Robert Openhajmer i njegova bomba

Robert Openhajmer

“...I postadoh Smrt - uništitelj svetova!” Ove reči iz hinduističkog speva “Bhagavad-gita” odzvanjale su u glavi Roberta Openhajmera, naučnog direktora projekta “Menheten”, dok je 16. jula 1945. godine, u cik zore, zajedno sa probranom ekipom naučnika i oficira posmatrao detonaciju “Trinitija”, prve eksperimentalne atomske bombe. Detonacija plutonijumske bombe izvedena je u Novom Meksiku, u pustinji simboličnog imena: “Dan mrtvih”. Dan ranije, naučnici su se kladili kolika će biti snaga eksplozije: 3, 5 ili 10 hiljada tona klasičnog TNT-a. Ispostavilo se da je eksplozija bila jača od 20 hiljada tona. “Neki ljudi su se smejali i radovali, neki su aplaudirali, neki plakali. Većina je samo ćutala. Svi zajedno znali smo da svet više nikad neće biti isti”, rekao je kasnije Openhajmer. 

Priča o američkoj atomskoj bombi počinje 1939. godine kada su Albert Ajnštajn i Leo Silard napisali pismo predsedniku Ruzveltu u kome otvoreno izražavaju svoju bojazan da će Hitler i nacisti vrlo brzo konstruisati atomsku bombu. Krajnje je vreme, smatrali su naučnici, da Amerika razvije sopstveni nuklearni program i pretekne Nemce u njihovoj nameri. Sam Ajnštajn kasnije će ovo pismo smatrati za jednu od najvećih grešaka u svom životu: “Da sam znao da su Nemci bili na pogrešnom tragu i da nikad neće napraviti bombu, da sam znao da će američka atomska bomba biti zaista upotrebljena, nikad ne bih napisao tako nešto”. Svejedno, Ruzvelt je reagovao i u oktobru 1941. godine, dva meseca pre ulaska Amerika u rat, izdao formalno naređenje da se krene u razvoj nuklearnog oružja. Nastao je projekat “Menhetn” na čije čelo je postavljen general Lesli Grouvs.

U to vreme već se znalo da se prilikom fisije (cepanja) jezgara teških elemenata, pre svega uranijuma i plutonijuma, oslobađa velika količina energije i određen broj neutrona. Ovi neutroni mogu da pogode nova atomska jezgra, učine ih nestabilnim i tako dovedu do njihovog cepanja. Ako imate dovoljnu, tzv. “kritičnu” masu fisionog materijala, nastaje lančana reakcija koja se eksponencijalno ubrzava sve dok generisana energija ne dovede do eksplozije. Bili su to tehnički principi ali je put do prave bombe bio dugačak: pre svega, trebalo je pribaviti dovoljnu količinu fisionog materijala: uranijum se u dovoljnoj koncentraciji mogao naći samo u belgijskom Kongu, dok je plutonijum element koga u prirodi ima tek u tragovima tako da prozivodnja mora da se obavi u laboratoriji, mutacijom uranijuma u plutonijum. Prerada uranijumske rude takođe je vrlo komplikovana jer se za fisiju može iskoristiti samo relativno redak izotop U235 dok je onaj dominantan, U238, neupotrebljiv.  

Iako je na čelu projekta bio Grouvs kao vojno lice, od samog početka bilo je jasno da se projekat ne može realizovati bez učešća vrhunskih američkih fizičara. I ne samo njih: bili su potrebni i hemičari, metalurzi, inženjeri za eksplozive, mašinski inženjeri. A sve njih je neko trebalo da vodi. Izbor je, prilično iznenađujuće, pao na Roberta Openhajmera koji je 1942. godine imenovan za direktora Laboratorije za tajno oružje, de facto prvog civilnog čoveka u projektu “Menhetn”. 

General Grouvs i Openhajmer

Ni danas nije sasvim jasno zašto se Grouvs odlučio upravo za Openhajmera: on nije imao nikakvo iskustvo na velikim istraživačkim projektima, u prošlosti se družio s komunistima i ispoljavao snažna levičarska uverenja a nije imao ni Nobelovu nagradu, što je potencijalno moglo da se pretvori u nedostatak autoriteta. Međutim, Grouvs je, po svojoj prilici, bio opčinjen Openhajmerovom sposobnošću da kompleksan problem brzo sagleda iz svih uglova i odmah vidi put do rešenja. Takođe, Openhajmer je imao izraženu ambiciju i vrlo široko, multi-disciplinarno znanje, nešto što je Grouvs smatrao esencijalnim. Utisak koji je Openhjamer ostavio bio je toliko jak da je Grouvs prinudio bezbednosne službe da Openhajmeru izdaju “bezbednosni sertifikat” i omoguće mu rad na projektu, i pored njegovih “diskutabilnih” političkih opredeljenja (tu istu bezbednosnu proveru Albert Ajnštajn nikad nije prošao zbog svog statusa “slavne ličnosti” i pacifističkih ubeđenja).  

