Što povezuje crne rupe, dodatne dimenzije i izvanzemaljski život? Na ta i mnoga druga pitanja odgovara profesor Dejan Stojković, renomirani teoretski fizičar i profesor na Sveučilištu SUNY u Buffalu. Njegov istraživački opus obuhvaća neke od najintrigantnijih tema moderne fizike: od kvantnih aspekata gravitacije i crnih rupa do kozmoloških misterija poput tamne tvari i energije.
Nedavno sam imao priliku razgovarati s profesorom Stojkovićem o njegovom akademskom putu, motivacijama koje ga pokreću i najnovijim istraživanjima koja otkrivaju neke od najdubljih tajni svemira. S lakoćom i jasnoćom, profesor Stojković objašnjava najsloženije teme, pružajući fascinantan uvid u svijet kozmologije i teorijske fizike. Njegovi odgovori pružaju vrijedan uvid u razmišljanja ovog uglednog znanstvenika.
Evo o čemu smo sve pričali:
Ivan: Možete li nam ispričati nešto o Vašem akademskom putu? Što Vas je inspiriralo da istražujete temeljna pitanja o svemiru i što Vas danas motivira u Vašem radu?
Profesor Stojković: Od kad znam za sebe, recimo negde oko četvrte godine života, sećam se da sam gledao u zvezdano nebo sa divljenjem i čuđenjem i pitao se šta je sve ovo oko mene, ko sam ja, i šta ja to radim ovde. Mislim da nisam imao mnogo izbora. Ne bih se mogao baviti nečim drugačijim od onoga čime se bavim. Završio sam fiziku na Prirodno-matematičkom fakultetu u Beogradu i magistrirao na Institutu za fiziku u Zemunu. To su bile devedesete godine prošlog veka sa svim onim što dolazi u kontekst sa njima. Delimično kao izazov, a delimično zbog ekonomske situacije, rešio sam da odem u Ameriku i da vidim šta još mogu da uradim. U Americi sam doktorirao, odradio dve postdoktorske studije i trenutno sam redovni profesor na SUNY at Buffalo (State University of New York). A ona ista motivacija iz detinjstva me gura napred i danas. Ništa se tu nije promenilo.
Ivan: Vaš rad obuhvaća širok spektar fascinantnih tema, od crnih rupa do dodatnih dimenzija. Kako biste opisali svoj glavni fokus i što povezuje te raznolike teme?
Profesor Stojković: Zanimaju me fundamentalni nerešeni problemi u kosmologiji i fizici uopšte, uglavnom na intersekciji fizike elementarnih čestica, gravitacije i kosmologije. Mislim da su te oblasti vrlo povezane i da nema neke oštre granice između njih. Ako neko hoće da razume svemir na najvećim rastojanjima, on prvo mora da ga razume na najmanjim rastojanjima. Mikro i makro kosmos su neraskidivo povezani. Pri izboru tema za moja istraživanja, ne obraćam mnogo pažnje na klasifikacije. Ako me problem zaintrigira i privuče, maksimalno ću se potruditi da ga rešim, čak i ako problem nije iz moje uže struke. I mogu vam reći da osećam veliko zadovoljstvo kada napokon dođem do rešenja, kada se sve kockice sklope i shvatim kako neki mehanizam funkcioniše. Opet, iza svega toga stoji ta želja da razumem šta je sve ovo oko mene.
Ivan: Je li postojao određeni trenutak, otkriće ili ideja koja Vas je privukla istraživanju tema poput primordijalnih crnih rupa ili evolucije svemira?
Profesor Stojković: Svemir je ultimativna tajna koju čovek pokušava da razotkrije. A crne rupe su najinteresantniji i najintrigantniji objekti u svemiru. Schwarzschild-ovo rešenje Einstein-ovih jednačina koje opisuje crnu rupu pronađeno je još 1916. godine. U proteklih stotinu godina mnogo toga smo naučili o crnim rupama, napisano je na hiljade radova na ovu temu, ali one i danas ne prestaju da nas iznenađuju. Mi ih ni danas ne razumemo u potpunosti. Jedan od razloga je to što skoro sva naša intuicija pada u vodu kada se matematičke osobine crnih rupa počnu proučavati. Ne postoji objekat u kosmosu koji nas više zbunjuje od crnih rupa.
