Pse Universi nuk ka një 'qendër'

Rreth një shekulli më parë, shkencëtarët po luftonin për të pajtuar atë që dukej të ishte një kontradiktë në Teorinë e Relativitetit të Përgjithshëm të Albert Einstein.

Publikuar në vitin 1915 dhe tashmë gjerësisht i pranuar nga fizikantë dhe matematikanë në mbarë botën, teoria supozonte se Universi ishte statik, i pandryshueshëm, i palëvizshëm. Në përmbledhje, Einstein besonte se madhësia dhe forma e Universit aktual ishin, më shumë ose më pak, të njëjta si gjithmonë kanë qenë.

Por kur astronomët panë përmes teleskopëve të fuqishëm galaktikat e largëta në qiellin e natës, ata panë shenja se Universi nuk ishte asgjë nga kjo. Këto vëzhgime të reja sugjeruan të kundërtën: universi po zgjerohej.

Shkencëtarët shpejt kuptuan se teoria e Einstein nuk thoshte se Universi duhet të ishte statik; teoria gjithashtu mund të mbështeste një Univers në zgjerim. Në fakt, duke përdorur të njëjtat mjete matematike të ofruara nga teoria e Einstein, shkencëtarët krijuan modele të reja që treguan se Universi ishte, në fakt, dinamik dhe në zhvillim.

Kam disa dekada duke u përpjekur të kuptoj Relativitetin e Përgjithshëm, përfshirë në punën time aktuale si profesor fizikash duke mbajtur kurse për këtë temë. E di se vendosja e idesë së një Universi në vazhdimësi të zgjerimit në kokë mund të duket e frikshme - dhe pjesa e sfidës është të kalosh mbi intuicionin natyror se si funksionojnë gjërat. Për shembull, është e vështirë të imagjinosh që diçka aq e madhe sa Universi të mos ketë një “qendër”, por fizika thotë se kjo është realiteti.

Hapësira midis galaktikave

Së pari, le të përcaktojmë se çfarë do të thotë “zgjerim”. Në Tokë, “zgjerim” do të thotë se diçka po bëhet më e madhe. Dhe, në lidhje me Universin, kjo është e vërtetë, më pak ose më shumë. Zgjerimi gjithashtu mund të nënkuptojë që “gjithçka po largohet më shumë nga ne”, gjë që është gjithashtu e vërtetë në lidhje me Universin. Përdorni një teleskop për të parë galaktikat e largëta dhe pothuajse të gjitha ato duken duke u larguar nga ne.

Për më tepër, sa më të largëta janë, aq më shpejt duket se po lëvizin larg nesh. Këto galaktika gjithashtu duket se po largohen nga njëra-tjetra. Prandaj, është më e saktë të thuhet se gjithçka në Univers po bëhet më e largët nga gjithçka tjetër, të gjitha njëherësh.

Kjo ide është e ndjeshme, por thelbësore. Është e lehtë të mendosh për krijimin e Universit si një shpërthim fishekzjarrësh: Filloni me një “Big Bang” dhe pastaj të gjitha galaktikat e Universit fluturojnë në të gjitha drejtimet nga një pikë qendrore.

Por kjo analogji nuk është e saktë. Ajo nuk vetëm që nënkupton gabimisht se zgjerimi i Universit filloi nga një pikë e vetme - gjë që nuk ndodhi - por gjithashtu sugjeron se galaktikat janë ato që po lëvizin, gjë që nuk është plotësisht e saktë.

Nuk janë aq shumë galaktikat që largohen nga njëra-tjetra - është hapësira midis galaktikave, struktura e vetë Universit, që është gjithnjë duke u zgjeruar me kalimin e kohës. Në fjalë të tjera, nuk janë galaktikat vetë që po lëvizin përmes Universit; është më shumë se Vetë Universi që po i “ shtyn” më larg ndërsa ai zgjeron.

Një analogji e zakonshme është të imagjinoni të shëni disa pika në sipërfaqen e një baloni. Kur fryni ajrin në balonë, ai zgjeron. Meqenëse pikat janë të ngjitura në sipërfaqen e balonës, ato largohen. Edhe pse duken sikur po lëvizin, pikat në të vërtetë mbeten saktësisht aty ku i keni vendosur, dhe distanca midis tyre rritet thjesht për shkak të zgjerimit të balonës.

