Koliko je star čas

Da ima čas začetek, si je prav tako težko predstavljati, kot da ga nima. Obe možnosti sta enako nenavadni in sta dolga stoletja mučili najrazličnejše učenjake. Pomemben napredek pri iskanju odgovora na to zapleteno vprašanje se je zgodil pred sto leti, ko so se odprle možnosti, da tudi eksperimentalna znanost odločilno poseže v to zanimivo, a na prvi pogled nerešljivo razpravo o problemu začetka časa.

Prvo veliko odkritje, ki je povsem spremenilo našo predstavo o vesolju, je iz obdobja med obema svetovnima vojnama. Takrat je ameriški astronom Edwin Hubble prvi izmeril, kako daleč od nas so nekatere druge galaksije, prav tako mu je uspelo določiti hitrosti, s katerimi se te galaksije premikajo v smeri proti nam ali stran od nas. Ena najbolj navdušujočih ugotovitev, ki je sledila iz njegovih meritev, je bila, da so lahko znanstveniki dokaj natančno določili tudi starost vesolja oziroma starost samega časa.

Kako daleč so zvezde

Prva velika težava, ki jo je moral rešiti Hubble, je bila, kako sploh izmeriti razdaljo do galaksij. Edina možnost, ki jo je imel na voljo, je bila medsebojna primerjava svetlosti zvezd v galaksijah. Če imamo recimo ponoči v popolni temi prižganih več povsem enakih žarnic, ki so od nas različno oddaljene, lahko iz njihove svetlosti ocenimo, katera nam je bliže in katera dlje od nas. A zvezde na žalost ne svetijo vse enako svetlo. Nekatere svetijo veliko močneje kot druge, tako da jih ne moremo neposredno primerjati med seboj.

Hubble seveda ne bi mogel izmeriti razdalje do galaksij, če mu ne bi priskočilo na pomoč odkritje posebnega tipa zvezd, imenovanih kefeide, ki svojo svetlost periodično spreminjajo v obdobju nekaj dni. Kefeide so kot nekakšni zvezdni svetilniki, ki se prižigajo in ugašajo. Njihova najpomembnejša lastnost je, da je perioda prižiganja in ugašanja odvisna od njihove svetlosti. Če se vrnemo k žarnicam, so te utripajoče zvezde nekaj podobnega, kot da bi ugotovili, da je perioda utripanja posamezne žarnice odvisna od njene moči. Žarnica z močjo 60 vatov bi utripala drugače kot tista z močjo 100 vatov. Ko bi iz utripanja žarnice ugotovili, kako močno žarnico opazujemo, bi iz moči njene svetlobe, ki bi prispela do nas, zelo preprosto izračunali, kako oddaljena je.

Hubblu je s takrat največjim teleskopom na svetu uspelo najti utripajoče zvezde v nekaterih bližnjih galaksijah, tako da jih je lahko neposredno primerjal z enako svetlimi zvezdami v naši galaksiji. Tako je lahko določil, kako daleč so sosednje galaksije od naše. Meritev je bila v tistem času zelo pomembna, saj je končala dolgoletno razpravo o tem, ali je naša galaksija v vesolju edina, ali pa so različne »meglice«, ki so jih na nebu opazili s teleskopi, tudi samostojne galaksije, podobne naši. Hubble je leta 1924 z meritvijo oddaljenosti Andromedine galaksije, v kateri je najprej opazil utripajoče zvezde, jasno pokazal, da je veliko bolj oddaljena kot katerakoli zvezda naša galaksije.

Rdeči premik

Vsakdo med nami je že kdaj slišal avtomobil s sireno, ko je dirjal mimo po cesti. Spomnimo se, da je zvok sirene veliko višji, ko se vozilo približuje, kot kadar se oddaljuje. Najbolj se ta sprememba opazi v trenutku, ko zdrvi vozilo ravno mimo nas. Takrat se zvok naenkrat iz visokega spremeni v nizkega.

Pri zvoku sirene ta sprememba višine zvoka ni nič nenavadnega. Zvok je valovanje zraka, in če se zvočni vir giblje, se zvočni valovi v smeri gibanja zgostijo, saj jih vozilo s svojim gibanjem lovi, kar okoliški ljudje slišijo kot povišan zvok sirene. Po enaki logiki se zvočni valovi za vozilom redčijo, saj jim poskuša vozilo uiti, kar se sliši kot nižji zvok sirene.

Podoben pojav kot pri zvoku gibajoče sirene je zaznati tudi pri zelo hitro gibajočem se viru svetlobe. Običajno belo žarnico, ki bi se zelo hitro oddaljevala od nas, bi videli, kot da je rdeče barve, saj bi se podobno kot pri zvoku sirene zaradi gibanja svetila valovna dolžina svetlobe malo spremenila, kar bi opazili kot spremembo barve. Ker vidimo od nas hitro odmikajočo se belo svetilo rdeče obarvano, so znanstveniki ta pojav poimenovali rdeči premik.

Hubble je idejo rdečega premika uporabil pri opazovanju svetlobe iz oddaljenih galaksij. Ko je primerjal svoje meritve oddaljenosti in hitrosti gibanja galaksij, je presenečen ugotovil, da obstaja med oddaljenostjo galaksij in hitrostjo njihovega gibanja očitna povezava. Bolj ko je galaksija oddaljena, večja je hitrost njenega oddaljevanja.

Izračun za začetek časa

To spoznanje, ki ga danes imenujemo Hubblov zakon, je močno spremenilo našo predstavo o vesolju. Vesolje ni nespremenljivo, ampak se napihuje. V povprečju drvijo galaksije stran druga od druge, kar seveda pomeni, da so bile nekoč bliže skupaj. In ker poznamo hitrost njihovega medsebojnega oddaljevanja, lahko iz tega podatka izračunamo, kdaj so bile vse galaksije povsem skupaj. Ocenimo lahko, kdaj se je napihovanje vesolja začelo, ali drugače rečeno: izračunamo lahko, kako staro je vesolje.

Iz meritev vesolja sledi, da je vesolje staro 13,8 milijarde let. Običajne snovi v obliki atomov, iz katerih so zgrajeni planeti in zvezde, je le za slabih 5 odstotkov vsega vesolja, 27 odstotkov je temne snovi, 68 odstotkov pa skrivnostne temne energije. Kaj natančno sta temna snov in temna energija, ki skupaj sestavljata kar 95 odstotkov vesolja, ne ve nihče.
––––––––
Sašo Dolenc je urednik Kvarkadabre, spletnega časopisa za popularizacijo znanosti.