Revolucija okoli nas in v nas
Napoveduje se nam povsem nov pogled na vesolje – in na naše mesto v njem
Nikoli ne reci nikoli ali Zarečenega kruha se največ poje sta stara pregovora in rezultat življenjskih izkušenj. A očitno je lord Kelvin, znameniti škotski fizik in eden najpomembnejših znanstvenikov 19. stoletja, na to staro modrost pozabil, ko je že precej v letih ob začetku 20. stoletja, leta 1900, ugledno Britansko zvezo za napredek znanosti nagovoril s samozavestno trditvijo, da »v fiziki ni več mogoče odkriti ničesar novega, saj je bilo že vse odkrito«.
Utemeljitelj termodinamike in Kelvinove temperaturne skale, propagator uporabe elektrike in avtor številnih izumov, ki se je s svojim delom že pri 16 letih trajno zapisal med znanstvenike, ki so najbolj širili meje znanega, se je sam omejil z nerazumnim zanikanjem, da bi utegnilo tam zunaj obstajati še kaj, o čemer niti slutimo ne. Stoletje, ki ga je lord Kelvin nagovoril s svojo neslavno izjavo, pa je pokazalo prav nasprotno in prav fiziko preobrnilo na glavo. Številna teoretična in eksperimentalna odkritja so že v prvih desetletjih 20. stoletja korenito spremenila naše razumevanje vesolja in našega mesta v njem. In nič drugače ne bo tudi v tem stoletju.
Nove tehnologije bodo razširile obzorje
V vesolju tudi danes kar mrgoli neznank, ki jih ne razumemo. A po napovedih znanstvenikov nam bodo tehnologije, ki jih zdaj razvijamo, že v naslednji polovici stoletja odprle pot do razkritja marsikatere neznanke, med njimi tudi tistih, ki zadevajo same temelje našega obstoja. Kot na primer vprašanje materije in antimaterije.
Slika: Fiziki napovedujejo, da bodo v naslednjih treh desetletjih v igro vstopili kar trije novi trkalniki. Na fotografiji Veliki hadronski trkalnik (LHC).
Po domnevah fizikov je veliki pok na samem začetku vesolja ustvaril enako množino materije, ki sestavlja nas in vse, kar nas obdaja in nam je vidno, prav toliko pa je bilo ustvarjene tudi antimaterije. Poenostavljeno povedano, ima večina delcev materije svojega dvojčka, antimaterijo, ki je enaka materiji, ima pa nasprotni električni naboj. Ko se delca materije in antimaterije srečata, se izničita, njuna energija pa se spremeni v svetlobo. Vendar pa, kot ugotavljajo fiziki, je danes vesolje sestavljeno večinoma le iz materije. Veliko vprašanje se zato zastavlja, kam je izginila antimaterija, ki je hkrati z materijo nastala ob velikem poku?
Kaj bodo razkrili trki elektronov in pozitronov
Nekaj odgovorov na to ponujajo raziskave, ki so jih opravili na Velikem hadronskem trkalniku (LHC) v Cernu pri Ženevi. V trkalniku trkajo protoni pri nepredstavljivo velikih hitrostih, pri čemer nastajajo težki delci materije in antimaterije. Ti razpadajo v lažje delce, tudi take, ki jih fiziki prej še niso nikoli zaznali. Raziskave v LHC so pokazale, da materija in antimaterija razpadata z nekoliko različno hitrostjo. To bi lahko deloma, nikakor pa ne v celoti, razložilo, zakaj v naravi opažamo asimetrijo.
Toda težava je v tem, da je LHC v primerjavi z natančnostjo, ki so jo fiziki vajeni, podoben igranju namiznega tenisa z loparjem za tenis. Ker so protoni sestavljeni iz manjših delcev, se ti ob trku razpršijo povsod naokoli. Zato je med naplavino delcev zelo težko opaziti nove. To nadalje otežuje natančno merjenje njihovih lastnosti; na podlagi tega bi lahko ugibali, zakaj je v času od velikega poka dalje toliko antimaterije izginilo.
S teleskopom Jamesa Webba bo mogoče ne samo zaznavati nove planete, ampak bo lahko tudi ugotovil, ali bi na njih lahko obstajalo življenje.
A to se lahko bistveno spremeni v naslednjih desetletjih, napovedujejo fiziki, saj bodo tedaj v igro vstopili kar trije novi trkalniki. Glavni med njimi bo Bodoči krožni trkalnik, Future Circular Collider (FCC). Ta bo deloval v 100 kilometrov dolgem tunelu, ki bo obkrožal Ženevo in ki bo uporabil sedanji 27 kilometrov dolgi tunel Velikega hadronskega trkalnika le kot stranski drsnik. Namesto protonov bodo v tem trkalniku trkali elektrone in njihove antidelce, pozitrone, in to pri precej večjih hitrostih, kot jih je bilo mogoče doseči v LHC.
V nasprotju s protoni so elektroni in pozitroni nedeljivi, zato bodo fiziki točno vedeli, kakšni delci se bodo trkali. Raziskovalci bodo lahko tudi spreminjali energijo, pri kateri bodo potekali ti trki – zato da bodo lahko producirali specifične delce antimaterije in s precej večjo natančnostjo merili njihove lastnosti, zlasti način njihovega razpadanja.
Je izginotje antimaterije povezano s temno snovjo?
