunti bilijunti bilijunti djelić sekunde) poslije početka svemira, prije nego što mu se promjer povećao na 1035 metara (stotinu milijardi kvadrilijuna puta manje od metra). Njemački fizičar Max Planck, po kojem se te nezamislivo male jedinice vremena i duljine nazivaju, uveo je ideju o kvantiziranoj energiji 1900. godine i općenito ga smatramo ocem kvantne mehanike.

Sukob između gravitacije i kvantne mehanike ne predstavlja praktičan problem za razumijevanje današnjega svemira. Načela i alate opće relativnosti i kvantne mehanike astrofizičari primjenjuju na vrlo različite vrste problema. Ali u početku, tijekom Planckove ere, veliko je bilo malo, a mi slutimo da je među njima morao postojati svojevrstan prisilni brak. Nažalost, zavjeti razmijenjeni pri obredu nisu nam poznati, pa zato ni jedan (poznati) zakon fizike ne opisuje pouzdano kako se svemir u tom razdoblju ponašao. Ipak, smatramo da se do završetka Planckove ere gravitacija uspjela iskobeljati iz zagrljaja drugih, još sjedinjenih prirodnih sila, i postigla neovisnost koju tako lijepo opisuju danas prihvaćene teorije. Kad je svemir ostario više od 1035 sekundi nastavio se širiti i pritom smanjivao gustoću sve energije, a ono što je preostalo od sjedinjenih sila raspalo se na »elektroslabu« i »jaku nuklearnu« silu. Još kasnije elektroslaba sila razdvojila se na elektromagnetsku i »slabu nuklearnu« silu otkrivajući nam tako dobro poznate četiri sile: slaba sila nadzire radioaktivni raspad, jaka sila povezuje atomsku jezgru, elektromagnetska sila spaja molekule, a gravitacija spaja materiju općenito.

Od početka svemira prošla je bilijuntinka sekunde.

Sve to vrijeme nije prestajalo međudjelovanje tvari u obliku subatomskih čestica i energije u obliku fotona (prenositelja svjetlosne energije bez mase koji su istodobno i čestice i valovi). Svemir je bio dovoljno vruć da fotoni svoju energiju spontano pretvaraju u parove čestica tvari i antitvari koji su se odmah međusobno poništili, vraćajući svoju energiju natrag fotonima. Da, antitvar je stvarna. I otkrili smo je mi znanstvenici, a ne pisci znanstvene fantastike. Te preobrazbe posve opisuje Einsteinova glasovita jednadžba E — mc2, recept koji nam istodobno pokazuje koliko energije ima u tvari i koliko se tvari može dobiti od energije. Vrijednost c2 je brzina svjetlosti na kvadrat — golem broj koji nas, kad se pomnoži s masom, podsjeća na to koliko se energije dobiva takvom pretvorbom.

Neposredno prije, tijekom i nakon što su se jaka i elektroslaba sila razdvojile, svemir je bio kipuća juha kvarkova, leptona i njihovih antimaterijskih blizanaca, a tu su bili i bozoni, čestice koje im omogućavaju interakcije. Za sve spomenute obitelji čestica smatra se da se ne mogu dijeliti u manje ili temelj nije, iako svaka ima nekoliko inačica. Običan foton je član obitelji bozona. Za laike najpoznatiji lepton je svakako elektron i, možda, neutrino, a najpoznatiji kvarkovi su... pa, najpoznatijih kvarkova zapravo i nema. Svaka od šest podvrsta dobila je apstraktno ime koje ne služi nikakvoj stvarnoj filološkoj, filozofskoj ih pedagoškoj svrsi,! osim da ih međusobno razlikujemo: gornji i donji, strani i čarobni, ljepota/pridneni i istina/vršni. Kad smo već kod toga, kažimo da su bozoni nazvani po indijskom znanstveniku Satyendri Nathu Boseu. Riječ »lepton« ima korijen u grčkoj riječi leptos, koja znači »lak« ili »malen«. »Kvark«, s druge strane, ima mnogo zanimljivije književno podrijetlo. Fizičar Murray Gell-Mann, koji je 1964. predložio postojanje kvarkova kao osnovnih sastojaka neutrona i protona i koji je u to doba smatrao da obitelj kvarkova ima samo tri člana, ime je pronašao u karakteristično nerazumljivoj rečenici iz Finneganova bdijenja Jamesa Joycea: »Tri kvarka za gospara Marka!« Jedna činjenica govori u prilog kvarkova: sva su im imena jednostavna — nešto za što kemičari, biolozi, a osobito geolozi nisu sposobni kad smišljaju nazive u svojim područjima. Kvarkovi su vrlo čudne zvjerčice. Za razliku od protona, koji imaju električni naboj od +1, i elektrona, s nabojem -1, kvarkovi imaju trećinske naboje. Usto, kvarka nikad nećete uhvatiti sama, uvijek se čvrsto drži za susjede. Zapravo, što ih više pokušavate razdvojiti, sila koja drži na okupu dva ili više kvarkova postaje sve jača — kao da su povezani svojevrsnom subatomskom gumenom vrpcom. Razdvojite li ih dovoljno, vrpca će puknuti, pohranjena energija pozvat će se na jednadžbu E — mc2 i na svakome će kraju stvoriti novi kvark, pa ćete se naći točno ondje odakle ste krenuli. Tijekom kvarkovsko-leptonske ere svemir je bio dovoljno gust da prosječna udaljenost između nevezanih kvarkova bude jednaka udaljenosti sparenih. Vezu susjednih kvarkova nije se u takvim uvjetima moglo jednoznačno odrediti, pa su se slobodno kretali usprkos činjenici da su svi bili međusobno povezani. Takvo stanje materije, svojevrstan kvarkovski kotao, prvi je put 2002. spomenula skupina fizičara iz Nacionalnog laboratorija

Brookhaven na Long Islandu u američkoj saveznoj državi New York. Čvrsti teorijski dokazi nameću zaključak da je u epizodi iz vrlo ranoga svemira, možda tijekom nekog razdvajanja sila, svemir postao neznatno asimetričan i čestice tvari malo su nadmašile broj čestica antitvari: na milijardu čestica antitvari postojala je milijarda i jedna čestica tvari. Tu malu razliku u populaciji materije i antimaterije nitko ne bi mogao zamijetiti zbog stalnog nastajanja, uništavanja i ponovnog nastajanja kvarkova i antikvarkova, elektrona i antielektrona (poznatijih pod nazivom pozitroni) te neutrina i antineutrina. Cestice viška imale su mnogo prilika pronalaziti čestice s kojima se mogu poništiti (anihilirati), baš kao i preostala većina. Ali takvo stanje nije dugo potrajalo. Kako se sve-mir nastavio širiti i hladiti pa je u jednome trenutku postao veći od našega današnjeg Sunčeva sustava, temperatura se naglo spustila ispod bilijun kelvina.

Od početka svemira prošla je milijuntinka sekunde.

Taj mlaki svemir više nije bio dovoljno vruć ni gust da bi skuhao kvarkove, pa su svi požurili pronaći plesne partnere i tako stvorili trajnu novu obitelj teških čestica nazvanih hadroni (od grčke riječi hadros, »debeo«). Posljedica tog prelaska s kvarkova na hadrone uskoro je bila pojava protona i neutrona, baš kao i drugih, manje poznatih teških čestica, svih građenih od različitih kombinacija inačica kvarkova. U Švicarskoj (opet smo na Zemlji) europski čestični fizičari zajedno rade u institutu1 opremljenom velikim ubrzivačem (akceleratorom) u kojem sudaranjem snopova hadrona nastoje oponašati uvjeti u ranome svemiru. Najveći takav stroj na svijetu vrlo opravdano nazivamo Veliki hadronski sudarač. Malu asimetriju između tvari i antitvari u juhi leptona i kvarkova naslijedili su i hadroni, a to je imalo nevjerojatne posljedice. Kako se svemir nastavio hladiti, smanjila se količina energije raspoložive za spontano stvaranje temeljnih čestica. Tijekom hadronske ere fotoni se više nisu mogli pozivati na formulu E—mc2 kalio bi stvarali parove kvarkova i antikvarkova. I ne samo to, fotoni nastali iz preostalih anihilacija u svemiru

koji se stalno širio izgubili su energiju, koja je pala ispod praga potrebnoga za stvaranje parova hadrona i antihadrona. Na svaku milijardu anihilacija — nakon kojih je ostalo milijardu fotona — preživio je samo jedan hadron. Ali na kraju će se smijati upravo ti samotnjaci. Oni će poslužiti kao izvor sve tvari od koje će nastati galaktike, zvijezde, planeti i... petunije. Bez te neravnoteže između tvari i antitvari sva masa u svemiru sama bi se poništila, pa bi u njemu postojali samo fotoni i ništa više — bio bi to ultimativni »neka bude svjetlost« scenarij.

Do tog je trenutka prošla jedna sekunda.

Svemir se proširio do promjera od nekoliko svjetlosnih godina,2 otprilike onoliko koliko je Sunce udaljeno od najbližih zvijezda. Temperatura mu je milijardu stupnjeva, pa se u njemu još mogu skuhati elektroni koji se, zajedno sa svojim antimaterijskim blizancima pozitronima, pojavljuju i ponovno nestaju. Ali u sve širem i sve hladnijem svemiru dani — odnosno sekunde — su im odbrojeni. Ono što je vrijedilo za kvarkove, a poslije za hadrone, ostvarilo se i za elektrone: na kraju preživljava samo jedan od milijarde. Ostali se u moru ispunjenom fotonima anihiliraju s pozitronima, svojim antimaterijskim pratiteljima. U tom trenutku u postojanje je »zamrznut« po jedan elektron za svaki proton. Kako se svemir nastavio hladiti — temperatura mu je pala ispod sto milijuna stupnjeva — protoni se počinju stapati s protonima, ali i s neutronima, pa naposljetku nastaju atomske jezgre koje su početak svemira u kojem devedeset posto tih jezgri čini vodik a deset posto helij, s tragovima deuterija (»teškoga« vodika), trici ja (još težega vodika) i litija.

Od početka su protekle dvije minute.

Idućih 380 000 godina u našoj se čestičnoj juhi neće događati bogzna što. Tijekom tih tisućljeća temperatura svemira bila je dovoljno visoka da

elektroni slobodno lutaju među fotonima, sudarajući se s njima i razbacujući ih amo-tamo u njihovim interakcijama. Ali ta sloboda naglo dolazi kraju kad se temperatura spustila ispod 3000 kelvina (otprilike polovica temperature na Sunčevoj površini), pa su se svi slobodni elektroni povezali s atomskim jezgrama. Taj brak ostavlja za sobom sveprisutnu kupku vidljive svjetlosti, zauvijek na nebu utiskujući trag o tome gdje se u tom trenutku nalazila sva tvar. Bio je to kraj stvaranja čestica i atoma u primordijalnom svemiru.

Prvih milijardu godina svemir se nastavio širiti i hladiti, a za to se vrijeme tvar skupljala u masivne nakupine koje nazivamo galaktike. Nastalo ih je više od stotinu milijarda, a u svakoj je bilo stotine milijardi zvijezda u čijim je središtima počela termonuklearna fuzija. Zvijezde s masom otprilike deset puta većom od Sunčeve u svojim središtima postignu dovoljan tlak i temperaturu da proizvedu desetke elemenata težih od vodika, među njima i one od kojih se sastoje planeti i život koji se možda pojavi na njima. Ti bi elementi bili posve beskorisni da su ostali ondje gdje su nastali. Ali vrlo masivne zvijezde nasreću eksplodiraju i po cijeloj galaktici rasipaju sadržaj svoje kemijski obogaćene utrobe. Poslije devet milijardi godina takva obogaćivanja, u posve neuglednom dijelu svemira (na rubovima superjata u Djevici), u neuglednoj galaktici (Mliječnoj stazi), u neuglednom području (Orionovu kraku) rodila se neugledna zvijezda (Sunce). Oblak plina i prašine iz kojeg je nastalo Sunce sadržavao je dovoljno teških elemenata koji su se spajali i začeli složen inventar kružećih objekata, među njima i nekoliko kamenitih i plinovitih planeta, stotine tisuća asteroida (planetoida) i milijarde kometa. Prvih nekoliko stotina milijuna godina velike količine preostaloga smeća u svojim su se ćudljivim orbitama okrupnjavale i spajale u veća tijela. Obično se to zbivalo u obliku brzih, žestokih sudara koji bi rastalili površinu kamenitih planeta, sprječavajući tako nastanak složenih molekula. Kako je u Sunčevu sustavu bilo sve manje slobodnog materijala od kojeg bi se stvarale nove nakupine, površine planeta počele su se hladiti. Onaj koji nazivamo Zemlja nastao je u tzv. Zlatokosinoj zoni oko Sunca, području u kojem oceani većinom mogu ostati tekući. Da je Zemlja bila mnogo bliže

Suncu, oceani bi isparili. Da je bila mnogo dalje, zamrznuli bi se. U oba slučaja ne bi se na njoj razvio život kakav poznajemo. U tekućim oceanima prepunim raznih elemenata organske su se molekule putem procesa koji tek valja otkriti pretvorile u samoobnavljajući život. U toj zemaljskoj primordijalnoj juhi prevladavale su jednostavne anaerobne bakterije — život koji buja u okolišu bez kisika, ali kao jednu od otpadnih tvari izbacuje kemijski vrlo reaktivan kisik. Ti prvi jednostanični organizmi nehotice su zemaljsku atmosferu prepunu ugljikova dioksida pretvorili u atmosferu s dovoljno kisika da se u oceanima i na kopnu pojave aerobni organizmi i zavladaju planetom. Ti isti kisikovi atomi, koje obično nalazimo u parovima (O2), također se spajaju u trojke i u gornjim slojevima atmosfere tvore ozon (O3) koji služi kao štit i čuva površinu Zemlje od većine Sunčevih ultraljubičastih fotona koji razaraju molekule. Nevjerojatnu raznolikost života na Zemlji, a pretpostavljamo i u drugim dijelovima svemira, dugujemo velikoj količini ugljika i nebrojenim jednostavnim i složenim molekulama koje ga sadržavaju. O tome nema nikakve sumnje: molekula na bazi ugljika ima mnogo više nego svih drugih vrsta molekula zajedno. Ali život je vrlo krhak. Zemljini susreti s velikim zalutalim kometima i asteroidima u davnoj prošlosti bili su vrlo česti i znali su razoriti naš ekosustav. Prije samo šezdeset pet milijuna godina (manje od dva posto zemaljske prošlosti) asteroid mase deset bilijuna tona pogodio je današnji poluotok Yucatán u Meksiku i uništio više od sedamdeset posto zemaljske flore i faune — među njima i svima nam poznate velike dinosaure. Veliko izumiranje. Ta je ekološka katastrofa omogućila našim precima sisavcima da, umjesto da i dalje T. rexu služe kao predjelo, popune upravo ispražnjene niše. Jedan ogranak sisavaca obdaren velikim mozgom, nazivamo ih primatima, evoluirao je u rod i vrstu Homo sapiens s dovoljno inteligencije da izumi znanstvene postupke i alate — te da shvati kako je svemir nastao i razvijao se.

A što je bilo prije toga? Sto se zbivalo prije početka svemira? Astrofizičari nemaju pojma. Bolje rečeno, naše najkreativnije predodžbe

o tome imaju slabo ili nikakvo uporište u eksperimentalnoj znanosti. Zauzvrat, neki vjernici, uz zrnce pravednosti, tvrde da je nešto moralo sve to pokrenuti, neka sila veća od svih drugih, izvor iz kojega je sve poteklo. Prvi pokretač. U umu takve osobe to nešto je, naravno, Bog. Ali što ako je svemir oduvijek tu, u stanju ili pod uvjetima koje tek moramo spoznati — multisvemir, primjerice, koji stalno rađa nove svemire? I što ako se svemir tek tako pojavi iz ničega? Ili što ako je sve što znamo i volimo samo računalna simulacija koju su neka superinteligentna bića načinila da se malo poigraju? Takve filozofske zabavne ideje obično nikoga ne zadovoljavaju. Ipak, podsjećaju nas da je neznanje prirodno stanje uma znanstvenih istraživača. Ljudi koji misle da sve znaju nisu ni tražili ni naletjeli na granicu između onoga što o svemiru znamo i onoga što ne znamo. Ono što znamo i što možemo bez ikakve dvojbe ustvrditi jest da je svemir imao početak. Svemir se nastavlja razvijati. I da, svaki atom u našem tijelu možemo pratiti do Velikoga praska i termonuklearnih peći u vrlo masivnim zvijezdama koje su eksplodirale prije više od pet milijardi godina. Mi smo oživljena zvjezdana prašina koju je svemir osposobio da razmišlja o sebi a tek smo počeli.

2. Kako na Zemlji, tako i na nebu Sve dok Isaac Newton nije postavio opći zakon gravitacije, nitko nije imao razloga pretpostaviti da su fizikalni zakoni kod kuće jednaki onima bilo gdje drugdje u svemiru. Na Zemlji su se zbivale zemaljske stvari, na nebu nebeske. Prema onodobnome kršćanskom nauku Bog je vladao nebom, pa ga čovjek svojim nejakim smrtnim umom nije mogao shvatiti. Kad je Newton tu filozofsku prepreku srušio zakonima koji su opisali gibanje i učinili ga predvidljivim, neki su ga teolozi korili da je posve poništio ulogu Stvoritelja. Newton je shvatio da gravitacijska sila koja sa stabla privlači zrele jabuke također navodi bačene predmete po zakrivljenim putanjama i tjera Mjesec da kruži oko Zemlje. Newtonov zakon gravitacije također tjera planete, asteroide i komete da obilaze Sunce, a stotine milijardi zvijezda da obilaze središte Mliječne staze. Više od ičega drugoga, ta univerzalnost fizikalnih zakona potiče znanstvena otkrića. A gravitacija je bila tek početak. Zamislite uzbuđenje koje je zavladalo među astronomima u devetnaestome stoljeću kad su svoje laboratorijske prizme, koje zrake svjetlosti razlazu u spektar, prvi put usmjerili prema Suncu. Spektri nisu samo prekrasni nego i sadržavaju mnoštvo informacija o objektu koji emitira svjetlost, među ostalim one o njegovoj temperaturi i sastavu. Kemijske elemente u spektru prepoznajemo po uzorku tamnih i svijetlih vrpci u razloženoj svjetlosti. Na sveopće oduševljenje i čuđenje, kemijski potpisi elemenata na Suncu bili su identični onima iz laboratorija. Prizma, koja sada više nije bila samo pomagalo kemičara, pokazala je da Sunce i Zemlja, koliko se god razlikuju veličinom, masom, temperaturom, položajem i izgledom, sadržavaju iste tvari: vodik, ugljik, kisik, dušik, kalcij, željezo itd. Ah važnija od našeg popisa zajedničkih tvari bila je spoznaja da su fizikalni zakoni koji upravljaju nastankom spektralnih potpisa na Suncu jednaki onima koji djeluju na Zemlji udaljenoj

stotinu pedeset milijuna kilometara. To je načelo univerzalnosti bilo tako plodonosno da ga se moglo uspješno primijeniti i u suprotnome smjeru. Podrobnijom analizom Sunčeva spektra pronađen je potpis elementa kojega nije bilo na Zemlji. Kako je pronađena na Suncu, nova tvar dobila je ime prema grčkoj riječi helios (»Sunce«) i tek je poslije otkrivena u zemaljskom laboratoriju. Tako je helij postao prvi i jedini element u kemijskom periodnom sustavu otkriven negdje drugdje, a ne na Zemlji. U redu, fizikalni zakoni vrijede u Sunčevu sustavu, ali djeluju li na isti način diljem galaktike? Diljem svemira? U svakome trenutku? Jedan za drugim, zakoni su iskušani. Na obližnjim zvijezdama također su otkriveni poznati elementi. Udaljenim dvojnim zvijezdama, sustavima koji su gravitacijom natjerani na međusobno kruženje, kao da je također bio poznat Newtonov zakon gravitacije. Isto vrijedi i za dvojne galaktičke sustave. I baš kao što slojevi tla geologu pokazuju vremenski slijed zbivanja na Zemlji, što dalje gledamo u svemir, vidimo dalje u prošlost. Spektri najudaljenijih objekata u svemiru pokazuju iste kemijske potpise koje vidimo u bliskome svemiru i vremenu. Istina, teških elemenata u to davno doba nije bilo toliko kao danas — nastaju uglavnom u eksplozijama uzastopnih naraštaja zvijezda — ali zakoni koji opisuju atomske i molekularne procese zaslužne za stvaranje kemijskih potpisa nisu se promijenili. Dapače, veličina nazvana konstanta fine strukture, koja nadzire osnovni otisak prsta svakog elementa, nije se promijenila već milijarde godina. Naravno, nemaju sve stvari i pojave u svemiru odgovarajućega parnjaka na Zemlji. Vjerojatno nikada niste prošli kroz oblak sjajne plazme zagrijane na milijun stupnjeva, a i kladim se da na ulici niste naišli na crnu rupu. Ono što je važno jest univerzalnost fizikalnih zakona koji opisuju te pojave. Kad je spektralna analiza prvi put primijenjena na svjetlost međuzvjezdanih maglica, otkriven je potpis koji se, ponovno, nije mogao pronaći na Zemlji. U to doba nije u periodnom sustavu bilo mjesta na koje bi se mogao postaviti novi element. Zato su astrofizičari izmislili ime »nebulij« da mu čuva mjesto sve dok ne shvate o čemu je zapravo riječ. Pokazalo se da su u svemiru plinovite maglice tako rijetke da atomi mogu daleko putovati a da se ne sudare s nekim drugim atomom. U takvim uvjetima elektroni u atomima mogu djelovati na načine koje nismo dotada vidjeli u zemaljskim

laboratorijima. Nebulij je jednostavno bio potpis običnoga kisika koji je izvodio neobične stvari. Ta univerzalnost fizikalnih zakona govori nam da ako se spustimo na udaljen planet s naprednom nepoznatom civilizacijom, ona će počivati na istim zakonima koje smo otkrili i iskušali ovdje na Zemlji — premda će se voditi drukčijim društvenim i političkim uvjerenjima. Također, kad biste htjeli razgovarati s tim izvanzemaljcima, kladim se da ne bi govorili engleski ili francuski, pa čak ni mandarinski kineski. Niti biste mogli znati bi li rukovanje — ako im je ispruženi ud doista ruka — smatrali znakom mira ili rata. Najbolje bi vam bilo pokušati se sporazumjeti jezikom znanosti. Takav pokušaj učinjen je sedamdesetih godina dvadesetoga stoljeća sa svemirskim sondama Pioneer 10 i 11, odnosno Voyager 1 i 2. Sve četiri svemirske letjelice dobile su prolaskom kroz gravitacijsko polje divovskih plinovitih planeta Sunčeva sustava dovoljno energije da posve napuste naš zvjezdani sustav. Pioneer na sebi nosi zlatnu graviranu ploču na kojoj su znanstvenim piktogramima prikazani raspored Sunčeva sustava, njegov položaj u Mliječnoj stazi i građa vodikova atoma. Voyager je otišao korak dalje pa sa sobom nosi zlatnu gramofonsku ploču s različitim zvukovima majke Zemlje, među njima i kucanje ljudskoga srca, »pjesmu« kitova i melodije sa svih strana svijeta, primjerice skladbe Beethovena i Chucka Berryja. Premda je to svakako humaniziralo poruku, nije jasno bi li uši izvanzemaljaca imale pojma što slušaju — uz pretpostavku da imaju uši. Moja omiljena parodija na tu temu bio je skeč u NBC-jevoj emisiji Saturday Night Live emitiranoj ubrzo poslije lansiranja Voyagera s prikazom pisanog odgovora izvanzemaljaca koji su pronašli svemirsku sondu. U njemu je pisalo jednostavno: »Pošaljite nam još Chucka Berryja.« Znanost ne cvjeta samo na temelju univerzalnih fizikalnih zakona nego i na postojanju i postojanosti fizikalnih konstanti. Konstanta gravitacije, među znanstvenicima često nazivana »veliki G«, nudi Newtonovoj jednadžbi gravitacije mjeru jačine sile gravitacije. Eonima smo neizravno testirali iznos te veličine. Krenete li računati, utvrdit ćete da je sjaj zvijezde nerazdvojno povezan s velikim G. Drugim riječima, da je veliki G u prošlosti bio imalo različit od današnje vrijednosti, promjene u isijavan ju energije Sunca bile bi

mnogo veće nego što nam pokazuju biološki, klimatološki i geološki dokazi. Takva je uniformnost našega svemira.

Među konstantama nedvojbeno je najpoznatija brzina svjetlosti. Bez obzira na to koliko se brzo gibali, zraku svjetlosti ne možete preteći. Zašto ne? Nijedan ikad izveden pokus nije otkrio objekt u bilo kakvu obliku koji bi postigao brzinu svjetlosti. Prokušani fizikalni zakoni to predviđaju i objašnjavaju. Znam da takve izjave izgledaju pomalo uskogrudno. Neke od najtvrdoglavijih izjava znanstvenika u prošlosti podcijenile su domišljatost izumitelja i inženjera: »Nikad nećemo poletjeti.« »Letovi neće nikad biti komercijalno isplativi.« »Nikad nećemo razbiti atom.« »Nikad nećemo probiti zvučni zid.« »Nikad se nećemo spustiti na Mjesec.« Svim tim izjavama zajedničko je to da im na putu nije stajao nikakav fizikalni zakon. Tvrdnja da »nikad nećemo prestići zraku svjetlosti« posve je drukčijeg karaktera. Naime, proistječe iz temeljnih, provjerenih fizikalnih načela. Cestovni znakovi međuzvjezdanih putnika u budućnosti sasvim će opravdano navoditi: Brzina svjetlosti: nije samo dobra ideja, ona je zakon. Za razliku od kršenja ograničenja brzine na Zemlji, kod fizikalnih zakona dobro je to da im za njihovo provođenje nisu potrebne institucije javnoga reda premda moram priznati da sam nekoć imao majicu s natpisom »POŠTUJ GRAVITACIJU«. Sva mjerenja nameću zaključak da poznate fundamentalne konstante, baš kao i fizikalni zakoni koji se na njih pozivaju, ne ovise o vremenu ni položaju. Doista su konstante i vrijede posvuda.

Brojne prirodne pojave temelje se na nekoliko fizikalnih zakona koji djeluju istodobno. Ta činjenica često otežava analizu i, u većini slučajeva, zahtijeva moćna računala za izračunavanje onoga što se zbiva i praćenje

važnih parametara. Kad se u srpnju 1994. komet Shoemaker-Levy 9 zabio u plinovitu Jupiterovu atmosferu i nakon toga eksplodirao, najtočniji računalni model povezao je zakone mehanike fluida, termodinamike, kinetike i gravitacije. Klima i meteorološke prilike još su jedan poznat primjer složenih prirodnih pojava (koje je zato teško točno predviđati). Ali temeljni zakoni koji njima upravljaju ne mijenjaju se. Jupiterova Velika crvena pjega pobješnjela je anticiklona koja traje već najmanje 350 godina, a pokreću je isti fizikalni procesi koji stvaraju oluje na Zemlji i drugim tijelima Sunčeva sustava. Još jednu vrstu univerzalnih istina čine zakoni očuvanja, u kojima se količina neke mjerene veličine bez obzira na sve nikad ne mijenja. Tri su najpoznatija takva zakona očuvanje mase i energije, očuvanje pravocrtne i kutne količine gibanja i očuvanje električnoga naboja. Te zakone možemo provjeriti na Zemlji, ali i posvuda gdje smo uspjeli pogledati — od domene fizike subatomskih čestica do velike strukture svemira. Koliko god se hvalili, u raju nije baš sve tako savršeno. Naime, kako se čini, mi ne možemo vidjeti, dodirnuti ili okusiti izvor osamdeset pet posto gravitacije koju možemo izmjeriti u svemiru. Ta zagonetna tamna tvar, koju možemo detektirati samo po njezinu gravitacijskom djelovanju na tvar koju vidimo, možda je građena od egzotičnih čestica koje tek moramo otkriti ih prepoznati. Međutim, mala manjina astrofizičara ne vjeruje u tamnu tvar i smatra da uopće ne postoji — za njih je rješenje modifikacija Newtonova zakona gravitacije. Samo dodaj nekoliko članova jednadžbi i sve će ponovno biti u redu. Možda ćemo jednoga dana spoznati da Newtonov zakon gravitacije doista treba popraviti. I to će biti posve u redu. To se već jednom i dogodilo. Einsteinova opća teorija relativnosti iz 1916. proširila je načela Newtonove gravitacije tako što je uzela u obzir i objekte iznimno velike mase. Newtonov zakon gravitacije ne vrijedi u tom proširenom području koje njemu nije bilo poznato. Lekcija koju bismo iz toga trebali naučiti jest da naše povjerenje prolazi kroz spektar uvjeta po kojima se zakon testira i provjerava. Sto je taj spektar širi, to zakon postaje moćniji i sveobuhvatniji u opisivanju svemira. Za običnu gravitaciju koju doživljavamo svakoga dana Newtonov je zakon sasvim dovoljan. S pomoću njega smo 1969. došli na Mjesec i sigurno se s njega vratili. Za crne rupe i velike svemirske strukture potrebna nam je opća

teorija relativnosti. A ako u Einsteinove jednadžbe uvrstite objekte malih masa i malih brzina, one doslovce (bolje rečeno matematički) postaju Newtonove jednadžbe — što je dobar razlog da steknemo povjerenje u razumijevanje svega što tvrdimo da razumijemo.