Robert Operhajmer rođen je 1904. godine u Njujorku, u jevrejskoj porodici koja se u Ameriku doselila iz Nemačke. Njegov otac ubrzo se obogatio kao trgovac tekstilom tako da je Openhajmer odrastao u izobilju, u kući ukrašenoj slikama Van Goga i Pikasa. Iako višeg socijalnog statusa, Openhajmer je u školi uvek bio pristupačan, velikodušan i srdačan, ponekad sramežljiv i zamišljen. Završio je hemiju na Harvardu i krenuo u Evropu da se usavršava ali je dugo imao utisak da je na pogrešnom putu. Najteže mu je bilo u Kembridžu, gde mu je vreme prolazilo u nes(p)retnim hemijskim eksperimentima. Nakon jedne kritike koju mu je uputio mentor, Openhajmer mu je, posle časova, na stolu ostavio jabuku “obogaćenu” hemikalijama iz laboratorije. Slučaj je otkriven na vreme, niko nije stradao, a Openhajmer je dobio relativno blagu kaznu - da se redovno javlja psihijatru koji je ubrzo digao ruke od njega. 

Openhajmerov talenat došao je do punog izraza tek kada je hemiju zamenio za teorijsku fiziku. Doktorirao je u 23. godini kod čuvenog kvantnog fizičara Maksa Borna. Odmah nakon toga vratio se u Ameriku da bi postao profesor na Tehničkom institutu u Kaliforniji (Caltech). U to vreme, zahvaljujuči svojim naučnim radovima, već je bio dobro poznati naučnik sa razgranatom mrežom poznanstava. Njegovi radovi bili su relativno kratki, često kriptični i teški za čitanje, začinjeni obiljem teško dokučive matematike, ali su mu zato ideje bile briljantne, često genijalne. Njegovi vizionarski radovi o belim patuljcima, evoluciji zvezda i kolapsu materije dobili su potvrdu tek mnogo decenija kasnije kada su otkrivene neutronske zvezde i crne rupe. Zajedno sa Polom Dirakom predvideo je postojanje pozitorna, prve čestice antimaterije koja je, nedugo potom, i eksperimentalno uhvaćena. Openhajmer je bio i talentovan profesor, duhovit i elokventan, sposoban da raspali maštu svojih slušalaca duhovitim opaskama i neočekivanim detaljima: mnogi njegovi studenti kasnije su imitirali njegov način govora, hod ili stil pisanja po tabli. Uz to, Openhajmer je bio i veliki ljubitelj književnosti, naročito Prusta, naučio je sanskrit samo da bi mogao da u originalu čita stare indijske epove.

Grouvs je u Openhjameru pronašao pravog saradnika. Obojica su zaključili da je nemoguće realizovati jedan super-tajni projekat u gradskim uslovima. Na inicijativu Openhajmera, odlučeno je da se u Los Alamosu u Novom Meksiku, podigne čitav jedan grad koji bi naselili naučnici i inženjeri i koji bi, potpuno izolovani od spoljnog sveta, neometano mogli da rade na projektu. Mesto je, u suštini, bila pustinja, što je potpuno odgovaralo Openhajmeru koji je u blizini imao ranč i voleo divlju, netaknutu prirodu. Los Alamos je pri kraju rata imao 6.000 stanovnika a na izgradnju ove lokacije, i još nekoliko sličnih gde se obogaćivao uranijum, potrošeno je preko dve milijarde tadašnjih dolara (oko 25 milijardi današnjih). 

Los Alamos

Openhajmeru je uspelo da u Los Alamosu okupi “dream team” američke nauke. Zajedno sa njim na projektu su radili Enriko Fermi, Hans Bete, Stanislav Ulam, Edvard Teler, Ričard Fejnman, Džon fon Nojman, Klaus Fuks (kasnije raskrinkan kao sovjetski špijun)... Uz njih, Openhajmer je doveo i molere, muzičare, ugostitelje, sve one bez kojih nije moguće zamisliti kompletnu zajednicu. Samo mali broj ljudi uključenih u projekt znao je njegov stvarni cilj - za mnoge “obične ljude”, posao se svodio na besciljno, skoro besmisleno okretanje dugmića, pomeranje poluga ili praćenje brojčanika. Naizgled krhki Openhajmer (visok 180cm i težak svega 52kg) pokazao se kako jako dobar menadžer a naročito je imponovala njegova posvećnost i aktivno učešće u bezbrojnim naučnim sastancima gde se diskutovalo o ovom ili onom konstrukcionom detalju. Isidor Rabi, jedan od naučnika angažovanih na projektu, rekao je da je izbor Openhajmera bio “trenutak genijalnosti” generala Grouvsa koga, inače, nisu smatrali genijem.

