Astronautika: misije

U naše vreme vesti iz nauke gotovo uvek pominju timove naučnika ili moćne, često međunarodne projekte, kompjutere, teleskope, ubrzivače koji koštaju milijarde nečeg i na kojima rade stotine ili hiljade naučnika i inženjera. To je sve tačno i značajno, ali dobro je setiti se da i u naše vreme postoje fizičari koji, kao u stara vremena, dođu do značajnih otkrića „vrhom pera.“  

Mikroskopski procesi u prirodi odigravaju se po zakonima verovatnoće koje određuju osnovne sile. Jedan od bizarnijih takvih slučajeva su takozvane „kvantne fluktuacije vakuuma,“ kao što je spontana pojava para čestice i anti-čestice koje se za kratko vreme poništavaju i nestaju. Takve čestice nije moguće posmatrati ili meriti, pa ih fizičari zovu „virtuelnim.“ Ali sav proces u celini može da ima merljivi efekat na „realne“ čestice koje posmatramo i merimo, odakle znamo za njegovo postojanje.

U laboratorijskim uslovima, kada se kvantne fluktuacije događaju preko elektromagnetne sile, njihov efekat je mali, na trećoj ili šestoj decimali i zahteva precizna merenja. Teorijski moguće kvantne fluktuacije uz učešće gravitacije daleko su ispod nivoa laboratorijskih merenja jer na mikroskopskom nivou gravitacija je daleko najslabija sila.

Ali u ranom svemiru, kada su sadašnja rastojanja bila mnogo manja, gustina materije i krivina prostora bili su ogromni. Zato su još pre pola veka neki fizičari špekulisali da su u toj situaciji kvantne fluktuacije imale značajnu ulogu.   

Sledeći tu liniju razvoja, krajem sedamdesetih, Aleks Starobinski je došao do fascinantnog kosmološkog rešenja. Po tom scenariju kvantne fluktuacije u ranom svemiru bez materije efektivno obrću znak sile gravitacije od privlačne u odbojnu  i dovode do ubrzanog širenja svemira. Sa širenjem opada krivina prostora pa time i efekat kvantnih fluktuacija. Dalja promena krivine sa vremenom dovodi do rađanja realnih čestica i zagrevanja svemira koji postepeno postaje onakvim kako ga znamo i vidimo. Ovaj  kosmološki scenario je poznat kao Starobinski model.

Kako se to ponekad dogodi, u otprilike isto vreme do sličnog otkrića došli su i drugi fizičari.  Sledeći ideje bazirane na indikaciji da su se u ranom svemiru tri poznate fundamentalne sile ponašale kao jedna, Alan Gut je otkrio mogućnost prolazne faze ubrzanog širenja, ovog puta prouzrokovane kondenzacijom čestica sličnih takozvanoj Higsovoj čestici i ukazao kako ta faza može da objasni važna globalna svojstva sadašnjeg svemira koja su do tada bila zagonetna. Gut je taj rani period ubrzanog širenja, možda pomalo nesretno, nazvao kosmološkom inflacijom.  

Drugi fizičari, naročito Andrej Linde, razradili su i poboljšali scenario inflacije, koji je tako postao osnovni elemenat savremene kosmologije. U tom kontekstu i Starobinski model je takođe inflacioni model samo sa drugačijim uzrokom ubrzanog širenja.

Treba naglasiti da je i pored sve svoje popularnosti inflaciona kosmologija i dalje hipoteza a ne potvrđena teorija. Posmatranja su do sada uspešno testirala potrebne uslove za realnost inflacije ali još uvek ne i dovoljne uslove. Privlačnost inflacionog scenarija je u tome što objašnjava tako mnogo, od mogućeg izbegavanja takozvanog kosmološkog singulariteta kao početka širenja svemira, pa do detalja koji su dostupni posmatračima, kao što je formiranje galaksija i jata galaksija.

I tu je došlo do interesantnog razvoja. Najdalji objekti koje možemo da posmatramo toliko su daleko, svetlost sa njih je putovala do nas tako dugo, da ih vidimo u dobu kada su rastojanja u svemiru bila oko hiljadu puta manja nego sada. U toj fazi još nisu postojale ni zvezde ni galaksije, već samo oblaci vrele plazme koje vidimo na ovoj slici.

Intenzitet crvene boje ukazuje koliko je temperatura tog oblaka malo iznad srednje vrednosti temperature po svom nebu, a intenzitet plave boje koliko je ona ispod te srednje vrednosti. Inflaciona faza prethodi fazi toplog svemira pa svaki inflacioni model predskazuje karakterističnu povezanost između temperature i veličine tih oblaka.

Kada je preciznost satelitskih opservatorija od COBE do Wilkinson i Plank porasla sa četvrtog do šestog decimalnog mesta, postalo je moguće uočiti razlike između predviđanja raznih inflacionih modela. Dobar broj modela je time odbačen. Među manjim brojem onih koji na ovom nivou i dalje zadovoljavaju posmatranja pažnju je naročito privukao Starobinski model!