Zbog univerzalnosti fizikalnih zakona svemir je znanstvenicima čudesno jednostavno mjesto. Za usporedbu, ljudska narav — područje psihologa — neizmjerno je složenija. U Sjedinjenim Američkim Državama o predmetima koji će se učiti odlučuju školski odbori. U nekim se slučajevima bira u skladu s kulturološkim, političkim ih vjerskim hirovima. Različiti religijski sustavi diljem svijeta uzrok su političkim razlikama koje se ne mogu uvijek razriješiti miroljubivo. Snaga i ljepota fizikalnih zakona leže u tome što vrijede posvuda, bez obzira na to vjerujete li u njih ili ne vjerujete. Drugim riječima, osim fizikalnih zakona, sve su ostalo samo mišljenja. To ne znači da znanstvenici ne vode rasprave. Mi to činimo. Cesto. Ali obično tada iznosimo mišljenje o tumačenju ili o nedostatnim, odnosno sumnjivim podacima na samim granicama našega znanja. Kad god se u diskusiju može uvesti fizikalni zakon, jamčim da će rasprava biti vrlo kratka: Ne, vaša zamisao o perpetuum mobile nikad se neće moći ostvariti jer narušava prokušane zakone termodinamike. Ne, nikada nećete moći načiniti vremenski stroj koji će vam omogućiti da se vratite u prošlost i ubijete svoju majku prije nego što ste se rodili — to bi narušilo zakon kauzalnosti. Također, bez narušavanja zakona o količini gibanja ne možete spontano levitirati i lebdjeti u zraku, bez obzira na to sjedite li u lotosovu položaju ili ne.3 Poznavanje fizikalnih zakona u nekim vam slučajevima daje samopouzdanje da se sučelite s osornim osobama. Prije nekoliko godina u slastičarnici u Pasadeni pio sam svoju večernju šalicu kakaa. Naravno, naručio sam kakao sa šlagom. Kad mi je bio poslužen, od šlaga nije bilo ni traga. Kad sam konobaru rekao da nema šlaga, rekao mi je da ga ne vidim jer je potonuo na dno. Međutim, šlag ima malu gustoću i pliva na svim tekućinama koje ljudi konzumiraju. I tako sam mu ponudio dva objašnjenja: ili je netko zaboravio dodati šlag ili u toj slastičarnici ne vrijede univerzalni fizikalni zakoni. Ne vjerujući mi na riječ, konobar je prkosno donio žlicu

šlaga da dokaže svoju tvrdnju. Nakon što ga je malo uronio, šlag je isplivao na površinu. Koji vam je bolji dokaz potreban za univerzalnost fizikalnih zakona?

3. Neka bude svjetlost Poslije Velikoga praska svemiru je glavna stvar na dnevnom redu bila njegovo širenje koje stalno smanjuje gustoću energije koja ispunjava prostor. Svakim je trenutkom svemir bio malo veći, malo hladniji i malo tamniji. U međuvremenu su tvar i energija postojale u obliku svojevrsne neprozirne juhe u kojoj su slobodni elektroni stalno u svim smjerovima raspršivali fotone. Stvari su se tako odvijale 380 000 godina. U toj ranoj epohi fotoni nisu putovali dugo prije nego što bi naletjeli na elektron. U to doba, ne biste mogli vidjeti što se događa s druge strane svemira, čak i da ste htjeli. Svaki foton koji biste uočili prije koju nano ili pikosekundu4 odbio bi se o elektron pred vašim nosom. Kako je to najveća udaljenost koju informacija može prijeći prije nego što vam stigne u oko, cijeli je svemir, kamo god pogledali, bio poput sjajne neprozirne magle. Tako se ponašaju i fotoni u Suncu i svim drugim zvijezdama. Snižavanjem temperature čestice se gibaju sve sporije. I baš tada, kad se temperatura svemira prvi put spustila ispod užarenih 5000 kelvina, elektroni su usporili dovoljno da ih mogu uhvatiti prolazeći protoni, pa su tako nastali prvi pravi atomi. Fotoni, koji su do tada neprestano bili pod napadom, sada su mogli svemirom putovati posve neometano. lb »kozmičko pozadinsko zračenje« utjelovljenje je preostale svjetlosti sjajnoga, vreloga svemira, a na temelju spektra prevladavajućih fotona može mu se izmjeriti temperatura. Kako se svemir nastavio hladiti, fotoni nastali u vidljivom dijelu spektra izgubili su zbog širenja svemira energiju i naposljetku se spustili daleko u spektru te pretvorili u infracrvene fotone. Premda su fotoni vidljive svjetlosti postajali sve slabiji, nikada nisu prestali biti fotoni. v Sto je dalje u spektru? Danas se svemir proširio tisuću puta od trenutka oslobađanja fotona, pa se pozadinsko zračenje također toliko ohladilo. Svi

fotoni vidljivi u to doba imaju samo tisućinku nekadašnje energije. Postali su mikrovalovi, odakle i potječe današnji naziv »kozmičko mikrovalno zračenje«. Nastavi li se sve kao do sada, astrofizičari će za pedeset milijardi godina pisati o kozmičkom radiovalnom zračenju. Kad nešto sjaji zato što je zagrijano, emitira svjetlost u svim dijelovima spektra, ali uvijek postoji neki vrh, neko područje u kojem zrači najviše. Kućanske žarulje sa žarnim nitima najviše zrače u infracrvenom dijelu spektra, što je glavni uzrok njihove neučinkovitosti kao izvora vidljive svjetlosti. Naša osjetila infracrvenu svjetlost osjećaju samo kao toplinu na koži. LED revolucija u naprednim tehnologijama rasvjete stvara samo vidljivu svjetlost, ne trošeći energiju na druge dijelove spektra. Ih je razlog zbog kojega na pakiranju možete vidjeti lude tvrdnje poput: »LED od 7 vata zamjenjuje žarulju od 60 vata.« Kako je riječ o ostatku nečega što je u davnini bila jarka svjetlost, kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje ima profil koji očekujemo od sjajnoga tijela koje se hladi: s vrhom zračenja u jednome dijelu spektra, ali i na drugim valnim duljinama. U ovome slučaju, tu je osim mikrovalova i nešto radiovalova te gotovo beskrajno malen broj fotona viših energija. Sredinom dvadesetoga stoljeća poddisciplina kozmologija — nemojte je pobrkati s kozmetologijom — nije na raspolaganju imala mnogo podataka. A kad je njih malo, pojavljuju se domišljate i optimistične ideje. Postojanje kozmičkoga mikrovalnog zračenja tijekom četrdesetih godina dvadesetoga stoljeća predvidio je američki fizičar ruskoga podrijetla George Gamow s kolegama. Temelj za tu ideju potječe iz rada belgijskoga fizičara i svećenika Georgesa Lemaitrea, općenito smatranoga »ocem« kozmologije Velikoga praska, objavljenog 1927. Ali tek su američki fizičari Ralph Alpher i Robert Herman 1948. prvi procijenili temperaturu koju bi trebalo imati kozmičko pozadinsko zračenje. Svoje su proračune temeljili na tri stupa: 1) Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti iz 1916., 2) otkriću Edvvina Hubblea iz 1929. da se svemir širi i 3) atomskoj fizici razvijenoj u laboratorijima Projekta Manhattan kojom su načinjene atomske bombe iz Drugoga svjetskog rata. Herman i Alpher za svemir su izračunali i predložili temperaturu od 5 kelvina. No, to nije bilo dobro. Točno izmjerena temperatura tih mikrovalova

iznosi 2,725 kelvina, da bude jednostavnije obično se piše 2,7 kelvina, ali ako vam se ne da pamtiti slobodno zaokružite na 3 kelvina (-270,15° C). Zastanimo trenutak na ovome mjestu. Herman i Alpher upotrijebili su atomsku fiziku tek rođenu u laboratoriju i primijenili je na hipotetske uvjete u ranome svemiru. Iz toga su ekstrapolirali milijarde godina unaprijed i izračunali kakvu bi temperaturu svemir trebao imati danas. Da se njihovo predviđanje čak i vrlo grubo približava točnoj vrijednosti nevjerojatan je trijumf ljudske pronicljivosti. Mogli su pogriješiti za faktor deset ili stotinu, a mogli su i predvidjeti nešto posve nepostojeće. Komentirajući njihov pothvat, američki astrofizičar J. Richard Gott rekao je: »Predvidjeti da pozadinsko zračenje postoji i zatim mu izračunati temperaturu pogriješivši za faktor 2 isto je kao predvidjeti da će se na travnjak Bijele kuće spustiti leteći tanjur promjera 15 metara, a ondje se zapravo pojavi leteći tanjur promjera 8 metara.«

Prvi su kozmičko mikrovalno zračenje nehotice 1964. opazili američki fizičari Arno Penzias i Robert Wilson, tada zaposleni u tvrtki Bell Telephone Laboratories, istraživačkom ogranku telefonske kompanije AT&T. Šezdesetih godina dvadesetoga stoljeća svi su znali za mikrovalove, ali gotovo nitko nije imao tehnologiju da ih otkrije. U tvrtki Bell Labs, pioniru komunikacijske industrije, konstruirali su veliku antenu nalik na rog koja je trebala poslužiti baš u tu svrhu. Ali ponajprije, želite li slati ili primati signale, ne želite da ih onečišćava previše izvora. Penzias i Wilson svojim su prijamnikom htjeli izmjeriti pozadinsku mikrovalnu interferenciju kako bi u tom dijelu spektra mogli komunicirati bez šumova. Oni nisu bili kozmolozi. Bili su tehnički čarobnjaci koji su usavršavali mikrovalni prijamnik i nisu imali pojma o predviđanjima Gamowa, Her mana i Alphera. Penzias i Wilson uopće nisu tražili kozmičko pozadinsko zračenje, oni su jednostavno za AT&T htjeli otvoriti još jedan komunikacijski kanal. Penzias i Wilson izveli su svoj pokus i od svojih podataka oduzeli sve poznate zemaljske i svemirske izvore smetnji, ali dio signala nisu mogli ukloniti i jednostavno nisu znali kako ga se riješiti. Naposljetku su pogledali u antenu i vidjeli da su se u njoj ugnijezdili golubovi. I tako su se zabrinuli da

bi bijela dielektrična tvar (golubija kakica) mogla biti odgovorna za signal jer su utvrdili da stiže bez obzira na to kako je antena usmjerena. Kad su dielektričnu tvar očistili interferencija se malo smanjila, ali signal je i dalje postojao. Članak koji su objavili 1965. bavio se tom neobjašnjivom »previsokom temperaturom antene«.5 U međuvremenu tim fizičara u Princetonu predvođen Robertom Dickeom konstruirao je detektor namijenjen otkrivanju kozmičkoga mikrovalnog zračenja. Ali kako nisu na raspolaganju imali financijsku moć Bell Labsa, posao im nije išao tako brzo. U trenutku kad su Dicke i njegovi kolege čuli za rad Penziasa i Wilsona, tim iz Princetona odmah je znao što je bila previsoka temperatura antene. Sve se slagalo, a posebice temperatura i činjenica da je signal dolazio sa svih dijelova neba. Godine 1978. Penzias i Wilson za svoje su otkriće osvojili Nobelovu nagradu, a 2006. američki astrofizičari John C. Mather i George F. Smoot podijelili su Nobelovu nagradu za promatranja pozadinskoga mikrovalnog zračenja u širem dijelu spektra, i tako poveli kozmologiju iz dječjega vrtića domišljatih, ali neiskušanih ideja u područje precizne eksperimentalne znanosti.

Kako svjetlosti treba vremena da do nas dođe iz dalekih dijelova svemira, pogledamo li u duboki svemir zapravo gledamo u daleku prošlost. I tako, kad bi inteligentni stanovnici galaktike daleko, daleko od nas izmjerili temperaturu kozmičkoga pozadinskog zračenja baš u trenutku kad smo pogledali u njihovu smjeru, rezultat bi morao biti viši od 2,7 kelvina jer oni žive u mlađemu, manjem i toplijem svemiru. Pokazuje se da tu hipotezu možemo testirati. Izlaganje mikrovalnome zračenju pobuđuje molekulu dicijana (CN)2 (dicijan se nekoć koristio kao aktivna komponenta plina za smaknuće osuđenih na smrt). Ako su mikrovalovi topliji od onih u našemu pozadinskom mikrovalnom zračenju, malo će više pobuditi molekulu. U modelu Velikoga praska dicijan u dalekim, mlađim galaktikama ozračuje toplije pozadinsko mikrovalno zračenje od dicijana u Mliječnoj stazi. I to je točno ono što opažamo. To ne možete izmisliti.

Ali zašto bi sve to uopće trebalo biti zanimljivo? Svemir je bio neproziran sve do 580 000 godina poslije Velikoga praska, pa nastanku tvari ne biste mogli svjedočiti niti da ste u sredini prvoga reda u gledalištu. Ne biste mogli vidjeti gdje počinju nastajati galaktička jata i praznine među njima. Da bi itko mogao vidjeti išta vrijedno gledanja, fotoni su najprije morali početi neometano putovati svemirom da bi poslužili kao nositelji informacija. Točka u kojoj je svaki foton počeo svoje putovanje svemirom mjesto je gdje se sudario s posljednjim elektronom koji mu je stajao na putu — u tzv. točki posljednjega raspršenja. Kako je sve više fotona izbjeglo nove sudare, stvorili su sve širu »površinu« posljednjega raspršenja, duboku oko 120 000 godina. U toj su površini rođeni svi atomi našega svemira: elektron se pridruži atomskoj jezgri, a mali energijski impuls u obliku fotona odjuri u slobodno crveno prostranstvo. Do tog su se trenutka neki dijelovi svemira zbog gravitacijskoga privlačenja svojih sastojaka već počeli zgušnjavati. Fotoni koji su se posljednji raspršili od elektrona u tim područjima imali su različit, malo hladniji profil nego fotoni raspršeni s manje društvenih elektrona koji su se kretali usred ničega. Na mjestima zgušnjavanja materije povećavala se i gravitacijska sila, pa se nakupljanje materije ubrzalo. Ta su područja postali zameci galaktičkih superjata, a ostali su dijelovi prostora ostali razmjerno prazni. Kad vrlo detaljno iscrtate kartu kozmičkoga mikrovalnog zračenja, vidjet ćete da nije jednolika. Na njoj ćete zapaziti područja toplija od prosjeka, baš kao i hladnija od njega. Proučavanjem tih temperaturnih razlika kozmičkoga mikrovalnog zračenja — drugim riječima, proučavanjem uzoraka na površini posljednjega raspršenja — možemo doći do spoznaje o građi i sadržaju ranoga svemira. Kako bismo shvatili kako su nastale galaktike, galaktička jata i galaktička superjata, služimo se najboljom mogućom sondom, kozmičkim mikrovalnim zračenjem — moćnom vremenskom kapsulom koja astrofizičarima omogućava da rekonstruiraju povijest svemira. Proučavanjem uzoraka kozmičkoga pozadinskog zračenja izvodimo svojevrsnu kozmičku frenologiju, kao da analiziramo kvrge i nepravilnosti na lubanji mladoga svemira. U nedostatku drugih promatranja suvremenog i dalekog svemira kozmičko pozadinsko mikrovalno zračenje omogućava otkrivanje brojnih

temeljnih svemirskih značajki. Usporedimo li raspored temperatura i veličina toplih i hladnih dijelova doznajemo koliko je bila jaka gravitacija u to doba i kako se brzo nakupljala tvar, što nam omogućava da zatim zaključimo koliko u svemiru ima obične tvari, tamne tvari i tamne energije. Kad to znamo, nije teško izračunati hoće li se svemir širiti vječno.

Svi smo građeni od obične tvari. Obilježavaju je gravitacija i interakcija sa svjetlošću. Tamna tvar je zagonetna tvar koja ima gravitaciju, ali ni na koji poznat način ne stupa u interakciju sa svjetlošću. Tamna energija je tajnovit tlak svemirskoga vakuuma koji se opire djelovanju gravitacije i tjera svemir da se širi brže nego da ga nema. Naše nam frenološko proučavanje pokazuje da razumijemo kako se svemir ponašao, ali i da se većina svemira sastoji od tvari o kojoj ništa ne znamo. Unatoč područjima našega potpunog neznanja, danas, kao nikada prije, kozmologija stoji na čvrstim nogama jer kozmičko pozadinsko zračenje otkriva vrata kroz koja smo svi prošli. To je točka u kojoj su se dogodili zanimljivi fizikalni događaji i u kojoj smo doznali kako je svemir izgledao prije i poslije oslobađanja svjetlosti u njemu. Jednostavno otkriće kozmičkoga mikrovalnog zračenja izbavilo je kozmologiju iz carstva mitologije. Ali bila je potrebna njegova točna i detaljna karta da se kozmologija pretvori u modernu znanost. Kozmolozi su vrlo umišljene osobe. Kako i ne bi bili kad im je posao shvatiti kako je nastao svemir? Bez eksperimentalnih podataka, njihova objašnjenja bila bi samo hipoteze. Ah svako novo opažanje, svaki mali djelić informacija postaje dvosjekli mač: omogućava kozmologiji da uspijeva na temeljima kakvima raspolažu druge znanosti, ali također sputava teorije koje su ljudi smislili kad nije bilo dovoljno podataka da se utvrdi jesu li točne ili ne. Bez toga ni jedna znanost ne dostiže zrelost.

4. Između galaktika U velikoj inventuri sastavnih dijelova svemira, najčešće se broje galaktike. Posljednje procjene pokazuju da ih u vidljivom svemiru ima na stotine milijardi. Sjajne i lijepe, ispunjene zvijezdama, galaktike tamnu prazninu prostora ukrašavaju poput osvijetljenih gradova koje noću promatramo iz svemira. Ali koliko je prazan taj prazni prostor među njima? (Koliko su prazna područja među gradovima?) Samo zato što nam odmah upadaju u oči i zato što bi htjele da pomislimo kako ništa osim njih nije važno, prostor između galaktika ipak može sadržavati objekte koje je teško opaziti. Možda je riječ o objektima koji su za evoluciju svemira zanimljiviji, a možda i važniji od samih galaktika. Naša spiralna galaktika Mliječna staza nazvana je tako jer noću kad je gledamo bez pomagala izgleda poput prolivena mlijeka. (Katkad je jednostavno nazivamo Galaktikom, s velikim »G«.) Doista, i sama riječ »galaktika« potječe od grčke riječi galaxias, »mliječno«. Dvije nama najbliže galaktike, udaljene 600 000 svjetlosnih godina, male su i nepravilna oblika. U brodskom dnevniku Ferdinanda Magellana ti su svemirski objekti zabilježeni tijekom njegova glasovitog putovanja oko svijeta 1519. Njemu u čast danas ih nazivamo Velikim i Malim Magellanovim oblakom, a vidljive su ponajprije s južne polutke kao zamagljene mrlje iza zvijezda. Najbliža galaktika veća od naše udaljena je dva milijuna svjetlosnih godina, a nalazi se iza zvijezda Mliječne staze u zviježđu Andromede. Ta spiralna galaktika, koju obično nazivamo Velikom galaktikom u Andromedi ili Andromedinom galaktikom, nešto je masivni ja i sjajnija od Mliječne staze. Obratite pozornost na to da se u imenu tih sustava uopće ne spominju zvijezde: Mliječna staza, Magellanovi oblaci, Velika maglica u Andromedi. Sve su svoja imena dobile prije otkrića teleskopa, pa zvijezde u njima tada nisu mogle biti opažene.

Kako je podrobno opisano u devetome poglavlju, bez teleskopa koji rade na različitim valnim duljinama svjetlosti, prostor među galaktikama možda bismo i dalje smatrali praznim. Suvremeni teleskopi i suvremene teorije omogućili su nam da zađemo i u područje izvan velikih osvijetljenih gradova i otkrijemo različite stvari koje je teško otkriti: patuljaste galaktike, pobjegle zvijezde, odbjegle zvijezde koje eksplodiraju, oblake plina s temperaturom od milijun stupnjeva koji emitiraju rendgensko zračenje, tamnu tvar, modre galaktike slaba sjaja i zagonetnu kvantnu energiju vakuuma. Uz takav bi se popis moglo čak reći da se sve zabavno u svemiru zbiva između galaktika, a ne u njima. U svakom dobro istraženom dijelu svemira broj patuljastih galaktika više je od deset puta veći od broja velikih. Prvi esej koji sam ikad napisao o svemiru, a bilo je to na početku osamdesetih godina, nazvao sam »Galaktika i sedam patuljaka«, što se odnosilo na Mliječnu stazu i njezinu obitelj malih pratitelja. Otada se broj naših malih susjeda povećao na nekoliko desetaka. Dok velike galaktike u sebi sadržavaju stotine milijardi zvijezda, patuljaste ih mogu imati samo milijun, pa ih je stotinu tisuća puta teže otkriti. Stoga ne čudi što ih još uvijek pronalazimo doslovce pred nosom. Fotografije patuljastih galaktika u kojima više ne nastaju zvijezde izgledaju kao sitne, dosadne mrlje. Patuljaste galaktike u kojima se zvijezde još rađaju sve su nepravilna oblika i, budimo iskreni, izgledaju vrlo bijedno. Tri su uzroka zbog kojih je patuljaste galaktike teško otkriti: vrlo su male, pa ih je lako previdjeti kad vam pozornost privlače zavodljive spiralne galaktike; slaba su sjaja, pa ih nema u brojnim galaktičkim katalozima koji popisuju objekte iznad neke granične vrijednosti; naposljetku, u njima je malo zvijezda, pa ih je teško zamijetiti na pozadini svjetlosti zemaljske atmosfere noću i drugih izvora. Sve je to točno. Ali kako patuljaste galaktike uvelike premašuju broj »normalnih« galaktika, možda bismo trebali razmotriti mogućnost da promijenimo definiciju onoga što smatramo normalnim. Većinu (poznatih) patuljastih galaktika nalazimo nedaleko od većih, oko kojih kruže poput satelita. Dva Magellanova oblaka dio su galaktičke obitelji Mliječne staze. Međutim, životi satelitskih galaktika mogu biti vrlo riskantni. Većina računalnih modela njihovih staza pokazuje postupno približavanje matičnoj galaktici, što naposljetku uzrokuje uništenje nesretnog patuljka

kojeg velika galaktika često jednostavno proguta. Tako je Mliječna staza proteklih milijardu godina barem jednom bila kanibal kad je konzumirala patuljastu galaktiku čije razderane ostatke vidimo kao potok zvijezda što kruži oko galaktičkoga središta, iza zvijezda u zviježđu Strijelca. Sustav je nazvan Patuljak u Strijelcu, ali vjerojatno bismo ga trebali nazivati Ručak. U gusto napučenom okružju jata dvije ili nekoliko galaktika često se sudare i ostave za sobom gadan nered: spiralnu građu izobličenu do neprepoznatljivosti, novonastala rodilišta zvijezda u područjima silovitih sudara oblaka plina te stotine milijuna posvuda razbacanih zvijezda što su se otrgnule gravitacijskom utjecaju obiju galaktika. Neke se zvijezde ponovno okupe i tvore nakupine koje bismo mogli nazvati patuljastim galaktikama. Druge nastavljaju lutati svemirom. Otprilike deset posto velikih galaktika pokazuju posljedice velikoga gravitacijskog susreta s drugom velikom galaktikom — a njihov je broj možda i pet puta veći u galaktikama u jatima. Uz tako burna zbivanja, koliko galaktičkoga smeća prožima međugalaktički prostor, posebice u jatima? Nitko to ne zna pouzdano. Mjerenja je teško obaviti jer su samostalne zvijezde premala sjaja da ih možemo opaziti. Moramo se pouzdati u opažanja slaboga sjaja nastaloga svjetlošću svih zvijezda. Zapravo, opažanjima jata detektiramo baš takav slab sjaj među galaktikama, što nameće zaključak da usamljenih odbjeglih zvijezda -bez doma možda ima koliko i zvijezda u galaktikama. Dodajući još streljiva toj diskusiji, pronašli smo (a da ih nismo ni tražili) više od deset supernova koje su eksplodirale daleko od onoga što smatramo njihovim »matičnim« galaktikama. U običnim galaktikama, na svaku zvijezdu koja tako eksplodira, stotinu tisuća do milijun zvijezda ne doživi takav kraj života, pa izolirane supernove možda upućuju na velike populacije neopaženih zvijezda. Supernove su zvijezde koje su se raznijele na komade i pri tome neko vrijeme (nekoliko tjedana) milijardu puta povećale sjaj, što ih čini vidljivima diljem svemira. Premda je desetak supernova beskućnika razmjerno malen broj, vjerojatno ćemo ih otkriti još i mnogo više jer se većina potraga za njima usredotočuje na poznate galaktike, a ne na prazan prostor među njima.

Kad je o galaktičkim jatima riječ, ona se ne sastoje samo od galaktika i

njihovih lutajućih zvijezda. Mjerenja obavljena teleskopima osjetljivima na rendgensko zračenje u njima otkrivaju plin koji ih ispunjava, a temperatura mu doseže desetke milijuna stupnjeva. Plin je tako vruć da zrači u rendgenskome dijelu spektra. Samo kretanje galaktika bogatih plinom kroz taj medij naposljetku im oduzima vlastiti plin i tako onemogući stvaranje novih zvijezda. To bi moglo biti objašnjenje. Ali kad izračunate ukupnu masu toga užarenoga plina, za većinu jata ona deset puta premašuje masu svih galaktika u njima. Još gore, jata su prepuna tamne tvari koja je ponovno deset puta veća od svega ostalog u njima. Drugim riječima, kad bi teleskopi opažali masu a ne svjetlost, naše voljene galaktike u jatima bile bi nevažni signali među golemim sfernim nakupinama gravitacijskih sila. U ostatku prostora, izvan jata, nalazimo populaciju galaktika koje su svoj vrhunac imale u dalekoj prošlosti. Kao što sam već spomenuo, gledanje u svemir je kao kad geolog gleda kroz slojeve stijena koji pokazuju svu povijest njihova nastanka. Kozmičke udaljenosti tako su goleme da svjetlosti trebaju milijuni, pa i milijarde godina da stigne do nas. Kad je svemir bio upola mlađi nego danas, bilo je u njemu mnogo vrlo modrih galaktika srednje veličine i vrlo slaba sjaja. Mi ih vidimo. Nastale su u davnoj prošlosti, a od nas su jako, jako udaljene. Njihova modra boja posljedica je sjaja tek rođenih, kratkovjekih sjajnih zvijezda velike mase i vrlo visoke temperature. Galaktike su slaba sjaja ne samo zato što su vrlo udaljene, nego i zato što je u njima bilo malo zvijezda. Poput dinosaura koji su doživjeli svoj procvat i zatim nestali, ostavljajući ptice kao svoje jedine suvremene potomke, modre galaktike slaba sjaja više ne postoje, ali u današnjem svemiru postoje njihovi ostaci. Jesu li sve njihove zvijezde izgorjele? Jesu li postale nevidljivi leševi raspršeni diljem svemira? Jesu li se razvile u današnje poznate patuljaste galaktike? Ili su ih sve pojele veće galaktike? Odgovore na ta pitanja ne znamo, ali neporeciva je njihova uloga u vremenskoj lenti povijesti svemira. Očekujemo da sva ta tvar među velikim galaktikama spriječi pogled na ono što se nalazi iza nje. To bi mogao biti problem za najudaljenije objekte u svemiru, primjerice za kvazare. Kvazari su iznimno sjajne galaktičke jezgre čija je svjetlost do naših teleskopa putovala vjerojatno milijardama godina. Kao ekstremno udaljeni izvori svjetlosti, idealni su zamorci za otkrivanje smeća koje se nalazi između njih i nas. Doista, kad svjetlost kvazara razložite u boje, odnosno spektar, vidite da

je prepun apsorpcijskih linija koje nam govore da je prošao kroz oblake plina. Svaki poznati kvazar, bez obzira na svoj položaj na nebu, ima obilježja desetaka izoliranih oblaka vodika raštrkanih po prostoru i vremenu. Taj jedinstveni razred međugalaktičkih objekata prvi je put prepoznat osamdesetih godina dvadesetoga stoljeća, a i danas je predmetom aktivnih astrofizikalnih istraživanja. Odakle su stigli? Kolika im je ukupna masa? Svaki poznati kvazar pokazuje vodikova obilježja, pa zaključujemo da vodikovih oblaka ima posvuda po svemiru. I, baš kao što bismo očekivali, što je kvazar dalje od nas, u spektru mu zapažamo više vodikovih oblaka. Neki od njih (manje od jedan posto) jednostavno su posljedica činjenice da naša doglednica6 prolazi kroz plin u običnoj spiralnoj ili nepravilnoj galaktici. U svakome biste slučaju očekivali da se barem neki kvazari nalaze iza običnih galaktika čiji je sjaj zbog udaljenosti preslab da bismo ih mogli opaziti. Ali ostatak oblaka svakako je poseban razred nebeskih objekata. U međuvremenu svjetlost kvazara često prolazi kroz područja svemira s čudovišnim izvorima gravitacije koji mu izobličuju sliku. Njih je teško otkriti jer ih možda čini obična tvar, jednostavno su previše daleka i slaba sjaja, ali to mogu biti zone tamne tvari kakve, primjerice, nalazimo u središtima i okolnim područjima galaktičkih jata. U svakom slučaju, gdje ima mase, ima i gravitacije. A gdje ima gravitacije, Einsteinova opća teorija relativnosti govori da ima i zakrivljena prostora. Zakrivljeni prostor može oponašati zakrivljenost obične staklene leće i promijeniti smjer zraka svjetlosti što prolaze kroz njega. Doista, opaženi su daleki kvazari i cijele galaktike »fokusirani« objektima koji su se slučajno našli uzduž doglednice do zemaljskih teleskopa. Ovisno o masi »leće« i geometriji rasporeda uzduž doglednice, takvim se fokusiranjem izvor svjetlosti u pozadini može povećati, izobličiti, čak i rascijepiti na višestruke slike, kao u nekom labirintu s iskrivljenim zrcalima u zabavnome parku. Jedan od najudaljenijih (poznatih) objekata u svemiru nije kvazar nego obična galaktika čija je slaba svjetlost uvelike pojačana djelovanjem gravitacijske leće između nje i Zemlje. Možda ćemo se ubuduće zato morati osloniti na takve »međugalaktičke« teleskope kako bismo zavirili tamo (i u vrijeme) kamo obični teleskopi ne mogu dosegnuti i tako otkriti buduće rekordere svemirskih udaljenosti.