Nakon uspešnog testiranja prve atomske bombe, Openhajmer je bio ushićen. Savremenici su zabeležili da je u prvim danima nakon opitne eksplozije hodao kao Gari Kuper u vesternu “Tačno u podne”: lagano, samouvereno i gordo uzdignute glave. Obraćajući se oduševljenoj masi u Los Alamosu, Openhajmer je neskriveno likovao vitlajući pesnicom po vazduhu. Bilo mu je žao što bomba nije bila napravljena malo ranije kako bi mogla da bude bačena na Hitlerovu Nemačku. Iako je imao saosećanje za Japance koji su bili očigledna naredna meta (“ti jadni mali ljudi...”), to ga nije sprečilo da aktivno učestvuje u pripremi bombardovanja Hirošime i Nagasakija (“ne treba da aktiviramo bombu previsoko, to će smanjiti razarujući efekat na zemlji; i nikako po kiši i magli, vremenski uslovi treba da budu optimalni”). Kada je bomba pala na Hirošimu, Openhajmer je bio ushićen, poput čoveka koji je stigao na cilj i doživeo veliko olakšanje.

"Triniti", prva atomska bomba

Sa završetkom Drugog svetskog rata, nakon stravičnih žrtava koje su zadesile Japan, stav Openhajmera radikalno se promenio, iz razloga koji nikada nisu do kraja odgonetnuti. Postao je, u neku ruku, idealista, zagovornik ideje koju je svojevremeno formulisao Frenklin Ruzvelt, da u nekom boljem svetu Ujedinjene nacije moraju da imaju videću ulogu i da atomsko oružje treba da podleže međunarodnoj kontroli. Openhajmerov naivni stav bio je u ogromom raskoraku sa težnjama američke administracije da, nakon one atomske, razvije i neuporedivo jaču, hidrogensku super-bombu u kojoj bi atomska bomba bila tek inicijalna kapisla. Umesto na cepanju, hidrogenska bomba zasniva se na spajanju, fuziji lakših elemenata u teže, nalik na proces koji Suncu omogućava da sija već milijardamna godina. Mogućnost stvaranja Sunca na Zemlji visila je u vazduhu još na samom početku projekta “Menhetn” a idejni koncept fuzione bombe razradio je Edvard Teler. Openhajmer je, međutim, taj projekat skrajnuo, dodelivši mu vrlo ograničene materijalne resurse verujući da je hidrogenska bomba besmislena, da ne postoje dovoljno velike mete za ovo apokaliptično oružje i da nikakav ratni cilj ne bi mogao da opravda nezamislive ljudske žrtve.

Openhajmer je vrlo brzo počeo da gubi svoja uporišta u američkoj vojnoj i političkoj administraciji. Težak udarac dobio je i od predsednika Trumana, lično: slušajući kako mu se Openhajmer žali na “krvave ruke” i nemirnu savest, Truman mu je rekao da krivica ne pripada onom ko je bombu napravio, već onom ko je naredio da se ona upotrebi, da bi zatim naredio da se Openhajmer isprati iz Bele kuće uz napomenu da više nikad ne želi da vidi “ovog plačljivka”. Stari neprijatelji, političari koji je Openhajmer svojevremeno omalovažio ili ismejao pred raznim kongresnim komisijama, ponovo su digli svoju glavu. Iskopan je njegov dosije koji je FBI, na čelu sa Edgarom Huverom, vodio još od pre rata, u kome su crvenom bojom bili podvučeni mnogobrojni Openhajmerovi kontakti sa američkim komunistima. Među njima je bila Džin Tatlok, vatrena levičarka i prva velika Openhajmerova ljubav, koja mu je mnogo puta slomila srce da bi na kraju zapala u depresiju i izvršila samoubistvo. U redovima komunista bila je i njegova dugogodišnja supruga Kiti koja je kasnije istupila iz formalne komunističke organizacije ali nikad nije ostavila levičarska uverenja. Komunista je bio i Openhajmerov brat Frenk, talentovani naučnik koji će zbog svojih ubeđenja ostati bez karijere: na kraju je završio kao uzgajivač stoke jer drugi posao nije mogao da nađe. Sam Openhajmer nije krio da je bio simpatizer revolucionara u Frankovoj Španiji, da je imao “intelektualni interes” za komunističku ideologiju, niti je želeo da porekne činjenicu da su brojni njegovi studenti i saradnici bili komunisti. Ono što, međutim, nije mogao da prihvati su optužbe da je bio špijun koji je Sovjetima odavao najveće državne tajne.

