Cik daudz tumšās enerģijas ir Visumā? Profesora Auziņa zinātnes sleja

Pievērs uzmanību – raksts publicēts pirms 1 gada.

Vienā no pasaules top 10 universitātēm, Kalifornijas Universitātē Bērklijā, ASV, tās kampusā pie katras fakultātes ir vairākas automašīnu parkošanās vietas, uz kurām rakstīts NL. Šis NL nozīmē, ka autostāvvieta paredzēta tikai Nobela prēmijas laureātiem. Tā ir īpaša privilēģija šiem atzinību guvušajiem profesoriem, jo citādi ar savu automašīnu kampusa teritorijā nedrīkst iebraukt ne studenti, ne profesori. Lieki teikt, ka Bērklijā šīs stāvvietas reti kad ir tukšas.

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Mārcis Auziņš: "Kādēļ lasīt manus tekstus? Man šķiet, ka dabaszinātnes mēs bieži mēdzam "ignorēt", sakot, ka tās ir formālas, sausas un neinteresantas. Gribētos ļaut lasītājam ieraudzīt, ka tās ir daļa no mūsu dzīves – krāsainas un interesantas."

Biogrāfijas pieturzīmes:

  • Pēc profesijas fiziķis, šobrīd Latvijas Universitātes profesors, Eksperimentālās fizikas katedras un Lāzeru centra vadītājs.
  • No 2007. gada līdz 2015. bijis Latvijas Universitātes rektors.
  • Strādā kvantu fizikas jomā un ir vairāk nekā simts zinātnisko rakstu, kas publicēti pasaules vadošajos fizikas žurnālos, un vairāku simtu konferenču ziņojumu autors.
  • Kopā ar kolēģiem no Rīgas un Bērklijas uzrakstījis divas monogrāfijas, kas izdotas "Cambridge University Press" un "Oxford University Press" izdevniecībās un abas ir piedzīvojušas atkārtotus izdevumus.
  • Karjeras laikā dzīvojis un strādājis dažādās valstīs – Ķīnā un Taivānā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Anglijā, Izraēlā un Vācijā.

Šādas stāvvietas tur ir arī pie fizikas fakultātes, ar kuru saistīts noteikts posms manā dzīvē. Taču gan universitātes vadība, gan fakultātes dekāns divtūkstošo gadu sākumā bija samērā noraizējušies. Lai arī fakultātē daži Nobela prēmijas laureāti strādāja, viņu ar prēmiju atzīmētie nopelni bija samērā senā pagātnē. Aina mainījās 2006. gadā, kad fizikas fakultātes profesors Džordžs Smūts (George F. Smoot) kopā ar vēl vienu kolēģi saņēma Nobela prēmiju par kosmiskā fona starojuma, kas izveidojies, Visumam pēc Lielā sprādziena atdziestot, izpēti. Džordžam pirmais rīts pēc prēmijas paziņošanas izvērtās nedaudz komisks. Kā zināms, Nobela prēmiju komiteja Stokholmā paziņojumus par prēmijas piešķiršanu dara zināmus no rīta, kad ASV un it īpaši Kalifornijā vēl ir dziļa nakts. Komiteja pirms oficiālās preses konferences prēmijas ieguvējiem parasti zvana pa telefonu, lai priecīgo ziņu viņi saņemtu īsi pirms oficiālā paziņojuma. Džordžs Smūts, saņemot šo zvanu, no rīta pacilātā garastāvoklī devās uz darbu un ar zināmu lepnumu novietoja savu automašīnu Nobela prēmijas laureātiem paredzētajā stāvvietā.

Taču kampusa policija (praktiski katrā ASV universitātē ir sava universitātes policija) acīmredzot Nobela komitejas paziņojumu nebija klausījusies, un Džordžs saņēma soda kvīti, tā teikt, pēc pilnas programmas.

Dažus gadus vēlāk, 2011. gadā, Nobela prēmiju fizikā saņēma vēl viens mans kolēģis Bērklijā – Sauls Perlmuters (Saul Perlmutter) – par tumšās enerģijas atklāšanu. Šoreiz, lai Saulam negadītos tāpat kā dažus gadus iepriekš Džordžam, agri no rīta viņu apciemoja Kalifornijas Universitātes Bērklijā prezidents Roberts Birgenaus (Robert J. Birgeneau), pēc izglītības arī fiziķis. Skaidrības labad jāpiebilst, ka ASV universitātēs prezidenta amats atbilst apmēram tam, ko mēs Eiropā esam pieraduši saukt par rektoru. Prezidenta apciemojuma mērķis agrā rīta stundā nebija tikai vienam no pirmajiem apsveikt Saulu ar Nobela prēmiju, bet arī aizvest viņam automašīnas logā ieliekamu caurlaidi, kas apliecina viņa tiesības to novietot Nobela prēmijas laureātiem paredzētajā autostāvvietā.