Nitko ne voli međugalaktički prostor, ali odaberete li da pođete tamo, moglo bi to biti opasno po vaše zdravlje. Zanemarimo činjenicu da biste umrli zamrznuvši se u prostoru temperature 3 kelvina. Zanemarimo i to da bi vam krvne stanice popucale zbog nedostatka atmosferskoga tlaka na koji smo navikli. To su uobičajene opasnosti. Međutim, kad je riječ o odjelu egzotičnih događaja, međugalaktički prostor redovito pohode brze subatomske nabijene čestice prepune energije. Nazivamo ih kozmičke zrake. Cestice s najviše energije mogu imati stotinu milijuna veću energiju od onih koje možemo stvoriti u najvećim ubrzivačima na svijetu. Njihovo podrijetlo i danas je zagonetno, ali većinu tih nabijenih čestica čine protoni, jezgre vodikovih atoma, koje se gibaju brzinom od 99,9999999999999999999 posto brzine svjetlosti. Zanimljivo, jedna takva subatomska čestica nosi dovoljno energije da lopticu za golf s bilo kojeg dijela terena ubaci točno u rupu. Možda najegzotičnija pojava između (i unutar) galaktika u vakuumu prostora i vremena jest uzavreli ocean virtualnih čestica — nezamjetljivih parova čestica materije i antimaterije koji se pojavljuju i odmah nestaju. To čudno predviđanje kvantne fizike, koje zapažamo kao tlak koji djeluje u smjeru suprotnom od gravitacije, pojavljuje se samo u potpunoj odsutnosti materije. Svemir koji se širi sve brže, utjelovljenje tamne energije, možda pokreće djelovanje te energije vakuuma. Da, međugalaktički prostor jest, i zauvijek će biti, mjesto na kojem valja potražiti akciju.

5. Tamna tvar Gravitacija, najpoznatija sila u prirodi, istodobno nudi najpoznatije i najmanje poznate prirodne pojave. Bio je potreban um naj briljantni je i najutjecajnije osobe tisućljeća, Isaaca Newtona, da shvati kako zagonetno gravitacijsko »djelovanje na daljinu« potječe od prirodnog utjecaja svakoga djelića materije i da se privlačna sila između bilo koja dva tijela može opisati jednostavnom algebarskom jednadžbom. Bio je uz to potreban um naj briljantni je i najutjecajnije osobe dvadesetoga stoljeća, Alberta Einsteina, da pokaže kako gravitacijsko djelovanje na daljinu možemo točnije opisati izobličenjem u tkanju prostor-vremena, nastalim bilo kakvom kombinacijom materije i energije. Einstein je pokazao da je Newtonovoj teoriji potrebna preinaka kako bi bolje opisala gravitaciju — i, primjerice, predvidjela koliko se zrake svjetlosti svijaju prolaskom kraj masivnog objekta. Iako su Einsteinove jednadžbe elegantnije od Newtonovih, u njih se lijepo uklapa tvar koju smo upoznali i zavoljeli. Tvar koju možemo vidjeti, dodirnuti, osjetiti, onjušiti i, katkad, okusiti. Ne znamo koji je sljedeći genij u nizu, ali sad već gotovo cijelo stoljeće čekamo nekoga tko će nam reći zašto je većina gravitacijske energije koju možemo izmjeriti u svemiru — oko osamdeset pet posto — posljedica tvari koja na drugi način uopće ne djeluje na »našu« tvar ili energiju. A možda taj višak gravitacije uopće ne potječe od tvari i energije nego je posljedica nekoga drugog koncepcijskog uzroka. U svakome slučaju, o tome, zapravo, nemamo pojma. Danas nismo ništa bliže odgovoru nego u vrijeme kad je 1937. švicarsko-američki astrofizičar Fritz Zwicky prvi podrobno proučio problem te »nedostajuće mase«. On je više od četrdeset godina predavao na Kalifornijskom tehnološkom institutu (Caltechu), povezujući svoje dalekosežne uvide o svemiru sa zanimljivim načinima izražavanja i dojmljivom sposobnošću iritiranja kolega.

Zwicky je proučavao gibanja pojedinih galaktika unutar jednoga golemog jata smještenog daleko iza lokalnih zvijezda Mliječne staze koje su se rasporedile unutar obrisa zviježđa Berenikine kose (Berenika je bila drevna egipatska kraljica). Jato u Kosi, kako ga nazivamo, izdvojena je i vrlo napučena nakupina galaktika smještenih oko 300 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Njezinih tisuću galaktika kruže oko središta jata, gibajući se u svim smjerovima poput pčela u roju. Rabeći gibanje nekoliko desetaka galaktika kao pokazatelje gravitacijskoga polja koje povezuje cijelo jato, Zwicky je otkrio da su njihove prosječne brzine šokantno velike. Budući da jače gravitacijske sile uzrokuju veće brzine objekata koje privlače, Zwicky je izračunao da je masa Jata u Kosi golema. Kako biste provjerili njegovu procjenu, možete zbrojiti mase svih članova jata koja vidite. A premda je Jato u Kosi jedno od najvećih i najmasivnijih u svemiru, ne sadržava dovoljno galaktika koje bi objasnile brzine koje je Zwicky izmjerio. Koliko je situacija loša? Jesu li nas poznati zakoni gravitacije iznevjerili? Oni u svakome slučaju dobro djeluju u Sunčevu sustavu. Newton je pokazao da se može izračunati jedinstvena brzina koju planet mora imati u stabilnoj stazi na bilo kojoj udaljenosti od Sunca, jer svaka razlika uzrokovala bi povećanje ili smanjenje promjera staze. Tako se pokazuje da bi naš planet, kad bismo Zemljinu orbitalnu brzinu povećali za više od kvadratnoga korijena broja 2 (1,4142...), premašio »brzinu bijega« i napustio Sunčev sustav. Isto vrijedi i za mnogo veće sustave, primjerice našu galaktiku Mliječnu stazu, u kojoj se zvijezde gibaju po stazama u skladu s privlačenjem svih drugih zvijezda u njoj, ili jata galaktika u kojima svaka galaktika osjeća gravitaciju svih drugih galaktika. S time na umu, među stranicama ispisanim formulama u svojoj bilježnici, Einstein je napisao pjesmicu (zvučniju na njemačkome nego u prijevodu) u počast Isaacu Newtonu: Gle kako zvijezde znanje nam daju I učiteljeve misli nam predaju Pokazujući matematičko Newtonovo znanje Slijedeći u tišini svoje putanje.7 Kad proučimo Jato u Kosi, kao što je Zwicky učinio tridesetih godina dvadesetoga stoljeća, vidjet ćemo da se galaktike u njemu gibaju brže od brzine bijega za to jato. Jato bi se brzo trebalo raspasti, za samo nekoliko

stotina milijuna godina, jedva ostavljajući trag o svome postojanju. Ali jato je staro više od deset milijardi godina, što je gotovo starost cijeloga svemira. I tako je rođena najstarija zagonetka koju astrofizičari ni do danas nisu uspjeli riješiti.

U desetljećima poslije Zwickyjeva otkrića i druga su jata galaktika pokazala isto ponašanje, pa se ono u Kosi nije moglo optužiti da je neobično. Sto bismo ili koga trebali zbog toga optužiti? Newtona? Ja ne bih. Barem ne još. Njegove su teorije preživjele dva i pol stoljeća kušnje i prošle su sve testove. Einsteina? Ne. Velika gravitacija jata galaktika još uvijek nije dovoljno velika da na nju primijenimo opću teoriju relativnosti, staru samo dva desetljeća kad je Zwicky obavljao svoja istraživanja. Možda »nedostajuća masa« potrebna za držanje na okupu Jata u Kosi postoji, ali u nekom nepoznatom, nama nevidljivom obliku. Danas smo prihvatili naziv »tamna tvar«, što ne ukazuje na to da išta nedostaje, ali ipak znači da mora postojati nova vrsta tvari koju tek treba otkriti. Baš kad su astrofizičari naposljetku prihvatili tamnu tvar u jatima galaktika kao nešto zagonetno, problem je ponovno izbio na vidjelo. Godine 1976. pokojna Vera Rubin, astrofizičarka u Carnegiejevu institutu u Washingtonu, otkrila je sličnu masenu anomaliju unutar spiralnih galaktika. Proučavajući brzine kojima zvijezde kruže oko središta svojih galaktika, Rubin je najprije pronašla ono što je i očekivala: unutar vidljiva diska galaktike, zvijezde dalje od središta gibaju se većim brzinama od onih bliže središtu. Udaljenije zvijezde između sebe i središta imaju više tvari (zvijezda i plina) što im omogućava brže kruženje. Međutim, izvan sjajnoga diska galaktike također nalazimo izolirane oblake plina i pokoju sjajnu zvijezdu. Upotrebljavajući te objekte kao indikatore gravitacijskoga polja izvan najsjajnijih dijelova galaktike, gdje nema vidljive mase da se pribroji ukupnoj količini, otkrila je da su im orbitalne brzine, koje bi se trebale smanjivati s povećanjem udaljenosti u toj galaktičkoj zabiti, i dalje velike. Ti uglavnom prazni dijelovi prostora — najudaljeniji ruralni dijelovi galaktike — sadržavaju premalo vidljive materije da objasne nenormalno velike brzine indikatorskih objekata. Rubin je ispravno zaključila da u tim dalekim područjima, izvan vidljivih rubova svake spiralne galaktike, mora

postojati neki oblik tamne tvari. Zahvaljujući istraživanjima Vere Rubin, ta zagonetna područja danas nazivamo »haloi tamne tvari«. Problem s haloom postoji i nama pred nosom, u samoj Mliječnoj stazi. Od galaktike do galaktike i od jata do jata, razlika između mase vidljivih objekata i ukupne mase objekata u rasponu je od nekoliko do (u nekim slučajevima) nekoliko stotina puta. U cijelomu svemiru ta je razlika prosječno šest puta: kozmička tamna tvar ima gravitaciju šest puta veću od gravitacije sve vidljive tvari. Dalja su istraživanja pokazala da se tamna tvar ne može sastojati od obične tvari slaba sjaja ili bez ikakva sjaja. Takav zaključak počiva na dvama smjerovima razmišljanja. Prvo, s gotovo posvemašnjom sigurnošću možemo eliminirati sve moguće poznate kandidate kao osumnjičenike na policijskome prepoznavanju. Bi li tamna tvar mogla biti unutar crnih rupa? Ne, smatramo da bismo toliko crnih rupa opazili prema njihovu gravitacijskom utjecaju na obližnje zvijezde. Da nisu možda tamni oblaci? Ne, oni bi apsorbirali ih na drugi način utjecali na svjetlost zvijezda iza njih, što prava tamna tvar ne čini. Mogu li to biti međuzvjezdani (ili međugalaktički) odbjegli planeti, asteroidi i kometi, nebeska tijela koja ne zrače svjetlost? Teško je povjerovati da je u svemiru nastalo šest puta više mase planeta nego zvijezda. To bi značilo šest tisuća Jupitera za svaku zvijezdu u galaktici ili, još gore, dva milijuna Zemlji. U našemu Sunčevu sustavu, primjerice, sve što nije Sunce čini manje od petine jednoga postotka njegove mase. Izravniji dokaz neobične naravi tamne tvari potječe od relativne količine vodika i helija u svemiru. Ti brojevi zajedno nude otisak prsta koji je ostavio rani svemir. Možemo grubo izračunati da je nuklearnom fuzijom tijekom prvih nekoliko minuta poslije Velikoga praska na svakih deset vodikovih jezgri (koje su, zapravo, samo protoni) nastala jedna helijeva. Proračuni pokazuju da bi, kad bi u proces bila uključena tamna tvar, u svemiru nastalo mnogo više helija u odnosu na vodik. Iz toga zaključujemo da većina tamne tvari — pa zato i većina mase u svemiru — nije sudjelovala u nuklearnoj fuziji, što je diskvalificira kao »običnu« tvar, čije je ključno obilježje reakcija na atomske i nuklearne sile koje oblikuju tvar koju poznamo. Detaljna istraživanja kozmičkoga pozadinskog mikrovalnog zračenja, koja nude neovisan test toga zaključka, potvrđuju rezultat: tamna tvar i nuklearna fuzija ne idu ruku pod ruku.

Zato se, koliko znamo, tamna tvar ne sastoji od obične tvari koja je jednostavno tamna. Umjesto toga, riječ je o nečemu posve drukčijem. Tamna tvar djeluje gravitacijom po istim zakonima kao i obična, ali malo je drugoga što bi nam pomoglo da je otkrijemo. Naravno, u toj smo analizi sputani činjenicom da ne znamo što je tamna tvar. Ako sva masa ima gravitaciju, znači li to i da sva gravitacija ima masu? Ne znamo. Možda je s tvari sve u redu, a gravitacija je ono što ne razumijemo.

Razlika između tamne i obične tvari uvelike se razlikuje od jednoga do drugoga fizikalnog okružja, ali najizraženija je za velike objekte poput galaktika i jata galaktika. Za najmanje objekte poput mjeseca i planeta uopće ne postoji. Primjerice, Zemljinu površinsku gravitaciju možemo objasniti samo onime što nam je pod nogama. Ako ste preteški na Zemlji, nemojte za to okrivljavati tamnu tvar. Tamna tvar također nema utjecaja na kruženje Mjeseca oko Zemlje, niti na gibanje planeta oko Sunca — ali, kako smo već spomenuli, potrebna nam je da objasnimo gibanje zvijezda oko središta galaktike. Djeluje li u galaktičkim razmjerima neka druga vrsta gravitacijske fizike? Vjerojatno ne. Vjerojatnije je da se tamna tvar sastoji od tvari čiju narav tek trebamo otkriti i koja se okuplja raspršenije od obične. U suprotnome bismo gravitaciju otkrivali u koncentriranim nakupinama tamne tvari diljem svemira — kometima, planetima i galaktikama građenima od tamne tvari. Koliko znamo, nije tako. Ono što znamo jest da je tvar koju smo naučili voljeti u svemiru — tvar od koje su načinjene zvijezde, planeti i život — samo glazura na kozmičkoj torti, skromna plutača u golemu kozmičkom oceanu nečega što uopće ne možemo vidjeti.

U prvih pola milijuna godina poslije Velikoga praska, treptaju oka u četrnaest milijardi godina kozmičke povijesti, tvar u svemiru počela se gomilati u nakupine koje će postati jata i superjata galaktika. Ali svemir će u idućih pola milijuna godina udvostručiti veličinu i poslije toga nastaviti rasti. U svemiru su u to doba djelovale dvije suparničke sile: gravitacija koja

nastoji nagomilati materiju i širenje koje ju nastoji raspršiti. Pozabavite li se matematikom, ubrzo zaključujete da gravitacija obične tvari ne bi sama za sebe mogla dobiti tu bitku. Trebala joj je pomoć tamne tvari, bez koje bismo živjeli — zapravo ne bismo živjeli — u svemiru bez ikakvih ustroja: bez jata galaktika, bez galaktika, bez zvijezda, bez planeta i bez ljudi. Koliko je bilo potrebno gravitacije tamne tvari? v Šest puta više nego što je mogla ponuditi obična tvar. Upravo količina koju mjerimo da postoji u svemiru. Ta nam analiza ne govori što je tamna tvar, samo da je njezin utjecaj u svemiru stvaran i da ga ne možemo pripisati običnoj materiji ma koliko se trudili.

Dakle, tamna tvar je suparnik bez kojega ne možemo. Nemamo pojma što jest. Na neki je način vrlo iritantna. Ali ne možemo bez nje u izračunima s pomoću kojih dolazimo do točnog opisa svemira. Znanstvenici obično ne vole svoje kalkulacije temeljiti na konceptima koje ne razumiju, ali ako su prisiljeni, učinit će to. A tamna tvar nije nam prvi takav izazov. Primjerice, u devetnaestome stoljeću znanstvenici su mjerili Sunčevo isijavanje energije i dokazali njegov utjecaj na godišnja doba i klimu, dugo prije nego što je itko znao da je za tu energiju zaslužna termonuklearna fuzija. U to su doba najbolje ideje uključivale danas smiješnu hipotezu da u Suncu izgara hrga ugljena. U devetnaestome stoljeću također smo opažali zvijezde, njihovu svjetlost razložili u spektre i klasificirali ih mnogo prije nego što je u dvadesetome stoljeću uvedena kvantna fizika koja nam omogućava razumjeti kako i zašto spektri izgledaju onako kako izgledaju. Tvrdokorni skeptici mogli bi današnju tamnu tvar usporediti s hipotetskim, danas gotovo zaboravljenim »eterom« koji su u devetnaestome stoljeću smatrali prozirnim sredstvom bez mase kroz koji se giba svjetlost. Sve do glasovita pokusa iz 1887. u Clevelandu u kojem je dokazano suprotno, a izveli su ga Albert Michelson i Edward Morley sa Sveučilišta Case Western Reserve, znanstvenici su tvrdili da eter mora postojati, premda nije bilo ama baš nikakva dokaza da potkrijepi tu tvrdnju. Kako je svjetlost val, smatralo se da joj treba sredstvo kojim bi širila energiju, baš kao što zvuku treba zrak ili neka druga tvar da širi svoje valove. Ali svjetlost sasvim bezbrižno putuje kroz svemirski vakuum u kome nema nikakva sredstva da je

prenosi. Za razliku od valova zvuka, pronašlo se da su valovi svjetlosti samošireći energijski paketi kojima pri gibanju ne treba nikakva pomoć. Naše nepoznavanje tamne tvari posve se razlikuje od zablude o eteru. Eter je bio nadomjestak potreban zbog našega nepotpunog znanja, a postojanje tamne materije ne izvodimo iz neke neutemeljene pretpostavke nego iz opažanja njezina gravitacijskog djelovanja na vidljivu tvar. Tamnu tvar nismo izmislili tek tako, njezino postojanje izveli smo iz podataka dobivenih opažanjem. Tamna tvar je stvarna poput brojnih egzoplaneta otkrivenih u stazama oko drugih zvijezda, pronađenih samo zahvaljujući njihovu gravitacijskom utjecaju na matične zvijezde, a ne izravnim mjerenjima njihove svjetlosti. Najgore što se može dogoditi jest da otkrijemo kako se tamna tvar uopće ne sastoji od tvari nego od nečega drugog. Opažamo li to utjecaj sila iz druge dimenzije? Opažamo li običnu gravitaciju obične tvari koja prelazi granicu nama susjednoga fantomskog svemira? Ako je tako, to bi bio tek jedan iz beskonačne zbirke svemira koji zajedno čine multisvemir. Zvuči egzotično i vrlo neuvjerljivo. Ali je li luđe od prvih pretpostavki da Zemlja kruži oko Sunca? Da je Sunce samo jedna od stotinu milijardi zvijezda u Mliječnoj stazi? Ili da je Mliječna staza samo jedna od stotinu milijardi galaktika u svemiru? Čak i ako se bilo koja od takvih fantastičnih pretpostavki pokaže ispravnom, nijedna ne bi zamijenila potrebu da se u jednadžbama potrebnim za razumijevanje nastanka i evolucije svemira pozovemo na gravitaciju tamne tvari. Naši tvrdokorni skeptici mogli bi reći da »vidjeti znači vjerovati« — takav pristup životu savršeno funkcionira u raznim slučajevima kao što su strojarstvo, pecanje i, možda, odlazak na spoj. Čini se da je također dobar, među ostalim, za stanovnike Missourija8. Ali ne i za pravu znanost. Znanost se ne odnosi samo na ono što vidimo golim okom, ona se bavi mjerenjima, po mogućnosti nečime što nisu naše oči, jer je naš vid nerazmrsivo povezan s teretom naših umotvorina. Te umotvorine vrlo su često unaprijed stvorena mišljenja, naknadni neutemeljeni zaključci i najobičnije predrasude.

Tamna se tvar već tri četvrt stoljeća odupire svim naporima da je izravno

opazimo na Zemlji, ali još je uvijek u igri. Fizičari subatomskih čestica uvjereni su da se tamna tvar sastoji od razreda sablasnih neotkrivenih čestica koje na običnu tvar djeluju gravitacijski, ali s tvari i svjetlošću slabo ili nikako ne ulaze u interakcije. Volite li se kladiti na fiziku, ova je mogućnost dobra oklada. Najveći ubrzivači čestica na svijetu pokušavaju u ostacima sudara čestica pronaći čestice tamne tvari. A posebno konstruirani laboratoriji ukopani duboko pod zemljom nastoje čestice tamne tvari pronaći pasivnim opažanjima, za slučaj da do njih zalutaju iz svemira. Podzemni laboratoriji zaštićeni su od kozmičkoga zračenja koje bi moglo zavarati detektore tamne tvari. Premda je moguće da je posrijedi mnogo vike ni za što, ideja o neuhvatljivim česticama tamne tvari ima dobre presedane. Tako su, primjerice, neutrini predviđeni i naposljetku opaženi, premda na običnu tvar gotovo uopće ne djeluju. Iz Sunca nesmetano izlazi obilna količina neutrina — dva neutrina za svaku jezgru helija nastalu fuzijom vodika u termonuklearnoj peći smještenoj u središtu Sunca — putuje kroz svemir gotovo brzinom svjetlosti i zatim prolazi kroz Zemlju gotovo kao da je nema. Rezultat: danju i noću kroz svaki četvorni centimetar vašega tijela svake sekunde prolazi devedeset milijardi neutrina bez ikakva djelovanja na atome u tijelu. Koliko god bili neuhvatljivi, u određenim ih se okolnostima može zaustaviti. A ako česticu možete zaustaviti, otkrili ste ju. Cestice tamne tvari mogu se pokazati u slično rijetkim interakcijama ili, još čudesnije, mogu se pokazati preko sila koje nisu jaka nuklearna sila, slaba nuklearna sila ili elektromagnetizam. Te tri sile uz gravitaciju zaokružuju četiri čudesne svemirske sile koje posreduju u svim interakcijama i između svih poznatih čestica. I zato je odabir jasan. Ili čestice tamne tvari moraju pričekati da ih otkrijemo i shvatimo novu vrstu ili razred sila preko kojih njezine čestice stupaju u interakcije ili, u suprotnome, čestice tamne tvari međusobno stupaju u interakcije preko poznatih sila, samo iznimno slabo. Dakle, utjecaj tamne tvari je stvaran. ledino ne znamo o čemu je riječ. Izgleda da tamna tvar ne djeluje preko jake nuklearne sile, pa zato ne može stvarati jezgre. Nije opaženo ni da djeluje posredstvom slabe nuklearne sile onako kako to, primjerice, čine neutrini. A čini se da ne ulazi u interakciju niti s elektromagnetskom silom pa ne stvara molekule i ne nakuplja se u kugle tamne tvari velike gustoće. Usto ne apsorbira niti zrcali i raspršuje

svjetlost. Kao što znamo od početka, tamna tvar djeluje gravitacijskom silom na koju reagira obična tvar. Ali to je sve. Nakon svih tih godina nismo o njoj otkrili ništa više. Zasad se moramo zadovoljiti da nas tamna tvar prati poput neobična, nevidljivog prijatelja i da je prizivamo kada i gdje svemir od nas zatraži.

6. Tamna energija Kao da nemamo dovoljno briga, u posljednjim smo desetljećima otkrili da svemir djeluje zagonetnim tlakom koji potječe iz vakuuma i suprotstavlja se gravitaciji. Ne samo to, ta »negativna gravitacija« naposljetku će pobijediti u ratu sila i natjerati svemir da se u budućnosti počne eksponencijalno širiti. Za sve najčudnije ideje fizike u dvadesetome stoljeću najbolje je okriviti Einsteina. Albert Einstein gotovo nikad nije radio u laboratoriju, nije testirao pojave ili upotrebljavao složenu istraživačku opremu. Bio je teoretičar koji je usavršio »misaone pokuse« u kojima se s prirodom suočavate svojom maštom, izmišljajući situaciju ili model i zatim utvrđujući posljedice nekoga fizikalnog načela. U Njemačkoj prije Drugoga svjetskog rata u glavama većine znanstvenika arijevaca eksperimentalna fizika cijenila se neusporedivo više od teorijske fizike. Židovski znanstvenici završili su u pješčaniku niskorangiranih teoretičara, prepušteni samima sebi. Ali kakav će to pješčanik postati! Kao što je bio slučaj i s Einsteinom, ako fizičar modelom nastoji predstaviti cijeli svemir, manipuliranje modelom mora biti jednakovrijedno manipuliranju svemirom. Promatrači i eksperimentatori mogu nakon toga početi potragu za pojavama koje takav model predviđa. Ako model nije dobar, ili ako teoretičari pogriješe u svojim računima, promatrači će zamijetiti da se predviđanja koja nudi model i stvarnost koju vidimo u svemiru ne podudaraju. To za teoretičara predstavlja prvi znali da se mora vratiti svojim izračunima i preinačiti stari model ili stvoriti posve nov. Jedan od najmoćnijih i najdalekosežnijih teorijskih modela u povijesti znanosti već smo spominjali u knjizi, a riječ je o Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti. Objavljena 1916., opća teorija relativnosti u glavnim crtama iznosi važne matematičke pojedinosti o tome kako se objekti u svemiru

gibaju pod djelovanjem gravitacije. Svakih nekoliko godina eksperimentalni fizičari osmišljavaju sve preciznije pokuse za testiranje teorije, samo da još bolje utvrde njezinu točnost. Suvremeni primjer toga nevjerojatnog poznavanja prirode koje nam je podario Einstein potječe iz 2016., kad su u posebno konstruiranom opservatoriju9 otkriveni gravitacijski valovi. Ti valovi, koje je predvidio Einstein, šire se brzinom svjetlosti prostorvremenom, a nastaju kao posljedica velikih gravitacijskih poremećaja poput sudara dviju crnih rupa. I opaženo je baš to. Prvi otkriveni gravitacijski valovi nastali su sudarom dviju crnih rupa u galaktici udaljenoj 1,5 milijardi svjetlosnih godina, u doba kad su na Zemlji živjeli samo jednostavni jednostanični organizmi. Dok se val u svim smjerovima širio svemirom, na Zemlji će poslije još 800 milijuna godina nastati složena živa bića, među njima cvijeće, dinosauri i leteće životinje, ah i grana kralježnjaka koju nazivamo sisavcima. Među sisavcima jedan će ogranak razviti moždane čeone režnjeve, a s njima i složeno razmišljanje. Taj ogranak nazivamo primati. Jedan ogranak tih primata okoristit će se genetskom mutacijom koja mu je omogućila govor, a taj će ogranak — Homo sapiens — razviti poljodjelstvo, civilizaciju, filozofiju, umjetnost i znanost. Sve se to dogodilo u posljednjih deset tisuća godina. Naposljetku će jedan od fizičara iz dvadesetoga stoljeća izumiti relativnost i predvidjeti postojanje gravitacijskih valova. Stoljeće poslije toga tehnologija koja može opaziti te valove uhvatit će korak s predviđanjem, samo nekoliko dana prije nego što će gravitacijski val koji je svemirom putovao 1,3 milijardi godina zapljusnuti Zemlju i biti opažen. Da, Einstein. je bio prava faca.

U svojem začetku većina je znanstvenih modela samo napola dovršena i u njima ima još dovoljno mjesta za prilagodbu parametara kako bi bolje odgovarali poznatome svemiru. U sustavu utemeljenome na Suncu kao središtu našega sustava, tzv. heliocentričnome svemiru, koji je u šesnaestom stoljeću osmislio matematičar Nikola Kopernik, planeti su oko Sunca putovali po savršenim kružnicama. Dio sa Suncem u središtu sustava bio je ispravan, prava promjena paradigme svemira sa Zemljom u središtu, ali dio sa savršenim kružnicama nije bio posve točan — svi planeti oko Sunca kruže

u malo spljoštenim kružnicama koje nazivamo elipse, a čak je i taj oblik tek aproksimacija složenije staze. Kopernikova teza bila je ispravna i to je bilo najvažnije. Trebalo ju je samo malo doraditi kako bi bila točnija. Međutim, kad je o Einsteinovoj teoriji relativnosti riječ, temeljna načela teorije zahtijevaju da se sve odvija točno prema predviđanjima. Einstein je, zapravo, izgradio nešto nalik na kuću od karata, sa samo dvije ili tri jednostavne postavke koje podržavaju cijelo zdanje. Doista, kada je 1931. doznao za knjigu Stotinu autora protiv Einsteina10, odgovorio je da bi, kad ne bi imao pravo, i jedan bio dovoljan. U njoj je bilo posađeno sjeme jedne od najčudesnijih pogrešaka u povijesti znanosti. Einsteinove nove jednadžbe gravitacije uključivale su član koji je nazvao »kozmološka konstanta«, a označio ga je velikim grčkim slovom lambda, A. Matematički dopušten, ali opcijski član, kozmološka konstanta dopuštala mu je da opiše statičan svemir. Naime, u to doba nitko nije mislio da bi svemir mogao činiti išta osim jednostavno postojati. I tako je jedina zadaća lambde bila da se opire gravitaciji u Einsteinovu modelu, zadržavajući svemir u ravnoteži, opirući se prirodnoj težnji gravitacije da cijeli svemir povuče u jednu golemu masu. lako je Einstein izmislio svemir koji se ne širi niti steže, u skladu s tada općeprihvaćenom predodžbom. Ruski fizičar Aleksandr Aleksandrovič Fridman poslije je matematički dokazao da je Einsteinov svemir, premda uravnotežen, u nestabilnu stanju. Poput lopte postavljene na vrh brda koja čeka najmanji poticaj da se otkotrlja u jednom ili drugom smjeru ili olovke koja balansira na svojem našiljenom vršku, Einsteinov svemir bio je u opasnu položaju između širenja i totalnog urušavanja. Usto, Einsteinova teorija bila je nova, a ako nečemu daš ime, ne znači automatski i da postoji — Einstein je znao da lambda, prirodna negativna sila gravitacije, nema poznatoga parnjaka u fizikalnome svemiru.

