Ima li naš svemir ‘rub’ i možemo li ga vidjeti?

Znanstvenici su danas uvjereni da se svemir širi, i to sve većom brzinom. No, ako se svemir širi, postavlja se ključno pitanje: U što se on točno širi? Drugim riječima, što se nalazi izvan granica poznatog svemira? Odgovor na ovo pitanje nije jednostavan, jer bi definiranje toga što se nalazi izvan svemira podrazumijevalo da svemir ima granice. I tu stvari postaju složene, jer znanstvenici još uvijek ne mogu sa sigurnošću reći postoji li takva granica. Jedan način postavljanja pitanja je: “Možemo li otići na mjesto gdje bismo mogli pogledati ‘preko ruba svemira’, slično kao što gledamo preko ruba litice?” Prema riječima stručnjaka, odgovor na ovo pitanje je “vjerojatno ne.”

Razlog za to leži u tzv. kozmološkom principu. Kako objašnjava Robert McNees, izvanredni profesor fizike na Sveučilištu Loyola u Chicagu, kozmološki princip tvrdi da je raspodjela materije u svemiru otprilike jednaka u svakom njegovom dijelu, bez obzira na smjer u kojem gledamo. Drugim riječima, svemir je izotropan, što znači da nema povlaštenih točaka ni smjerova. Ovaj princip sugerira da nema ruba svemira; ne postoji mjesto na kojem svemir završava, gdje bismo mogli pogledati što se nalazi izvan njegovih granica.

Svemir bez granica

Jedna od često korištenih analogija za opisivanje svemira bez ruba jest površina balona. Zamislite mrava na površini balona. Taj mrav može hodati u bilo kojem smjeru, ali nikada neće naići na rub. Iako je površina balona konačna, ona nema granice. Mrav se može vratiti na početnu točku, ali nikada neće naići na kraj. Na sličan način, svemir nema središte ni rub. Svemir je, zapravo, trodimenzionalna verzija površine balona. Međutim, ako svemir nema kraja, kako je onda moguće da se širi? Ovdje ponovno koristimo analogiju balona. Ako dodamo više zraka u balon, mrav na njegovoj površini primijetit će kako se drugi objekti na površini balona udaljavaju. Što je veća udaljenost između mrava i nekog objekta, to će se objekt brže udaljavati. No, gdje god da mrav ode, brzina kojom se objekti udaljavaju bit će ista.

Ipak, za razliku od balona, koji se širi u trodimenzionalni prostor, svemir ne može rasti u neki drugi, vanjski prostor. Svemir sadrži sve što postoji, pa prema definiciji nema “izvan” svemira. Kako je to objasnio fizičar Stephen Hawking, postavljati pitanje što je izvan granica svemira nema smisla, jer ako je svemir nastao iz ničega, onda ne postoji ništa izvan njega. To je kao da pitate što se nalazi sjeverno od Sjevernog pola.

Prema riječima dr. Katie Mack, teorijske astrofizičarke sa Sveučilišta u Melbourneu, možda je korisnije razmišljati o širenju svemira kao o smanjenju njegove gustoće. Galaksije se ne udaljavaju jedna od druge kroz prostor — prostor se sam povećava. Kao rezultat toga, svaka civilizacija u galaksijama koje možemo vidjeti zaključila bi isto što i mi: sve se udaljava u svim smjerovima, dok je njihova lokalna galaksija u mirovanju. Zbog širenja prostora moguće je da galaksije izgledaju kao da se kreću brže od svjetlosti, a da pritom ne krše teoriju relativnosti. Vidljivi svemir trenutno obuhvaća radijus od 46 milijardi svjetlosnih godina u bilo kojem smjeru, iako je svemir star samo 13,8 milijardi godina. No, postoji ograničenje onoga što možemo vidjeti. Sve što se nalazi izvan radijusa od 46 milijardi svjetlosnih godina nikada neće biti vidljivo sa Zemlje, jer se udaljenosti između objekata u svemiru povećavaju brzinom većom od brzine svjetlosti.

Inflacija i nevidljivi dijelovi svemira

Brzina širenja svemira nije bila jednolika. Neposredno nakon Velikog praska, svemir je prošao kroz fazu ubrzanog širenja zvanu inflacija, tijekom koje je rastao mnogo brže nego sada.

Zbog toga cijele regije svemira nikada neće biti vidljive sa Zemlje. Ako se inflacija zaista dogodila, kako vjeruje većina znanstvenika, svemir bi mogao biti 1023 puta veći od onoga što možemo vidjeti. Dakle, čak i ako svemir ima rub, on je toliko udaljen da ga nikada nećemo moći promatrati. Ostaje pitanje je li svemir beskonačan. Dr. Mack naglašava da je to još uvijek otvoreno pitanje. Jedna mogućnost je da se svemir zakrivljuje u višoj dimenziji, slično kao što se dvodimenzionalna površina sfere zakrivljuje u trodimenzionalnom prostoru.

Još jedno ključno pitanje je kako je svemir nastao. Ako je svemir doista nastao iz ničega, putem malih fluktuacija u vakuumu, tada postavljanje pitanja o tome što se nalazi izvan granica svemira nema smisla. Također, ako su prostor i vrijeme postali zamjenjivi u blizini početka, kako su predložili Stephen Hawking i James Hartle, onda je pitanje “što se nalazi izvan granica svemira” također besmisleno. Znanstvenici i dalje pokušavaju pronaći dokaze koji bi mogli potvrditi ili opovrgnuti ove teorije. Primjerice, pronalazak dvaju identičnih mjesta na suprotnim stranama neba bio bi snažan dokaz da je svemir zakrivljen. No, trenutno ne postoje jamstva za to. Sve ovo znači da, čak i ako svemir ima rub, ljudi ga vjerojatno nikada neće moći vidjeti, a postoji stvarna mogućnost da je svemir oblikovan tako da nema granice.