Robert Openhajmer pred Komisijom za istraživanje antiameričkih aktivnosti

Usledila su saslušanja pred Komisijom za istraživanje anti-američkih aktivnosti tokom kojih će Openhajmer saznati da je već godinama prisluškivan, da su mu ozvučeni stan i kancelarija i da ga agenti FBI prate na svakom koraku, danju i noću. Ljudi koji su radili sa Openhajmerom pojavili su se kao svedoci, mada je bilo i onih, poput Lorenca Ernsta, koji su odbili da svedoče pozivajući se na bolest. Iako je šira naučna javnost bila listom uz Openhajmera, oni koji su se pojavili pred komisijom svedočili su, uglavnom, protiv njega. Edvard Teler je rekao da on nema saznanja da je Openhajmer ikada učestvovao u nedoličnim anti-državnim aktivnostima ali je naglasio da ne bi voleo da se najveće američke tajne i dalje nalaze u Openhajmerovim rukama. Čak je i general Grouvs priznao da bi, suočen sa novim saznanjima, doneo drugačiju odluku i da verovatno nikad ne bi uključio Openhajmera u projekat “Menhetn”. 

Kako se Openhamer držao tokom saslušanja? Podstaknut od strane svoje supruge da se bori, Openhajmer nije želeo da se preda i uporno je istrajavao u odbrani svoje čestitosti. Da je u tome bio naročito spretan - nije! Ispostavilo se da su neke priče iz prošlosti koje je sam ispričao, poput one one o čoveku koji mu se ponudio s namerom da poverljive informacije prebaci u sovjetsku ambasadu, samo delimično tačne. Krijući identitet jednih, Openhajmer je često pisao optužnicu protiv drugih ljudi, naivno verujući da FBI sve to nije uredno arhivirao u svojim dnevnicima praćenja. Openhajmerov put ka paklu bio je, kao što to obično biva, popločan dobrim namerama. Proveo je život u uverenju da naučnik može i mora da bude u stanju da kontroliše delo svojih ruku, da bi na kraju bio surovo demantovan.

Ajnštajn i Openhajmer

Komisija, na kraju, nije pronašla dokaze da je Openhajmer počinio neko krivično delo, kamoli izdao svoju zemlju, ali je preporučila da se Openhajmeru zbog “diskutabilnog” ponašanja i počinjenih “grešaka u radu” poništi bezbednosni sertifikat, što se i desilo 1954. godine. Efekat poništenja bio je simboličan: iako Openhajmer, kao naučnik lišen državnog poverenja, više nije mogao da se bavi projektima od nacionalnog značaja, sertifikat mu je poništen svega nekoliko dana pre njegovog isticanja. Naučna zajednica, međutim, Openhajmera nije odbacila tako da je on do kraja života bio radno viđen gost i predavač na najprestižnijim svetskim univerzitetima i naučnim skupovima. Preko dvadeset godina proveo je kao direktor prestižnog Instituta za napredne studije prinstonskog univerziteta gde je sarađivao sa Albertom Ajnštajnom i drugim čuvenim naučnicima. Zajedno sa Bertrandom Raselom i Ajnštajnom osnovao je Svetsku akademiju nauka i umetnosti, od Francuza je dobio Legiju časti a predsednik Kenedi mu je 1963. godine uručio nagradu “Enriko Fermi” za životno delo, čime je bio rehabilitovan, doduše nezvanično. Suštinu celog sukoba možda je najbolje opisao Ajnštajn: “Openhajmerov ključni problem je što voli nekog ko njega ne voli. A to je vlada Sjedinjenih Američkih Država”. Naknadna istraživanja samo su potvrdila činjenicu da je Openhajmer bio lojalni građanin i da u arhivskoj građi ne postoji ni najmanji trag bilo kakve nedozvoljene saradnje sa SSSR-om ili nekom drugom silom. Rehabilitacija je postala zvanična tek 2022. godine kada je simbolično obnovljen Openhajmerov bezbednosni sertifikat. 

Robert Openhajmer je čitavog života bio strastven pušač, palio je cigaretu za cigaretom i pored toga što je svojevremeno bio lečen od blagog ali upornog oblika tuberkuloze. Oboleo je od raka grla 1965. godine i umro dve godine kasnije u Prinstonu. Tri puta je bio kandidat za Nobelovu nagradu za fiziku ali je na kraju ipak ostao bez nje. 

RTS "OKO"

Mapiranje otiska "Božijeg prsta"

Teleskop “Euklid” uspešno je lansiran 1. jula sa kosmodroma u Kejp Kanaveralu pomoću raketnog nosača “Falkon 9” kompanije “Space X”. Reč je o misiji iza koje stoji Evropska svemirska agencija (ESA). Ona će rezultate istraživanja podeliti sa svojim međunarodnim partnerima kroz nedavno osnovani naučni konzorcijum sa više od 1.200 naučnika iz 18 zemalja. 