Par ko Saulam Perlmuteram tika piešķirta Nobela prēmija?

Par vienu no joprojām noslēpumainākajiem pēdējo desmitgažu atklājumiem fizikā. Runa ir par Visuma evolūciju. Šobrīd, pēc kosmoloģijā vispārpieņemtiem priekšstatiem, uzskata, ka Visums sākās apmēram pirms četrpadsmit miljardiem gadu. Iespējams, tas ir garākais laika intervāls, par kuru mēs varam domāt jēgpilni, jo tikai ar Lielo sprādzienu aizsākās Visums. Arī par to ir vērts aizdomāties, jo, no otras puses, četrpadsmit miljardi gadu, ja tā padomā, nemaz tik daudz kosmosa mērogos neizklausās. Vismaz man…

Visumam rodoties Lielajā sprādzienā, tas sāka strauji izplesties. Taču vēl līdz 20. gadsimta 90. gadiem, tikai pirms kādiem trīsdesmit gadiem, pētnieki bija pārliecināti, ka Visuma izplešanās aizvien palēninās, jo gravitācijas pievilkšanās spēki mēģina Visumā esošo vielu savilkt atpakaļ kopā. Jautājums bija tikai viens. Cik daudz vielas ir Visumā? Vai pietiekami, lai kādā brīdī Visuma izplešanos apturētu un tas sāktu sarauties, vai tomēr vielas ir par maz, un Visums, lai arī arvien lēnāk, bet turpinās izplesties mūžīgi? Bija zināma cerība, ka vielas ir gana daudz un izplešanās fāzi nomainīs saraušanās. Tas ļautu izvairīties no neērtā jautājuma par to, kas bija pirms Lielā sprādziena. Parasti uz to fiziķi atbild nedaudz izvairīgi, sakot, ka par to runāt nav iespējams, jo tikai tajā brīdī sākās arī laiks. Tomēr, ja vielas Visumā būtu gana daudz, lai izplešanos nomainītu saraušanās, tad Visums varētu attīstīties ciklos. Lielais sprādziens, izplešanās, saraušanās atkal vienā punktā, jauns Lielais sprādziens un tā mūžīgi cikli. Tātad nav viena īpaša laika momenta, kad viss sākās.

Lai izpētītu vielas daudzumu Visumā, Sauls Perlmuters kopā ar kolēģiem mērīja īpašu, ļoti spožu zvaigžņu – supernovu – starojumu. Pēc zvaigznes redzamā spožuma varēja noteikt, cik tālu tā ir no Zemes: jo blāvāka, jo tā atrodas tālāk no mums. Pēc izmaiņām spektrā, ko sauc par Doplera nobīdi, var noteikt, cik ātri tā no mums attālinās. Liels bija Saula un viņa kolēģu pārsteigums, kad viņi konstatēja, ka Visuma izplešanās nebūt nepalēninās, bet, tieši otrādi, tā paātrinās. Kā tas iespējams?! Saula Perlmutera darbs ir vēl viens labs piemērs, ka ir vērts mērīt fizikālas parādības arī tad, kad rezultāts šķiet acīm redzams. Saula doktora darba vadītājs, kad šīs idejas aizsākās, ir prominents Bērklijas fiziķis – Ričards Malers (Richard A. Muller). Prominents viņš ir arī ar to, ka bija viens no pirmajiem Makartūra (MacArthur) fonda stipendiātiem. ASV šīs stipendijas brīžiem sauc arī par "ģēniju stipendijām" radošiem cilvēkiem. Fonda anonīma komisija katru gadu izvēlas jaunus radošus cilvēkus viņu karjeras sākumā gan zinātnē, gan mākslā un piešķir viņiem ievērojamu naudas summu bez nosacījumiem tās tērēšanai. Stipendiāts pats var izlemt, kas viņa mērķus dzīvē vislabāk ļautu piepildīt. Nekādas atskaites prasītas netiek.

Ričards, vadot Saula doktora darbu, nolēma, ka viņam interesē tikai "lieli jautājumi", nevis pētīt Visuma izplešanās detaļas, un pēc tam, kad Sauls savu doktora darbu pabeidza, viņi katrs aizgāja, ja tā var teikt, savu ceļu. Ričards devās meklēt lielos jautājumus, bet Sauls pētīt detaļas, kas viņam atnesa augstāko atzinību zinātnē – Nobela prēmiju. Šo stāstu ar zināmu nožēlu man kādā pusdienu reizē stāstīja pats Ričards Malers. Starp citu, Ričards ir uzrakstījis arī vairākas zinātni popularizējošas grāmatas. Viena ir kļuvusi pat par dižpārdokli. To sauc "Fizika nākotnes prezidentiem". Viens no stimuliem Ričardam rakstīt šo grāmatu bija doma, ka šobrīd politiķi bieži pieņem svarīgus, mūsu dzīvi ietekmējošus lēmumus, kas ir saistīti ar fizikālām parādībām – kodolenerģētika, ozona caurums virs Antarktikas, globālās klimata pārmaiņas un vēl daudzi citi. Ričardam bija un ir cerība, ka varbūt daži no viņiem izlasīs viņa grāmatu un tad viņu lēmumi būs balstīti ne tikai politikas loģikā, bet arī zinātnē. Vienu šīs grāmatas eksemplāru ar autora autogrāfu tolaik tiku atvedis arī mūsu valsts likteņa lēmējiem. 