Prvo, vodeći naučnici svog vremena dugo nisu hteli da prihvate da Schwarzschild-ovo rešenje opisuje bilo kakav realni objekat u svemiru. Sam termin “crna rupa” nastao je 1967. godine (John Wheeler). Kada su crne rupe konačno prihvaćene, smatralo se da su potpuno tamne jer ništa, čak ni svetlost, ne može da napusti horizont događaja crne rupe. Onda je Stephen Hawking šokirao svet 1974. godine pokazujući da crne rupe u stvari mogu emitovati čestice na kvantnom nivou (iako klasično ne mogu). Onda nas je to otkriće vrlo brzo dovelo do zaključka da crna rupa može jednostavno izbrisati svaku informaciju iz prostora tako što će preuzeti materiju sa proizvoljnom količinom informacije (recimo enciklopediju) i pretvoriti je u čisto termalno zračenje okarakterisano samo jednim brojem (temperaturom zračenja). Taj problem se naziva paradoksom gubljenja informacije.
A u poslednje vreme, neki naučnici idu čak toliko daleko da tvrde da sve što smo naučili o crnim rupama u poslednjih 50 godina pada u vodu zbog takozvanog Firewall Paradox-a. Ja mislim da su crne rupe idealni test za ljudski um i njegovu sposobnost apstraktnog logičkog razmišljanja.
Ivan: Za naše čitatelje, možete li objasniti što su primordijalne crne rupe i zašto su tako intrigantne iz kozmološke perspektive?
Profesor Stojković: Primordijalne crne rupe su jedna od tri klase crnih rupa. Zvezdane crne rupe su nastale u gravitacionom kolapsu vrlo masivnih zvezda. Njihova masa je reda veličine nekoliko sunčevih masa. Supermasivne crne rupe u centrima galaksija su nastale spajanjem puno manjih crnih rupa i dodatnim usisavanjem okolnog materijala. Njihove mase idu i do desetak milijardi sunčevih masa.
I konačno imamo male primordijalne crne rupe koje su nastale u vrlo ranom univerzumu, samo jedan delić sekunde nakon Velikog praska. Problem je što imamo pouzdane indikacije da zvezdane i supermasivne crne rupe postoje, ali još uvek nemamo nikakve indikacije (sem teoretskih) da male primordijalne crne rupe postoje.
Ivan: Što znamo o uvjetima u ranom svemiru koji su mogli omogućiti nastanak primordijalnih crnih rupa i kako se ti procesi razlikuju od formiranja zvjezdanih crnih rupa?
Profesor Stojković: U ranom svemiru imali smo velike fluktuacije u gustini materije/energije. Kada se u jednom delu svemira energija sabije u mali deo prostora koji je manji od Schwarzschild-ovog radijusa za datu energiju, onda se formira tzv. horizont događaja iz koga čak ni svetlost ne može pobeći. Drugim rečima, formira se crna rupa. To je najverovatniji mehanizam. Međutim, male primordijalne crne rupe mogu nastati kolapsom nekih egzotičnih tvorevina kao što su kosmičke strune i kosmički domeni zidovi. I na kraju, one mogu nastati i u sudarima energetskih čestica neposredno nakon Velikog praska. Svi ti procesi se bitno razlikuju od kolapsa zvezdane materije koji se dešavaju daleko kasnije u svemiru.
Ivan: Mnogi znanstvenici predlažu da su primordijalne crne rupe kandidati za tamnu tvar. Kakvo je Vaše mišljenje o ovoj hipotezi i s kojim se izazovima suočava?