Te raziskave bi lahko razkrile povsem novo vrsto fizike, napovedujejo številni raziskovalci. Ena od možnosti je, da bi izginotje antimaterije lahko bilo povezano z obstojem temne snovi – do zdaj neopaznih delcev, ki sestavljajo ogromnih 85 odstotkov mase v vesolju. Odsotnost antimaterije in razširjenost temne snovi sta verjetno posledici razmer v času velikega poka, zato bodo ti poskusi segali v sam izvor našega obstoja.
Ta trenutek je nemogoče napovedati, kako bodo razkritja, do katerih bodo privedli eksperimenti v novih trkalnikih, spremenila naše življenje. Toda nazadnje, ko smo z eksperimenti v trkalniku ustvarili močno povečavo za pogled na vse, kar obstaja, smo odkrili subatomske delce in svet kvantne mehanike. Oboje je sprožilo revolucijo v računalništvu, medicini in proizvodnji energije.
Še vedno sami in edini?
Kljub velikemu vplivu odkritij v zadnjih desetletjih na naše življenje pa še vedno nimamo odgovorov na številna vprašanja, ki že od nekdaj vznemirjajo znanstvenike, pa tudi laike. Ne nazadnje še vedno nimamo odgovora na pradavno vprašanje, ali smo sami v vesolju. Kljub nedavnemu odkritju tekoče vode na Marsu še ni dokazov o življenju mikrobov na tem našem najbližjem planetarnem sosedu. In tudi če bi na Marsu odkrili dokaze o življenju, bi bilo to v krutih razmerah njegovega okolja kvečjemu zelo zelo primitivno.
Iskanje življenja na planetih v drugih sistemih zvezd prav tako še ni obrodilo sadov. Toda prihajajoči Vesoljski teleskop Jamesa Webba, ki naj bi začel delovati leta 2021, bo po prepričanju astronomov in astrofizikov spremenil način, kako zaznamo eksoplanete, ki bi lahko bili primerni za življenje.
Kandidati za življenje niso le oddaljena medzvezdna območja, ampak so tudi blizu nas, tako rekoč doma, v našem Osončju. Izstopa zlasti Jupitrova luna Europa kot verjetno mesto, kjer se lahko skriva življenje.
V nasprotju s prejšnjimi teleskopi, ki merijo vpliv na manjko svetlobe zvezde, ko gre planet mimo nje na krožnici pred njo, bo teleskop Jamesa Webba z instrumentom, imenovanim koronagraf, blokiral svetlobo zvezde, ki bi vstopila v polje teleskopa. To deluje približno enako, kot ko si z roko zasenčimo oči, da preprečimo, da bi se nam bleščalo. Ta tehnika bo teleskopu omogočila, da bo neposredno opazoval majhne planete, ki bi se praviloma izgubili v bleščanju zvezde, ki jo obkrožajo.
S teleskopom Jamesa Webba bo mogoče ne samo zaznavati nove planete, ampak bo lahko tudi ugotovil, ali bi na njih lahko obstajalo življenje. Ko svetloba zvezde doseže atmosfero planeta, se določene valovne dolžine absorbirajo in puščajo vrzeli v odsevanem spektru. Tako kot črtna koda te vrzeli popisujejo atome in molekule, iz katerih je atmosfera planeta.
Teleskop bo lahko prebral te »črtne kode« in zaznal, ali ima ozračje planeta potrebne razmere za življenje. Že čez 50 let bo po predvidevanju izvedencev realno pričakovati, da bomo že imeli medzvezdne vesoljske odprave, ki bodo odhajale ugotavljat, kaj in kdo lahko živi na nekem medzvezdnem območju.
Jupitrova luna Europa kot možna gostiteljica življenja
Kandidati za življenje pa niso le oddaljena medzvezdna območja, ampak so tudi blizu nas, tako rekoč doma, v našem Osončju. Tu izstopa zlasti Jupitrova luna Europa kot verjetno mesto, kjer se lahko skriva življenje. Kljub izredno nizkim temperaturam (-220 °C) lahko gravitacijske sile z ultramasivnega planeta, okoli katerega luna Europa kroži, dopuščajo vodo pod površino, kjer ne zmrzne. To pa pomeni, da bi lahko bila dom mikrobom in celo vodnemu življenju.
Nova odprava z imenom Europa Clipper, ki se bo začela leta 2025, bo potrdila, ali na tej luni obstaja podzemni ocean. Določila bo tudi primerno pristajalno mesto za naslednjo odpravo. Opazovala in merila bo curke tekoče vode, ki brizgajo z ledene površine planeta, da bi videli, ali obstajajo kakšne organske molekule.
Naj gre za odkrivanje najmanjših gradnikov našega obstoja ali za prodiranje v neizmerno prostranstvo vesolja, ki se odvija že zdaj in bo še bolj intenzivno v prihodnjih letih in desetletjih, bo vesolje še vedno skrivalo številne skrivnosti o svojem delovanju in našem mestu v njem. Vendar pa je po napovedanih odpravah in načrtovanih projektih utemeljeno verjeti, da bodo tisti, ki se danes rojevajo, v zrelih letih videli vesolje bistveno drugače, kot ga vidimo in razumemo danes. In ne le vesolje, ampak tudi svoje mesto v njem. Zato nikar ne recite, da ni več skrivnosti in da ni več kaj odkriti.
Članek je bil objavljen v reviji Gea (februar 2020)