Teleskop se trenutno nalazi u orbiti oko Zemlje gde će postepeno rasklopiti svoje solarne panele i rashladiti instrumente do radne temperature. Ako sve prođe kako treba, teleskop će se krajem jula zaputiti ka Lagranževoj tački L2, milion i po kilometara daleko iza Zemljine orbite gde će, nakon kalibracije i dodatnih ispitivanja, započeti sa naučnim osmatranjima, tri meseca nakon lansiranja. U istoj tački (zapravo, u njenoj neposrednoj okolini), već se nalazi još jedan čuveni kosmički teleskop, “Džems Veb”. U toj tački gravitaciona dejstva Zemlje i Sunca tako su izbalansirana da letelica može da ostane u fiksnom relativnom položaju u odnosu na Sunce i Zemlju uz minimalan utrošak goriva (Sunce, Zemlja i letelica nalaze se sve vreme praktično na istoj liniji). Time je omogućeno nesmetano kontinuirano posmatranje najvećeg dela neba bez potrebe da opservatorija neprekidno mena svoju orijentaciju u prostoru.

Zašto je “Euklid” tako bitan? Zato što pomoću ovog letećeg teleskopa naučnici pokušavaju da odgovore na nekoliko fundamentalnih pitanja. Od čega je kosmos načinjen? Zašto izgleda ovako kao što izgleda? Koje pokretačke sile upravljaju evolucijom kosmosa? Kakva je njegova budućnost? I koliko će ta budućnost trajati? Ni na jedno od ovih pitanja nemamo ni izbliza celovit i definitivan odgovor. 

Glavno ogledalo "Euklida"

Ako sve treba da uprostimo i sumiramo u jednu rečenicu, recimo da “Euklid” treba da generiše detaljnu, trodimenzionalnu mapu jednog velikog dela kosmosa. Ta slika treba da nam pomogne da objasnimo kakvu ulogu u kosmičkom poretku imaju tamna materija i tamna energija, dominantne komponente kosmosa koje za nas i dalje predstavljaju potpunu misteriju. Situacija je, štaviše, paradoksalna: iako naše znanje o svetu koji nas okružuje raste ogromnom brzinom, ono što ne znamo izgleda da raste još brže. 

Osvrnimo se, za trenutak, na činjenice. Do pre 30-40 godina verovalo se da smo u potpunosti pronikli u tajne materije. Mislili smo da je čitav svet oko nas sazdan od čestica kao što su protoni, neutroni, elektroni, fotoni... ono što smo učili u školi, znate već. Ispostavilo se da je taj model beznadežno nekompletan. Nasledio ga je tzv. “LCDM model” prema kome vidljiva materija čini svega 4% kosmičke građe (brojka neznatno varira zavisno od izvora). Ostatak otpada na tamnu materiju (20%) i tamnu energiju (76%). Celokupno naše dosadašnje znanje ograničeno je na prva četiri procenta dok ostatak (96%) tek počinjemo da otkrivamo. 

Koliko danas znamo o tamoj materiji? Od vremena otkrića (vidi okvir), nismo mnogo napredovali. Znamo da je u pitanju materija koja se ne sastoji od do sada poznatih čestica. Znamo da tamna materija na “običnu” materiju deluje isključivo gravitacionom silom i da se to dejstvo može detektovati samo na velikim kosmičkom rastojanjima jer je tamna materija, iako sveprisutna i sveprožimajuća, veoma retka. Znamo da tamna materija niti apsorbuje niti emituje svetlost: ne možemo da je vidimo niti da je dodirnemo. Ne znamo od kojih se čestica sastoji, imamo neke teorije o tome, možemo otprilike da pretpostavimo koja je njihova masa ali su nam sva ostala svojstva nepoznata. I dalje nemamo čak ni nacrt eksperimenta koji bi nam omogućio direktnu detekciju tamne materije. Nije zato čudo što se problem identiteta tamne materije nalazi na samom vrhu liste najznačajnijih nerešenih problema u fizici. 

Kompjuterska simulacija razvoja kosmosa na najvećoj skali

Misija “Euklida” treba da traje najmanje šest godina. Prvi zadatak opservatorije je da napravi detaljnu mapu distribucije tamne materije u kosmosu. Umesto direktnog opažanja koje nije moguće, “Euklid” će posmatrati uticaj tamne materije na prostiranje svetlosti sa udaljenih galaksija. Oblaci tamne materije formiraju tzv. “gravitaciono sočivo” koje krivi zrake svetlosti svojim gravitacionim dejstvom, dovodeći do toga da neke od udaljenih galaksija izgledaju deformisano, uveličano ili multiplicirano. “Euklid” je specijalizovan upravo za merenje malih deformacija u izgledu galaksija. Na osnovu ovih merenja moguće je izračunati koja količna tamne materije je potrebna za to i kako je ona raspoređena. Ideja nije sasvim nova: teleskop “Habl” već se bavio ovakvim merenjima ali je pokrio samo mali deo neba (dva kvadratna stepena). “Euklid” je, u tom pogledu, mnogo ambiciozniji: detaljna mapa distribucije tamne materije po dubini kosmosa treba da obuhvati čitavih 15.000 kvadratnih stepeni, što predstavlja jednu trećinu čitavog neba. 

