Koliko je velik svemir prema najnovijim znanstvenim spoznajama

Iako se čini da bi pitanje koliko je velik svemir moglo imati jednostavan odgovor, stvarnost je mnogo složenija. Znanstvenici već desetljećima pokušavaju odrediti granice svemira pomoću teleskopa, satelita i teorijskih modela, no prostor koji nas okružuje krije mnoge zagonetke. Zahvaljujući sve preciznijim instrumentima i napretku u kozmologiji, danas imamo bolje razumijevanje koliko je velik svemir — barem njegov vidljivi dio. Pa, kako možemo mjeriti to sve sa Zemlje?

Kako mjerimo veličinu svemira

Procjena veličine svemira temelji se na nekoliko ključnih metoda, koje se oslanjaju na opažanja i modele širenja prostora od trenutka Velikog praska. Prva stvar koju treba razumjeti jest da svemir nije statičan — on se širi. To širenje znači da galaksije nisu samo udaljene, već se i udaljavaju od nas sve većom brzinom.

Vidljivi svemir obuhvaća sve objekte čije je svjetlo stiglo do Zemlje otkad je svemir nastao prije otprilike 13,8 milijardi godina. No, zbog širenja prostora, stvarna udaljenost tih objekata danas je znatno veća. Iako svjetlost iz najudaljenijih galaksija putuje do nas 13,8 milijardi godina, trenutna udaljenost tih galaksija iznosi više od 46 milijardi svjetlosnih godina u svakom smjeru. To znači da promjer vidljivog svemira iznosi oko 93 milijarde svjetlosnih godina.

Kako dolazimo do te brojke? Ključno je razumjeti pojam kozmičkog horizonta — to je granica do koje možemo promatrati svemir jer nam odande još uvijek stiže svjetlost. Sve što se nalazi izvan tog horizonta jednostavno nije vidljivo jer svjetlost iz tih dijelova još nije imala vremena doputovati do nas, ili nikada neće zbog ubrzanog širenja prostora.

Znanstvenici koriste nekoliko metoda kako bi odredili udaljenosti i strukturu svemira:

1. Mjerenje crvenog pomaka (redshift): Galaksije koje se udaljavaju imaju spektar svjetlosti pomaknut prema crvenom dijelu spektra. Što je veći crveni pomak, galaksija je udaljenija. Ova mjerenja omogućuju procjenu udaljenosti objekata u svemiru.
2. Standardne svjetiljke: Supernove tipa Ia i promjenjive zvijezde poput cefeida koriste se kao poznate svjetlosne referentne točke za izračun udaljenosti.
3. Kozmička mikrovalna pozadina: Raspodjela mikrovalnog zračenja koje je ostalo od Velikog praska otkriva ključne informacije o geometriji i širenju svemira.
4. Gravitacijske leće: Zakrivljenje svjetlosti pod utjecajem gravitacije masivnih objekata također pomaže u mjerenju udaljenosti i raspodjele mase u svemiru.

Kombinacijom ovih metoda, znanstvenici grade trodimenzionalne karte svemira koje otkrivaju kako su galaksije raspoređene i kako se struktura svemira razvijala kroz vrijeme. Podaci s teleskopa poput Jamesa Webba, Euclida, Plancka i brojnih zemaljskih opservatorija ključni su u tom procesu.

Što još ne znamo

Unatoč tehnološkom napretku, znanost još uvijek ne zna koliko je velik svemir u svojoj cjelovitosti. Vidljivi svemir je samo dio veće cjeline, čije granice ostaju nepoznate. Dvije su glavne mogućnosti koje se razmatraju:

1. Svemir je konačan, ali bez ruba – Ako je svemir zakrivljen poput površine kugle (ali u četiri dimenzije), mogao bi biti konačan, ali se nikada ne bi završavao “rubom”. Mogli bismo u teoriji putovati “ravno” i vratiti se na početnu točku. Kao put oko Zemlje.

2. Svemir je beskonačan – Ako je prostor ravan i nema zakrivljenja, svemir bi mogao biti beskonačan i ne bi imao nikakav kraj. Ova ideja trenutno ima više znanstvene potpore na temelju podataka iz mikrovalne pozadine i raspodjele tvari.

Još jedno otvoreno pitanje jest što se nalazi izvan vidljivog svemira. Prema standardnim modelima, tamo bi trebala biti ista vrsta galaksija i materije, ali zbog kozmičkog horizonta nikada nećemo moći to potvrditi izravnim promatranjem.

Zanimljivo je i to što širenje svemira ubrzava zbog tamne energije, tajanstvene sile koja čini oko 70% ukupne gustoće energije svemira. Uslijed toga, neki dijelovi svemira se toliko brzo udaljavaju da njihova svjetlost više nikada neće moći doći do nas, što znači da će se vidljivi svemir s vremenom “smanjivati” u relativnom smislu.

Postoje i spekulativne ideje poput multiverzuma — hipoteze da naš svemir nije jedini, već da postoji mnoštvo drugih svemira s različitim zakonima fizike. Iako nema izravnih dokaza, kvantna fizika i neka tumačenja inflacijske teorije dopuštaju takvu mogućnost.