Tani mendoni për pikat si galaktika dhe për balonën si lëkura e Universit, dhe do të filloni të kuptoni skemën.

Fatkeqësisht, edhe pse kjo analogji është një fillim i mirë, ajo gjithashtu nuk paraqet detajet e sakta.

Dimensionaliteti i 4-të

Një gjë e rëndësishme për çdo analogji është të kuptoni kufizimet e saj. Disa mangësi janë të dukshme: një balonë është e vogël sa për të përshtatur në dorën tuaj, por Universi jo. Një mangësi tjetër është më e ndjeshme. Balona ka dy pjesë: sipërfaqen e saj të latexit dhe brendësinë e saj të mbushur me ajër.

Këto dy pjesë të balonës përshkruhen në mënyrë të ndryshme në gjuhën e matematikës. Sipërfaqja e balonës është dy-dimensionale. Nëse do të ecte mbi të, mund të lëvizje përpara, prapa, majtas ose djathtas, por nuk do të mund të lëvizje lart ose poshtë pa dalë nga sipërfaqja.

Mund të duket sikur po përmendim katër drejtime këtu - përpara, mbrapa, majtas dhe djathtas - por këto janë vetëm lëvizje përgjatë dy rrugëve kryesore: nga njëra anë në tjetrën dhe nga përpara në mbrapa. Kjo është ajo që e bën sipërfaqen dy-dimensionale: gjatësia dhe gjerësia.

Brenda balonës, nga ana tjetër, është tre-dimensionale. Në të mund të lëvizni lirshëm në çdo drejtim, përfshirë lart ose poshtë - gjatësia, gjerësia dhe lartësia.

Dhe këtu qëndron konfuzioni. Ajo që ne mendojmë se është “qendra” e balonës është një pikë diku brenda saj, në hapësirën e mbushur me ajër poshtë sipërfaqes.

Por, në këtë analogji, Universi është më shumë si sipërfaqja e latexit të balonës. Brenda e mbushur me ajër e balonës nuk ka një përfaqësues në Universin tonë. Prandaj, nuk mund ta përdorim këtë pjesë të analogjisë - vetëm pjesa e sipërfaqes është e rëndësishme.

Kështu, pyetja “ku është qendra e Universit?” është si të pyesësh “ku është qendra e sipërfaqes së balonës?”. Thjesht nuk ekziston një. Ju mund të udhëtoni përgjatë sipërfaqes së balonës në çdo drejtim, për kohë sa të donit, dhe kurrë nuk do të arrinit në një vend që mund ta quani qendër, sepse kurrë nuk do të dilni nga sipërfaqja.

Në të njëjtën mënyrë, ju mund të udhëtoni në çdo drejtim në Univers dhe kurrë nuk do të gjeni qendrën tuaj sepse, ashtu si sipërfaqja e balonës, ai thjesht nuk ka një.

Një pjesë e arsyeve pse kjo mund të jetë kaq e vështirë për t'u kuptuar është për shkak të mënyrës se si përshkruhet Universi në gjuhën e matematikës. Sipërfaqja e balonës ka dy dimensione dhe brenda e saj ka tre, por Universi ekziston në katër dimensione. Sepse nuk është vetëm se si lëvizin gjërat në hapësirë, por edhe si lëvizin në kohë.

Truri ynë është i programuar për të menduar për hapësirën dhe kohën veç e veç. Por, në Univers, ato janë të lidhura në një strukturë të vetme, të quajtur “koha-hapësira”. Kjo unifikim ndryshon mënyrën se si funksionon Universi në krahasim me atë që pret intuita jonë.

Dhe kjo shpjegim as nuk fillon të përgjigjet në pyetjen se si diçka mund të pohojë se po zgjerohet pafundësisht - shkencëtarët ende përpiqen të zbulojnë çfarë nxit këtë zgjerim, atë që quhet “energjia e errët”.

Prandaj, duke pyetur për qendrën e Universit, ne po përballemi me kufijtë e intuitës sonë. Përgjigjja që gjejmë - gjithçka, duke u zgjeruar në çdo vend, njëherësh - është një shikim i shkurtër në sa e çuditshme dhe e bukur është Universi ynë.