A šta je sa tamnom energijom? O njoj znamo još manje nego o tamnoj materiji. Ne, nije reč  o misterioznoj “sili” iz serijala “Ratovi zvezda”, niti je reč o nečemu što je po prirodi mračno i negativno. Kako stvari stoje, tamna energija je esencijalni sastojak praznog prostora, nešto što tera prostor da se konstantno širi. Širenjem prostora, sam prostor raste pa se time i tamna energija uvećava. Ako je sve tako kao što pretpostavljamo, to bi značilo da se širenje prostora ubrzava? Ma kako ovo fantastično zvučalo, sve govori da je ova pretpostavka tačna. Merenjem eksplozija udaljenih supernova, grupa naučnika je 1998. godine nedvosmisleno zaključila da je kosmos, neposredno nakon “Velikog praska”, ušao u fazu usporenog širenja da bi, u poslednjih pet milijardi godina, iz nepoznatih razloga, ušao u “Epohu tamne energije” i počeo da se širi sve brže i brže (za ovo otkriće dodeljena je Nobelova nagradu za fiziku 2011. godine). Ako se ništa spektakularno ne desi, kosmosu je, izgleda, suđeno da nestane u “velikom cepanju”. Proces širenja kosmosa nastaviće se sve bržim tempom, sve dok se rastojanja u njemu ne povećaju do te mere da će se raspasti bukvalno sve: od galaksija, preko zvezda, Sunčevog sistema, planeta i ljudi, do molekula, atoma, atomskih jezgara... 

"Euklid" na montažnom stolu

Iako se “tamna energija” može lepo uklopiti u Ajnštajnovu opštu teoriju relativiteta (nije nam potrebna neka nova teorija), mi još uvek nemamo šta da uklopimo. Ne znamo da li je tamna energija samo nepoznati broj u Ajnštajnovim jednačinama ili polje, nalik na gravitaciono, koje evoluira sa razvojem kosmosa. Ne znamo ni da li je ekspanzija kosmosa ravnomerna ili ima lokalne oscilacije ali znamo da je ona ostavila iza sebe “otisak” u vidu karakterističnog rasporeda galaksija. Taj otisak “božijeg prsta” treba da mapira “Euklid”: na njegovoj karti trebalo bi da se nađe nekoliko milijardi galaksija, sve do daljine od oko 10 milijardi svetlosnih godina. Generisana slika trebalo bi da nam da odgovor na neka ključna pitanja: kako se brzina ekspanzije kosmosa menjala tokom istorije i kakva ga budućnost očekuje.

Za ovaj poduhvat “Euklid” je opremljen kamerom rezolucije 600 megapiksela koja snima u vidljivom delu spetra. Ogledalo koje prikuplja svetlost za ovu kameru ima prečnik od 1,2 metra. Da biste jednu sliku sa “Euklida” videli u celini, sa svim finim detaljima, bilo bi potrebno da nekako objedinite 300 monitora visoke rezolucije. Preciznost kamere oko 50 puta je veća u odnosu na slične uređaje instalirane na zemlji. Tokom misije teleskop će generisati fantastičnih 170 petabajta podataka, ogromno naučno blago koje će se obrađivati godinama, ako ne i decenijama. Uz kameru, tu je još jedan instrument, spektrometar sa fotometrom. Zadatak ovog instrumenta je da analizira galaktički svetlosni spektar i utvrdi tzv. “crveni pomak” posmatranog objekta. Na bazi crvenog pomaka moguće je utvrditi i udaljenost posmatrane galaksije od nas (vidi okvir). Čitava letelica teška je oko dve tone, dugačka 4,5 i široka 3 metra. Budžet za razvoj teleskopa iznosio je oko 500 miliona dolara ali će konačni iznos, zajedno sa troškovima eksploatacije, verovatno biti dvostruko veći. Ilustracije radi, teleskop “Džejms Veb” velik je kao tenisko igralište, ima ogledalo prečnika 6 metara a ukupni troškovi konstrukcije bili su veći od 10 milijardi dolara. 

