Zamisli ovo: baciš lopticu, i ona padne na zemlju. A znaš li zbog čega se to dešava? Zbog gravitacije. Upališ fen i toplota se prenosi – to je zakon termodinamike. Sve izgleda prilično logično. 

Ali šta ako ti kažemo da postoje mjesta u svemiru gdje ti zakoni fizike jednostavno ne važe?

Ne brini, ne radi se o magiji ili grešci u matrici. U pitanju su ekstremna stanja, granice svemira i mikroskopski svjetovi, koji su toliko neobični, da klasična fizika više ne može da ih objasni. U prevodu: tu bi i Njutn rekao “ja ovdje izlazim iz učionice”.

U ovom tekstu putujemo kroz crne rupe, kvantne fluktuacije, planckovu skalu i kvantni svijet i druge naučne “pukotine”, gdje logika počinje da se savija. 

Da li ste spremni?

Kada fizika gubi kompas: crne rupe

Crne rupe su mjesta gdje je gravitacija toliko jaka da ništa ne može da pobjegne, čak ni svjetlost. Ako nešto padne unutra, više se ne vraća. Problem nastaje kada pokušamo da izračunamo šta se tačno dešava u centru crne rupe.

Tamo vrijednosti postaju beskonačne, a zakoni fizike kakve poznajemo prestaju da funkcionišu. Vrijeme i prostor se savijaju, gravitacija postaje beskonačna, i niko ne zna tačno kako se materija ponaša.

To je kao da pokušaš da podijeliš broj sa nulom – jednostavno ne ide. Zato naučnici vjeruju da nam nedostaje neka veća, dublja teorija. Ona koja bi spojila teoriju relativiteta i kvantnu fiziku u jedno super objašnjenje.

Svijet koji trepće: kvantne fluktuacije

Kvantna fizika zvuči kao neka napredna nauka za super pametne ljude – i jeste. Ali njena osnovna ideja je krajnje zanimljiva: čak i praznina (vakuum) nije potpuno prazna. U njemu neprestano “iskaču” čestice i antičestice, koje nastanu niotkuda i odmah nestanu. Ovo se zove kvantna fluktuacija.

Zvuči kao naučna fantastika, ali zapravo je potvrđeno kroz eksperimente. U tim trenucima, zakoni fizike postaju “neodlučni” – ne znaju da li nešto postoji ili ne postoji. Kao kad pitaš psa da li želi napolje ili unutra – odgovor je “da”.

Zato kažemo da u kvantnom svijetu ne postoji sigurnost, već samo vjerovatnoća. Čestica može biti na dva mjesta u isto vrijeme. Može da prođe kroz zid, u teoriji. Da, znamo. Nevjerovatno!

Granica realnosti: Planckova skala

Postoji granica u fizici, tačka gdje naše teorije više ne funkcionišu. Zove se Planckova skala. Na tim veličinama (mnogo manjim od atoma) vrijeme i prostor više ne funkcionišu kao glatke, neprekidne stvari. Umjesto toga, počinju da se ponašaju kao da su odvojeni u “piksele”.

Zamisli da pokušavaš da gledaš YouTube video u jako lošoj rezoluciji i odjednom sve postaje kockasto i mutno. Tako nekako izgleda univerzum na Planckovoj skali. I tu fizika, onakva kakvu je znamo, jednostavno prestaje da radi. Internet lag na nivou kosmosa.

Teleportacija ili vremenski haos?

Još jedan primjer gdje zakoni fizike dobijaju glavobolju su crvotočine – teorijski tuneli kroz prostor-vrijeme koji povezuju udaljene djelove svemira. One su rješenja Ajnštajnove teorije relativiteta, ali ih kvantna fizika ne priznaje baš tako lako.

Ako bi neko mogao da uđe u crvotočinu i izađe s druge strane, da li bi to značilo da možeš da putuješ kroz vrijeme? Ili da šalješ poruke u prošlost? Teorija kaže da je moguće, ali praktična fizika još nije rekla svoju posljednju riječ.

Ova ideja otvara mnoga pitanja, ne samo o fizici, već i o uzroku i posljedici. Ako zakoni ne mogu da objasne šta se desi kad pošalješ čestitku u prošlost, možda je vrijeme za novu fiziku. Ili barem za novi kalendar.