Einsteinova opća teorija relativnosti bila je radikalan odmak od svih prethodnih razmišljanja o gravitacijskome privlačenju. Umjesto da se zadovolji predodžbom Isaaca Newtona koji ju je smatrao sablasnim djelovanjem na udaljenost (a s tim zaključkom ni sam Newton nije bio zadovoljan), opća teorija relativnosti gravitaciju smatra reakcijom mase na

lokalnu zakrivljenost prostora i vremena uzrokovanu nekom drugom masom ili energijskim poljem. Drugim riječima, koncentracije mase uzrokuju izobličenja — zapravo manje ili veće jame — u tkanju prostora i vremena. Ta izobličenja vode mase u pokretu po pravocrtnim geodetskim linijama11, premda ih mi doživljavamo kao zakrivljene staze koje nazivamo orbitama. Američki teorijski fizičar iz dvadesetoga stoljeća John Archibald Wheeler to je najbolje rekao, sažimajući Einsteinov koncept ovako: »Tvar kaže prostoru kako da se iskrivi, a prostor kaže materiji kako da se kreće.«12 Sve u svemu, opća teorija relativnosti opisuje dvije vrste gravitacije. Jedna nam je poznata, privlačenje između Zemlje i lopte bačene u zrak ili između Sunca i planeta. Predvidjela je još jednu vrstu — zagonetni antigravitacijski tlak povezan sa samim vakuumom prostor-vremena. Lambda je čuvala ono što su Einstein i svi drugi fizičari toga doba smatrali neporecivom istinom: status quo statičnoga svemira — nestabilan statični svemir. Pozvati se na nestabilan uvjet u prirodnome stanju fizikalnoga sustava narušava temeljno fizikalno načelo. Ne možete tvrditi da je cijeli svemir poseban slučaj koji se sve vrijeme zadržava u nestabilnu stanju. Tako se ne ponaša ništa što smo u povijesti znanosti ikad vidjeli, izmjerili ili zamislili, pa bi to bio golem presedan. Trinaest godina poslije, 1929., američki astrofizičar Edwin P. Hubble otkrio je da svemir nije statičan. Otkrio je i skupio uvjerljive dokaze da se galaktika, što je dalje od Mliječne staze, brže od nje udaljuje. Drugim riječima, svemir se širi. Tada je Einstein, srameći se kozmološke konstante, koja nije odgovarala nijednoj poznatoj prirodnoj sili te zbog toga što je izgubio priliku da sam predvidi svemir koji se širi, posve izbacio lambdu i nazvao je »najvećom pogreškom svoga života«. Izbacivanjem lambde iz jednadžbe pretpostavio je da joj je vrijednost jednaka ništici kao, primjerice, u ovome primjeru: pretpostavimo da je A = B + C. Ako poslije doznate da je A = 10 i B — 10, i dalje vrijedi da je A jednako B plus C, samo što je u tom slučaju C jednako 0 i u jednadžbi taj član nije potreban. Ali to nije bio kraj priče. Idućih desetljeća teoretičari bi katkad izvukli lambdu iz podruma, zamišljajući što bi ona značila u svemiru koji bi imao kozmološku konstantu. Šezdeset devet godina poslije, 1998., znanost je lambdu ekshumirala posljednji put. Ranije te godine dva su tima fizičara na istome zadatku (jedan je predvodio Saul Perlmutter s Berkeleyjskoga

laboratorija u Kaliforniji, a drugi pod suvodstvom Briana Schmidta s Opservatorija Mount Stromlo i Siding Spring u Australiji i Adama Riessa sa Sveučilišta Johns Hopkins u Marylandu) objavila iznimno zanimljivo otkriće. Deseci najudaljenijih supernova ikad opaženih u povijesti bili su znatno slabijeg sjaja nego što se očekivalo za tako dobro dokumentirano ponašanje tih vrsta eksplodirajućih zvijezda. Kako bi se činjenice dovele u red, bio je potreban zaključak da se te supernove ponašaju drukčije od svoje bliže braće ili da su bile petnaest posto dalje nego što su predviđali postojeći kozmološki modeli. Jedina stvar koja »prirodno« objašnjava to ubrzanje jest Einsteinova lambda, kozmološka konstanta. Kad su astrofizičari skinuli prašinu s nje i vratili je u izvorne Einsteinove jednadžbe opće teorije relativnosti, poznato stanje svemira slagalo se s predviđanjima Einsteinovih jednadžbi.

Supernove koje su Perlmutter i Schmidt upotrijebili u svojim istraživanjima svoju vrijednost imaju u jezgrama koje se u njima stapaju. Unutar određenih granica svaka od tih zvijezda eksplodira na isti način, paleći jednaku količinu goriva, otpuštajući jednaku titansku količinu energije u jednakom razdoblju, pa zato dostižu jednak vršni sjaj. Zato nam služe kao mjerila, svojevrsne »standardne svijeće«, za mjerenje kozmičkih udaljenosti do galaktika u kojima eksplodiraju, sve do najudaljenijih dijelova svemira. Standardne svijeće neizmjerno pojednostavljuju izračune: kako sve supernove imaju istu vatažu, one slabijega sjaja dalje su od nas nego one sjajnije. Poslije mjerenja njihova sjaja (što je jednostavna zadaća) točno znate koliko su daleko od vas i jedna od druge. Kad bi sjaj supernova bio različit, ne biste mogli upotrijebiti samo njihov sjaj za određivanje njihove udaljenosti od nas. U tom bi slučaju supernova slaba sjaja mogla biti vrlo sjajna žarulja na vrlo velikoj udaljenosti ili slaba žarulja blizu nas. Zasad sve štima. Ali postoji i drugi način mjerenja udaljenosti galaktika: brzina njihova udaljavanja od Mliječne staze — udaljavanja za koje je odgovorno širenje svemira. Kao što je Hubble prvi pokazao, širenje svemira razlog je zbog kojeg se daleki objekti od nas udaljavaju brže od bližih. I tako, mjereći brzinu udaljavanja galaktike (još jedna jednostavna zadaća), možemo izračunati njezinu udaljenost. Ako ta dva prokušana načina nude dvije različite udaljenosti za isti

objekt, nešto nije u redu. Ili su supernove loše standardne svijeće ili je loš naš model određivanja brzine kozmičkoga širenja. Pa, nešto u svakome slučaju nije valjalo. Preživjevši vrlo pomne provjere brojnih skeptičnih istraživača, pokazalo se kako su supernove izvrsne standardne svijeće, i tako su astrofizičari ostali sa svemirom koji se širio brže nego što se mislilo, u kojem su galaktike bile udaljenije nego što bi se moglo zaključiti na temelju brzine njihova udaljavanja. A to dodatno širenje bilo je teško objasniti bez prizivanja lambde, Einstein ove kozmološke konstante. Sad smo imali prvi izravan dokaz da svemir prožima odbojna sila koja se suprotstavlja gravitaciji, sila zbog koje je kozmološka konstanta uskrsnula iz mrtvih. Lambda je iznenada postala fizikalna stvarnost kojoj je bilo potrebno ime, pa je tako u kozmičkoj drami središnje mjesto zauzela »tamna energija«, na vrlo prikladan način nudeći svojem slučaju zagonetnost i s njom povezano naše neznanje o njoj. Perlmutter, Schmidt i Reiss za svoje su otkriće 2011. zasluženo dobili Nobelovu nagradu. Najtočnija današnja mjerenja pokazuju da je tamna energija glavna faca u gradu, u ovome trenutku zaslužna za 68 posto sve mase-energije u svemiru. Tamna tvar obuhvaća 27 posto, a obična tvar samo 5 posto.

Oblik našega četverodimenzionalnog prostora posljedica je omjera tvari i energije u svemiru te brzine kojom se svemir širi. Prikladna matematička mjera za to je omega: Q, još jedno veliko grčko slovo koje je čvrsto ščepalo svemir. Ako uzmete gustoću mase-energije svemira i podijelite je s gustoćom mase-energije potrebnom da zaustavi širenje svemira (to nazivamo »kritičnom gustoćom«), dobit ćete omegu. Kako i masa i energija uzrokuju izobličavanje, odnosno zaobljavanje svemira, omega nam nudi odgovor na pitanje kakav mu je oblik. Ako je omega manja od jedan, stvarna masa-energija pada ispod kritične vrijednosti i svemir se zauvijek širi u svim smjerovima, zadobivajući obi ili sedla u kojem se isprva usporedne linije počinju razilaziti. Ako je omega jednaka jedan, svemir se širi vječno, ali jedva. U tom mu je slučaju oblik ravan i u njemu su očuvana sva geometrijska pravila o usporednim linijama koja smo naučili u školi. A ako je omega veća od jedan, usporedne će se linije susresti i svemir

će se savinuti u sebe, urušavajući se naposljetku u vatrenu loptu iz kakve je i nastao. Od trenutka kad je Hubble otkrio da se svemir širi nijedan tim znanstvenika nikada nije pouzdano utvrdio da omega može biti i blizu jedinice. Zbrajajući svu masu i energiju koju mogu vidjeti svojim teleskopima, pa čak i ekstrapolirajući preko te granice, uključujući i tamnu tvar, najveće vrijednosti za najbolja opažanja kreću se oko Q = 0,3. Sto se promatrača tiče, svemir je bio »otvoren« i na sedlu je jahao u budućnost. U međuvremenu, od 1979., američki fizičar Alan H. Guth s Massachussettskog tehnološkog instituta (MIT) s drugim je kolegama doradio teoriju Velikoga praska, i riješio neke dosadne probleme koje smo imali kod shvaćanja mehanizma kojim se svemir jednoliko ispunio tvari i energijom i postao onakav kakvim ga znamo. Najvažnija nuspojava te dorade teorije bila je da omegu gura prema jedan. Ne prema pola, ne prema dva, ne prema milijun, nego baš prema jedan. S takvim rezultatom nijedan teoretičar na svijetu nije imao problem jer je pomogao da Veliki prasak dobro opiše opće značajke poznatoga svemira. Postojao je, međutim, još jedan problemčić: dodatak teoriji predvidio je triput više mase-energije od onoga što su promatrači mogli pronaći. Ne dajući se smesti, teoretičari su promatračima jednostavno rekli neka bolje gledaju. Kad se sve na kraju zbrojilo, samo se pet posto kritične gustoće moglo objasniti vidljivom tvari. A što je sa zagonetnom tamnom tvari? Naravno, i nju su dodali. Nitko nije znao što je, a ni danas ne znamo, ali sasvim sigurno pridonosi konačnome zbroju. Iz toga dobivamo pet do šest puta više tamne tvari od vidljive. Ali to je još mnogo premalo. Eksperimentalci nisu znali više što bi, a teoretičari su im ponovili: »Nastavite gledati.« Oba tabora bila su sigurna da onaj drugi griješi sve do otkrića tamne energije. Taj jedan sastojak, kad se doda običnoj tvari i običnoj energiji te tamnoj tvari, podignuo je gustoću mase-energije svemira do kritične granice. Usto je istodobno zadovoljio eksperimentalne i teorijske fizičare. Prvi su se put teorijski i eksperimentalni fizičari poljubili i pomirili. I jedni i drugi su na svoj način imali pravo. Omega je jednaka jedan, baš kao što su teoretičari zahtijevali od svemira, iako do te vrijednosti ne možeš doći

samo zbrajajući svu tvar tamnu ili bilo kakvu drugu — kako su naivno pretpostavljali. U svemiru danas nema više tvari nego što su je promatrači ikad uspjeli procijeniti. Nitko nije predvidio prevladavajuću prisutnost kozmičke tamne energije, niti ju je itko mogao zamisliti kao velikoga pomiritelja razlika.

Pa o čemu je tu, onda, riječ? Nitko ne zna. Najviše što se netko uspio domisliti jest da tamna energija predstavlja kvantni efekt — po kojemu svemirski vakuum nije prazan, kako smo smatrali, nego vrvi parovima čestica i antičestica. Pojavljuju se u parovima i ne traju dovoljno dugo da bismo ih mogli izmjeriti. Njihova nestalnost zrcali se i u tome kako smo ih nazvali: virtualne čestice. Izvanredno naslijeđe kvantne fizike — znanosti maloga — traži da se tom idejom pozabavimo ozbiljno. Svaki par virtualnih čestica u svome izvanredno kratkom pojavljivanju u svemiru stvara malen tlak prema van. Na nesreću, kad procijenite količinu odbojnog »tlaka vakuuma« poteklog od kratkotrajnoga života virtualnih čestica, rezultat je 10120 puta veći od eksperimentalno određene vrijednosti kozmološke konstante. To je idiotski velik faktor, uzrok najvećega nesklada između teorije i opažanja u povijesti znanosti. Da, nemamo pojma. Ali nije to posljedica naše bijedne bezidejnosti. Tamna energija nije nešto što lebdi u prostoru bez ijedne teorije koja bi ju mogla uhvatiti. Tamna energija boravi u jednoj od najsigurnijih luka koje možemo zamisliti: Einsteinovim jednadžbama opće teorije relativnosti. Ona je kozmološka konstanta. Ona je lambda. Sto god da se pokaže kao tamna energija, mi je već znamo izmjeriti i znamo kako izračunati njezin utjecaj na prošlost, sadašnjost i budućnost svemira. Bez ikakve sumnje, Einsteinova najveća pogreška bila je kad je izjavio da je lambda njegova najveća pogreška.

Lov se nastavlja. Sad kad znamo da je tamna energija stvarna, timovi astrofizičara počeli su s ambicioznim programima mjerenja udaljenosti i rasta

svemirskih ustroja zemaljskim i svemirskim teleskopima. Ta će opažanja provjeriti točan utjecaj tamne energije na povijest širenja svemira i sasvim će sigurno jako zaposliti teorijske fizičare. Očajnički se moraju iskupiti za sramotnu pogrešku u izračunu tamne energije. Treba li nam, možda, alternativa općoj teoriji relativnosti? Treba li braku opće teorije relativnosti i kvantne mehanike generalka? Ili postoji neka teorija tamne energije koja čeka da je otkrije neka još nerođena pametna glava? Jedinstveno obilježje lambde i svemira koji se ubrzano širi jest da odbojna sila potječe iz vakuuma, a ne ičega materijalnoga. Sirenjem vakuuma smanjuje se gustoća tvari i (obične) energije u svemiru, pa lambda ima sve veći razmjerni utjecaj na kozmičko stanje stvari. S većim odbojnim tlakom stiže i više vakuuma, a više vakuuma znači veći odbojni tlak, potičući tako beskonačno i eksponencijalno ubrzanje širenja svemira. Posljedica je toga da će se sve što nije gravitacijski povezano s Mliječnom stazom sve brže udaljavati, kao dio ubrzanoga širenja tkanja prostor-vremena. Udaljene galaktike koje sad vidimo na noćnome nebu naposljetku će nestati iza nedostižnoga obzora, bježeći od nas brzinama većim od brzine svjetlosti. Ta je brzina u ovom slučaju dopuštena jer one se ne gibaju kroz prostor tom brzinom, nego ih tkanje svemira takvim brzinama nosi sa sobom. To ne sprječava nijedan fizikalni zakon. Za kojih bilijun godina, bilo tko živ u našoj galaktici možda neće znati ništa o drugim galaktikama. Naš vidljivi svemir sastojat će se samo od sustava obližnjih dugoživućih zvijezda unutar Mliječne staze. A izvan te zvjezdane noći nalazit će se beskrajna praznina — tama ništavila. Tamna energija, temeljno obilježje svemira, naposljetku će potkopati sposobnost budućih naraštaja da shvate svemir u kojem žive. Ako današnji astrofizičari diljem galaktike ne budu pomno čuvali podatke i ako ne zakopaju vremensku kapsulu koja će izdržati bilijun godina, znanstvenici poslije apokalipse neće znati ništa o galaktikama — glavnome organizacijskom obliku tvari u našemu svemiru — pa će im tako biti uskraćen pristup najvažnijim stranicama u kozmičkoj drami našega svemira. v Cesto mi se ponavlja sljedeća noćna mora: Ne nedostaju li i nama neki temeljni elementi svemira koji su nekad postojali? Koji je dio knjige kozmičke povijesti za nas označen s »pristup zabranjen«? Sto to možda

nedostaje našim teorijama i jednadžbama a trebalo bi biti u njima, ostavljajući nas da tragamo za odgovorima koje nikada nećemo naći?

7. Svemir na pladnju Za odgovore na katkad trivijalna pitanja nerijetko valja imati dubinsko i sveobuhvatno znanje o svemiru. Sjećam se kako sam na satu kemije u srednjoj školi pitao nastavnika odakle potječu elementi periodnoga sustava. Odgovorio je: »Iz Zemljine kore.« Prihvatit ću taj odgovor jer odatle su elementi u kemijskom praktikumu. Ali kako su stigli u Zemljinu koru? Odgovor mora biti astronomski. Ali trebate li u ovom slučaju doista znati podrijetlo i evoluciju svemira kako biste odgovorili na pitanje? Da, trebate. U Velikome prasku nastala su samo tri elementa na koja nailazimo u prirodi. Ostali su iskovani u vrućim srcima zvijezda i eksplozijama umirućih zvijezda, omogućavajući idućim naraštajima zvjezdanih sustava da to obogaćenje iskoriste za stvaranje planeta, a u našem slučaju i ljudi. Za mnoge je periodni sustav kemijskih elemenata zaboravljena neobičnost — tablica ispunjena zagonetnim, tajanstvenim oznakama koju su posljednji put vidjeli na zidu u kemijskome praktikumu. Kao organizacijsko načelo kemijskoga ponašanja svih poznatih i još neotkrivenih elemenata u svemiru, periodni sustav trebao bi biti kulturološka ikona, dokaz znanstvenih pothvata kao međunarodne ljudske pustolovine koja se vodi u laboratorijima, čestičnim ubrzivačima i na granici samoga svemira. Međutim, katkad i znanstvenik ne može a da ne pomisli kako je periodni sustav zoološki vrt jedinstvenih životinja koje je izmislio profesor Baltazar. Kako bismo inače mogli vjerovati da je natrij otrovan, reaktivan metal koji možete prerezati poput maslaca, da je čisti klor smrdljiv, smrtonosan plin, ali da kad se spoje u natrijev klorid nastaje bezopasna, biološki iznimno važna tvar poznatija kao kuhinjska sol? A što je s vodikom i kisikom? Prvi je eksplozivan plin, drugi potiče žestoko izgaranje, ali zajedno tvore tekuću vodu koja gasi vatru.

Među tim kemijskim tvorevinama nalazimo elemente važne za svemir, pa mi dopustite da periodni sustav razmotrim očima astrofizičara.

Sa samo jednim protonom u jezgri vodik je najlakši i najjednostavniji element koji je sav nastao u Velikome prasku. Od devedeset četiri elementa koja nalazimo u prirodi, vodik polaže pravo na više od dvije trećine atoma u ljudskome tijelu i više od devedeset posto atoma u svim svemirskim razmjerima, sve do zvjezdanih sustava. Vodik u jezgri masivnoga planeta Jupitera pod tako je velikim tlakom da se više ponaša kao metal koji provodi struju nego kao plin i stvara najjače magnetsko polje među planetima Sunčeva sustava. Engleski kemičar Henry Cavendish otkrio je vodik 1766. tijekom pokusa s H2O (i nazvali smo ga vodik jer od njega nastaje voda), ali među astrofizičarima je Cavendish najpoznatiji po tome što je točno izračunao Zemljinu masu pošto je izmjerio točnu vrijednost gravitacijske konstante u Newtonovoj poznatoj jednadžbi gravitacije. U jezgri Sunca zagrijanoj na petnaest milijuna stupnjeva svake sekunde svakoga dana 4,5 milijardi tona brzogibajućih jezgri vodika stapa se u helij i pritom izračuje energiju.

Helij se općenito smatra lako dostupnim plinom male gustoće koji udisanjem privremeno povećava titrajnu frekvenciju dušnika i ždrijela, pa govorite poput Mickeyja Mousea. Helij je drugi najjednostavniji i drugi najčešći element u svemiru. Premda to drugo mjesto daleko zaostaje u usporedbi s količinom vodika, četiri je puta češći od svih ostalih elemenata zajedno. Jedan od temelja kozmologije Velikoga praska jest predviđanje da u svakome području svemira ima ne manje od oko deset posto helijevih atoma koji su u tom postotku nastali u dobro izmiješanoj primordijalnoj vatrenoj lopti u kojoj je rođen svemir. Budući da termonuklearnom fuzijom vodika nastaje helij, u nekim područjima svemira lako se moglo nakupiti više od desetpostotnog udjela helija ah, kako je i predviđeno, nitko nikad nije pronašao područje galaktike u kojemu ga ima manje. Otprilike trideset godina prije nego što je otkriven i izdvojen na Zemlji, astronomi su helij tijekom potpune pomrčine 1868. otkrili u spektru Sunčeve

korone. Kako smo već spomenuh, helij je ime dobio po grčkome bogu Sunca Heliju. A kako mu uzgon u zraku iznosi 92 posto vodikova, ah bez eksplozivnih obilježja ovoga posljednjega, helij je plin kojim punimo goleme balone za posebne prigode. Robna kuća Macy’s takve balone izlaže na njujorškoj paradi za Dan zahvalnosti, pa je ta robna kuća druga po uporabi toga plina u SAD-u; najveći je korisnik američka vojska.

S tri protona u jezgri litij je treći najjednostavniji element u svemiru. Poput vodika i helija, litij je također nastao u Velikome prasku, ali za razliku od helija koji nastaje u središtima zvijezda, sve poznate nuklearne reakcije razaraju litij. Još nam jedno predviđanje kozmologije Velikoga praska govori da u bilo kojem području svemira ne može postojati više od jedan posto litijevih atoma. Nitko još nije pronašao galaktiku s više od te gornje granice koju je nametnuo Veliki prasak. Kombinacija helijeve gornje granice i litijeve donje granice predstavlja važno dvostruko ograničenje za sve testove kozmologije Velikoga praska.

Element ugljik nalazimo u više vrsta molekula nego što ima svih drugih molekula zajedno. S obzirom na rasprostranjenost ugljika u svemiru — nastaje u jezgrama zvijezda, izvire na njihovu površinu i u obilnim se količinama otpušta u galaktike — ne postoji bolji element na kojem bi se temeljila kemija i raznolikost života. U svemiru je samo kisik tek nešto rašireniji od ugljika, a i on se stvara i otpušta u ostacima zvijezda koje su eksplodirale. I kisik i ugljik glavni su sastojci života kakav poznajemo. Ali što je sa životom koji ne poznajemo? Sto je sa životom na bazi elementa silicija? Silicij se u periodnom sustavu nalazi odmah ispod ugljika, što u načelu znači da može stvoriti jednako mnoštvo molekula kao i ugljik. Ipak, očekujemo da naposljetku pobjedu odnosi ugljik jer ga u svemiru ima deset puta više od silicija. Ali to, naravno, ne sprječava pisce znanstvene fantastike da stalno drže egzobiologe u napetosti, pitajući se kako bi izgledala prva doista strana živa bića građena od silicijevih spojeva. Osim što je djelatni sastojak u kuhinjskoj soli, u ovome je trenutku natrij najčešći svjetleći plin u svjetiljkama gradske rasvjete diljem svijeta. One

»gore« svjetlije i duže od običnih žarulja sa žarnom niti, ali i njih se postupno zamjenjuje svjetiljkama s LED-ovima koji troše manje i nude još jarki ju svjetlost. Najčešće se upotrebljavaju dvije vrste natrijevih svjetiljki: visokotlačne, žućkastobijele svjetlosti, i nešto rjeđe niskotlačne, koje sjaje narančasto. Premda je svako svjetlosno onečišćenje loše za astrofiziku, niskotlačne natrijeve svjetiljke najmanje su zlo jer se njihova svjetlost može lako izdvojiti iz teleskopskih podataka. U suradnji koju svakako valja spomenuti, cijeli je grad Tucson u američkoj saveznoj državi Arizoni, veliko naselje najbliže Državnom opservatoriju Kitt Peak, u dogovoru s lokalnim astrofizičarima svu uličnu rasvjetu prebacio na niskotlačne natrijeve svjetiljke.

Aluminij čini gotovo deset posto Zemljine kore, pa ipak je bio posve nepoznat drevnim narodima, čak i našim prapradjedovima. Element je izoliran i prepoznat tek 1827., a u kućnu uporabu nije ušao do kraja šezdesetih godina dvadesetoga stoljeća kad su kositrene konzerve i folije ustupile mjesto aluminijskim konzervama i, naravno, foliji. Uglačani aluminij gotovo savršeno zrcali vidljivu svjetlost, pa se njime danas prekrivaju gotovo sva zrcala suvremenih teleskopa. Titanij ima 1,7 puta veću gustoću od aluminija, ali je dvostruko čvršći. Tako je titanij, deveti po zastupljenosti u Zemljinoj kori, postao omiljen građevni element za različite primjene, od dijelova vojnih zrakoplova, automobila i tjelesnih proteza koji za obavljanje svoje zadaće zahtijevaju lak i čvrst metal. Na većini mjesta u svemiru broj atoma kisika premašuje broj atoma ugljika. Kad se svaki atom ugljika uhvati za raspoloživ atom kisika (pri čemu nastaje ugljikov monoksid ili ugljikov dioksid), preostali kisik veže se s drugim elementima, primjerice s titanijem. Spektri crvenih zvijezda prepuni su obilježja koja možemo pripisati titanijevu oksidu, koji nije stran ni zvijezdama na Zemlji: safiri i rubini svoje blještavilo duguju titanijevu oksidu uklopljenom u svoju kristalnu rešetku. Također, bijela boja kojom se prekrivaju teleskopske kupole sadržava titanijev oksid koji odlično zrcali infracrvenu svjetlost i tako jako smanjuje nakupljanje Sunčeve topline oko kupole. Kad se navečer kupola otvori, temperatura zraka oko teleskopa brzo

se izjednači s temperaturom zraka u okolini, pa su slike zvijezda i drugih nebeskih objekata oštre koliko mogu biti na Zemljinoj površini. Metal nije nazvan po nekome nebeskom objektu nego po Titanima iz grčke mitologije, a najveći Saturnov mjesec također se naziva Titan.

Po mnogim mjerilima željezo je najvažniji element u svemiru. Masivne zvijezde proizvode elemente u svojim jezgrama, u nizu od helija i ugljika do dušika i zatim dalje po periodnom sustavu sve do željeza. S dvadeset šest protona i barem toliko neutrona u jezgri, željezo ima tu čast da mu je ukupna energija po nuklearnoj čestici najmanja od svih elemenata. To ima vrlo jednostavnu posljedicu: rascijepite li fisijom atom željeza, on će apsorbirati energiju. Stapate li atome željeza fuzijom, također će upijati energiju. S druge strane, zvijezde žive da bi stvarale energiju. Kad vrlo masivne zvijezde u svojim jezgrama proizvode i skupljaju željezo, blizu su umiranja. Bez dobra izvora energije zvijezda se uruši pod vlastitom težinom i odmah zatim eksplodira kao supernova koja tjedan dana nadjačava sjaj milijardi zvijezda.

Meki metal galij ima toliko nisko talište da će se poput kokosova maslaca u dodiru s dlanom pretvoriti u tekućinu. Osim tog zabavnog trika, galij astrofizičarima baš i nije zanimljiv, osim kao jedan od sastojaka pokusa s galijevim kloridom kojima su opaženi teško uhvatljivi neutrini sa Sunca. Golemi podzemni spremnik od stotinu tona pun je tekućega galijeva klorida u kojem se traže sudari neutrina s jezgrama galija, procesa kojim se pretvaraju u germanij. Pri sudaru se izračuje zraka rendgenske svjetlosti koju se opaža svaki put kad do njega dođe. Dugotrajni problem s neutrinima kojih je opaženo manje nego što je predviđala teorija o procesima u Suncu razriješen je »teleskopima« poput ovoga.

Svaki oblik elementa tehnecija je radioaktivan. Ne iznenađuje zato da ga na Zemlji ima samo u ubrzivačima čestica gdje se proizvodi po potrebi. Svoju posebnost tehnecij nosi u imenu koje potječe od grčke riječi technetos, »umjetan«. Zbog razloga koje još posve ne razumijemo, tehnecij nalazimo u

atmosferama određene vrste crvenih zvijezda. To samo za sebe ne bi bilo ništa alarmantno, osim što je poluživot tehnecija samo dva milijuna godina, što je mnogo, mnogo kraće od očekivane životne dobi zvijezda u kojima je pronađen. Drugim riječima, zvijezda nije mogla biti rođena s tim elementom u sebi jer da je tako, u njima ga više ne bi bilo. Također ne znamo za proces kojim bi se tehnecij stvarao u zvijezdinoj jezgri i zatim izišao na njezinu površinu gdje smo ga opazili, što je dovelo do smišljan ja egzotičnih teorija koje zajednica astrofizičara do danas nije prihvatila.

Uz osmi) i platinu, iridij je jedan od triju najtežih (najgušćih) elemenata u periodnom sustavu — kocka obujma 50 litara teška je poput velikoga automobila, što iridij čini jednim od najboljih utega za papir koji će odoljeti svim poznatim uredskim ventilatorima. Iridij je također najpoznatiji nepobitan dokaz nečega što se dogodilo u Zemljinoj prošlosti. Diljem svijeta možemo ga naći u tankome sloju na glasovitoj K-Pg (kređa-paleogen) granici13 među geološkim slojevima, nastalom prije šezdeset pet milijuna godina. Ne slučajno, to je doba u kojem su izumrle sve kopnene vrste veće od avionske ručne prtljage, među njima i legendarni dinosauri. Iridij je rijedak na Zemljinoj površini, ali razmjerno čest u metalnim asteroidima promjera desetak kilometara koji pri sudaru sa Zemljinom površinom ispare i svoje atome rasprše po cijeloj Zemlji. Zbog toga, koju god teoriju o izumiranju dinosaura voljeli, asteroid ubojica veličine Mount Everesta trebao bi vam biti na vrhu popisa.

Ne znam što bi o tome mislio Albert, ali u ostacima poslije eksplozije prve vodikove bombe na atolu Eniwetoku u južnome Pacifiku 1. studenoga 1952. pronađen je element koji je njemu u čast nazvan ajnštajnij. Ja bih ga nazvao armagedij. Deset elemenata periodnog sustava nazvano je po tijelima Sunčeva sustava. Fosfor ima korijen u grčkoj riječi koja znači »svjetlonoša«, a bila je drevno ime planeta Venere kad se kao »zvijezda« Danica na nebu pojavljuje prije izlaska Sunca.