Profesor Stojković: Crne rupe su idealni kandidati za tamnu materiju jer su tamne. Ta hipoteza je privlačna jer ne zahteva postuliranje nikakvih novih egzotičnih čestica. Ali izazov je u tome što crnih rupa za koje sigurno znamo da postoje nema u dovoljnom broju da bi činile svu tamnu materiju u svemiru. Zato su male primordijalne crne rupe interesantne jer postoji spektar njihovih masa koji nije isključen posmatranjima. Međutim, da bi se ova hipoteza potvrdila, moramo pronaći dokaze da te crne rupe uistinu postoje i da ih ima u dovoljnom broju da objasne svu tamnu materiju.
Druga metoda je gravitaciono sočivo (gravitacijska leća). Masivni objekti kao što su crne rupe krive prostor oko sebe i mogu poslužiti kao sočivo, tj. mogu nam dati degenerisanu sliku objekta (zvezde ili galaksije) kojeg posmatramo sa nekoliko kopija originalnog objekta. Tako možemo otkriti masivne objekte koje inače ne bismo mogli da vidimo. Takva posmatranja mogu isključiti masivnije crne rupe kao kandidate za tamnu materiju. Ali još uvek postoji interval masa 10^17 – 10^24 grama koji nije isključen nikakvim posmatranjima. Taj interval je vrlo teško proveriti jer su takve crne rupe dovoljno masivne da ne odaju skoro nikakvo zračenje, a nisu dovoljno masivne da bismo ih primetili metodom gravitacionog sočiva ili nečim drugim.
Ivan: Nedavno ste razmatrali ideju da male primordijalne crne rupe mogu utjecati na unutrašnjost planeta, asteroida ili drugih tijela. Možete li nam ukratko objasniti kako ste došli do tih zaključaka i kakve implikacije imaju za naše razumijevanje svemira?
Profesor Stojković: Kada standardne metode ne mogu dati pozitivne rezultate, onda je prirodno razmišljati na malo drugačiji način. Ako se mala crna rupa nađe u unutrašnjosti planete ili asteroida, onda ona može dosta brzo konzumirati tečno jezgro koje je vrlo velike gustine (naš proračun daje nekoliko nedelja do nekoliko meseci). Kora (tvrdi omotač oko jezgra) ostaje jer je njena gustina manja, i tako dobijamo šuplju strukturu – sferu. Mi smo izračunali stres kojem bi takva sfera bila izložena i uporedili ga sa kompresivnom jačinom materijala koji se javljaju u prirodi (recimo gvožđe ili granit). Zaključak je da takve šuplje sfere mogu da izdrže stres ako su manje od jedne desetine Zemljinog radijusa. Bilo šta veće od toga bi jednostavno kolapsiralo. Znači takve kandidate treba tražiti među asteroidima, planetoidima, satelitima… Pronalazak takvog objekta imao bi velike implikacije jer ne postoji drugi prirodni mehanizam koji bi proizveo šuplji mesec ili nešto slično. To bi bila prva indikacija da male primordijalne crne rupe postoje.
Ivan: Prelazimo nakratko na drugu temu – što mislite o mogućnosti postojanja izvanzemaljskog života u svemiru? Kako Vaša istraživanja u kozmologiji i prirodi svemira utječu na Vašu perspektivu o ovom pitanju?
Profesor Stojković: Naša galaksija ima 200–400 milijardi zvezda. Postoji više od trilion galaksija u našem vidljivom svemiru. Bilo bi dosta egoistično misliti da smo mi jedina inteligentna bića u svemiru. Čisto statistički gledano, verovatno nismo sami. Problem je u tome što su prostranstva ogromna, a mi smo ograničeni brzinom svetlosti. Drugi problem je što skoro uvek primenjujemo metodu traženja izgubljenog ključa ispod ulične svetiljke (izgubili smo ključ negde drugde, ali ga tražimo tamo gde ima svetlosti). Naša civilizacija je stara nekoliko hiljada godina i prošli smo neverovatan put za to vreme (od mača i strele do kompjutera i nuklearnog oružja). Zamislite civilizaciju staru milijardu godina. Ona bi nama bila jednostavno neprepoznatljiva.
