Prostor možda zamišljate kao crno prostranstvo između zvezda koje vidite kada u hladnoj zimskoj noći podignete pogled prema nebu. Ili, možda vidite prazninu između Zemlje i Meseca kroz koju jezde kosmičke letelice zamotane u zlatnu foliju, okićene zvezdicama i prugama, a kojima na putu veličanstvene usamljenosti upravljaju na ćelavo ošišani istraživači s imenima kakvo je Baz. Vreme može biti otkucaj sata koji nosite na ruci ili opadanje lišća sa stabala kada se zbog okretanja Zemlje oko Sunca severna polulopta pomeri prema senci po petmilijarditi put. Svi imamo intuitivan osećaj za prostor i vreme. Oni su utkani u suštinu našeg postojanja. Dok vreme teče, mi se pomeramo kroz prostor na površini našeg plavog sveta.
Poslednjih godina 19. veka, niz naučnih otkrića u naizgled nepovezanim poljima primoravao je fizičare da preispitaju ta jednostavna i intuitivna viđenja prostora i vremena. Početkom 20. veka, Herman Minkovski, kolega i tutor Alberta Ajnštajna, počeo je da piše svoje sada već poznato posmrtno slovo za drevnu arenu unutar koje se kreću planete i odigravaju zanimljiva putovanja: „Od tada su sâm prostor i samo vreme iščezli u senke i postoji samo neka vrsta njihove mešavine.“
Na šta je mislio Minkovski kad je pisao o mešavini prostora i vremena? Razumeti ovu izjavu, koja zvuči gotovo mistično, znači razumeti Ajnštajnovu specijalnu teoriju relativnosti, teoriju koja je svetu donela najslavniju od svih jednačina, E = mc2, i u središte našeg poimanja tkanja kosmosa postavila veličinu koja se obeležava simbolom c – brzinu svetlosti.
Ajnštajnova specijalna teorija relativnosti u suštini je opis prostora i vremena. Najvažnija tačka u njoj je pojam jedne posebne brzine od koje se ništa u kosmosu, ma kako snažno bilo, ne kreće brže. To je brzina svetlosti – 299.792.458 metara u sekundi u vakuumu. Krećući se tom brzinom, blesak svetlosti odaslan sa Zemlje za osam minuta proći će pored Sunca, za 100.000 godina prešao bi preko Mlečnog puta, a za dva miliona godina stigao bi do Andromede, našeg najbližeg galaktičkog suseda. Najveći teleskopi na Zemlji večeras će se okrenuti ka tmini prostora i hvatati drevno svetlo s udaljenih, odavno ugašenih sunaca na obodu vidljivog kosmosa. Ta svetlost započela je svoje putovanje pre više od deset milijardi godina, nekoliko milijardi pre nego što se Zemlja formirala iz oblaka međuzvezdane prašine koji se zgušnjavao. Brzina svetlosti je ogromna, ali je i dalje mnogo manja od beskonačne. Kada se suoči s golemim udaljenostima između zvezda i galaksija, njena vrednost je frustrirajuće mala. Dovoljno je mala da minijaturne objekte možemo ubrzati gotovo do brzine bliske svetlosnoj pomoću uređaja kao što je Veliki hadronski sudarač, obima 27 kilometara, koji se nalazi u Evropskom centru za fiziku čestica (CERN ) blizu Ženeve.
Postojanje posebne brzine, najveće brzine u kosmosu, čudan je koncept. Kao što ćemo videti u knjizi, povezivanje te posebne brzine s brzinom svetlosti svojevrsna je zabluda. Ta brzina ima mnogo važniju ulogu u Ajnštajnovom kosmosu i postoji dobar razlog zašto svetlost putuje brzinom kojom putuje. Kasnije ćemo se vratiti na tu temu.
Za sada je dovoljno reći da s objektima koji se približavaju toj brzini počinju da se događaju čudne stvari. Kako je moguće sprečiti objekat da prekorači tu brzinu? To je kao kada bi postojao univerzalan zakon fizike koji bi sprečavao vaš automobil da se kreće brže od 100 km/h, bez obzira na to koliko mu je snažan motor. Za razliku od zakona o ograničenju brzine kretanja automobila, ovom zakonu nije potrebna nikakva nebeska saobraćajna policija. Samo tkanje prostora i vremena takvo je da je apsolutno nemoguće prekršiti taj zakon. To se pokazalo kao vrlo srećna okolnost, jer bi u suprotnom došlo do neprijatnih posledica. Videćemo u daljem izlaganju da bi, kada bi bilo moguće prekoračiti brzinu svetlosti, mogao da se konstruiše vremeplov koji bi nas prenosio u bilo koji trenutak u prošlosti. Mogli bismo da zamislimo kako smo kroz vreme otputovali u trenutak pre nego što smo rođeni i, namerno ili slučajno, sprečili svoje roditelje da se upoznaju.
To je odličan materijal za naučnu fantastiku, ali nije način na koji se gradi kosmos. Ajnštajn je stvarno pokazao da kosmos nije tako izgrađen. Prostor i vreme pažljivo su prepleteni ne bi li sprečili pojavu takvih paradoksa. Međutim, postoji cena koju treba da platimo: na nama je da odbacimo svoje duboko ukorenjeno shvatanje prostora i vremena. U Ajnštajnovom kosmosu časovnici koji se kreću kucaju sporije, objekti u pokretu se skraćuju i možemo da putujemo milijardama godina u budućnost. To je kosmos u kojem se ljudski život može produžiti gotovo beskonačno. Mogli bismo da gledamo kako Sunce gasne, okeani na Zemlji nestaju u pari, a ceo Sunčev sistem zahvata tama. Mogli bismo da posmatramo nastajanje zvezda iz vrtložnih oblaka prašine, formiranje planeta, možda i rađanje života na novim svetovima koji još nisu nastali. Ajnštajnov kosmos dozvoljava nam da putujemo u budućnost koliko god želimo daleko, ali ujedno drži čvrsto zatvorena vrata prošlosti.