Selenij je dobio ime prema grčkoj riječi selene, Mjesec, zato što je u rudačama uvijek povezan s elementom telurijem koji je već bio nazvan po Zemlji, na latinskome tellus. Talijanski astronom Giuseppe Piazzi otkrio je 1. siječnja 1801. nov planet koji je oko Sunca kružio u sumnjivo širokome jazu između Marsa i Jupitera. Držeći se tradicije imenovanja planeta po rimskim bogovima, nazvan je Cerera (Ceres) po božici žetve Cereri. To je ime korijen riječi »cerealije«, odnosno žitarice. Znanstvena zajednica toga doba bila je toliko uzbuđena da je prvi element otkriven poslije toga u njegovu čast prozvan cerij. Dvije godine poslije, kružeći oko Sunca u istome jazu kao i Ceres, pronađen je još jedan planet. Taj je po rimskoj božici Paladi nazvan Palada (Pallas) i baš kao i cerij prije njega, prvi element pronađen poslije toga također je u njegovu čast prozvan paladij. Zabava s imenima završit će za nekoliko desetljeća. Pošto je u istoj zoni otkriveno nekoliko desetaka planeta, pomnijom se analizom utvrdilo da su ti objekti mnogo, mnogo manji od najmanjih poznatih planeta. U Sunčevu sustavu otkriven je nov teren popunjen malim, nepravilnim gromadama građenim od stijena i metala. Cerera i Palada nisu bih planeti — riječ je o asteroidima (planetoidima) koji ispunjavaju asteroidni pojas za koji se danas zna da sadržava stotine tisuća objekata — malo više nego što u periodnom sustavu ima elemenata. Metal živa (na latinskome mercurius) ih živo srebro, tekući i vrlo pokretljiv na sobnoj temperaturi, i planet Merkur, najbrži među planetima Sunčeva sustava, nazvani su po istoimenom hitronogom glasniku rimskih bogova. Torij je dobio ime po Toru, mišićavom skandinavskom bogu koji baca munje, pa po tom obilježju odgovara Jupiteru, rimskome bogu koji također baca munje. I tako mi Jupitera, snimke Hubbleova svemirskoga teleskopa otkrivaju velika električna pražnjenja duboko u njegovoj turbulentnoj atmosferi. Nažalost, Saturn, meni najdraži planet,14 nema elementa nazvanog po njemu, ali Uran, Neptun i Pluton predstavljeni su vrlo dostojno. Element uranij otkriven je 1789. i nazvan u čast planeta koji je William Herschel otkrio samo osam godina prije. Svi izotopi uranij a su nestabilni i spontano se raspadaju u lakše elemente, a u tom se procesu oslobađa energija. Aktivni sastojak prve atomske bombe upotrijebljene u ratu bio je uranij, a Sjedinjene

Američke Države su je 6. kolovoza 1945. bacile na japanski grad Hiroshimu i posve ga uništile. S devedeset dva protona u jezgri uranij se često navodi kao »najveći« element koji nalazimo u prirodi, premda se na područjima gdje se uranijeva rudača vadi nađu i tragovi težih prirodnih elemenata. Ako je Uran zaslužio da se jedan element nazove njemu u čast, zaslužuje to i Neptun. Za razliku od uranija, otkrivenom ubrzo poslije planeta, neptunij je pronađen 1940. u berkeleyjskom ciklotronu, punih devedeset sedam godina nakon što je njemački astronom Johann Gottfried Galle Neptun pronašao na mjestu koje je predvidio francuski matematičar Urbain Le Verrier proučavajući nepravilnosti u kretanju Urana. Baš kao što u Sunčevu sustavu za Uranom slijedi Neptun, tako se u periodnom sustavu neptunij nalazi odmah iza uranija. Berkeleyjski ciklotron otkrio je (ili proizveo?) mnogo elemenata kojih nema u prirodi, među njima i plutomj, neposredno iza neptunija u periodnome sustavu i nazvanome po planetu Plutonu, koji je 1930. na Lowellovu opservatoriju u Arizoni otkrio Clyde Tombaugh. Baš kao i pri otkriću Cerere prije 129 godina, zavladalo je veliko uzbuđenje. Pluton je bio prvi planet koji je otkrio Amerikanac i, u nedostatku boljih podataka, smatralo ga se objektom veličinom i masom sličnim Zemlji, a možda i Uranu i Neptunu. Kako su naše mogućnosti mjerenja njegove veličine postajale sve bolje, Pluton se sve više smanjivao. Naše poznavanje Plutonovih dimenzija nije se ustalilo sve do kraja osamdesetih godina dvadesetoga stoljeća. Danas znamo da je hladan, zaleđeni Pluton daleko najmanji od devet planeta, a manji je i od šest najvećih mjeseca u Sunčevu sustavu. I poput asteroida, u vanjskim dijelovima Sunčeva sustava poslije je otkriveno stotine tijela sa stazama sličnim Plutonovoj, što je označavalo kraj Plutonove karijere kao planeta i otvorilo eru dotada nepoznatoga spremnika malih ledenih tijela u tzv. Kuiperovu kometnom pojasu kojemu pripada i Pluton. Po tome bismo kriteriju mogli reći da su se Cerera, Palada i Pluton u periodni sustav ušuljali na prijevaru. Nestabilni obogaćeni plutonij bio je aktivan sastojak atomske bombe koju su Sjedinjene Američke Države samo tri dana poslije Hiroshime bacile na japanski grad Nagasaki, čime je gotovo trenutačno završen Drugi svjetski rat. Male količine neobogaćena plutonija upotrebljavaju se u radioizotopskim termoelektričnim generatorima, izvorima energije za svemirske sonde

upućene u udaljene dijelove Sunčeva sustava gdje je jačina Sunčeve svjetlosti preslaba za solarne fotoelektrične ploče. Kilogram plutonija stvorit će dvadeset milijuna kilovatsati toplinske energije, što je dovoljno da običnu žarulju napaja jedanaest tisuća godina ili ljudsko biće otprilike jednako dugo kad bismo išli na nuklearno gorivo umjesto na hranu iz trgovine.

Tako završava naše svemirsko putovanje po periodnom sustavu elemenata, sve do ruba Sunčeva sustava i dalje od njega. Zbog razloga koje još nisam uspio shvatiti mnogi ne vole kemijske spojeve, što možda objašnjava stalne napore da se izbace iz hrane. Možda njihova kilometarska kemijska imena zvuče opasno. Ali u tom bismo slučaju trebali okriviti kemičare, a ne kemijske spojeve. Osobno, nemam ništa protiv njih, ni ovdje niti bilo gdje u svemiru. Moje omiljene zvijezde, baš kao i moji najbolji prijatelji, svi su građeni od njih.

8. Biti okrugao Osim kristala i razlomljenih stijena, malošto u svemiru prirodno ima oštre kutove. Premda su mnogi objekti neobična oblika, popisu okruglih stvari praktično nema kraja i u rasponu je od običnih mjehura sapunice do cijeloga vidljivog svemira. Jednostavnim fizikalnim zakonima, čini se, nekako je najdraži oblik kugle. To je tako očito da u mentalnim pokusima obično pretpostavljamo da su objekti sferni kako bismo odredili njihove najvažnije značajke, premda znamo da u stvarnosti uopće nisu takvi. Ukratko, ako ne razumijemo pitanje sfera, ne možemo tvrditi da razumijemo temeljnu fiziku objekta. Kugle u prirodi oblikuju sile, primjerice površinska napetost, koje nastoje što više smanjiti tijelo u svim smjerovima. Površinska napetost tekućine koja nam omogućava da načinimo mjehure od sapunice sa svih strana steže zrak. U samo nekoliko trenutaka poslije nastanka obuhvatit će obujam zraka s najmanjom mogućom površinom. Tako je mjehur najčvršći jer se sapunski film ne treba stanjivati više nego što je potrebno. Rabeći matematiku s prve godine fakulteta lako ćete pokazati da je kugla jedan jedini oblik s najmanjom površinom za zadani obujam. Zapravo, milijarde bi se dolara mogle uštedjeti svake godine na materijalu za pakiranje kad bi sve kutije i ambalaža za namirnice bile savršene kugle. Primjerice, sadržaj najveće kutije žitarica lako bi se mogao smjestiti u kuglastu ambalažu promjera deset centimetara. Ipak, to možda nije najpraktičnije — nikome se ne da trčati za paketima hrane kad se s police otkotrljaju na tlo. Na Zemlji, jedan je način izrade kuglica za kuglične ležajeve da je istokarite ili da dobro odmjerenu količinu rastaljenoga metala ubacite na vrh uspravljene duge cijevi. Kad je ispustite, ona će neko vrijeme mijenjati oblik dok naposljetku ne postane savršena kugla, ali cijev mora biti dovoljno duga da se kugla stigne stvrdnuti prije nego što udari o dno. Na svemirskim

postajama, gdje je sve bez težine, možete istisnuti točnu količinu rastaljenoga metala i čekati koliko je potrebno da kuglice lebde dok se ne stvrdnu u savršene kugle, a sav posao umjesto vas obavlja površinska napetost.

Kad je riječ o velikim svemirskim objektima, energija i gravitacija u dosluhu pretvaraju objekte u kugle. Gravitacija je sila koja materiju nastoji sažeti sa svih strana, ali ona ne izlazi uvijek kao pobjednik — kemijske veze krutih tijela vrlo su jake. Himalaja se zbog čvrstoće kristalnih stijena uzdignula prkoseći zemaljskoj sili teži. Ali prije nego što vas uzbude Zemljine visoke planine, trebali biste znati da je raspon u visini najdublje podmorske brazde i najviše planine dvadesetak kilometara, ali promjer Zemlje je gotovo trinaest tisuća kilometara. Zato, suprotno dojmu koji imaju sitna ljudska bića koja plaze po njezinoj površini, Zemlja kao svemirski objekt iznimno je glatka. Kad biste imali dovoljno velik prst da njime prođete po Zemljinoj površini (po oceanima i kopnu), imah biste dojam da je naš planet gladak poput bilijarske kugle. Skupi globusi koji prikazuju uzdignute dijelove zemaljskoga kopna kako bi dočarali visine planinskih lanaca uvelike izobličuju stvarnost. Baš zato, usprkos njezinim planinama i dolinama, pa i usprkos tome što je malo spljoštena na polovima, gledamo li je iz svemira, Zemlju je nemoguće razlikovati od savršene kugle. Zemaljske planine također su patuljci kad ih usporedimo s nekim drugim planinama u Sunčevu sustavu. Ugasli vulkan Olympus Mons, najveća marsovska planina, viši je od 21 kilometra i u osnovici širok gotovo 500 kilometara. Mont Blanc je pored njega običan krtičnjak. Recept za izgradnju planina u svemiru vrlo je jednostavan: što je gravitacija na površini objekta slabija, više su planine na njemu. Mount Everest je otprilike visok koliko planina na Zemlji uopće može biti visoka jer bi se slojevi stijena na dnu pod većom težinom stisnuli. Ako kruti objekt ima dovoljno malu površinsku gravitaciju, kemijske veze u stijenama mogu se oduprijeti vlastitoj težini. Kad se takvo što dogodi, moguć je gotovo svaki oblik. Dvije poznate svemirske ne-kugle su Fobos i Deimos, Marsovi mjeseci krumpirasta oblika. Na Fobosu, većemu od njih i u najdužoj osi dugom 27 kilometara, osoba od 70 kilograma na Zemlji težila bi jedva nešto više od 10 dekagrama.

U svemiru površinska napetost uvijek nastoji tekućine oblikovati u kuglu. Kad god vidite sumnjivo malen kuglast predmet, morate pretpostaviti da je oblikovan u rastaljenu stanju. Ako rastaljena tvar ima vrlo veliku masu, može biti građena od gotovo bilo čega, a gravitacija će zajamčiti da dobije kuglasti oblik. Velike i masivne nakupine plina u galaktici mogu se sažeti i oblikovati gotovo savršene plinovite kugle koje nazivamo zvijezdama. Ali ako zvijezda kruži preblizu drugog objekta dovoljno velike gravitacije, kuglasti joj se oblik može izobličiti i materija može s nje pobjeći. Kad kažem »preblizu«, mislim preblizu objektove Rocheove šupljine — nazvane po francuskome matematičaru i astronomu Edouardu Rocheu koji je podrobno proučavao gravitacijska polja u blizini dvojnih zvijezda. Rocheova šupljina je teorijska dvostruka ovojnica u obliku dviju kapi spojenih vrhovima koje okružuju dva gravitacijski povezana objekta u stazama oko zajedničkoga središta masa. Ako plinovita tvar s jednog objekta izlazi iz vlastite ovojnice, padat će prema drugom objektu. To se često zbiva u dvojnih zvijezda kad se jedna od njih napuhne u crvenoga diva i prepuni svoju Rocheovu šupljinu. Crveni se div vidljivo izobliči, odnosno rastegne se prema drugoj zvijezdi. Katkad je jedna zvijezda zapravo crna rupa koju otkriva tvar koja na nju pada s pratitelja. Plin izlazi iz Rocheove šupljine i u spiralnoj putanji pada u crnu rupu, pritom se jako zagrijava i počinje svijetliti prije nego što nestane u tami crne rupe.

Zvijezde u Mliječnoj stazi oblikuju velik, plosnat disk. S omjerom promjera i debljine od tisuću prema jedan, naša je galaktika zapravo iznimno plosnata palačinka. Ne, Mliječna staza nije kugla, ali vjerojatno je rođena kao velika sporookrećuća kugla urušavajućega plina. Njezinu današnju plosnatost objašnjavamo tako da se urušavanjem ta kugla počela sve brže okretati, baš kao što se klizači na ledu pri izvođenju piruete okreću sve brže privlačenjem ruku prema tijelu. Galaktika se tako prirodno spljoštila od pola do pola, a sve veća centrifugalna sila u središnjem dijelu spriječila je urušavanje u središnjoj ravnini. Kad bi kugla tijesta bila umjetnički klizač, brze piruete za nju bi bile vrlo opasni pokreti. Sve zvijezde rođene u Mliječnoj stazi prije njezina sažimanja zadržale su široke orbite pod različitim kutovima na ravninu njezina diska. Preostali plin,

koji se lako drži na okupu, poput dvije vruće ljepljive kugle koje se sudare u zraku, ostao je u središnjem disku i zaslužan je za nastanak svih idućih naraštaja zvijezda, među njima i Sunca. Današnja Mliječna staza, koja se ne urušava niti se širi, gravitacijski je zreo sustav u kojem zvijezde iznad i ispod diska možemo smatrati ostacima izvornoga kuglastog oblaka plina. To općenito spljošćivanje vrtećih objekata razlog je zbog kojeg je Zemljin promjer na polovima manji od promjera na ekvatoru. Nije to mnogo, 0,5 posto, odnosno oko četrdeset kilometara. Ali Zemlja je mala i uglavnom kruta i ne okreće se naročito brzo. S dvadeset četiri sata na dan Zemlja predmete na ekvatoru nosi brzinom od samo oko 1600 kilometara na sat. Ali pogledajmo golem, brzorotirajući plinoviti planet Saturn. Njegov dan traje samo deset i pol sati, pa mu se ekvator okreće brzinom većom od 35 000 kilometara na sat, a promjer među polovima punih mu je deset posto manji od ekvatorijalnoga što je razlika koju možemo zamijetiti čak i malim teleskopom. Spljoštene kugle zapravo nazivamo spljoštenim sferoidima, a one izduljene od pola do pola izduljenim sferoidima. U svakidašnjem su životu pljeskavice i hrenovke izvrsni (premda pomalo ekstremni) primjeri takvih oblika. Ne znam kako je s vama, ali uvijek kad zagrizem hamburger pomislim na Saturn.

Utjecaj centrifugalne sile na tvari iskorištavamo pri proučavanju rotacijskih brzina ekstremnih svemirskih objekata. Uzmimo za primjer pulsare (neutronske zvijezde). Neki se od njih vrte više od tisuću puta u sekundi, pa znamo da ne mogu biti građeni od tvari koju nalazimo po kući, jer bi ih takva vrtnja jednostavno rastrgala. Zapravo, kad bi se pulsar vrtio brže, primjerice 4500 puta u sekundi, ekvator bi mu se gibao brzinom svjetlosti, pa to dobro pokazuje da mora biti građen od vrlo posebne tvari. Kalio biste zamislili pulsar, zamislite masu Sunca sažetu u kuglu promjera desetak kilometara. Ako vam je to teško predočiti, možda će vam biti lakše zamisliti da sto milijuna slonova nagurate u jedan Labello. Kako biste postigli takvu gustoću, morate ispuniti sav prazan prostor između jezgre atoma i njegovih elektrona. Usput ćete takvim stezanjem gotovo sve elektrone (s negativnim električnim nabojem) nabiti u (pozitivno nabijene) protone i tako stvoriti kuglu (neutralno nabijenih) neutrona s luđački

snažnom površinskom gravitacijom. U takvim uvjetima planinski lanac neutronske zvijezde ne mora biti viši od lista papira da za penjanje na njega morate potrošiti više energije nego što bi alpinist na Zemlji morao utrošiti da se popne na stijenu visoku pet tisuća kilometara. Ukratko, ondje gdje je gravitacija visoka, visoka mjesta se ruše i ispunjavaju niska mjesta — taj fenomen zvuči gotovo poput biblijske najave Gospodinova dolaska: »Nek’ se povisi svaka dolina, nek’ se spusti svaka gora i brežuljak. Što je neravno, nek’ se poravna, strmine nek’ postanu ravni« (Izaija 40,4). Mogli bismo reći da je to savršen recept za oblikovanje kugle. Zbog svega toga smatramo da su pulsari najsavršenije oblikovane kugle u svemiru.

Kad je riječ o jatima galaktika bogatih zvijezdama, njihov nam oblik može ponuditi vrlo važne astrofizikalne uvide. Neka su rastrgana, druga razvučena u tanke niti, a ima i onih rastegnutih u goleme »plahte«. Ni jedno se nije smirilo u stabilnome — sfernom — gravitacijskom obliku. Neka su toliko velika da četrnaest milijardi godina starosti svemira nije bilo dovoljno da galaktike u njima jednom prijeđu širinu jata. Zaključujemo da su jata rođena u tom obliku jer međusobno gravitacijsko djelovanje nije imalo dovoljno vremena utjecati na oblik jata. Ali drugi galaktički sustavi, primjerice prekrasno Jato u Kosi, s kojim smo se susreli kad smo govorili o tamnoj tvari, odmah pokazuju da ih je gravitacija oblikovala u kugle. Zbog toga ćete u njemu pronaći galaktike koje se gibaju na sve strane. Kad utvrdite takvo što, znate da se jato ne vrti brzo, jer bi se u suprotnome spljoštilo poput naše Mliječne staze. Jato u Kosi, ponovno kao i Mliječna staza, gravitacijski je zreo objekt. U astrofizičkom žargonu takve sustave nazivamo »opuštenima«, što znači štošta, među ostalim i sretnu okolnost da prosječna brzina galaktika u jatu može biti odličan pokazatelj ukupne mase bez obzira na to pridonose li joj ili ne pridonose mase objekata koji su nam pomogli izračunati prosječnu brzinu. Baš zato su gravitacijski opušteni sustavi izvanredne sonde za »tamnu« tvar koja ne svijetli. Dopustite mi da to još više istaknem: kad ne bi bilo opuštenih sustava, sveprisutnost tamne tvari možda ni danas ne bi bila otkrivena.

Kugla nad kuglama — najveća i najsavršenija od svih — cijeli je vidljivi svemir. U kojemu god smjeru pogledah, galaktike se od nas udaljavaju brzinama proporcionalnim njihovim udaljenostima od nas. Kako smo spominjali u nekoliko prvih poglavlja, to je glasoviti potpis širećega svemira koji je 1929. otkrio Edwin Hubble. Kad povežete Einsteinovu teoriju relativnosti, brzinu svjetlosti, šireći svemir i smanjivanje gustoće mase i energije prostora uzrokovano tim širenjem, u svim smjerovima postoji udaljenost na kojoj je brzina udaljavanja galaktika jednaka brzini svjetlosti. Na toj udaljenosti i iza nje svjetlost iz svih izvora gubi energiju prije nego što stigne do nas. Zbog loga je svemir iza toga sfernoga »ruba« nevidljiv i, koliko znamo, o njemu ne možemo ništa doznati. Postoji inačica uvijek popularne ideje o višestrukom svemiru u kojoj razdvojeni svemiri od kojih se sastoji nisu zapravo razdvojeni, nego izolirani dijelovi svemira koji međusobno ne mogu komunicirati, a dio su neprekinutoga tkanja prostor-vremena — poput brojnih brodova na pučini toliko udaljenih da su im kružni obzori jedan drugome izvan vidokruga. Stoga će jedan brod, ako nema pristupa drugim podacima, smatrati da je on jedini brod na oceanu, unatoč tome što svi plove na istoj pučini.

Kugle su doista plodna teorijska pomagala koja nam pomažu steći uvid u naj razlici ti je astrofizikalne probleme. Ali pritom ne smijemo postati previše vezani za njih. Prisjećam se poluozbiljnoga vica o tome kako povećati proizvodnju mlijeka na farmi: Veterinar bi mogao reći: »Razmotrimo prehranu krave...« Inženjer strojarstva mogao bi reći: »Razmotrimo konstrukciju muzilica. ..«A astrofizičar će reći: »Razmotrimo kravu u obliku kugle...«

9. Nevidljiva svjetlost Stog primite sad to k 'o dragog stranca. Moj Horacije, ima više stvari Na zemlji i na nebesima no što se I sanja u vašoj filozofiji HAMLET, 1. ČIN, 5. PRIZOR (prijevod: Milan Bogđanović) Prije 1800. riječ »svjetlost« odnosila se samo na vidljivu svjetlost. Ali na početku te godine engleski astronom William Herschel opazio je zagrijavanje koje je mogao uzrokovati samo neki oblik svjetlosti nevidljiv ljudskome oku. Tada već vrlo iskusan istraživač, Herschel je 1781. otkrio planet Urari, a sada se bavio istraživanjem Sunčeve svjetlosti, boja i topline. Na put zrakama Sunčeve svjetlosti stavio je prizmu. Nije to bilo ništa novo. To je još u 17. stoljeću učinio Isaac Newton što ga je navelo da imenuje sedam boja vidljiva spektra: crvenu, narančastu, žutu, zelenu, plavu, plavo ljubičastu (indigo) i crvenu. Ali Herschel je bio dovoljno znatiželjan da se zapita kolika je temperatura svake boje. I tako je u različite dugine boje stavio termometre i, kao što je sumnjao, različite boje imale su različite temperature.15 Dobro provedeni pokusi zahtijevaju »kontrolu« — mjerenje od kojega ne očekujete ništa, svojevrsnu idiotsku provjeru onoga što doista mjerite. Primjerice, pitate li se kako pivo djeluje na tulipane, tada uzmite i drugi tulipan, identičan prvome, ali ga umjesto pivom zalijte vodom. Ako obje biljke uvenu -— ako ste ih obje ubili — to ne možete pripisati alkoholu. To je vrijednost kontrolnog uzorka. Herschel je to znao i postavio je termometar izvan dosega razloženoga vidljivog spektra uz crvenu boju, a očekivao je da će na tom mjestu izmjeriti sobnu temperaturu. Ali nije bilo tako. Temperatura u kontrolnom termometru bila je i viša nego u crvenome dijelu spektra.

Herschel je zapisao: Zaključujem da puna crvena boja ne dosiže u područje najviše temperature koja se, vjerojatno, nalazi izvan vidljivoga dijela spektra. U ovom se slučaju izračena toplina barem djelomice, ako ne i uglavnom, sastoji, ako smijem upotrijebiti taj izraz, od nevidljive svjetlosti, drugim riječima od zraka koje stižu sa Sunca, a imaju takvu količinu gibanja koja ne dopušta da ih vidimo.16 Čovječe! Herschel je nehotice otkrio »infracrvenu« svjetlost, posve nov dio spektra neposredno »ispod« crvenoga, o čemu je izvijestio u prvome od četiriju članaka na tu temu. Herschelovo otkriće bio je astronomski ekvivalent otkrića Antonieja van Leeuwenhoeka »brojnih vrlo sitnih animalkula koje se živo kreću«17 u najmanjoj kapi jezerske vode. Leeuwenhoek je otkrio jednostanične organizme — biološki svemir. Herschel je otkrio nov pojas svjetlosti. Oba su se skrivala nama pred nosom. Drugi su znanstvenici odmah nastavili istraživati ondje gdje je Herschel stao. Godine 1801. njemački fizičar i ljekarnik Johann Wilhelm Ritter pronašao je još jedan pojas nevidljive svjetlosti. Ali umjesto termometra, Ritter je u svaku boju spektra postavio hrpicu srebrova klorida osjetljivoga na svjetlost, ali i u tamno područje uz ljubičastu boju. I doista, hrpica na neosvijetljenome dijelu potamnjela je više od hrpice u ljubičastome dijelu spektra. Sto se nalazi iza ljubičaste boje? »Ultraljubičasta«, danas možda poznatija po kratici UV (od ultraviolet). Ispunjavajući cijeli elektromagnetski spektar, u redoslijedu od niskih energija i niske frekvencije do visokih energija i visoke frekvencije, imamo radiovalove, mikrovalove, infracrvenu svjetlost, vidljivu svjetlost, ultraljubičastu svjetlost, rendgenske zrake i gama-zrake. Suvremena civilizacija brzo je svaki od tih pojaseva iskoristila za bezbroj kućanskih i industrijskih primjena, pa su nam svi dobro poznati.

Poslije otkrića ultraljubičaste i infracrvene svjetlosti opažanja neba nisu se promijenila preko noći. Prvi teleskop za opažanja u nevidljivome dijelu

elektromagnetskoga spektra neće biti konstruiran još 130 godina. To je znatno poslije otkrića radiovalova, rendgenskih i gama-zraka, i mnogo nakon što je njemački fizičar Heinrich Hertz pokazao da je jedina stvarna razlika među različitim vrstama svjetlosti samo u frekvenciji, odnosno valnoj duljini svakoga pojasa. Zapravo, zahvalite Hertzu što je shvatio da postoji elektromagnetski spektar. U njegovu čast jedinicu frekvencije — u valovima po sekundi — za sve što titra, uključujući zvuk, prikladno nazivamo hercom. Nije jasno zašto, ali astrofizičarima nije odmah na pamet pala ideja da novopronađene nevidljive pojaseve svjetlosti povezu s mogućnošću konstrukcije teleskopa koji bi te pojaseve opažao iz svemirskih izvora. Tome su svakako pridonijeli i zastoji u tehnologiji izrade detektora. Ali ulogu u tome imala je i oholost: kako bi nam svemir mogao slati svjetlost koju naše čudesne oči ne mogu vidjeti? Više od tri stoljeća — od Galileija do Edwina Hubblea — izgradnja teleskopa značila je samo jedno: izradu instrumenta za opažanje vidljive svjetlosti i time poboljšanje vidnih sposobnosti koje nam je podarila priroda. Teleskop je samo oruđe za pomoć našim slabim osjetilima, on nam omogućuje da se bolje upoznamo s udaljenim područjima. Sto je teleskop veći, opaža objekte slabija sjaja; što su mu zrcala savršenije ulaštena, oštrije su slike koje stvara; što su mu detektori osjetljiviji, opažanja su učinkovitija. Ali u svim slučajevima svaki djelić informacije koji nam teleskop donosi do Zemlje dolazi na zraci svjetlosti. Međutim, nebeska zbivanja ne ograničavaju se samo na ono što odgovara ljudskim mrežnicama. Umjesto toga, obično istodobno emitiraju različite količine svjetlosti iz različitih dijelova spektra. I tako bi bez teleskopa i njihovih detektora ugođenih na cijeli elektromagnetski spektar astrofizičari ostali u posvemašnjemu neznanju o nekim spektakularnim nebeskim pojavama. Uzmimo za primjer eksplodirajuću zvijezdu — supernovu. Riječ je o uobičajenom i iznimno visokoenergijskom svemirskom događaju u kojem se, među ostalim, oslobađaju goleme količine rendgenskoga zračenja. Katkad eksplozije prate izljevi gama-zraka i bljeskovi ultraljubičaste svjetlosti, a ne manjka ni vidljive svjetlosti. Dugo nakon što se plinovi izbačeni eksplozijom ohlade, udarni val se rasprši a vidljiva svjetlost oslabi, »ostatak« supernove nastavlja sjajiti u infracrvenome dijelu spektra i slati radioimpulse. Tako su

nastali pulsari, najtočnije ure u svemiru. Većina takvih zvjezdanih eksplozija događa se u udaljenim galaktikama, ah kad bi supernova eksplodirala u Mliječnoj stazi njezine bismo samrtne muke mogli vidjeti i danju, čak i bez teleskopa. Nitko na Zemlji nije vidio nevidljivo rendgensko i gama-zračenje posljednje dvije supernove u našoj galaktici — jedne 1572., druge 1604. — ali njihov je čudesni sjaj u vidljivome dijelu spektra zabilježen posvuda. Raspon valnih duljina (ili frekvencija) koji čini jedan pojas elektromagnetskoga spektra uvelike utječe na konstrukciju uređaja za njegovo opažanje. Baš zato nijedna pojedina kombinacija teleskopa i detektora ne može istodobno vidjeti svako obilježje takvih eksplozija. Ali taj je problem jednostavno riješiti: skupite sva opažanja objekta, možda i od drugih kolega, u različitim spektralnim pojasevima. Zatim željene dijelove spektra obojite vidljivim bojama i tako ćete dobiti jednu metasliku u nekoliko spektralnih pojaseva. Tako vidi Geordi iz televizijske serije Zvjezdane staze: Nova generacija. S takvim vidom ništa vam ne može promaknuti. Tek kad utvrdite dio elektromagnetskoga pojasa koji vas zanima, možete početi razmišljati o veličini zrcala, materijalima potrebnim da ga načinite, obliku i površini koju mora imati, a naposljetku i kakav će vam detektor trebati. Primjerice, valne duljine rendgenskoga zračenja iznimno su kratke. Želite li ih skupiti, zrcalo mora biti superglatko kako ga površinske nesavršenosti ne bi izobličile. Ali želite li opažati duge radiovalove, zrcalo možete načiniti od žičane mreže kojoj ćete oblik dati rukom jer će nepravilnosti u žici biti mnogo manje od valnih duljina kojima se želite baviti. Naravno, poželjet ćete i što više detalja — visoku razlučivost — pa vaše zrcalo mora biti veliko koliko to možete financijski pokriti. Na kraju, vaš teleskop mora biti mnogo, mnogo širi od valne duljine svjetlosti koju želite opažati. To je posebice očito pri izgradnji radioteleskopa.

