Nova teorijska istraživanja najpoznatijeg fizičara svijeta Stephena Hawkinga i njegovih kolega pokazala su da bi svemir mogao imati vrlo neobičnu geometriju nalik na grafike nizozemskog umjetnika Mauritsa Cornelisa Eschera
Ova će vijest nedvojbeno oduševiti ljubitelje uvrnutih slagalica i nadrealnih građevina slavnog grafičara, no Hawkingov tim tvrdi da je njihova studija mnogo više od mentalne igre – da omogućuje ostvarenje geometrijskih zahtjeva što ih postavlja teorija struna, hipoteza koja je trenutačno najbolji kandidat za teoriju svega.
Naime, njihove se kalkulacije temelje na matematičkom obratu koji se do nedavno smatrao nemogućim, a ako se ideja održi, mogli bismo konačno shvatiti kako je svemir nastao u velikom prasku te ujediniti gravitaciju i kvantnu mehaniku.
Jaz između fizikalnih teorija
Geometrija o kojoj je ovdje riječ nalikuje tzv. teselacijama, odnosno aranžmanima u kojima se geometrijski likovi izmjenjuju i ponavljaju kao na gornjoj slici nazvanoj Granica kruga IV. Mada su ove slike ravne, one su zapravo projekcije alternativne geometrije hiperboličnog svemira, baš kao što su ravni zemljovidi projekcije Zemljina globusa. Primjerice, u gornjoj projekciji izgleda da se šišmiši prema rubovima kruga eksponencijalno smanjuju, a u u hiperboličnom svemiru zapravo su svi iste veličine. Ova distorzija nastaje jer hiperbolični svemir ne može ležati u ravnini, već izgleda kao izvijeni brežuljkasti krajobraz.
No prema svim poznatim informacijama naš svemir ne izgleda tako. Mjerenja kozmičkog mikrovalnog zračenja - jeke velikog praska te udaljenosti do zvijezda supernova pokazala su da je naš svemir ravan, a ne iskrivljen. Osim toga, on se, zahvaljujući misterioznoj tamnoj energiji, ubrzano širi. Mi ne znamo što je ona niti odakle je došla, međutim, matematički jezik opće teorije relativnosti omogućuje nam da opišemo ovo ubrzano širenje - potrebno je samo u njezine jednadžbe ubaciti tzv. kozmološku konstantu s pozitivnim predznakom. Do sada je činjenica da živimo u svemiru koji se širi podrazumijevala to da je njegova kozmološka konstanta pozitivna.
Poznato je već dulje da u cijeloj ovoj priči postoje neki ozbiljni problemi. Opća relativnost pokriva aspekt svemira koji se širi, ali ne može opisati veliki prasak. Ona također ne uspijeva ujediniti gravitaciju, koja djeluje u makro razmjerima, s kvantnom mehanikom koja funkcionira u mikro razmjerima.
Teorija struna, s druge strane, nudi prekrasno cjelovitu sliku povijesti svemira i povezuje gravitaciju s kvantnom mehanikom. Međutim, njoj najviše odgovara svemir koji je negativno zakrivljen, zaobljen poput sedla, s geometrijom nalik na Escherovu i negativnom kozmološkom konstantom.
Ovo razilaženje stvorilo je velik problem fizičarima – s jedne strane je svemir koji funkcionira, ali mu nedostaje potpuna teorija, a s druge je potpuna teorija koja ne opisuje stvaran svemir.
No Hawking, Thomas Hertog iz Instituta za teorijsku fiziku na Katoličkom sveučilištu u Leuvenu u Belgiji i James Hartle s Kalifornijskog sveučilišta u Santa Barbari vjeruju da su pronašli rješenje koje bi moglo premostiti ovaj jaz. Naime, trojac je otkrio model svemira koji se ubrzano širi unatoč tomu što ima negativnu kozmološku konstantu. To bi pak moglo značiti da bi teorija struna ipak mogla opisivati svemir koji vidimo.
Svoje modele utemeljili su na ideji da bi uz pomoć kvantne slike kozmologije mogli zaobići nedostatke opće relativnosti. U kvantnoj mehanici jedna jednadžba tzv. valna funkcija opisuje sva moguća stanja u kojima se kvantni objekt može nalaziti i svakome od njih pripisuje odgovarajuću vjerojatnost. Hawking i Hartle krenuli su u potragu za sličnom valnom funkcijom koja bi opisivala sve moguće svemire nastale u velikom prasku, uključujući i one u kojima Sunčev sustav nikada ne bi nastao ili bi se život razvio na drukčiji način. U proteklih 30 godina uvijek su operirali s pozitivnom konstantom, jer se smatralo da je ona neizbježna. Međutim, rezultati nisu bili elegantni, naprotiv. Naime, teorija struna jednostavno se ne slaže dobro s pozitivnom konstantom. Puno bolje odgovara joj escherovska geometrija.
Uspješan obrat
U svom novom radu trojac je konačno odustao i napravio obrat - stvorio je cijeli niz modela svemira iz valnih funkcija s negativnom kozmološkom konstantom, a pokazalo se da se neki od njih ubrzano šire, baš poput našega.
'Pokazalo se da kvantna stanja automatski uključuju obje vrste svemira', rekao je Hertog i dodao da su uz određene valne funkcije takvi svemiri čak najvjerojatniji ishod.
No postavlja se pitanje što s našim promatranjima koja pokazuju da je svemir ravan? Tim smatra da na sličan način na koji su Newtonovi zakoni mehanike za tijela koja susrećemo u našoj svakodnevnoj realnosti dobra aproksimacija Einsteinove teorije relativnosti, svemir nama možda izgleda ravan dok se zapravo temelji na escherovskoj geometriji.
Hertog priznaje da njihov rad još nije gotov, međutim, vjeruje da će negativna kozmološka konstanta na kraju dovesti do potpunog opisa svemira kakav vidimo. 'To je novi put koji se trenutačno otvara, a ne nešto što već imamo', istaknuo je.