"Euklid" spakovan za lansiranje

Sonda je dobila ime po Euklidu, jednom od najvećih matematičara iz antičkog vremena, koji je u svom čuvenom delu “Elementi” postavio temelj geometrije kao matematičke discipline sistemski izgrađene na malom skupu aksioma. To delo odeleva zubu vremena već više od dve hiljade godina. Ime za sondu nije izabrano slučajno: tamna materija i tamna energija utiču na geometriju kosmosa do te mere da neki od Euklidovih postulata koje danas uzimamo zdravo za gotovo možda i ne važe. Još jedno nerešeno pitanje kojim će se “Euklid” indirektno baviti.

Ako tehnika bude odradila svoje, to neće staviti tačku na naše istraživanje tamne materije i tamne energije. Teško je verovati da će dve najveće enigme čovečanstva biti rešene u kratkom roku. Ali, nova saznanja koja očekujemo svakako će pokazati u kom pravcu dalja istraživanja treba da idu. Možda “Euklid” ponovo oživi i neke alternativne teorije, poput one o postojanju pete sile u prirodi koja se manifestuje isključivo u kosmičkim razmerama. Ima i onih, doduše malobrojnih, koji smatraju da treba menjati i Njutnov zakon gravitacije, naročito kada je u pitanju njeno delovanje na ogromnim rastojanjima: takva jedna promena mogla bi potpuno da eliminiše potrebu za postojanjem tamne materije. Kako god da bude, put do konačnog odgovora na najfundamentalnija pitanja kosmosa biće značajno skraćen.

Kako je otkrivena tamna materija

Fric Cviki

Na tragove postojanja tamne materije prvi je naišao švajcarski astronom Fric Cviki 1933. godine posmatrajaću galaktički klaster Koma sa više od hiljadu identifikovanih galaksija. Cviki je pokušao da ustanovi vezu između brzine rotacije čitavog klastera i gravitacione sile koju generiše njegova vidljiva materija. Vrlo brzo je shvatio da se brojke ne uklapaju: izračunata gravitaciona sila bila je suviše mala da na okupu drži galaksije u klasteru koje su se, jednostavno, kretale prebrzo. Takav klaster odavno bi se raspao na svoje sastavne galaksije i nestao u kosmičkoj tami. Posmatranja, međutim, govore da je čitava konstelacija stabilna i da u sličnoj formi egzistira već milijardama godina. Postoji nešto, verovao je Cviki, nešto što mi ne vidimo, što je nekoliko puta masivnije od čitavog klastera, neka “dunkl” materija koja svojom dodatnom gravitacijom održava integritet klastera. Na žalost, Cviki nije uspeo da za svoju tezu pronađe još neki dokaz, a kao osobenjak nije bio ni naročito omiljen u naučnoj zajednici, tako da je njegov rezultat brzo pao u zaborav. 

Odlučujući napredak učinjen je tek tokom šezdesetih i sedamdesetih godina prošlog veka kada je Vera Rubin sa opservatorije Kit Pik u Arizoni počela da proučava brzine kretanja zvezda u Andromedi, nama najbližoj galaksiji. Sve galaksije rotiraju oko svog centra a zakon gravitacije nalaže da se zvezde bliže centru kreću mnogo brže od onih na periferiji. Slično ponašanje jasno je uočljivo na mnogo manjoj razmeri, kada posmatrate planete Sunčevog sistema. Tako se, na primer, Zemlja kreće oko Sunca brzinom od oko 30 kilometara u sekundi. Jupiter je pet puta udaljeniji ali se zato kreće i mnogo sporije: jedva 13 km/s. Vera Rubin je očekivala da slična zakonitost važi i u galaktičkim razmerama ali su je rezultati merenja demantovali: brzine zvezda bile su takoreći konstantne, zvezde na periferiji galaksije kretale su se praktično identičnom brzinom kao i one neuporedivo bliže centru. Štaviše, periferne zvezde kretale su se tako brzo da bi napustile galaksiju ukoliko ih neka dodatna, nevidljiva masa svojom gravitacijom ne bi držala na okupu. Tamna materija se na velika vrata ponovo vratila u nauku.

Vera Rubin

Tokom narednih godina, Vera Rubin i drugi astronomi pronašli su obilje dokaza da je svet oko nas prepun tamne materije i da galaksije predstavljaju tek vidljiva ostrva u neuporedivo većim oblacima tamne mase koja ih okružuje. Štaviše, pokazalo se da je količina “standardne” materije (materije koju vidimo golim okom sa kojom smo svakodnevno u kontaktu), bar pet puta manja od količine tamne materije koja kao fina paučina, negde gušća, negde ređa, prožima čitav kosmos. Duž niti te paučine raspoređene su sve galaksije, galaktički klasteri i super-klasteri. Čestice tamne materije (koje tek treba da identifikujemo) neprekidno se kreću utičući na kretanje zvezda, formiranje galaksija i drugih kosmičkih mega-struktura. Tamna materija je za kosmos ono što je vazduh za čoveka: nešto nevidljivo ali sveprisutno i esencijalno važno.