Radioteleskopi, prvi teleskopi konstruirani za nevidljivu svjetlost, posebna su podvrsta opservatorija. Prvi djelatni radioteleskop konstruirao je 1929. i 1930. američki inženjer Karl G. Jansky. Pomalo je nalikovao na pokretnu prskalicu na automatiziranoj farmi. Bio je načinjen od niza visokih, pravokutnih metalnih okvira međusobno učvršćenih drvenim križnim

prečkama i podom, a na mjestu se poput vrtuljka okretao na kotačićima načinjenima od dijelova za Fordov Model T. Napravu dugu trideset metara Jansky je ugodio na valnu duljinu od oko petnaest metara koja je odgovarala frekvenciji od 20,5 megaherca.18 Janskyjeva namjera, po nalogu Bell Telephone Laboratories, tvrtke za koju je radio, bila je proučavanje šumova zemaljskih radioizvora koji bi mogli onečišćivati zemaljske radiokomunikacije. To je vrlo slično zadatku koji je Bell Labs trideset pet godina poslije zadao Penziasu i Wilsonu kako bi pronašli uzroke mikrovalnih šumova u njihovu prijamniku, što smo spomenuli u trećem poglavlju, a dovelo je do otkrića kozmičkoga pozadinskog mikrovalnog zračenja. Dvije godine mukotrpno prateći i mjereći statički šum koji je hvatala njegova sklepana antena, Jansky je otkrio da radiovalovi ne potječu samo od oluja u okolici i drugih poznatih zemaljskih izvora, nego i iz središta naše galaktike Mliječne staze. To je područje neba u dogled njegova teleskopa dolazilo svakih dvadeset tri sata i pedeset šest minuta: točno u vremenu Zemljine vrtnje, odnosno vremenu potrebnom da se galaktičko središte pojavi na nebu pod istim kutom i visinom. Karl Jansky rezultate svojega istraživanja objavio je pod naslovom »Električne smetnje naizgled izvanzemaljskog podrijetla«.19 Tim je opažanjima rođena radioastronomija — ali bez Janskoga. Bell Labs ga je prebacio na drugi projekt i tako mu uskratio mogućnost da se okoristi svojim plodonosnim otkrićem. Međutim, nekoliko godina poslije samouki i nezaposleni Amerikanac Grote Reber iz Wheatona u Illinoisu konstruirao je u vlastitu dvorištu tanjurast radioteleskop promjera deset metara. Godine 1938. potvrdio je Janskyjevo otkriće, a idućih pet godina proveo je izrađujući niskorazlučive karte radioneba. Reberov teleskop, premda posve originalan, po današnjim je standardima bio malen i nedotjeran. Suvremeni radioteleskopi posve su drukčija priča. Nesputani veličinom dvorišta, katkad su doista golemi. MK 1, koji je radom počeo 1957., bio je prvi doista velik radioteleskop — pokretljiv čelični tanjur promjera sedamdeset pet metara smješten u Opservatoriju Jodrell Bank blizu engleskoga Manchestera. Dva mjeseca nakon njegova puštanja u pogon Sovjetski Savez lansirao je Sputnjik i, a Jodrell Bank je iznenada postao

najbolji uređaj za praćenje maloga zemaljskog satelita — pa je po tome preteča današnje Dubokosvemirske mreže (Deep Space Network) za praćenje planetarnih sondi. Najveći radioteleskop na svijetu, završen 2016., kineski je Sferni radioteleskop s otvorom od petsto metara (na engleskome Five-hundredmeter Aperture Spherical radio Telescope, skraćeno FAST). Izgrađen je u pokrajini Guizhou i površinom je veći od trideset nogometnih terena. Ako nas izvanzemaljci nazovu, Kinezi će to prvi znati.

Druga vrsta radioteleskopa je interferometar, uređaj koji se sastoji od niza jednakih tanjurastih antena postavljenih na velikim površinama u zabačenim krajevima i elektronički povezanih tako da rade zajedno. Rezultat je jedinstvena slika svemirskih radioizvora u supervisokoj razlučivosti. Premda je »jumbo« bio moto teleskopa mnogo prije nego što je avioindustrija skovala taj pojam, radiointerferometri su poseban jumbo razred za sebe. Jedan od njih, vrlo velika mreža radioteleskopa blizu Socorra u američkoj saveznoj državi Novi Meksiko, službeno se naziva Vrlo velika mreža (Very Large Array, VLA), a čine ju dvadeset sedam tanjura promjera dvadeset pet metara postavljenih na tračnice u dužini nešto većoj od trideset pet kilometara pustinjske ravnice. Taj je opservatorij tako kozmogeničan da se pojavio u filmovima 2010: Druga odiseja (1984.), Kontakt (1997.) i Transformeri (2007.). Tu je i Mreža s vrlo dugom bazom (Very Long Baseline Array, VLBA) s deset 25-metarskih tanjura postavljenih od Havaja do Djevičanskih otoka na udaljenosti od 8000 kilometara, što im omogućava najveću razlučivost među radioteleskopima na svijetu. Kad je riječ o mikrovalnome pojasu, razmjerno novome području djelovanja interferometara, imamo šezdeset šest antena Velike atacamske milimetarske mreže (Atacama Large Millimeter Array, ALMA), u zabačenome dijelu Anda na sjeveru Čilea. Ugođena na valne duljine od djelića milimetra do nekoliko centimetara, mreža A LM A omogućava astrofizičarima visokorazlučiv pristup kategorijama svemirskih zbivanja nevidljivih u drugim pojasevima elektromagnetskoga zračenja, primjerice ustroj urušavajućih oblaka plina koji tako postaju rađaonice zvijezda. Mjesto na kojem se nalazi ALMA namjerno je odabrano jer je riječ o najsušoj

pustinji na svijetu — na nadmorskoj visini većoj od 4800 metara i mnogo iznad najvlažnijih oblaka. Voda je prikladna za zagrijavanje u mikrovalnoj pećnici, ali je loša za astrofizičare jer vodena para u Zemljinoj atmosferi jako oslabljuje mikrovalne signale koji nam stižu iz galaktike i izvan nje. Naravno, te su dvije pojave povezane: voda je najčešći sastojak hrane, a mikrovalne pećnice uglavnom zagrijavaju vodu. Kad to znate, nije teško zaključiti da voda apsorbira mikrovalne frekvencije. Ako, dakle, želite dobra opažanja svemirskih objekata, morate na najmanju mjeru smanjiti količinu vodene pare između teleskopa i svemira, baš kako je učinila ALMA.

U pojasu ultrakratki h valnih duljina elektromagnetskoga spektra nalazimo visokofrekvencijske i visokoenergijske gama-zrake s valnim duljinama mjerenima pikometrima.20 Otkrivene 1900., u svemiru ih nismo opazili sve dok 1961. godine NASA nije lansirala satelit Explorer XI u kojem je bila i nova vrsta teleskopa. Svatko tko se nagledao znanstvenofantastičnih filmova zna da su gamazrake lose. Mogli biste se pretvoriti u zeleno mišićavo biće ili iz ručnih zglobova početi izbacivati paučinu. A i vrlo ih je teško uhvatiti. Kroz obične leće i zrcala prolaze kao da ih nema. Kako ih onda promatrati? U unutrašnjosti teleskopa u Explorern XI nalazio se uređaj nazvan scintilator, koji na upadne gama-zrake reagira izbacivanjem električki nabijenih čestica. Mjerite li energije čestica, možete doznati koja ih je vrsta visokoenergijske svjetlosti stvorila. Dvije godine poslije Sovjetski Savez, Velika Britanija i Sjedinjene Američke Države potpisali su Sporazum o zabrani nuklearnih pokusa pod vodom, u atmosferi i u svemiru — na mjestima gdje bi se radioaktivne padaline mogle raširiti i izvan granica vaše zemlje. Ali bilo je to doba Hladnoga rata u kojem nitko nikom nije vjerovao. Pozivajući se na vojni slogan »vjeruj, ali provjeri«, SAD je lansirao novu seriju satelita, Vele, u potrazi za izljevima gama-zraka nastalim tijekom sovjetskih nuklearnih pokusa. Sateliti su doista pronalazili izljeve gama-zraka, i to gotovo svakodnevno. Ali za njih se nije moglo optužiti Sovjetski Savez. Stizali su iz dalekoga svemira — a poslije se pokazalo da je riječ o posjetnicama povremenih udaljenih titanskih zvjezdanih eksplozija diljem svemira. Tako je

rođena astrofizika gama-zraka, nova grana istraživanja u mome području rada. NASA-in Comptonov opservatorij gama-zraka otkrio je 1994. nešto neočekivano, baš kao što su to prije učinile Vele-, česte bljeskove gama-zraka odmah blizu Zemljine površine. Ti su bljeskovi vrlo dobro nazvani »zemaljskim bljeskovima gama-zraka«. Nuklearni holokaust? Ne, što dokazuje i činjenica da čitate ovu rečenicu. Nisu svi bljeskovi gama-zraka jednako smrtonosni, niti su svi svemirskoga podrijetla. U ovome slučaju najmanje pedeset takvih bljeskova nastaje svakoga dana pri vrhovima olujnih oblaka, djelić sekunde prije nego što se pojavi obična munja. Uzrok je pomalo zagonetan, ali najbolje je objašnjenje da se u električnoj oluji slobodni elektroni ubrzavaju gotovo do brzine svjetlosti i zatim sudaraju s jezgrama atoma u atmosferi te tako stvaraju gama-zrake.

Danas teleskopi rade u svim nevidljivim dijelovima elektromagnetskoga spektra, neki sa Zemljine površine, ali većina se nalazi u svemiru kako im pogled ne bi bio ograničen zemaljskom upijajućom atmosferom. Danas možemo opažati pojave od radiovalova vrlo niske frekvencije od jednoga do drugoga vrha vala dugih desetke metara, do visokofrekvencijskih gama-zraka ne duljih od trilijuntinke metra. Ta bogata paleta svjetlosti nudi beskrajan niz astrofizikalnih otkrića. Pitate se koliko plina ima između zvijezda u galaktikama? Najbolji odgovor dat će vam radioteleskopi. Bez mikrovalnih teleskopa ne bi bilo znanja o kozmičkome pozadinskom zračenju niti bismo doista mogli razumjeti Veliki prasak. Želite zaviriti u rađaonice zvijezda duboko u gustim galaktičkim oblacima plina? To će vam omogućiti infracrveni teleskopi. A što je s emisijama iz blizine običnih crnih rupa i supermasivnih crnih rupa u središtu galaktika? Za to su najbolji teleskopi koji opažaju u ultraljubičastome i rendgenskome dijelu spektra. Želite gledati visokoenergijsku eksploziju divovske zvijezde s masom četrdeset puta većom od Sunčeve? Tu dramu najbolje je promatrati teleskopima za gama-zrake. Stigli smo vrlo daleko od Herschelovih pokusa sa zrakama »nepogodnima za viđenje«, što nam je omogućilo da svemir istražimo onakav kakav on doista jest. Herschel bi bio ponosan. Pravi uvid u svemir stekli smo tek nakon što smo vidjeli nevidljivo: čudesno bogatu zbirku objekata i pojava u prostoru

i vremenu o kojima sad možemo snatriti u našoj filozofiji.

10. Između planeta Promatran izdaleka, Sunčev sustav izgleda prazan. Zatvorite li ga u kuglu — dovoljno veliku da obuhvati stazu Neptuna, najudaljenijega planeta21 — obujam koji zauzimaju Sunce i svi planeti sa svojim mjesecima ne bi bio veći od bilijuntinke raspoloživa prostora. Ali prostor između planeta nije prazan i sadržava svakovrsne krhotine, stijene, ledene grude, prašinu, potoke električki nabijenih čestica i sonde upućene u njegove udaljene dijelove. Svemir također prožimaju čudovišna gravitacijska i magnetska polja. Međuplanetarni prostor toliko je neprazan da Zemlja u svojoj stazi gibajući se brzinom od 30 kilometara u sekundi svakoga dana nailazi na stotine tona meteora — većina nije veća od zrnca pijeska. Gotovo svi izgore u gornjim slojevima atmosfere jer o zrak udare s toliko energije da im ostaci odmah ispare. Naša je krhka vrsta evoluirala pod tim zaštitnim omotačem. Veći meteori, oni veličine loptica za golf, zagrijavaju se brzo ali nejednoliko, pa se često prije nego što ispare raspadnu u komadiće. Još većim meteorima oprlji se površina, ah do tla stignu više-manje neoštećeni. Mogli biste pomisliti da je poslije 4,6 milijardi godina kruženja oko Sunca Zemlja već »usisala« sve krhotine preostale u njezinoj stazi. Ali situacija je nekoć bila mnogo gora. Pola milijarde godina poslije nastanka Sunca i planeta na Zemlju je padalo toliko mnogo smeća da je toplina stalnih udara ekstremno zagrijala atmosferu i rastalila joj koru. Jedan poveći komad tog smeća doveo je do nastanka Mjeseca. Neočekivani manjak željeza i drugih elemenata većih masa pronađen u uzorcima koje su s našega susjeda donijeli astronauti programa Apollo uputio je na to da se Mjesec vjerojatno od Zemljine kore i plašta, siromašnih željezom, otkinuo nakon što ju je okrznuo lutajući protoplanet veličine Marsa. Krhotine koje su preostale od sudara okupile su se u naš lijep satelit male mase. Taj događaj svakako zaslužuje naslovnicu, ali razdoblje jakoga

bombardiranja koje je Zemlja pretrpjela u svome djetinjstvu nije bilo jedinstveno, već su ga doživjeli i drugi planeti te veća tijela Sunčeva sustava. Svako je pretrpjelo sličnu štetu, a površine Mjeseca i Merkura, nebeskih tijela bez zraka, sačuvale su sjećanje na to razdoblje u obliku brojnih kratera. Ne samo da je Sunčev sustav pun ožiljaka preostalih iz doba stvaranja, nego i međuplanetarni prostor oko nas sadržava stijene svih veličina izbačene s Marsa, Mjeseca i Zemlje tijekom jakih sudara. Računalne simulacije meteoritskih udara nedvojbeno pokazuju da površinske stijene iz okolice zone udara mogu poletjeti uvis dovoljno brzo da se oslobode gravitacijskoga privlačenja tijela. Učestalost kojom na Zemlji otkrivamo meteorite podrijetlom s Marsa omogućava nam da zaključimo kako na naš planet svake godine padne oko tisuću tona marsovskih stijena. Možda jednaka količina potječe s Mjeseca. Kad razmislimo o tome, nismo ni trebali putovati na Mjesec kako bismo s njega donijeli stijene. Do nas ih stiže mnogo, premda ne po našem izboru, a tijekom programa Apollo nismo za njih još ni znali.

Većina asteroida u Sunčevu sustavu živi i radi u glavnome asteroidnom pojasu, prilično ravnome pojasu između Marsove i Jupiterove staze. Tradicionalno, otkrivači svojim asteroidima daju imena kakva požele. Umjetnici to područje prikazuju pretrpano lutaj učim stijenama u ravnini Sunčeva sustava, ali ukupna masa tog pojasa manja je od pet posto Mjesečeve mase, koji i sam ima jedva nešto više od jedan posto Zemljine mase. Zvuči beznačajno. No njihovo je gibanje nestabilno i puno poremećaja, te se tako neprekidno stvara smrtonosni podskup od nekoliko tisuća asteroida čije ekscentrične staze presijecaju Zemljinu. Jednostavan račun pokazuje da će ih u idućih stotinu milijuna godina većina pogoditi naš planet. Oni s promjerom većim od otprilike kilometra sudarit će se s dovoljno energije da naruše zemaljski ekosustav i većinu kopnenih vrsta dovedu na rub izumiranja. To bi bilo loše. Asteroidi nisu jedina svemirska tijela koja mogu ugroziti život na Zemlji. Kuiperov pojas je kružno područje posuto kometima koje počinje neposredno iza Neptunove staze i od njega se proteže još možda toliko koliko je Neptun udaljen od Sunca. Gerard Kuiper, američki astronom rođen u Nizozemskoj,

postavio je teoriju da se u hladnim dubinama svemira iza Neptunove staze nalaze zamrznuti ostaci nastanka Sunčeva sustava. Bez masivna planeta na koji bi pali, većina će tih kometa kružiti oko Sunca još milijarde godina. Baš kao što vrijedi za asteroidni pojas, neka tijela Kuiperova pojasa imaju vrlo ekscentrične staze koje presijecaju staze drugih planeta. Pluton i ekipa njegovih srodnika nazvanih Plutini presijecaju Neptunovu stazu oko Sunca. Neka tijela iz Kuiperova pojasa upadaju sve do unutarnjega dijela Sunčeva sustava i pritom prelaze preko staza drugih planeta. U taj skup ubrajamo i onaj najpoznatiji, Halleyjev komet. Daleko iza Kuiperova pojasa, protežući se do polovice puta prema najbližim zvijezdama, nalazi mo kuglast spremnik kometa Oortov oblak, nazvan po nizozemskome astrofizičaru koji je prvi ukazao na njegovo postojanje. To je područje odgovorno za dugoperiodične komete čija su vremena obilaska Sunca mnogo duža od ljudskoga života. Suprotno kometima iz Kuiperova pojasa, kometi iz Oortova oblaka mogu u unutarnji dio Sunčeva sustava stići pod bilo kojim kutom i iz bilo kojega smjera. Dva najsjajnija kometa u posljednjemu desetljeću dvadesetoga stoljeća, HaleBopp i Hyakutake, stigli su iz Oortova oblaka i neće se baš brzo vratiti.

Kad bismo imali oči koje vide magnetska polja, Jupiter bi na nebu bio deset puta veći od punoga Mjeseca. Svemirske letjelice koje posjećuju Jupiter moraju biti konstruirane tako da na njih ne djeluje ta jaka sila. Kao što je engleski fizičar Michael Faraday pokazao u 19. stoljeću, provučete li žicu kroz magnetsko polje, po njezinoj će se duljini stvoriti razlika u naponu. Zbog toga se u brzim metalnim svemirskim sondama induciraju električne struje. One, pak, stvaraju vlastito magnetsko polje koje ulazi u interakciju s okolnim magnetskim poljem i usporava gibanje sonde. Posljednji put kad sam provjerio, planeti Sunčeva sustava imali su pedeset šest mjeseca. Onda sam se jednoga jutra probudio i doznao da ih je oko Saturna otkriveno još desetak. Poslije toga odlučio sam o njima više ne voditi računa. Zanima me samo bi li koji od njih bio zabavno mjesto za posjet ili proučavanje. Po nekim mjerilima mjeseci Sunčeva sustava zanimljiviji su od planeta oko kojih kruže.

Zemljin Mjesec ima promjer od 1/400 Sunčeva, ali nam je 400 puta bliže, pa su Sunce i Mjesec na nebu prividno jednake veličine — koincidencija koju ne dijeli ni jedan drugi sustav planeta i mjeseca u Sunčevu sustavu, što je razlogom iznimno fotogeničnih potpunih pomrčina Sunca. Zemlja je također zarobila Mjesec u gravitacijski zagrljaj tako da se oko nje okreće sinkrono, odnosno periodi rotacije oko vlastite osi i kruženja oko Zemlje su mu isti. Kad se god u svemiru dogodi takvo što, sinkroni mjesec uvijek svome planetu pokazuje samo jednu stranu. Jupiterov sustav mjeseca prepun je čudaka. Ija, najbliža Jupiteru, također se sinkrono okreće, ali je pod golemim gravitacijskim utjecajem s matičnim planetom i ostalim mjesecima koji u tu malu kuglu unose dovoljno energije da joj rastale stijene u unutrašnjosti. Zbog toga je ona vulkanski najaktivnije tijelo Sunčeva sustava. Jupiterov mjesec Europa ima dovoljno vode da je njezin mehanizam zagrijavanja — isti koji djeluje i na Iju — otopio led ispod površine i pod njim stvorio ocean zagrijane vode. (Jednom me moj suradnik umjetnik pitao bismo li izvanzemaljska bića s Europe nazvali Europljanima. U nedostatku bilo kakva drugoga logičnog odgovora, bio sam prisiljen reći da.) Plutonov najveći mjesec Haron tako je velik i toliko blizu Plutona da su se Plulon i Haron međusobno gravitacijski zarobili i oba se sinkrono vrte jedan oko drugoga — periodi rotacije i revolucije su im jednaki, pa jedan drugome uvijek pokazuju istu stranu. To nazivamo »dvostrukom sinkronom rotacijom«. Po konvenciji mjeseci dobivaju imena po grčkim parnjacima osoba iz života rimskoga boga po kojem je nazvan matični planet. Antički bogovi imali su vrlo složen društveni život, pa likova ne manjka. Jedina iznimka od pravila su mjeseci Urana nazvani po različitim likovima iz britanske književnosti. Engleski astronom William Herschel bio je prvi koji je otkrio planet koji se ne vidi golim okom, pa ga je htio nazvati po kralju kojem je predano služio. Da je bilo po njegovu, planeti bi se zvali ovako: Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn i Đuro. Nasreću, prevladao je razum, pa je nekoliko godina poslije prihvaćeno klasično ime Uran. Ali njegova izvorna zamisao da se Uranove mjesece nazove po likovima iz drama Williama Shakespearea i pjesama Alexandera Popea do današnjih je dana ostala tradicijom. Među njegovih dvadeset sedam poznatih mjeseci pronaći

ćete Ariela, Kordeliju, Dezdemonu, Juliju, Ofeliju, Porciju, Pucka, Umbriela i Mirandu. Sunce sa svoje površine izbacuje tvar brzinom većom od milijun tona u sekundi. To nazivamo »Sunčevim vjetrom«, a u obliku je visokoenergijskih električki nabijenih čestica. Uzdižući se brzinama do tisuću kilometara u sekundi, te čestice struje kroz prostor, a otklanjaju ih planetarna magnetska polja. Cestice se zatim spiralno spuštaju prema zemaljskome sjevernom i južnom magnetskom polu i pritom sudaraju s molekulama zraka koje, pobuđene, sjaje i na nebu ih vidimo kao prekrasnu polarnu svjetlost. Hubbleov svemirski teleskop snimio je polarnu svjetlost blizu Jupiterovih i Saturnovih magnetskih polova. Na Zemlji nas ta pojava povremeno podsjeti na to kako je lijepo imati zaštitnu atmosferu. Za Zemljinu atmosferu obično kažemo da se prostire desetke kilometara iznad površine planeta. Sateliti u »niskim« zemaljskim stazama obično kruže na visinama između stotinu pedeset i osamsto kilometara, a za jedan obilazak Zemlje potrebno im je oko devedeset minuta. Premda na tim visinama ne možete disati, ima ondje molekula atmosfere — dovoljno da postupno uspore satelite. Kako bi se tom trenju oduprli, sateliti u niskim stazama moraju katkad upaliti pogonski motor kako ne bi pali na Zemlju, odnosno izgorjeli u njezinoj atmosferi. Alternativni je način određivanja ruba zemaljske atmosfere pitati gdje se gustoća molekula atmosferskih plinova izjednačava s gustoćom plinova u međuplanetarnom prostoru. Po toj se definiciji Zemljina atmosfera širi tisuće kilometara od planeta. Iznad te granice, na visini od oko trideset šest tisuća kilometara (otprilike desetina udaljenosti do Mjeseca), kruže komunikacijski sateliti. Na toj posebnoj visini Zemljina atmosfera uopće nije važna, a brzina satelita dovoljno je mala da im za obilazak oko planeta treba cijeli dan. Kako im se brzina kruženja točno poklapa s vrtnjom planeta, ti se sateliti ne miču u odnosu na površinu, pa su idealni za prenošenje signala s jednog mjesta na Zemljinoj površini do drugog.

Newtonovi zakoni izričito kažu da premda gravitacijsko privlačenje planeta slabi udaljavanjem od njega, ne postoji udaljenost na kojoj je ono jednako nuli. Planet Jupiter svojim snažnim gravitacijskim poljem čisti

brojne kornete koji bi inače ozbiljno ugrozili unutarnje dijelove Sunčeva sustava. Tako Jupiter služi kao Zemljin gravitacijski štit, veliki brat koji omogućava duga (stotinu milijuna godina) razdoblja razmjernoga mira i spokoja na našemu planetu. Bez Jupiterove zaštite složeni bi oblici života teško postali zanimljiviji jer bi stalno bili u opasnosti od katastrofalnog udara. Gravitacijska polja planeta iskoristili smo za gotovo sve sonde koje smo lansirali u svemir. Pri mjerice, letjelici Cassini, koja je posjetila Saturn, u dolasku do tog planeta dvaput je gravitacijski pomogla Venera, jednom Zemlja (pri povratnom preletu) i jednom Jupiter. Poput bilijarske loptice koja se nekoliko puta odbija od rubova stola, putanje koje »okrznu« nekoliko planeta vrlo su česte. Naše sitne sonde u suprotnome ne bi imale dovoljno brzine ni energije dobivene od lansirne rakete da stignu do svojih ciljeva. I ja sam odgovoran za nešto otpada u međuplanetarnom dijelu Sunčeva sustava. U studenome 2000. David Levy i Carolyn Shoemaker u glavnom su dijelu asteroidnoga pojasa otkrili asteroid 1994KA i u moju ga čast nazvali 13123-Tyson. Premda mi godi, nije nešto zbog čega bi se trebalo posebno hvaliti — mnogo asteroida ima česta imena poput Jody, Harriet i Thomas. Neki se čak nazivaju Merlin, James Bond i Djed Božićnjak. Kako ih ima na stotine tisuća, uskoro bi im moglo postati teško pronaći ime. Bez obzira na to dođe li taj dan ili ne, tješi me činjenica da moj komad svemirskog otpada nije sam dok onečišćuje prostor između planeta, da je u društvu mnogo drugih komada otpada nazvanih po stvarnim i izmišljenim likovima. Također mi je drago da, barem u ovome trenutku, moj asteroid ne juri prema Zemlji.

11. Egzoplanet Zemlja Kad trčite, plivate, hodate ili puzite s jednoga na drugo mjesto na Zemlji, možete uživati u jedinstvenim pogledima na sve ono što nam naš planet nudi iz svojeg neiscrpnog izvora stvari koje bismo mogli zamijetiti. Na zidu kanjona mogli biste vidjeti žilu ružičastoga vapnenca, bubamaru kako na stapki ruže jede lisnu uš ili školjku koja izviruje iz pijeska. Sve što trebate učiniti jest gledati. Gledajući kroz prozor mlažnjaka koji se brzo uspinje, površinski detalji brzo nestaju. Nema zalogajčića od slasnih lisnih ušiju, nema znatiželjnih školjki. Kad avion dostigne visinu krstarenja, oko jedanaest kilometara iznad površine Zemlje, izazov postaje čak i prepoznavanje glavnih cesta. v Sto se više uspinjete u svemir, detalja će biti sve manje i manje. Kroz prozor Međunarodne svemirske postaje, koja oko Zemlje kruži na visini od oko 400 kilometara, možda ćete za dana pronaći Pariz, London, New York i Los Angeles, ali samo zato što ste na satu zemljopisa naučili gdje se nalaze. Noću ih je jarko osvijetljene lako pronaći. Po danu, suprotno onome što se obično misli i govori, vjerojatno nećete pronaći Veliku piramidu u Gizi, a posve sigurno nećete vidjeti Kineski zid. Njihova je nevidljivost djelomice posljedica činjenice da su izgrađeni od zemlje i kamena iz okolice pa su prilično dobro kamuflirani. I premda je Kineski zid dug tisuće kilometara, širok je samo oko šest metara — mnogo uži od autocesta koje iz mlažnjaka jedva nazirete. Iz Zemljine orbite golim biste okom vidjeli oblake dima iz zapaljenih naftnih izvora na kraju prvoga Zaljevskoga rata 1991., baš kao i dim gorućih nebodera Svjetskoga trgovinskog centra u New Yorku 11. rujna 2001. Također biste zamijetili zelenosmeđe granice između natapanih i suhih površina tla. Osim toga vrlo kratkog popisa, nema mnogo toga stvorenog ljudskom rukom što se može raspoznati kad ste od Zemlje udaljeni nekoliko

stotina kilometara. Prirodnih obilježja, međutim, ima na pretek, od vremenskih sustava u Meksičkome zaljevu, plutajućega leda na sjeveru Atlantskog oceana i vulkanskih erupcija, ma gdje se dogodile. S Mjeseca, udaljenoga 384 000 kilometara, sjaj New Yorka, Pariza i drugih urbanih konglomeracija uopće se ne vidi. Ali s tog mjesta i dalje možete vidjeti premještanje velikih vremenskih sustava oko planeta. Kad nam je Mars najbliži, udaljen otprilike pedeset šest milijuna kilometara, s njega bismo malo većim dvorišnim teleskopom mogli vidjeti velike zemaljske planinske lance prekrivene snijegom i rubove kontinenata. Otputujte do Neptuna, udaljenoga pet milijardi kilometara — samo ulicu dalje u svemirskim razmjerima — čak je i Sunce tisuću puta manjega sjaja i na nebu zauzima tisućinku površine kako ga vidimo sa Zemlje. A što je sa Zemljom? Ona je samo točkica, ne mnogo sjajnija od zvijezde slaba sjaja, gotovo izgubljena u Sunčevu blještavilu. Poznata fotografija koju je 1990. snimila sonda Voyager 1 neposredno iza Neptunove staze dobro pokazuje koliko je nezamjetna Zemlja kada se promatra iz dalekog svemira: »svijetlomodra točkica«, kako ju je nazvao američki astrofizičar Carl Sagan. A to je vrlo blagonaklono. Da fotografija nema potpis s objašnjenjem, ne biste ni znah da je na njoj. Sto bi se dogodilo kad bi neki jako pametni izvanzemaljci s golemih galaktičkih udaljenosti gledah nebo svojim prirodno izvanrednim organima vida, potpomognutima najboljim optičkim uređajima? Koja bi oni vidljiva obilježja planeta Zemlje mogli zamijetiti? Prvo i najvažnije, bilo bi to njegovo plavetnilo. Voda prekriva dvije trećine Zemljine površine; samo Tihi ocean širi se na gotovo cijeloj njegovoj polovici. Svako biće s odgovarajućom opremom i znanjem da otkrije boju našega planeta sasvim bi sigurno zaključilo da na njemu postoji voda, po zastupljenosti treća molekula u svemiru. Kad bi im razlučivost uređaja bila dovoljno velika, izvanzemaljci ne bi vidjeli samo svijetloplavu točku. Opazili bi i razvedene obale, što bi im govorilo da je voda na planetu u tekućemu stanju. A pametni bi izvanzemaljci po tome što na planetu postoji tekuća voda točno znali da se njegova temperatura i atmosferski tlak nalaze unutar dobro određenoga raspona. Zemljine prepoznatljive polarne kape, koje se povećavaju i smanjuju u skladu sa sezonskim promjenama temperature, također se mogu razabrati u

vidljivoj svjetlosti. Baš tako je moguće izmjeriti i vrtnju Zemlje jer se prepoznatljive površine kopna u vidiku pojavljuju u predvidljivim vremenskim intervalima. Izvanzemaljci bi također vidjeli promjenu vremenskih sustava; pomnim proučavanjem mogli bi razlučiti obilježja oblaka od obilježja na površini planeta. Vrijeme je da se vratimo u stvarnost. Najbliži egzoplanet — najbliži planet koji kruži oko zvijezde koja nije Sunce — pronaći ćemo u nama najbližemu sustavu zvijezde Alfa Kentaura udaljene malo više od četiri svjetlosne godine i vidljive s većega dijela južne zemaljske hemisfere. Većina opaženih egzoplaneta nalazi se na udaljenostima od desetak do nekoliko stotina svjetlosnih godina. Zemljin sjaj je slabiji od milijardinke sjaja Sunca, a blizina našega planeta Suncu jako bi otežala njegovo promatranje teleskopom za promatranja u vidljivoj svjetlosti. To je kao da pokušavate otkriti sjaj krijesnice pokraj blještava svjetionika. Zato, ako su nas izvanzemaljci pronašli, vjerojatno nas ne promatraju na valnim duljinama vidljive svjetlosti nego nekim drugima, primjerice infracrvenima, na kojoj je naš sjaj nešto vidljiviji — ili su njihovi inženjeri smislili neku posve drugu strategiju. Možda rade ono što obično čine i naši tragači za egzoplanetima: promatraju položaje zvijezda kako bi utvrdili pomiču li se malo u pravilnim razmacima. Takvo periodično pomicanje otkriva postojanje planeta koji može biti preslaba sjaja da bismo ga mogli izravno promatrati. Suprotno onome što većina misli, planet ne kruži oko matične zvijezde. Umjesto toga, i planet i njegova zvijezda kruže oko zajedničkoga centra mase. Sto je masa planeta veća, više utječe na gibanje zvijezde, pa je lakše izmjeriti promjene promatranjem njezine svjetlosti. Na nesreću za izvanzemaljske tragače za planetima, Zemlja je sitna pa jedva utječe na pomicanje Sunca, što predstavlja dodatan izazov za izvanzemaljske inženjere.