Na kraju knjige videćemo kako je Ajnštajn sklopio tu fantastičnu sliku kosmosa i kako se u mnogim naučnim eksperimentima i tehnološkim primenama pokazalo da je ona tačna. Sistem satelitske navigacije u automobilu je, na primer, projektovan da uzme u obzir činjenicu kako sat sporije otkucava na satelitu koji se kreće u orbiti nego na Zemlji. Ajnštajnova slika je radikalna: prostor i vreme nisu onakvi kakvim ih mi vidimo.
U svojim spoznajama sve više napredujemo. Da bismo razumeli i mogli da cenimo Ajnštajnovo radikalno otkriće, prvo moramo pažljivo da razmislimo o dva koncepta koji leže u srcu teorije relativnosti – prostoru i vremenu.
Zamislite da čitate knjigu dok se vozite avionom. U 12:00 ste pogledali na sat, odlučili da zatvorite knjigu i odšetate niz prolaz do prijatelja koji sedi deset redova dalje. U 12:15 vraćate se do svog sedišta i ponovo uzimate knjigu. Zdrav razum govori vam da ste se vratili na isto mesto. Morali ste da prođete istih deset redova sedišta kako biste se vratili na svoje mesto i kada ste seli zatekli ste knjigu upravo tamo gde ste je i ostavili. Sada razmislite malo dublje o konceptu „istog mesta“. Možda vam se čini da cepidlačimo jer je očigledno na šta mislimo kada opisujemo mesto. Možemo pozvati prijatelja i dogovoriti se da se sastanemo u baru koji se neće pomeriti do trenutka kada obojica stignemo tamo. Gotovo je sigurno da će biti na istom mestu na kojem je bio kad smo ga sinoć napustili.
Za mnoge stvari u ovom uvodnom poglavlju mislićete da su preterano detaljne, ali neka bude tako. Pažljivo razmišljanje o ovim naizgled očiglednim konceptima vodiće nas putevima Aristotela, Galileja, Njutna i Ajnštajna. Kako onda možemo precizno da definišemo na šta mislimo kada kažemo „isto mesto“? Već znamo kako to možemo da uradimo na površini Zemlje. Na površini globusa iscrtana je mreža linija geografske širine i dužine. Svako mesto može da se opiše pomoću dva broja koji označavaju položaj na mreži. Na primer, grad Mančester u Velikoj Britaniji smešten je 53 stepena I 30 minuta severno te 2 stepena i 15 minuta zapadno. Ta dva broja tačno će nam reći gde da nađemo Mančester, pod uslovom da se svi slažemo u pogledu položaja ekvatora i nultog meridijana. Analogno tome, jedan od načina da lociramo ma koju tačku u prostoru, bilo da se nalazi na površini Zemlje ili negde drugde, bio bi da iscrtamo veliku trodimenzionalnu mrežu koja se prostire od površine Zemlje naviše. U stvari, mreža bi mogla da se prostire i nadole, kroz središte Zemlje i na drugu stranu. Tada bismo mogli da opišemo položaj bilo koje tačke u odnosu na mrežu, bez obzira na to jesmo li u vazduhu, na površini ili ispod površine. I ne bismo morali da se ograničimo samo na Zemlju. Mreža bi mogla da se prostire dalje u kosmos, iza Meseca, Jupitera, Neptuna i Plutona, dalje i od Mlečnog puta, do najdaljih kosmičkih kutaka. Nakon što smo napravili tu divovsku, a možda i beskonačno veliku mrežu, možemo da odredimo položaj svih objekata što je, da parafraziramo Vudija Alena, vrlo korisno ako ste tip osobe koja uvek zaboravlja gde je nešto ostavila. Naša mreža, dakle, definiše arenu u koju je smešteno sve što postoji. To je divovska kutija u kojoj se nalaze svi postojeći objekti u kosmosu. Možda ćemo čak doći u iskušenje da tu arenu nazovemo „prostor“.
Vratimo se na pitanje šta se podrazumeva pod „istim mestom“ i na primer iz aviona. Pretpostavite da ste u 12:00 i u 12:15 bili na istom mestu u prostoru. Sada zamislite kako bi taj sled događaja izgledao osobi koja sedi na Zemlji i posmatra avion. Ako avion leti iznad njene glave brzinom od 965 kilometara na sat, za petnaest minuta prevalio bi udaljenost od približno 240 kilometara. Drugim rečima, u 12:00 i 12:15 nalazili biste se u dve različite tačke u prostoru.
Ko je u pravu? Ko se kretao a ko je mirovao?
Ako ne možete tačno da odgovorite na ovo naizgled jednostavno pitanje, onda ste u dobrom društvu. Aristotel, jedan od najvećih umova Staroga sveta, potpuno bi pogrešio. On bi nesumnjivo odgovorio da ste se kretali vi, putnik u avionu, zato što je mislio kako Zemlja apsolutno miruje u središtu kosmosa. Sunce, Mesec, planete i zvezde okreću se oko Zemlje pričvršćene na pedeset i pet koncentričnih kristalnih sfera, složenih jedna u drugu kao ruske matrjoške. On je, dakle, s nama delio intuitivno prihvatljiv koncept prostora: to je kutija, ili arena, u kojoj su smešteni Zemlja i sfere.
Brajan Koks i Džef Foršo
Preveo: Aleksandar Dragosavljević