Konačan odgovor može da pruži sledeća serija merenja, ovog puta sa Antartika i visokih, suvih platoa čileanskih Anda. Tehnologija je dovoljno napredovala da to dozvoli. A definitivan odgovor postaje moguć tek ako jednog budemo u stanju da direktno registrujemo gravitacione talase stvorene u toku inflacione faze. (Oni bi trebalo da su sada svuda oko nas, ali sa jačinom koja je daleko ispod praga osetljivosti postojećih detektora.)

Nažalost, Aleks Starobinski neće videti taj ishod. Preminuo 21. decembra 2023, u svojoj 76. godini, nezvanično, usled komplikacija izazvanih ranijom infekcijom Covid-19. (Godinu dana ranije, od istog uzroka preminuo je i Valeri Rubakov, još jedan brilijantan teorijski fizičar. Ruski kosmolozi su tako ostali bez svoje dve najveće zvezde.)

Starobinski je doživeo da u toku svog veka vidi rast interesa za njegova istraživanja, od šačice teoretičara do sada bilionskih projekata za testiranje inflacione kosmologije. Mnogo teorijskih pitanja je i dalje nejasno. Na primer, veza inflacione kosmologije sa fundamentalnom fizikom, što je s jedne strane teorija struna a sa druge sadašnji Standardni model za opis elementarnih čestica i fundamentalnih interakcija. I dalje su nejasni detalji oko početka inflacije u odnosu na početak širenja svemira. Dobro svestan tih otvorenih pitanja Starobinski je uvek insistirao na istraživanju onoga što je merljivo, što omogućava test scenarija.

Aleksej Aleksandrovič STAROBINSKI rođen je u Moskvi, 19. aprila 1948. Završio je studije fizike na Moskovskom državnom univerzitetu. Još kao student počeo je da sarađuje sa akademikom Jakovom Zeljdovičem, jednim od tvoraca prve sovjetske atomske i hidrogenske bombe, koji je potom šezdesetih i sedamdesetih sa svojim saradnicima dao ogroman doprinos relativističkoj astrofizici i kosmologiji. Starobinski je doktorirao u oblasti istraživanja kvantnih procesa oko rotirajućih crnih rupa. Njegov rad sa Zeljdovičem na tu temu bio je jedan od direktnih podsticaja za Hokingovo otkriće isparavanja crnih rupa.  

Starobinski je proveo svoj radni vek u elitnom Landau Institutu za teorijsku fiziku. Kako je sa humorom objasnio u jednom intervjuu, njegove kolege iz Instituta su gunđale da se suviše oslanja na intuitivne metode Zeljdoviča dok su saradnici njegovog mentora protestvovali da se suviše oslanja na formalniju teorijsku fiziku karakterističnu za Landau institut. Aleks je možda našao zlatnu sredinu?

Kako je raslo razumevanje potencijala inflacione kosmologije, Starobinski je dobio gotovo sva međunarodna priznanja koja, za razliku od Nobelove nagrade, ne zahtevaju postojeću eksperimentalnu potvrdu.

 Između ostalog, Starobinski i Slava Muhanov, koji je uz preminulog Genadija Čibizova obavio pionirske račune kvantnih fluktuacija u modelu Starobinskog, podelili su tri nagrade: 2009. nagradu Tomala Fondacije za istraživanja gravitacije iz Švajcarske, 2013. nagradu za kosmologiju Gruberove fondacije, i 2019, uz Rašida Sjunjajeva, Dirakovu medalju Internacionalnog centra za teorijsku fiziku u Trstu.

2014- godine, Gut, Linde i Starobinski dobili su prestižnu  Kavli nagradu Norveške Akademije nauka. Sam Starobinski je bio izabran u Rusku, Američku i Nemačku akademiju nauka.

Februara 2022 pokazao je još jednom privrženost svojoj zemlji kao jedan od potpisnika „Otvorenog pisma ruskih naučnika i naučnih novinara protiv rata u Ukrajini.“

Uz sve to, Starobinski nikada nije stao. I pored svojih pionirskih istraživanja nastavio je na daljem detaljnijem izučavanju inflacionih modela, uključujući i zanimljivu mogućnost da je ubrzano širenje možda povezano i sa fizikom Higsovog polja, što bi približilo ovaj fascinantni scenario već sada dostupna eksperimentima. Baziran u Moskvi, putovao je često na kraće vreme po celom svetu radi neophodne razmene informacija ili saradnje sa mlađim fizičarima, naročito u Francuskoj i Japanu. 2018. godine održao je počasno predavanje na međunarodnom skupu u Nišu. Njegovi poslednji radovi pojavili su se polovinom 2023.

Poštovan od svih, bio je i ostao legenda u teorijskoj fizici i kosmologiji.