NASA-in teleskop Kepler, konstruiran i ugođen za pronalaženje planeta sličnih Zemlji u stazama oko zvijezda sličnih Suncu, omogućio je još jedan način otkrivanja, što je uvelike pomoglo proširivanju postojećega popisa egzoplaneta. Tijekom devetogodišnjega života Kepler je tražio zvijezde čiji se ukupni sjaj u pravilnim razmacima malo smanjio. O tim je slučajevima

Keplerova doglednica u dobru položaju da zamijeti sićušnu promjenu sjaja uzrokovanu prolaskom egzoplaneta ispred svoje zvijezde. Ah tako ne možete vidjeti sam planet. Ne možete čak vidjeti ni obilježja na površini zvijezde. Kepler je jednostavno pratio promjene u zvijezdinu sjaju, ah je uspio katalogu dodati tisuće egzoplaneta, baš kao i stotine sustava s nekoliko planeta. Na temelju tih podataka također možete izračunati veličinu egzoplaneta, vrijeme obilaska oko zvijezde i udaljenost od matične zvijezde. Također mu možete procijeniti masu. Pitate li se što se točno zbiva, kad Zemlja prođe ispred Sunca — što se uvijek događa za neke doglednice u galaktici — blokira jednu desettisućinku Sunčeve površine, pa zakratko smanji Sunčev sjaj za desettisućinku njegove uobičajene vrijednosti. Sve je to lijepo i dobro. Izvanzemaljci će otkriti da Zemlja postoji, ali o zbivanjima na Zemljinoj površini neće doznati baš ništa. S radiovalovima i mikrovalovima mogli bi uspjeti. Možda izvanzemaljci koji nas slušaju imaju nešto poput 500-metarskoga radioteleskopa u kineskoj pokrajini Guizhou. Ako ga imaju pa ga ugode na odgovarajuće frekvencije, svakako će zamijetiti Zemlju — ili, bolje rečeno, našu će suvremenu civilizaciju zapaziti kao jedan od najsjajnijih radioizvora na nebu. Razmislite o tome što sve imamo a stvara radiovalove i mikrovalove: ne samo tradicionalne radiouređaje nego i televizore, mobitele, mikrovalne pećnice, daljinske otvarače garažnih vrata, komercijalne radare, vojne radare i komunikacijske satelite. Bliještimo valovima velikih duljina, što je čudesan dokaz da se ovdje nešto zbiva jer u svome prirodnome stanju mali stjenoviti planeti gotovo i ne odašilju radiovalove. Zato, usmjere li izvanzemaljci svoje radioteleskope u našemu smjeru, mogu zaključiti da na Zemlji postoji tehnologija. Međutim, valja spomenuti mali problem: mogući su i drugi zaključci. Možda ne bi mogli razlučiti zemaljske signale od onih izraženih s većih planeta u našemu Sunčevu sustavu, a svi su prilično jaki izvori radiozračenja, osobito Jupiter. Možda pomisle da smo neka nova, čudna vrsta planeta koja jako zrači u radiospektru. A možda zemaljske radioemisije ne bi mogli razlučiti od onih sa Sunca, što bi ih natjeralo da zaključe kako je Sunce nova, čudna vrsta radio - zvijezde. Astrofizičari ovdje na Zemlji, na engleskome Sveučilištu u Cambridgeu, na sličan su način bih zbunjeni 1967. Dok je radioteleskopom pretraživao

nebo u potrazi za bilo kakvim jakim izvorom radiozračenja, Antony Hewish otkrio je sa svojim timom nešto iznimno čudno: objekt koji je pulsirao u preciznim, ponavljajućim intervalima nešto dužima od sekunde. Jocelyn Bell, u to doba Hewisheva poslijediplomantica, prva je zamijetila tu pojavu. Uskoro su njezini kolege utvrdili da impulsi stižu s vrlo velike udaljenosti. Pomisao da je signal tehnološki — izvanzemaljska kultura u svemir šalje dokaze o svojim aktivnostima — bila je neodoljiva. Jocelyn Bell se prisjeća: »Nismo imali nikakva dokaza da je riječ o posve prirodnim radiosignalima... Eto mene kako pokušavam dobiti doktorat služeći se novom tehnikom, a neka luda ekipica malih zelenih bića odabere moju antenu i moju frekvenciju da komunicira s nama.«22 Međutim, u roku od nekoliko dana otkrila je da takvi ponavljajući radiosignali dolaze i s drugih mjesta u Mliječnoj stazi. Bell i kolege shvatili su da su otkrili novu vrstu svemirskih objekata — zvijezdu građenu samo od neutrona koja nam tijekom svakoga svojeg okreta pošalje radiovalove. Hewish i Bell takve su zvijezde vrlo logično nazvali »pulsarima«. Pokazuje se da presretanje radiovalova nije jedini način prisluškivanja izvanzemaljaca. Postoji i grana znanosti nazvana kozmokemija. Kemijska analiza planetarnih atmosfera vrlo je živo područje suvremene astrofizike. Kako možda nagađate, kozmokemija počiva na spektroskopiji — analizi svjetlosti s pomoću spektrometra. Iskorištavajući oruđa i taktike spektroskopičara, kozmokemičari mogu utvrditi postojanje života na egzoplanetu bez obzira na to je li taj život svjestan, inteligentan ili raspolaže tehnologijom. Metoda je djelotvorna jer svaki element, svaka molekula — bez obzira na to gdje se nalazila u svemiru — na jedinstven način apsorbira, emitira, reflektira i raspršuje svjetlost. A kao što sam već spominjao, propustite li tu svjetlost kroz spektrometar, pronaći ćete obilježja koja svakako možemo nazvati otiscima prstiju. Najvidljivije otiske ostavljaju kemikalije najviše pobuđene tlakom i temperaturom u njihovu okružju. Planetarne atmosfere bogate su takvim obilježjima. A ako na planetu ima bogate flore i faune, atmosfera će mu biti prepuna biomarkera — spektralnih dokaza postojanja života. Bez obzira na to bili biogenični (stvaraju ih neki ili svi oblici života), antropogenični (stvara ih raširena vrsta Homo sapiens) ili tehnogenični (stvara ih samo tehnologija), takve vidljive dokaze vrlo je teško sakriti.

Osim ako se nisu rodili s ugrađenim spektroskopskim senzorima, naši znatiželjni izvanzemaljci moraju načiniti spektrometar kako bi njime mogli očitati naše otiske prstiju. Ali ponajprije, Zemlja mora proći ispred Sunca (ili nekoga drugog izvora), omogućavaj ući tako da njegova svjetlost prođe kroz našu atmosferu i nastavi do izvanzemaljaca. Na taj način kemikalije u Zemljinoj atmosferi mogu doći u interakciju sa svjetlošću i u njoj ostaviti znakove koje svi mogu vidjeti. Nekih molekula — amonijaka, ugljikova dioksida, vode — u svemiru ima u velikim količinama, bez obzira na to je li život prisutan ili ne. Ali neke molekule množe se u njegovoj prisutnosti. Još jedan lako opaziv biomarker je postojana količina metana u Zemljinoj atmosferi, od čega je dvije trećine posljedica ljudskih djelatnosti, primjerice proizvodnja naftnih goriva, uzgoja riže, otpadnih voda te podrigivanja i vjetrova domaćih životinja. Prirodni izvori, zaslužni za preostalu trećinu, obuhvaćaju i truljenje vegetacije u močvarama i termitske izlučine. Međutim, metan može nastati i na mjestima gdje nema života, a slobodnoga je kisika malo. Astrobiolozi upravo raspravljaju o tome odakle potječu tragovi metana na Marsu i goleme količine metana na Saturnovu mjesecu Titanu, gdje pretpostavljamo da nema krava i termita. Prate li izvanzemaljci izgled naše noćne strane dok se Zemlja okreće oko Sunca, mogli bi zapaziti povećanu količinu natrija od raširene uporabe rasvjetnih tijela s natrijevim parama koje se u suton pale u gradovima i predgrađima. Najviše bi, međutim, govorio naš slobodni kisik, kojega u zemaljskoj atmosferi ima čak petina. Kisik, po zastupljenosti treći element u svemiru poslije vodika i helija, kemijski je vrlo aktivan te se rado veže s atomima vodika, ugljika, dušika, v silicija, sumpora, željeza itd. Cak se veže i sam sa sobom. I zato da bi u atmosferi mogao postojati u stalnoj količini, nešto ga mora oslobađati istom brzinom kojom se troši. Ovdje na Zemlji to oslobađanje možemo pripisati životu. Fotosintezom, procesom u biljkama i brojnim bakterijama, u atmosferi i morima stvara se slobodni kisik. Slobodni kisik sa svoje strane omogućava postojanje života koji počiva na kisikovu metabolizmu, uključujući nas i gotovo sva druga bića u životinjskome carstvu. Mi Zemljani već znamo važnost karakterističnih otisaka prstiju našega planeta. Ali izvanzemaljci iz dalekoga svemira koji će naići na nas morat će

protumačiti svoja otkrića i testirati svoje pretpostavke. Mora li redovito pojavljivanje natrija biti tehnološke naravi? Slobodni kisik mora biti organskoga podrijetla. A kako stoje stvari s metanom? I on je kemijski nestabilan i, da, nešto od njega je antropogeno, ali kako smo vidjeli, metan može biti rezultat neživih čimbenika. Zaključe li izvanzemaljci da kemijska obilježja Zemlje nedvojbeno upućuju na postojanje života, možda će se zapitati je li taj život inteligentan. Pretpostavljamo da izvanzemaljci međusobno komuniciraju, pa će također pretpostaviti da komuniciraju i drugi inteligentni oblici života. Možda će se u tom trenutku odlučiti prisluškivati nas svojim radioteleskopima kako bi ustanovili kojim smo dijelovima elektromagnetskoga spektra ovladali. Dakle, bez obzira na to istražuju li nas izvanzemaljci kemijski ili s pomoću radiovalova, mogli bi doći do istoga zaključka: planet na kojem postoji napredna tehnologija mora biti nastanjen inteligentnim živim bićima, koja se možda bave otkrivanjem načina funkcioniranja svemira i smišljanjem kako njegove zakone iskoristiti za osobni ili javni probitak. Kad se zemaljski atmosferski otisci prstiju prouče podrobnije, ljudski biomarkeri također će obuhvaćati sumpornu, ugljičnu i dušičnu kiselinu te druge sastojke smoga nastalog izgaranjem fosilnih goriva. Ako su znatiželjni izvanzemaljci društveno, kulturološki i tehnološki napredniji od nas, te će biomarkere svakako protumačiti kao uvjerljiv dokaz nepostojanja inteligentnoga života na Zemlji.,

Prvi egzoplanet u sustavu zvijezde slične Suncu otkriven je 1995., a do 1. ožujka 2019. u Enciklopediji egzoplaneta popisano ih je više od tri tisuće. Većina se nalazi u malome zakutku Mliječne staze oko Sunčeva sustava. Dakle, u našoj galaktici ima ih na pretek. Naposljetku, u njoj je više od stotinu milijardi zvijezda, a u poznatome svemiru ima nekoliko stotina milijardi galaktika. Naša potraga za životom u svemiru pokreće i potragu za egzoplanetima, među njima i onima sličnima Zemlji — naravno ne u pojedinostima, nego po općim obilježjima. Posljednje procjene, načinjene na temelju postojećih podataka, govore da samo u Mliječnoj stazi može biti čak četrdeset milijardi planeta sličnih Zemlji. To su planeti koje će naši potomci možda poželjeti

posjetiti iz znatiželje, ako ne i nužde.

12. Razmišljanja o kozmičkoj perspektivi Od svih znanosti kojima se bavi čovječanstvo astronomiju se smatra, a bez ikakve sumnje ona to i jest, naj uzvišen i j om, najzanimljivijom i najkorisnijom. Znanjem stečenim tom znanošću ne samo što otkrivamo Zemlju... nego se i naše sposobnosti poboljšavaju veličanstvenošću ideja koje prenosi, pa nam se umovi mogu uzdići iznad uobičajenih predrasuda. JAMES FERGUSON, 1757.23 Mnogo prije nego što je itko znao da svemir ima početak, prije nego što smo znali da je najbliža velika galaktika od Zemlje udaljena dva milijuna svjetlosnih godina, prije nego što smo znali kako rade zvijezde i da postoje atomi, zanesena oda Jamesa Fergusona njegovoj omiljenoj znanosti zvučala je istinito. Ako zanemarimo kićeni stil osamnaestoga stoljeća, njegove su riječi mogle biti napisane jučer. Ali tko razmišlja na taj način? Tko stigne veličati takav kozmički pogled na život? To sigurno ne čine najamni poljoprivredni radnici. Ni radnici u tvorničkim pogonima. A sigurno ni beskućnici koji u potrazi za hranom prekapaju kontejnere za smeće. Potreban vam je luksuz vremena koji ne ulažete samo u preživljavanje. Morate živjeti u državi čija vlast cijeni potragu za razumijevanjem čovjekova položaja u svemiru. Potrebno vam je društvo u kojem vas intelektualni napori mogu odvesti na granice otkrića i u kojem se vijesti o vašim otkrićima neometano šire. Po takvim je mjerilima većina građana industrijaliziranih država u dobrome položaju. Međutim, kozmički pogled ima skrivenu cijenu. Kad putujem tisuće kilometara kako bih proveo nekoliko trenutaka u brzogibajućoj sjeni Mjeseca tijekom potpune pomrčine Sunca, katkad izgubim iz vida Zemlju. Kad zastanem i razmislim o našemu širećem svemiru u kojem se galaktike velikom brzinom udaljuju jedna od druge, utkane u rastezljivo

četverodimenzionalno tkanje prostora i vremena, katkad zaboravim da nebrojeno mnogo ljudi na Zemlji živi bez hrane i krova nad glavom te da je među njima neproporcionalno mnogo djece. Kad proučavam podatke koji potvrđuju zagonetno postojanje tamne tvari i tamne energije diljem svemira, katkad zaboravim da svaki dan — u svakih dvadeset četiri sata koliko je potrebno da se Zemlja okrene oko svoje osi — ljudi ubijaju i bivaju ubijeni u ime nečije predodžbe o Bogu, odnosno da neki koji ne ubijaju u ime Boga, ubijaju u ime potreba ili političkih dogmi. Kad pratim staze asteroida, kometa i planeta, a svaki je od njih plesač koji izvodi piruete kozmičkoga baleta koreografiranoga silama gravitacije, katkad zaboravim da previše ljudi djeluje bez ikakve odgovornosti prema krhkoj ravnoteži između zemaljske atmosfere, oceana i kopna, čijim će posljedicama svjedočiti naša djeca i djeca naše djece te platiti za njih svojim zdravljem i dobrobiti. A katkad zaboravim da svjetski moćnici rijetko čine sve što mogu da pomognu onima koji sami sebi ne mogu pomoći. Dogodi se da zaboravim na te stvari zato što je, koliko god naš svijet bio velik — u našim srcima, u našim umovima i u našim predimenzioniranim digitalnim kartama — svemir još mnogo veći. Za neke vrlo depresivna misao, ah za mene oslobađajuća. Zamislite odraslu osobu koja se brine o dječjim nezgodama: prolivenome mlijeku, razbijenoj igrački ili ogrebenome koljenu. Mi odrasli znamo da djeca nemaju pojma o tome što su pravi problemi jer je njihovo dječje viđenje stvari uvelike ograničeno neiskustvom. Djeca još ne znaju da se svijet ne okreće oko njih. Možemo li kao odrasli priznati sebi da i mi patimo od kolektivne nezrelosti? Usudimo li se priznati da naše misli i ponašanje potječu od vjerovanja da se cijeli svijet okreće oko nas? Očito je da se ne usuđujemo. Ali dokaza za to vrlo je mnogo. Razgrnite zavjese rasnih, etničkih, vjerskih, nacionalnih i kulturoloških sukoba i vidjet ćete da iza svega stoji i kotačićima upravlja ljudski ego. Sad zamislite svijet u kojem svatko, ali posebice oni na kormilu moći i utjecaja, imaju širi pogled na naše mjesto u svemiru. Iz te perspektive naši bi se problemi smanjili — ili se ne bi ni pojavili — i tada bismo mogli slaviti

naše zemaljske razlike i odbaciti ponašanje naših predaka koji su se zbog njih međusobno ubijali.

U siječnju 2000., u tada obnovljenu Haydenovu planetariju u New Yorku, prikazivao se svemirski program nazvan Putovnica za svemir24 koji je posjetitelje vodio na virtualno putovanje od planetarija do ruba svemira. Usput su gledatelji vidjeli Zemlju, zatim Sunčev sustav i promatrali kako se stotinu milijardi zvijezda Mliječne staze smanjuje u jedva vidljive točkice na kupoli planetarija. Manje od mjesec dana poslije otvaranja programa dobio sam pismo profesora psihologije s uglednoga novoengleskoga fakulteta specijaliziranoga za teme koje kod ljudi bude osjećaj beznačajnosti. Uopće nisam znao da se takvo što može specijalizirati. Posjetiteljima planetarija htio je prije i poslije programa ponuditi upitnike kako bi procijenio koliko su duboko potišteni nakon što ga pogledaju. Putovnica za svemir izaziva najdramatičniji osjećaj malešnosti i beznačajnosti koji je on ikad doživio. Kako je to moguće? Svaki put kad vidim taj prikaz svemira (i druge koje smo načinili), osjećam se živo, produhovljeno i povezano. Također se osjećam velik, znajući da su nam procesi u ljudskome mozgu teškome kilogram i pol omogućili da shvatimo svoje mjesto u svemiru. Dopustite mi da ustvrdim da je taj profesor, a ne ja, pogrešno protumačio ljudsku narav. Njegov je ego od samoga početka bio neopravdano velik, napuhan zabludom o značaju i pothranjen kulturološkom pretpostavkom da su ljudska bića važnija od svega drugog u svemiru. Ali da budemo pošteni prema profesoru, na djelu su moćne društvene sile koje nas čine povodljivima. Takav sam i ja bio dok na satu biologije nisam doznao da u jednome centimetru moga debelog crijeva živi i radi više bakterija nego što je na našemu planetu ikada bilo ljudi. Takva vas informacija natjera da dvaput razmislite tko — ili što — zapravo upravlja. Od toga dana ljude sam prestao smatrati gospodarima prostora i vremena i za mene su postali dijelovi velikoga kozmičkog lanca postojanja, s izravnom genetskom vezom živućih i izumrlih vrsta, koji se gotovo četiri milijarde godina u prošlost proteže do prvih jednostaničnih organizama na

Zemlji. Znam što mislite: mi smo pametniji od bakterija. Nema nikakve sumnje, jer mi smo pametniji od svakoga drugog živog bića koje je ikad trčalo, puzalo ili gmizalo po Zemlji. Ali kolika je ta pamet? Kuhamo svoju hranu. Skladamo pjesme i glazbu. Bavimo se umjetnošću i znanošću. Dobri smo matematičari. Čak i ako ste loši u matematici, vjerojatno ste u njoj bolji od najpametnije čimpanze čiji se genski identitet od nas razlikuje vrlo malo. Koliko se god trudili, primatolozi nikad neće čimpanzu naučiti dijeljenju ili trigonometriji. Ako male genetske razlike između nas i naših rođaka velikih čovjekolikih majmuna uzrokuju tako golemu razliku u inteligenciji, možda ta razlika u inteligenciji naposljetku i nije tako golema. Zamislite biće čija je inteligencija toliko različita od naše koliko je naša različita od čimpanzine. Za takvu bi vrstu naša najveća duhovna postignuća bila trivijalna. Njihova bi mala djeca umjesto učenja abecede na Ulici Sesame učila višu matematiku na Booleovoj aveniji.25 Naši najsloženiji teoremi, naša najdublja filozofija, najcjenjenija djela naših najkreativnijih umjetnika bila bi školski projekti njihovih školaraca koje nose kući mami i tati da ih magnetima učvrste na vrata hladnjaka. Ta bi bića proučavala Stephena Hawkinga (on je na Sveučilištu u Cambridgeu držao katedru koju je prije njega držao i Isaac Newton) jer je bio nešto pametniji od drugih ljudi. Zašto? Mogao je u glavi rješavati probleme teorijske fizike i druge rudimentarne izračune baš kao mali Timmy koji je upravo došao iz izvanzemaljskoga vrtića. Kad bi nas od najbližega rođaka u životinjskome carstvu dijelila golema genetska razlika, opravdano bismo mogli slaviti našu genijalnost. Imali bismo se pravo šepuriti naokolo i misliti da smo mnogo bolji i mnogo različitiji od naših životinjskih rođaka. Ali takva razlika ne postoji. Umjesto toga, mi i priroda smo jedno, ni viši ni niži od drugih zemaljskih bića, nego njihov dio. Treba li vam još neko sredstvo za smanjivanje ega? U tome odlično pomažu jednostavne usporedbe količine, veličine i mjerila. Uzmimo vodu. Ima je mnogo i od životne je važnosti. U čaši vode ima više molekula te tvari nego što u svim oceanima svijeta ima čaša vode. Svaka čaša vode koja prođe kroz naše tijelo i koja se naposljetku vrati u svjetske

zalihe sadržava dovoljno molekula da njih 1500 pomiješamo sa svakom čašom vode na svijetu. Ne možete izbjeći a da u vodi koju popijete ne bude molekula koje su prošle kroz bubrege Sokrata, Džingis-kana i Ivane Orleanske. Kako stoje stvari sa zrakom? I on je od ključne važnosti. U jednom udahu ima više molekula zraka nego što ima udaha u cijeloj zemaljskoj atmosferi. To znači da je nešto zraka koji ste upravo udahnuli prošlo kroz pluća Napoleona, Beethovena, Lincolna i kakvog razbojnika. Prijeđimo na kozmičke stvari. U svemiru ima više zvijezda nego zrnaca pijeska na bilo kojoj plaži, od trenutka kad je Zemlja nastala više se zvijezda ugasilo nego što je u tom razdoblju bilo sekundi i više je zvijezda nego što su svi ljudi koji su ikad živjeli izgovorili riječi i zvukova. Želite li sveobuhvatno viđenje prošlosti? Tamo će vas odvesti naša sve šira kozmička perspektiva. Da do nas stigne iz dalekoga svemira svjetlosti je potrebno vrijeme, pa ono što vidite nije ono što jest nego što je bilo, sve do gotovo početka samoga vremena. Unutar vidljiva obzora stalno nam se pred očima odvija kozmička evolucija. Želite li znati od čega smo načinjeni? Kozmička perspektiva nudi nam širi odgovor nego što biste mogli očekivati. Kemijski elementi u svemiru skovani su u vatrama masivnih zvijezda koje umiru titanskim eksplozijama, obogaćujući matične galaktike kemijskim arsenalom života kakav poznajemo. Rezultat? Četiri najčešća, kemijski vrlo aktivna elementa u svemiru — vodik, kisik, ugljik i dušik — četiri su najčešća sastojka života na Zemlji, a ugljik je temelj biokemije. Mi ne živimo u svemiru. Svemir živi u nama. Kad smo već došli do toga, možda mi i ne potječemo sa Zemlje. Nekoliko je različitih istraživanja natjeralo znanstvenike da ponovno razmisle o tome tko smo i odakle mislimo da potječemo. Kao što sam spomenuo, kad veliki asteroid udari o planet, okolni teren od siline udara završi u svemiru. Odatle te stijene mogu otputovati — i pasti — na površine drugih planeta. Drugo, mikroorganizmi mogu biti vrlo otporni. Ekstremohli na Zemlji mogli bi tijekom svemirskoga putovanja preživjeti goleme razlike u temperaturama, tlakovima i zračenju. Ako stijene izbačene udarom meteorita potječu s planeta na kojemu ima života, mikroskopska se fauna na njima mogla prošvercati u pukotinama i udubinama. Treće, nedavno otkriveni dokazi

upućuju na to da je neposredno poslije nastanka našega Sunčeva sustava na Marsu bilo tekuće vode, pa je možda bio plodan i prije nego što je to postala Zemlja. Sva zajedno, ta nam otkrića govore da se može zamisliti da je život nastao na Marsu i poslije se preselio na Zemlju u procesu nazvanome panspermija. I tako je moguće da su sva zemaljska bića možda — kažem možda — potomci Marsovaca.

Mnogo su puta tijekom stoljeća kozmička otkrića umanjivala našu predodžbu o sebi Zemlja se nekoć smatrala astronomski jedinstvenom, sve dok astronomi nisu shvatili da je samo jedan od planeta koji kruže oko Sunca. Zatim smo pretpostavljali da je Sunce jedinstveno, sve dok nismo doznali da su nebrojene zvijezde na nebu zapravo i same sunca. Pretpostavili smo i da je naša galaktika, Mliječna staza, cijeli poznati svemir, koji tada smo ustanovili da su bezbrojni magličasti nebeski objekti također galaktike rasute po cijelome vidljivom svemiru. Danas je tako lako pretpostaviti da postoji samo jedan svemir. Ali nove teorije moderne kozmologije, baš kao i uvijek potvrđena vjerojatnost da ništa ne može biti jedinstveno, nalažu nam da ostanemo otvoreni za posljednji napad na našu molbu za jedinstvenošću: multisvemir.

Kozmička perspektiva proistječe iz fundamentalnih spoznaja. A ona govori više od onoga što znamo. Ona nam govori da imamo mudrosti i uvida da to znanje primijenimo na procjenu našega mjesta u svemiru. A njezini su atributi vrlo jasni. Kozmička perspektiva potječe s granica znanosti, ali nije samo područje rada znanstvenika. Ona pripada svima. Kozmička perspektiva je ponizna. Kozmička perspektiva je duhovna — čak iskupljujuća — ali nije vjerska. Kozmička perspektiva omogućava nam da u istoj misli obuhvatimo i veliko i malo. Kozmička perspektiva nam otvara um za izvanredne ideje, no zbog nje

nećemo izgubiti glavu i početi vjerovati u sve što nam se kaže. Kozmička perspektiva otvara nam pogled u svemir, ali ne kao dobrohotnu kolijevku osmišljenu da podržava život, nego kao hladno, usamljeno i opasno mjesto, i tako svakoga od nas tjera da iznova procijeni vrijednost drugoga čovjeka. Kozmička perspektiva pokazuje da je Zemlja tek zrnce pijeska. Ali to je dragocjeno zrnce koje nam je u ovome trenutku jedini dom koji imamo. Kozmička perspektiva pronalazi ljepotu na fotografijama planeta, mjeseca, zvijezda i maglica, ali i slavi zakone fizike koji ih oblikuju. Kozmička perspektiva omogućava nam da vidimo i izvan granica osobnih životnih okolnosti i tako prevladamo primarnu potrebu za traganjem hrane, skloništa i partnera. Kozmička perspektiva podsjeća nas da u svemiru, u kojemu nema zraka, zastava ne vijori — i tako nameće zaključak da mahanje zastavama i istraživanje svemira nisu nužno kompatibilni. Kozmička perspektiva ne stavlja nas samo u gensko srodstvo sa svim životom na Zemlji, nego također cijeni naše kemijsko srodstvo sa svakim još neotkrivenim oblikom života u svemiru, baš kao i atomsko srodstvo sa samim svemirom. // Najmanje jedanput na tjedan, a možda i jedanput na dan, svatko bi od nas mogao razmisliti koje su još neotkrivene kozmičke istine pred nama, a koje možda čekaju dolazak pametnoga čovjeka, domišljatoga pokusa ili inovativnu svemirsku misiju da ih otkrije. Mogli bismo također razmisliti kako će ta otkrića jednoga dana promijeniti život na Zemlji. Ako u nama nema takve znatiželje, tada smo poput provincijalca koji nema nikakve potrebe maknuti se iz svojega mjesta jer u njemu može zadovoljiti sve svoje potrebe. Međutim, da su se tako ponašali svi naši preci, taj bi provincijalac još živio u špilji i svoj ručak lovio štapom i kamenom. Tijekom našega kratkog boravka na planetu Zemlji, dužni smo sebi i svojim potomcima ponuditi priliku za istraživanje — djelomice i zato što je vrlo zabavno. Ali postoji i mnogo plemenitiji razlog. Onoga dana kad se naše znanje o svemiru prestane povećavati, javlja se opasnost da ćemo ponovno početi razmišljati kao djeca koja smatraju da se svemir simbolično i doslovce okreće oko nas. U takvu sumornome svijetu naoružani ljudi i države u

nedostatku resursa bili bi potaknuti djelovati prema svojim »najnižim predrasudama«. A to bi bio posljednji izdisaj ljudskoga prosvjećenja — do uspona vizionarske nove kulture koja bi ponovno prihvatila kozmičku perspektivu umjesto da je se boji.