Vera Rubin je za svoje otkriće dobila mnoge prestižne američke nagrade ali nikad nije dobila Nobelovu nagradu, iako je izgledalo da je to samo pitanje vremena. Nastavila je da se bavi naukom ali je, kako su godine odmicale, sve više bila okrenuta svojoj velikoj porodici. Rodila je četovoro dece, obdarila ih je pronicljivim, istraživačkim duhom i izvela na put koji je i sama prošla. Danas su sva njena deca ugledni doktori nauka, uspešni u svojim profesijama. Sve dok je imala snage borila se za emancipaciju žena, mnogo njih nikad ne bi počelo da se bavi naukom da nije bilo nepokolebljive Vere Rubin. Na početku karijere, jedva je pronašla fakultet koji je hteo da školuje ženu-astronoma. Ipak, afirmisala se u profesiji gde je, kao žena, bila veoma usamljena. Možda je zbog toga često odbijala da govori na naučnim skupovima gde su svi govornici bili muškarci. Bila je i jedna od prvih žena koja se “usudila” da potraži radno mesto u prestižnoj opservatoriji Palomar u San Dijegu. Ulazak u tu pravu “mušku jazbinu” nije bio nimalo lak: rekli su joj da opservatorija nije dobro mesto za žene jer, eto, ne postoji čak ni ženski toalet. Vera je isekla žensku siluetu od papira, zalepila je na vrata muškog WC-a i rekla: “Sad postoji”. Zadnje godine života provela je boreći se sa demencijom, daleko od očiju javnosti. Umrla je 2016. godine.

Crveni pomak

“Euklid” je, u svojoj suštini, mašina za vrlo precizno merenje “crvenog pomaka”. Kako ovaj pomak nastaje, šta iz njega zaključujemo i čemu on služi? 

Sigurno vam se više puta desilo da pored vas protutnji vozilo hitne pomoći ili policije sa uključenom sirenom. I sigurno ste primetili da se zvuk sirene drastično menja kada vozilo koje vam se približava prođe pored vas i počne da se udaljava. Stvar je u tome da zvuk koji emituje vozilo u pokretu menja frekvenciju: ona je veća kada vam se izvor zvuka približava a manja kada se izvor odaljava. Ovo se odražava na vašu subjektivnu percepciju: zvuk automobila koji vam se primiče uvek je viši u odnosu na zvuk istog automobila koji odmiče. 

Evolucija kosmosa od "Velikog praska" do danas

Ova pojava, poznata kao “Doplerov efekat”, odnosi se na zvuk ali i na svetlosne, elektro-magnetne talase. Kada vam se izvor svetlosti približava, frekvencija svetlosti i energija rastu, boja svetla pomera se ka plavom delu spektra (plavi pomak). Kada se izvor svetlosti udaljava, frekvencija svetlosti i energija opadaju a boja svetla postaje crvenija (crveni pomak). 

Kada su astronomi tokom dvadesetih godina prošlog veka uperili svoje teleskope u nebo, sa iznenađenjem su zaključili da je svetlost praktično svih galaksija pomerena ka crvenom delu spektra. Bio je to dokaz da se sve galaksije međusobno udaljavaju. Ako se trenutno udaljavaju, nekad su morale biti bliže. Vratite se dovoljno u prošlost i stići ćete na sam početak, kada su sve galaksije bile na jednom mestu. Ako su sve već bile na jednom mestu, znači li to da je kosmos započeo svoju evoluciju iz jedne tačke? Tako je iz crvenog pomaka nastala ideja o “Velikom prasku” koja je, vremenom, potopla sve alternativne teorije. 

Danas znamo da se sve galaksije međusobno udaljavaju i ne samo to: merenjem crvenog pomaka ustanovili smo da je brzina udaljavanja svake galaksije proporcionalna njenom rastojanju od nas. Što je veće rastojanje, veća je i brzina udaljavanja. Ovaj (Hablov) zakon omogućava nam da na osnovu izmerenog crvenog pomaka sa priličnom sigurnošću odredimo i rastojanje, čak i kad je ono ekstremno veliko. Što je to rastojanje veće, svetlost galaksija je sve crvenija, toliko “crvena” da se može posmatrati samo teleskopima koji vide crveni i infra-crveni deo spektra, kao što su “Džems Veb” ili “Euklid”. 

Naudaljenije galaksije su, istovremeno, i najstariji objekti u kosmosu koje možemo da posmatramo. Kosmički teleskop je, zapravo, jedino sredstvo pomoću kojeg možemo da iz ovog kutka kosmosa dobacimo do kraja prostora i početka vremena.

Vreme #1697