Taču atgriezīsimies pie tumšās enerģijas. Negaidīti atklājot, ka Visuma izplešanās paātrinās, fiziķi teorētiķi atcerējās Albertu Einšteinu, kurš divdesmitā gadsimta sākumā radīja vispārīgo relativitātes teoriju, kas apraksta gravitācijas lauku.

1917. gadā, kad par Lielo sprādzienu neviens vēl nedomāja, Einšteins uzskatīja, ka Visumam vajadzētu būt stacionāram – tam nevajadzētu ne izplesties, ne sarauties.

Tādēļ viņš savos vienādojumos ierakstīja abstraktu saskaitāmo un atbilstošu konstanti, ko nosauca par kosmoloģisko konstanti, lai kompensētu gravitācijas pievilkšanās spēkus, kas "gribētu" Visumu savilkt kopā.

Vēlāk, kad novērojumi atklāja, ka Visums izplešas, Einšteins no saviem vienādojumiem šo saskaitāmo "izņēma", uzskatot, ka tas vienkārši nav nepieciešams. Taču ļoti precīzi mērījumi, ko izdarīja Sauls Perlmuters un viņa kolēģi, ļāva konstatēt, ka Visums ne tikai izplešas, bet šī izplešanās nepalēninās, gluži otrādi – tā paātrinās! Tātad Einšteina vienādojumos kosmoloģiskā konstante ir ne tikai vajadzīga, bet tā ir pat lielāka, nekā Einšteins sākotnēji gribēja to redzēt. Tā ne tikai kompensē gravitācijas spēkus, bet tos pat pārspēj un spiež Visumam izplesties arvien ātrāk. Šīs parādības cēloni mūsdienu kosmoloģijā sauc par tumšo enerģiju. Kā fiziķi veido katras parādības nosaukumu?

Vārdu salikumu – tumšā enerģija –1998. gadā izdomāja amerikāņu fiziķis Maikls Tārners (Michael S. Turner). Kopš tā laika norit debates, cik veiksmīgs vai neveiksmīgs ir šis nosaukums.

Ja tumšā enerģija būtu enerģija vārda pierastajā nozīmē, tad tā saskaņā ar Einšteina slaveno formulu, kas apgalvo, ka enerģija ir vienāda ar masas un gaismas ātruma kvadrāta reizinājumu, pati kā kaut kas, kas ir ekvivalents masai, radītu gravitācijas pievilkšanos. Tādēļ par tumšo enerģiju, paturot šo pierasto nosaukumu, ir iespējams domāt citādi. Viens no veidiem –

tumšā enerģija ir fizikāls process, kura rezultātā visos Visuma punktos konstanti rodas aizvien vairāk telpas.

Skan dīvaini un nesaprotami? Tā ir. Bet varbūt varam iedomāties šo procesu šādi. Visums izplešas Lielā sprādziena dēļ. Tas sākās vienā punktā ar sprādzienu, kura rezultātā visas Visumu veidojošās daļiņas sāka lidot prom viena no otras. Taču, ja šīs sprādziena radītās izplešanās nebūtu? Tumšās enerģijas teorija saka, attālums starp divām daļiņām joprojām palielinātos, jo starp tām rastos arvien jauna telpa.

Vai ir iespējams atbildēt uz jautājumu, cik daudz šīs tumšās enerģijas ir Visumā? Ar zināmu analoģiju palīdzību var.

Visumā esošā viela, gan parastā, gan tumšā, par kuru nesen rakstīju, ved pie Visuma izplešanās palēnināšanās. Tumšā enerģija šo izplešanos paātrina. Ja domājam šādā veidā, tad tumšā enerģija atšķirībā no vielas, kas koncentrējas planētās, zvaigznēs un galaktikās, ir vienmērīgi sadalīta visā Visumā, un tās ir divas reizes vairāk nekā redzamās un neredzamās vielas. Skan dīvaini, bet varbūt tieši šeit nonākam pie sapratnes par šādas dīvainas pasaules neizbēgamību?

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Vairāk

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Saistītie raksti

Vairāk

Svarīgākais šobrīd

Vairāk

Interesanti