Tamna materija: Najveća zagonetka univerzuma

Većina svemira je napravljena od nečega što ne možemo da vidimo ni teleskopom, ni eksperimentima. To su tamna materija i tamna energija. Zajedno čine oko 95% svega što postoji, a mi znamo gotovo ništa o njima.

Znamo da tamna materija drži galaksije na okupu, a tamna energija ubrzava širenje svemira. Ali kako tačno funkcionišu? I da li poštuju iste zakone fizike kao obična materija? Možda ne.

Za sada, tamna materija je kao nevidljiva sila koja se ponaša savršeno fizički, ali ne znamo od čega je sastavljena. Neki naučnici smatraju da je čine WIMP-ovi (slabo interagujuće masivne čestice), dok drugi istražuju mogućnost postojanja aksiona – čestica koje se još nikad nisu direktno detektovale.

Tamna energija čini čak oko 68% ukupne energije svemira, ali do danas niko nije uspio  precizno da je definiše. Neki misle da je to svojstvo samog prostora, dok drugi vjeruju da je riječ o nekoj vrsti kvantne energije koja prožima sve.

Kao da u svemiru postoji “level” koji još nismo otključali, ali naravno, treba ti cheat code, i vrlo strpljiv tim naučnika s jakim teleskopima i mnogo kafe.

Eksperimenti na ivici nemogućeg

Neki će reći: “Super, sve je to zanimljivo, ali kako uopšte da testiraš nešto što ne možeš ni da vidiš?” E pa, naučnici su smislili prilično kreativne načine da se uhvate u koštac sa ovim čudnim pojavama.

Na primjer, u Fermilabu u SAD-u razvijen je Holometar (uređaj sličan uglomjeru, koristi se za vrlo precizna mjerenja, bilo na Zemlji ili u svemiru). Ovaj eksperiment koristi laserske interferometre – instrumente koji pomoću zraka svjetlosti mogu da detektuju i najmanje poremećaje u prostoru, poput mikroskopskih “pukotina” ili “piksela” u strukturi prostora.

Takođe, fizičari u laboratorijama prave simulacije kvantne gravitacije sa fluidima – što znači da koriste tečnosti da imitiraju ponašanje ekstremnih pojava poput crnih rupa. Na taj način, mogu da proučavaju efekte kao što je Hokingova radijacija – teorijsko zračenje koje crne rupe ispuštaju, a koje bi u stvarnosti bilo gotovo nemoguće direktno posmatrati.

Sve ovo pokazuje da, iako su neke pojave gotovo nevidljive, nauka i dalje pronalazi načine da ih istraži. Istraživanje granica fizike zahtijeva maštu, strpljenje – i mnogo lasera. I barem jednog naučnika koji ne odustaje, čak ni kad aparat kaže: ERROR 404: UNIVERSE NOT FOUND.

Kada fizika zaćuti, nauka tek počinje

Možda djeluje zastrašujuće što zakoni fizike imaju granice, ali to je zapravo baš uzbudljivo! To znači da nauka nije završena knjiga, već živa priča koja se i dalje piše. Crne rupe i kvantne čestice nisu samo “problem”, već poziv da istražujemo dalje. 

Možda baš neko iz tvoje generacije otkrije neku novu teoriju, koja će spojiti sve ove paradokse u jedno elegantno rješenje. Nauka često napreduje, upravo kad naiđe na ono što ne razumije.

Kada ne možeš da mjeriš – zamišljaj

Nažalost, ne možemo da napravimo crnu rupu u kuhinji (i hvala univerzumu na tome). Ali, možeš da probaš jedan misaoni eksperiment.

Zamisli lopticu koja lebdi iznad stola. Ne dodiruje ga, ali ne pada. Nema konca, nema magnetnog polja, ništa. Samo lebdi. Sad zamisli da možeš da vidiš kroz zid. Da znaš tačno gdje se nalazi svaka čestica u sobi. Da vrijeme uspori kad si blizu radijatora. Sve to, a i još više, dešava se u svemiru kvantne fizike.

Nauka ne zna još sve. I to je najljepši dio.

Ako ti se svidjela ova priča, podijeli je s drugarima ili nastavnicom. Ako imaš neku “nemoguću” naučnu misteriju koju želiš da istražimo, piši nam – jer baš tamo gdje fizika stane, počinje prava avantura.