Takva civilizacija ne bi došla na Zemlju u svemirskim brodovima, ma kako da nam se ta tehnologija činila naprednijom od naše. Oni bi jednostavno bili prisutni ovde u nekom vrlo suptilnom obliku. Kao što bakterija ne može da detektuje naše prisustvo na svom nivou percepcije, tako ne možemo ni mi njih. Bilo koja navodna pojava svemirskih brodova (a u poslednje vreme ih ima sve više) je po meni vrlo sumnjiva jer je materija ograničena brzinom svetlosti, a do najbliže zvezde nam treba više od 4 godine tom brzinom (a do centra naše galaksije 25.000 godina). Ako ikada budemo uspostavili kontakt sa vanzemaljskom civilizacijom, najveći problem za nas bi bio kako ih prepoznati.
Ivan: Vaš rad također istražuje koncept dodatnih dimenzija. Mogu li primordijalne crne rupe pružiti dokaze za njihovo postojanje ili svojstva?
Profesor Stojković: U jednoj klasi teorija sa dodatnim dimenzijama, gde je energetska skala kvantne gravitacije 16 redova veličine manja od uobičajene Planck-ove skale, moguće je proizvesti mini crnu rupu na do sada najmoćnijem akceleratoru čestica (Large Hadron Collider u CERN-u). LHC trenutno traga za takvim signalima koristeći naš generator događaja BlackMax koji simulira takve pojave. Proizvodnja tih malih crnih rupa imala bi jasan signal, koji nažalost do sada još uvek nije primećen. Znači, za sada još uvek nema indikacija da postoje dodatne dimenzije.
Ivan: Kako gravitacijski valovi mogu pomoći u boljem razumijevanju svojstava primordijalnih crnih rupa?
Profesor Stojković: Sudar dve crne rupe može da proizvede poremećaje u samom tkanju prostora i vremena koji se prostiru brzinom svetlosti. To su gravitacioni talasi. Mi danas sa uspehom možemo da detektujemo gravitacione talase postojećom tehnologijom. Međutim, frekvencije talasa koje naši detektori mogu da opaze su dosta male, što nas ograničava na crne rupe sa velikom masom. Primordijalne crne rupe manje mase ne mogu se tako detektovati ovom generacijom detektora (možda u budućnosti). Takođe, male crne rupe mogu emitovati gravitone preko Hawking-ovog zračenja, što se takođe može opaziti gravitacionim detektorima. Međutim, i te frekvencije su takođe previsoke za sadašnju generaciju detektora. Inače, iz signala koji dobijamo preko gravitacionih talasa možemo da izmerimo masu crnih rupa koje su se sudarile i njihov spin.
Ivan: Što Vas najviše uzbuđuje u vezi s budućnošću istraživanja kozmologije? Postoji li specifičan proboj ili pitanje koje se nadate vidjeti riješenim tijekom svog života?
Profesor Stojković: Sigurno bih želeo da vidim formulisanje kvantne gravitacije, tj. kvantne teorije prostora i vremena. Bez toga mislim da ne može biti nekog ozbiljnijeg fundamentalnog prodora. I želeo bih da vidim da se posmatrač uključi u naše fundamentalne teorije. U kvantnoj mehanici vidimo da posmatrač igra presudnu ulogu, a slično je i u Einstein-ovoj teoriji relativnosti. A pritom posmatrač nije opisan nikakvim dinamičkim stepenom slobode u našim teorijama. Bez dubokog razumevanja uloge posmatrača, verovatno ne možemo formulisati kvantnu teoriju prostora i vremena, a kada budemo uspeli da to uradimo, verovatno ćemo shvatiti da i sama pitanja koja danas postavljamo možda i nemaju mnogo smisla.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