Ja i dalje mislim da pitanje koliko je velik svemir ostaje jedno od najvećih izazova suvremene znanosti. No međutim, ne znam hoćemo li ikada uspjeti sa sigurnošću dati odgovor. Iako znamo promjer vidljivog svemira s velikom točnošću, ono što se nalazi izvan naših instrumenata — i dalje ostaje izvan našeg znanstvenog dosega. No svako novo promatranje, svaka nova misija i svaki napredak u teoriji donosi nas korak bliže razumijevanju svemira kao cjeline.

Ali… idemo razmotriti dvije različite mogućnosti.

Što bi značilo da je svemir beskonačan?

Ako je svemir zaista beskonačan, posljedice tog zaključka duboko mijenjaju naše razumijevanje stvarnosti. Beskonačnost u fizici nije samo filozofsko pitanje, već konkretan izazov za znanost jer mnogi modeli teško podnose pojmove poput beskonačne mase, energije ili količine materije.

Beskonačan svemir bi značio da nema kraja prostora, i da se galaksije, zvijezde, planeti i drugi objekti nastavljaju bez granice u svim smjerovima. U takvom svemiru, svaka moguća konfiguracija materije — uključujući i onu koja vodi do nastanka života — mogla bi se ponavljati negdje dalje u prostoru.

Statistički gledano, ako svemir sadrži beskonačan broj galaksija i planeta, tada bi zbog ograničenog broja mogućih rasporeda materije negdje mogli postojati svjetovi gotovo identični našem — pa čak i verzije nas samih koje žive u tim udaljenim dijelovima svemira.

Međutim, važno je naglasiti da znanstvenici još nemaju empirijsku potvrdu beskonačnosti svemira.

Promatranja kozmičke mikrovalne pozadine upućuju na to da je svemir gotovo potpuno ravan, što podupire mogućnost njegove beskonačnosti — no čak i minimalna zakrivljenost prostora mogla bi značiti da je svemir ipak konačan, ali toliko golem da njegove granice ostaju izvan našeg dosega.

Beskonačnost također nosi izazove za matematičke modele. Računati s neograničenom količinom energije ili mase dovodi do paradoksa i poteškoća u fizikalnim jednadžbama. Zbog toga neki kozmolozi smatraju da je svemir možda vrlo velik, ali konačan, dok ideju beskonačnosti ostavljaju otvorenom dok ne stignu čvršći dokazi.

Ipak, ako se pokaže da je svemir stvarno beskonačan, to bi značilo da je naš planet — i čitav naš poznati svijet — samo mikroskopski mjehurić u nepojmljivo velikoj strukturi koja se proteže zauvijek. U tom kontekstu, pitanja o podrijetlu, jedinstvenosti i budućnosti čovječanstva poprimaju novu dimenziju — ne više kao izolirani slučaj, već kao potencijalno jedno od beskonačno mnogo ponavljanja u beskrajnom kozmičkom prostoru.

Ali, što ako je svemir… konačan?

Što bi značilo da je svemir konačan?

Zamisliti svemir kao konačan prostor znači pretpostaviti da postoji ukupna količina prostora, materije i energije u njemu — sveukupnost koju je moguće, barem teoretski, kvantificirati. No konačnost svemira ne znači nužno postojanje ruba iza kojeg “nema ničega”. Umjesto toga, znanstvenici često koriste analogiju s površinom Zemlje: iako je njezina površina konačna, može se putovati u bilo kojem smjeru bez nailaska na kraj.

Ako je svemir zatvoren i zakrivljen sam u sebi, poput četverodimenzionalne verzije kugle, tada bi se prostorno mogao zatvarati poput omče. U takvom svemiru, foton koji se emitira u jednom smjeru mogao bi — barem u teoriji — nakon dovoljno vremena završiti na polazištu, poput svjetlosti koja bi kružila oko prostora.

Konačnost bi imala duboke posljedice za kozmičku topologiju. Znanstvenici već sada pokušavaju otkriti postoje li u svemiru ponavljajući uzorci u mikrovalnoj pozadini, koji bi ukazivali na zatvorenu strukturu prostora. No dosad nije pronađen nikakav uvjerljiv dokaz da se svemir ponavlja ili zakrivljuje na taj način unutar granica koje možemo promatrati.

Konačan svemir također bi značio da postoji ukupan broj galaksija, zvijezda i atoma, što otvara mogućnosti za dublje razumijevanje kozmičkih zakona i energijske bilance. Ako znamo da svemir ima granice, mogli bismo s vremenom izračunati ukupnu masu, entropiju i dugoročne procjene njegove sudbine — hoće li se zaustaviti, urušiti ili nastaviti širenje do određene točke.

Jedno od najzanimljivijih pitanja u tom kontekstu je: što se nalazi izvan konačnog svemira? Ako prostor ima “kraj”, postoji li nešto izvan njega? Većina fizikalnih modela ne predviđa “ništa” u klasičnom smislu jer i sam pojam “izvan svemira” možda nema fizičko značenje unutar našeg prostora-vremena.

Zaključno, ako se potvrdi da je svemir konačan, to bi označilo važno ograničenje na prirodu stvarnosti. Ne bismo živjeli u beskrajnom kozmičkom oceanu, već u prostorno omeđenom sustavu, čije su dimenzije možda ogromne, ali ipak mjerljive. To bi bio prvi korak prema potpunom razumijevanju kozmosa kao zatvorene cjeline, s konkretnim zakonitostima koje oblikuju njegovu prošlost, sadašnjost i budućnost.