ZAHVALE Moji neumorni urednici tijekom godina u kojima su ovi eseji napisani uključuju Ellen Goldensohn i Avis Lang iz časopisa Natural History — koje su osigurale da napišem ono što mislim i mislim ono što napišem. Moj znanstveni urednik bio je prijatelj i kolega s Princetona Robert Lupton, koji je na svim najvažnijim mjestima znao više od mene. Također zahvaljujem Betsy Lerner na savjetima koji su uvelike pridonijeli sadržaju knjige.

KAZALO 11. rujna 2001., teroristički napadi, 144 13123-Tyson (asteroid), 141 2010: Druga odiseja (film),125 aerobni organizmi, 12 ajnštajnij, 98 Alfa Kentaura, 147 Alpher, Ralph, 32, 34 aluminij, 93 amonijak, 152 anaerobne bakterije, 12 Ande, 126 Andromedina galaktika, 42 antielektroni, 6 antikvarkovi, 6, 8 antimaterija, 4, 6, 9, 51 antineutrini, 6 antropogenični markeri, 152 Apollo, program, 132, 133 asteroidi (planetoidi), 11, 13, 17, 59, 97, 99, 101, 133, 134, 141, 159, 166 asteroidni (planetoidni) pojas, 99, 133, 134, 141 astronomija, 157 Astrophysical Journal, 116 AT&T, 33, 34 Atlantski ocean, 144 atomi, 9, 10 nastanak, 9

atomska fizika, 32 atomske bombe, 32, 97, 100, 101 atomske jezgre, 3, 9, 10, 37, 51, 60, 67, 89, 91, 95, 100, 110, 129 . bakterije, 12, 153, 162, 163 Beethoven, Ludwig von, 21, 165 Bell Telephone Laboratories, 33, 122 Bell, Jocelyn, 150 Berenikina kosa, 54 Berkeleyjski laboratorij (Lawrence Berkeley National Laboratory), 76, 100 berkeleyjski ciklotron, 100 Berry, Chuck, 21, 22 beskućnici, 158 biogenični markeri, 152 biokemija, 166 biomarkeri, 152, 155 Bog, 14, 17 Boole, George, 163 Booleova algebra, 163 Bose, Satyendra Nath, 5 bozoni, 4, 5 brzina bijega, 55, 56 . California Institute of Technology (Caltech, Kaliforriijski tehnološki institut), 54 Cambridge, sveučilište, 150, 164 Carnegiejev institut, 57 Case Western Reserve, sveučilište, 64 Cassini, sonda, 140 Cavendish, Henry, 89 centrifugalna sila, 108, 109

Cerera, 98, 99, 101 cerij, 98 Comptonov opservatorij gamazraka (Compton Gamma Ray Observatory), 128 crne rupe, 20, 26, 59, 71, 107, 129 crvene zvijezde: spektri, 94 tehnecij u, 96 crveni divovi, 107 . Čile, 126 čimpanze, 163 . Deep Space Network (Dubokosvemirska mreža), 124 Deimos, 106 deuterij, 9 dicijan, 36 Dicke, Robert, 35 dinosauri, 13, 47, 71, 97 djeca, 35, 159, 160, 163, 170 Drugi svjetski rat, 32, 69, 102 Druyan, Ann, 161 Dubokosvemirska mreža (Deep Space Network), 124 dušična kiselina, 155 dušik, 18, 95, 153, 166 dvojne zvijezde, 19, 107 Rocheova šupljina, 107 . E=mc2, 5, 8 egzoplaneti, 64, 146, 147, 148, 151, 155 prvi otkriveni, 155 Einstein, Albert, 1, 4, 26, 53, 56, 57, 69, 70, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 79 misaoni pokusi, 69 opća teorija relativnosti, 1, 25, 32, 49, 50, 70, 73, 74, 83, 84, 112

prilagodba zakona gravitacije, 71, 72 ekstreniofili, 166 Električne smetnje naizgled izvanzemaljskoga podrijetla« (»Electrical Disturbances Apparently of Extraterrestrial Origin«, Jansky), 123 električni naboj, očuvanje, 25 elektromagnetizam, 67 elektromagnetski spektar, 118— 121, 126, 127, 129, 154 elektroni, 4, 5, 6, 9, 10, 20, 29, 30, 36, 37, 110, 129 elektroslaba sila, 3, 4 elementi, 11, 18, 86, 87—102, 151, 165, 166 otkriveni u spektrima, 18, 19, 20 teški, 11, 19 vidi također pojedine elemente energija, 1, 2—8, 22, 29 kvantizirana, 2 očuvanje, 25 v akuuma, 43, 51 vidi također tamna energija Eniwetok, atol, 98 eter, 63, 64 Europa (Jupiterov mjesec), 137 Europski centar za nuklearna istraživanja (Conseil européen pour la recherche nucléaire, CERN), 7 Everest, Mount, 97, 106 Explorer XI, satelit, 127 . Faraday, Michael, 136 Ferguson, James, 157, 158 f ina struktura, konstanta, 19 Finneganovo bdijenje (Joyce), 5

fizika, eksperimentalna nasuprot teorijske, 69, 70, 82 Fobos, 106 fosfor, 98 fotoni, 4, 7, 8, 9, 10, 29, 30, 31, 36, 37 infracrveni, 30 ultraljubičasti, 12 vidljive svjetlosti, 30 fotosinteza, 153 frekvencija (učestalost), 90, 118, 119, 121, 122, 126, 127, 129, 149, 151 Fridman, Aleksandr Aleksandrovič, 73 . galaktička jata, 36, 37, 45—47, 54, 56, 57 gravitacija, 57 nastanak, 62 oblik, 111 »opuštena«, 112 plin u njima, 45, 46 galaktičko jato u Berenikinoj kosi, 54, 55 Galaktika i sedam patuljaka« (»The Galaxy and the Seven Dwarfs«) (Tyson), 43 galaktike, 8, 10, 11, 19, 37, 41-50 bogate plinom, 46, 47 broj, 41, 155 broj zvijezda u, 43 brzina udaljavanja, 76, 78, 79, 112, 113, 159 drevne, 47 fokusiranje, 50 haloi tamne tvari i, 58 modre galaktike slaba sjaja, 43, 47, 48 nastanak, 10 orbitalne brzine u, 54, 55, 56 podrijetlo imena, 42 sudari, 45

tamna materija i, 57, 58, 61, 62 galij, 95 galijev klorid, pokusi, 95 Galle, Johann Gottfried, 100 gama-zrake, 118, 120, 127-130 zemaljski bljeskovi, 128 Garnow, George, 32, 34 Gell-Mann, Murray, 5 germanij, 95 Gott, J. Richard, 33 gravitacija, 1—3, 17, 19, 22, 25, 26, 37, 38, 45, 49, 53, 60, 62, 67, 69, 71, 73, 74, 75, 79, 89, 105, 140 »djelovanje na daljinu«, 53 galaktičkih jata, 57 i kugle, 105 Newtonov zakon, 17, 19, 25, 26 površinska, 61, 106, 110 tamna energija i, 38 tamna tvar i, 25, 38, 58, 60, 65, 68 »višak«, 54 gravitacijska konstanta, 89 gravitacijska leća, 50 gravitacijska polja, 21, 55, 58, 107, 131, 140 gravitacijski valovi, 71, 72 Guth, Alan H., 81 . hadroni, 7, 8, 9 Hale-Bopp (komet), 135 Halleyjev komet, 135 haloi tamne tvari, 58 Haron (mjesec), 137 Hawking, Stephen, 164 Haydenov planetarij, 161 helij, 9, 19, 59, 60, 67, 8991, 94, 153

Helije (bog), 90 herc, 119 Herman, Robert, 32, 34 Herschel, William, 100, 115, 116, 117, 130, 138 Hertz, Heinrich, 118, 119 Hewish, Antony, 150, 151 Himalaja, 105 Hiroshima, 100, 101 hladni rat, 128 Homo sapiens, 13, 71, 152 Hubble, Edwin E, 32, 76, 78, 80, 112, 119 Hubbleov svemirski teleskop, 99, 139 Hyakutake (komet), 135 . I ja (mjesec), 137 infracrvena svjetlost, 30, 31, 94, 117, 118, 120, 147 teleskopi, 129 inteligencija, 13, 163 interferometar, 71, 125, 126 iridij, 97 izduljeni sferoidi, 109 izumiranja, 13, 97, 134 . jaka nuklearna sila, 3, 67 Jansky, Karl G., 122, 123, 124 jednostanični organizmi, 12,71, 117, 162 Jodrell Bank, opservatorij, 124 Johns Hopkins, sveučilište, 77 Joyce, James, 5 Jupiter (bog), 99 Jupiter (planet), 24, 59, 89,98, 133, 135, 137, 138,139, 140, 141, 150

gravitacijsko polje, 140 kao izvor radiovalova, 150 magnetsko polje, 135, 139 mjeseci, 137 . kalcij, 18 Kalifornijski tehnološki institut (California Institute of Technology, Caltech,), 54 kauzalnost, zakon, 27 Keplerov teleskop, 148 Kineski zid, 144 kisik, 12, 18, 20, 88, 92, 94, 153, 154, 166 u maglicama, 20 Kitt Peak, opservatorij, 93 klima, 22, 24 klor, 88 kometi, 11, 13, 17, 24, 59, 61, 101, 134, 135, 140, 159 dugoperiodični, 135 konstante, fizikalne, 19, 22, 24, 73, 76, 77, 79, 83, 89 vidi također zasebne konstante Kontakt (film), 125 kontrole, mjerne, 116, 117 Kopernik, Nikola, 72 kozmičke zrake, 51 kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB), 30-35 cijan i, 36 prvo izravno opažanje, 33 temperatura, 32 temperaturne varijacije, 35, 36 vršne vrijednosti, 31 kozmičko pozadinsko zračenje, 30 kozmokemija, 151

kozmologija, 31, 32, 35, 39,90, 91, 167 kozmološka konstanta, 73, 76, 77, 79, 83 Kozmos: Odiseja u prostorvremenu, 161 kreda-paleogen (K-Pg) granica, 97 kritična gustoća, 80, 81 kršćanstvo, 17 kuglični ležajevi, 104 Kuiper, Gerard, 134 Kuiperov pojas, 101, 134135 kutna količina gibanja, očuvanje, 25 kvantizirana energija, 2 kvantna fizika, 51, 63, 83 kvantna gravitacija, 2 kvantna mehanika, 2, 84 kvark-antikvark, parovi, 6, 8 kvarkovi, 4—9 naboj, 5 podrijetlo imena, 5 podvrste, 4 privlačne sile između, 5 kvazari, 48, 49, 50 fokusiranje, 50 . lambda, 73, 74, 75, 77, 79, 83, 84, 85 Lasersld interferometrijski opservatorij za gravitacijske valove (Laser Interfero-meter Gravitational-Wave Observatory, LIGO), 71 Le Verrier, Joseph, 100 LED svjetiljke, 31, 92 led, plutajući, 144

Leeuwenhoek, Antonie van, 117 Lemaître, Georges, 32 leptoni, 4, 5, 6, 8 Levy, David, 141 litij, 9, 91 Lowellov opservatorij, 101 Lukrecije, 1 . ljudska narav, 26, 160, 162 . Macyjeva parada na Dan zahvalnosti, 90 Magellan, Ferdinand, 42 Magellanovi oblaci, 42, 44 maglice, spektralna analiza, 20 magnetska polja, 131, 135,138 Mars, 98, 106, 133, 138, 145, 153, 166 metan na, 153 masa, očuvanje, 25 Massachusettski tehnološki institut (Massachusetts Institute of Technology, MIT), 81 materija (tvar), 4, 6, 8, 10, 29, 48, 49, 54, 66, 68, 75, 79, 82 izvor sve, 8 nakupljanje, 10, 37, 62 vidi također tamna tvar Mather, John C., 35 međugalaktički prostor, 45, 50, 51, 52 Međunarodna svemirska postaja, 143 međuplanetarni prostor, 131, 133, 139, 141 Meksički zaljev, 144 Merkur (planet), 99, 138 metan, 153, 154 meteori, 131, 132

Michelson, Albert, 63 mikrovalne pećnice, 126, 149 mikrovalovi, 30—39, 60, 118, 123, 126, 129, 149 misaoni pokusi, 69 mjehuri od sapunice, 103, 104 Mjesec, 17, 23, 26, 61, 98, 132, 133, 134, 136, 137, 144, 158 nastanak, 132 pogled na Zemlju s, 144 mjeseci, 61, 94, 101, 106, 131, 136, 137, 138, 153 MK 1 (radioteleskop), 124 Mliječna staza, 11, 17, 21, 36, 41, 42, 43, 44, 54, 55, 58, 65, 76, 78, 85, 108, 111, 112, 120, 123, 151, 155, 156, 161, 167 egzoplaneti u, 155, 156 emisija radiovalova, 36, 123, 151 progutana patuljasta galaktika, 44 spljoštenost, 108, 111 supernove u, 120 modeli, znanstveni, 24, 36, 44, 69, 70, 72, 73, 77, 79 modre galaktike slaba sjaja, 43, 47, 48 Mont Blanc, 106 Morley, Edward, 63 Mreža s vrlo dugom bazom (Very Long Baseline Array, VLB A), 125 multisvemir, 14, 65, 167 munje, 129 . Nagasaki, 102 nanosekunda, 29 NASA, 127, 128, 148 natrij, 88, 92, 93, 153, 154 natrijev klorid, 88 nebulij, 20 nedostajuća masa«, 54, 57 Neptun, 99—101, 131, 134, 135, 145

neptunij, 100, 101 neutrino, 4, 6, 66, 67, 68, 95, 96 neutron, 5, 7, 9, 95, 109, 110, 151 Newton, Isaac, 17, 19, 22, 25, 26, 53, 54, 55, 56, 57, 74, 89, 114, 140, 157, 164 nuklearni pokusi, 128 Njemačka, 69 . odbjegli planeti, 59 Olympus Mons, 106 omega, 80-82 Oort, Jan, Oortov oblak, 155 organske molekule, 12 Orionov krak, 11 osmij, 97 ozon, 12 . Palada, 98, 99, 101 paladij, 99 panspermija, 167 parovi materija-antimaterija, 51 Pasadena, 27 patuljasta galaktika u Strijelcu, 45 patuljaste galaktike, 43, 44, 45, 48 Penzias, Arno, 33—35, 123 periodni sustav elemenata, 19, 20, 87, 88, 92, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 192 Perlmutter, Saul, 76, 77, 79 perpetuum mobile, 27 Piazzi, Giuseppe, 98 pikosekunda, 29 Pioneer, 21 Planck, Max,

Planckova era, 2 planeti, 8, 11, 12, 17, 20, 21, 55, 59, 61, 64, 72, 87, 89, 98, 99, 100, 101, 109, 115, 131, 132, 124, 135— 141, 143, 14-6—156, 159, 166, 167 odbjegli, 59 planetoidi vidi asteroidi planetoidni pojas vidi asteroidni pojas planine, 105—106 platina, 97 plazma, 20 Plutini, 135 Pluton, 100, 101, 131, 135, 137 plutonij, 101, 102 polarna svjetlost, 139 Pope, Alexander, 138 površina posljednjega raspršivanja, 37 površinska napetost, 103, 104 pozitroni, 6, 9 primati, 13, 71, 163 Princeton, sveučilište, 35 prizme, 18, 115 Projekt Manhattan, 32 prostor-vrijeme, 1, 48, 51, 53, 71, 74, 75, 85, 113, 130, 159, 161, 162 protoni, 5, 7, 9, 30, 51, 60, 89, 91, 95, 100, 110 prvi pokretač, 14 pulsari, 109, 110, 111, 120, 151 Putovnica za svemir (Passport to the Universe), 161 . radioastronomija, 123 radioizotopni termoelektrični generatori, 102 radioteleskopi, 122, 124, 125, 126, 129, 149, 150, 154 radiovalovi, 31, 118, 121, 123, 129, 149, 151, 154

razlučivost, 122, 124, 125, 126, 146 Reber, Grote, 124 relativnost, opća teorija, 1, 2, 25, 32, 49, 57, 70, 74, 75, 77, 83, 84 rendgenske zrake (zračenje), 43, 46, 95, 118, 120, 121, 130 Riess, Adam, 77 Roche, Edouard, 107 Roeheova šupljina, 107 rotacijske brzine, 109 Rubin, Vera, 57, 58 rubini, 94 safir, 94 . Sagan, Carl, 145, 161 sateliti, 44, 124, 126, 128, 132, 139, 140, 149 Saturday Night Live, TV emisija, 22 Saturn, 94, 99, 109, 136, 138, 139, 140, 155 Schmidt, Brian, 77, 79 scintilator, 127 selenij, 98 sfere, 47, 103, 111 Sferni radioteleskop s otvorom od petsto metara (Fivehundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST), 124 Shakespeare, William, 137 Shoemaker, Carolyn, 141 Shoemaker-Levy 9 (komet), 24 silicij, 92, 153 sisavci, 13, 71 Sjedinjene Američke Države, 26, 71, 91, 100, 101, 127, 128 slaba nuklearna sila, 3, 67, 68

Smoot, George F., 35 Socorro, 125 sol, kuhinjska, 88, 91 Soter, Stephen, 161 Sovjetski Savez, 124, 127, 128 spektri, 18—20, 30—31, 34, 46, 49, 63, 90, 94, 115-118, 120, 121, 127, 129, 130, 150, 151, 152, 154 spektrometri, 116, 151, 152 spiralne galaktike, orbitalne brzine u, 57 spljoštene kugle, 109 spljošteni sferoid, 109 Sporazum o zabrani nuklearnog testiranja, 128 Sputnjik 1, 124 srebrov klorid, 118 standardne svijeće, 78, 79 Stotinu autora protiv Einsteina (Hundert Autoren gegen Einstein), 73 subatomske čestice, 3, 25, 51, 66 sumpor, 153 sumporna kiselina, 155 Sunce, 9, 11, 12, 17-19, 22, 30, 59, 63, 66, 67, 72, 75, 89, 90, 95, 96, 108, 117, 131, 132, 134, 136, 138, 150, 167 gubitak mase u sekundi, 89, 138 helij nastao u, 19 isijavanje energije, 22, 63, 89 kemijski potpis, 18 neutrini iz, 66—67, 95—96 Sunčev sustav, 7, 12, 21, 24, 55, 59, 72, 89-102, 106, 131-137, 140, 141, 150, 155, 161, 166 Sunčev vjetar, 138 superjato u Djevici, 11 supernove, 46, 77—79, 95, 120

svemir, 1—10, 14, 17, 19, 26, 29, 30, 32, 36-39, 41, 47-51, 54, 56, 58-65, 6986, 87-88, 90-92, 94, 112-113, 128, 131, 155, 159, 165-167 asimetrija, 6 gustoća mase-energije, 82 kao vremenski stroj, 19, 35, 47 kvark-hadronski prijelaz, 7 kvark-leptonska era, 4, 6 međugalaktički prazan prostor, neprozirnost, 10, 29, 30, 36 oblik, 80, 112-113 Planckova era, 2 rano širenje i hlađenje, 1, 7-9 skupljanje tvari u, 10 širenje, 1, 32, 38, 51, 76, 78-81, 84, 159 svjetiljke, 92, 93 svjetlosna godina, 9 svjetlosno onečišćenje, 92 svjetlost, brzina, 4, 22—25 svjetlost, vidljiva, 30, 31, 115, 118, 119, 120, 146, 147 temperatura, 31, 116 vidi također elektromagnetski spektar Svjetski trgovinski centar, 144 . tamna energija, 38, 51, 69—86, 159 mjerenje, tamna tvar, 25, 38, 43, 47, 49, 53-68, 79, 81, 82, 111, 112, 159 djelovanje, 60, 61 haloi tamne tvari, 58 i relativna količina vodika i helija, 60 kao »eter«, 63, 64 nuklearna fuzija i, 60

opažanje, 61, 64, 66 razlika između obične i, 60 ukupna gravitacija, 58 tamni oblaci, 59 tehnecij, 96 tehnogenični markeri, 152 teleskopi, 42, 43, 46—48, 50, 84, 93, 94, 96, 99, 109, 118-122, 127, 129, 130, 139, 145, 147-150 radioteleskopi, 122—126, 129, 149, 150, 154 razlučivost, 119, 126 telurij, 98 termodinamika, zakoni, 24, 27 termonuklearna fuzija, 11, 14, 63, 67, 90 teroristički napadi 11. rujna 2001., 144 Tihi ocean, 146 Titan (mjesec), 94, 153 Titani (bogovi), 94 titanij, 93, 94 titanijev oksid, 94 točka posljednjega raspršenja, 36 Tombaugh, Clyde, 101 Tor (bog), 99 torij, 99 Transformeri (film), 125 tricij, 9 Tucson, 93 tvar vidi materija . udaljavanje, brzina, 78, 79, 113 ugljična kiselina, 155 ugljik, 12, 13, 18, 91, 92, 94, 152, 153, 155, 166 ugljikov dioksid, 12, 94

ulična rasvjeta, 93 ultraljubičasta (UV) svjetlost, 12, 118, 120, 130 univerzalnost fizikalnih zakona, 18, 20, 22, 26, 28 Uran, 99, 100, 101, 115, 138 uranij, 100 . vakuum, energija, 38, 43, 51 valna duljina, 119, 121, 122, 126 Vela (sateliti), 128 Velika atakamska milimetarska mreža (Atacama Large Millimeter Array, ALMA), 126 Velika Britanija, 127, 138 Velika crvena pjega, 24 Velika maglica u Andromedi, galaktika, 42 Velika piramida u Gizi, 144 veliki G, 22 Veliki hadronski sudarač, 8 Veliki prasak, 1, 14, 29, 32, 36, 59, 62, 81, 87, 89, 90, 91, 129 Venera, 98, 138, 141 virtualne čestice, 52, 83 visokoenergijske nabijene čestice, 138 voda, 88, 89, 117, 126, 137, 146, 152, 153, 164, 166 vodena para, 126, 127 vodik, 9, 11, 18, 21, 48, 49, 51, 59, 60, 67, 88, 89, 90, 91, 97, 153, 166 vodikova bomba, pokusi, 97 vodikovi oblaci, 48, 49 vojska, američka, 91 Voyager, 21, 22, 145 vremenski strojevi, 27, 38 vremenski sustavi, 144, 145, 146 Vrlo velika mreža (Very Large Array, VLA), 125 vulkanske erupcije, 144

. Wheeler, John Archibald, 75 Wilson, Robert, 33, 34, 35, 123 . Yucatán, poluotok, 13 . zakoni očuvanja, 24, 25 Zaljevski rat (1991.), 144 Zemlja, 12, 17, 143—156 asteroidni udari, 13, 132 atmosfera, 126, 139, 140, 152 kao kugla, 105 meteoritski udari, 13, 133 nastanak, 12 oblik, 108, 109 orbitalna brzina, 55 pogled iz svemira, 143, 144 polarna svjetlost, 139 polarne kape, 146 površinska gravitacija, 61 sinkrona rotacija s Mjesecom, 137 stvaranje radijskog i mikrovalnog zračenja, 149 Zlatokosina zona, 12 znanstveni modeli, 24, 36, 44, 69, 70, 72, 73, 77, 79 zrak, 64, 94, 131, 139, 165 zvijezde, 8, 9, 11, 14, 17, 19, 22, 30, 42-48, 55, 57, 58, 59, 61-65, 77, 87, 91, 92, 94-96, 107, 108-111, 120, 129, 130, 135, 146-148, 150, 151, 155, 158, 165, 167 broj, 11, 43, 44 izvangalaktičke, 45—46 nastanak elemenata, 14

odbjegle, 43, 45 pravilne perturbacije putanje, 148 Rocheove šupljine, 107 sjaj, 22, 148 spektri, 63 s pektri crvenih, 94 željezo nastalo u, 95 Zvjezdane staze: Nova generacija, 121 zvučni valovi, 64, 122 Zwicky, Fritz, 54, 55, 56, 57 . željezo, 18, 94—95, 132, 153 živa, 99

Notes [←1] Europski centar za nuklearna istraživanja, poznat po akronimu CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire).

[←2] Svjetlosna godina je udaljenost koju svjetlost prevali tijekom jedne zemaljske godine — gotovo deset bilijuna kilometara.

[←3] U načelu, mogli biste to izvesti kad bi vam uspjelo pustiti dovoljno snažan i dug vjetar.

[←4] Nanosekunda je milijardinka sekunde. Pikosekunda je bilijuntinka sekunde.

[←5] A. A. Penzias i R. W. Wilson, »Mjerenje previsoke temperature antene na 4080 MHz« (A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s), 142 (1965): 419-421.

Astrophysical Journal

[←6] Zamišljena crta koja oko spaja s objektom koji se promatra.

[←7] Bilješka u rukopisu koju je Karoly Simonyi citirao u knjizi Kulturološka povijest fizike (A Cultural History of Physics, CRC Press, 2012.)

[←8] U toj američkoj saveznoj državi na snazi su protuevolucijski zakoni koji omogućavaju da se u školama podučava kreacionizam.

[←9] Opservatorij za lasersku interferometriju gravitacijskih valova (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) na dvije lokacije u SAD-u, Hanfordu u saveznoj državi Washington i Livingstonu u Louisiani

[←10] R. Israel, E. Ruckhaber, R. Weininaiin, et al., Hundert. Autoren gegen Einstein (Leipzig: R. Voigtlanders Verlag, 1931.)

[←11] »Geodetska linija« je pomalo pomodan pojam za najkraću udaljenost između dviju točaka smještenih na zakrivljenoj površini — u ovome slučaju prošireno na najkraću udaljenost između dviju točaka u zakrivljenom četverodimenzijskom tkanju prostor-vremena.

[←12] Na poslijediplomskom studiju bio sam na kolegiju Johna VVheelera o općoj teoriji relativnosti (na kojem sam upoznao svoju suprugu) i on je tu rečenicu često ponavljao.

[←13] »Za malo starije, taj se sloj nekad nazivao K-T (kreda-tercijar) granicom.

[←14] Zapravo mi je Zemlja najdraži planet.. Zatim Saturn.

[←15] Tek sredinom 19. stoljeća, kad se spektrornetar fizičara primijenio na astronomske probleme, astronomi su postali astrofizičari. Godine 1895. utemeljen je ugledni Astrophysical Journal, s podnaslovom »Međunarodni pregled spektroskopije i astronomske fizike«.

[←16] William Herschel, »Pokusi sa Sunčevim i zemaljskim zrakama koje uzrokuju toplinu« (»Experiments on Solar and on the Terrestrial Rays that ( Iccasion Heat«), Philosophical Transactions of the Royal Astronomical Society, 1800., 17.

[←17] Antonio van Leeuwenhoek u pismu Kraljevskome društvu u Londonu od 1:0. listopada 1676.

[←18] Svi. valovi slijede jednostavnu jednadžbu: brzina = frekvencija X valna duljina. Ako pri konstantnoj brzini povećate valnu duljinu, val će imati manju frekvenciju, i obratno, tako da kad pomnožite dvije veličine svaki put dobijete istu brzinu vala. To vrijedi za svjetlost, zvuk, čak i za navijače koji na stadionima izvode »val« — drugim riječima za svaki putujući val.

[←19] Karl Jansky, »Električne smetnje naizgled izvanzemaljskoga podrijetla« (»Electrical Disturbances Apparently of Extraterrestrial Origin«), Proceedings of the Institute for Radio Engineers 21, br. 10 (1955.): 1587.

[←20] »Piko« je metrički predmetak za jednu bilijuntinku.

[←21] Ne, to nije Pluton, pomirite se s tim.

[←22] Jocelyn Bell, Anali Newyorske akademije znanosti (Annals of the New York Academy of Sciences) 302 (1977.): 685.

[←23] James Ferguson, Astronomija objašnjena po načelima Isaaca Newtona i pojednostavnjena za one koji nisu studirali matematiku (Astronomy Explained Upon Sir Isaac Newton's Principles, And Made Easy To Those Who Have Not Studied Mathematics), London, 1757.

[←24] Putovnicu za svemir (Passport to the Universe) napisali su Ann Druyan i Steven Soter, također suautori Foxove TV miniserije Kozmos: Odiseja u prostor-vremenu (Cosmos: A SpaceTime Odyssey), a voditelj sam bio ja. Također su s Carlom Saganom bili autori izvorne PBS-ove miniserije Kozmos: Osobno putovanje (Cosmos: A Personal Voyage).

[←25] Booleova algebra je grana matematike koja se bavi istinitim i lažnim tvrdnjama varijabli, obično predstavljenih brojkama 0 i 1, na kojima se temelji svijet računalstva. Nazvana je po engleskome matematičaru iz osamnaestoga stoljeća Georgeu Booleu.