Foto: Index/Wikimedia/123rf
>> Šestero vrhunskih znanstvenika postaju kolumnisti Indexa
>> Dosad objavljene kolumne: Index LAB
Mjerenje svijeta
Zemlja
Lijep primjer iz doba prve eksplozije znanja je Eratostenovo mjerenje opsega Zemlje. Taj primjer sadrži mnoge važne korake onog postupka kojim danas dolazimo do pouzdanog znanja. Eratosten polazi od pretpostavke da je Zemlja okrugla (u kontekstu znanstvene metode to odgovara postavljanju hipoteze), smišlja način na koji će izmjeriti opseg Zemlje (danas bismo rekli: dizajnira eksperiment), provodi mjerenja, analizira mjerenja (služi se matematikom) te daje konačni rezultat koji je novo i provjerljivo znanje. Vrijednost koju je Eratosten dobio je, pretvorena u suvremenu mjernu jedinicu za udaljenost, otprilike 40 000 km, što je upravo nevjerojatno dobra procjena jer današnja vrijednost za ekvatorijalni opseg koju daje WGS (World Geodetic System) iznosi 40 075,017 km. Eratostenovim se suvremenicima to činilo puno. Smatrali su da Zemlja mora biti manja. Ta će se situacija redovito ponavljati kroz povijest, na svim razinama spoznaje svemira: pojedinci će otkrivati da je svijet puno veći nego što se dotad mislilo, a većina će teško prihvaćati tu spoznaju.
Zemlja jest velika, ali za čovjeka ipak nije prevelika. Brzinom putničkog aviona, s 1 000 km/h, prošli bismo opseg Zemlje za svega 40 sati. Autom koji vozi prosječno 100 km/h, deset sati na dan, duljinu opsega ekvatora prošli bismo za 40 dana. Pješice, s 4 km/h i 10 sati hoda na dan, trebalo bi nam 1 000 dana, dakle malo manje od tri godine. U doba Julesa Verna je Put oko svijeta za 80 dana bila tek znanstvena fantastika. U naše vrijeme spretni jedriličar, uz malo sreće, svijet može oploviti za 60 dana.
Ipak, 2 200 godina nakon Eratostenovog mjerenja opsega Zemlje, postoje ljudi koji – unatoč brojnim mogućnostima da samostalno provjere ideje koje zastupaju – vjeruju da je Zemlja ravna ploča. Moram priznati da sam donedavno smatrao da su ravnozemljaši izmišljotina, nešto kao jednorozi, da u stvarnosti ne postoje. A onda sam ove godine u Zagrebu imao priliku vidjeti dva živa primjerka, oba sa završenim fakultetom, koji gorljivo zastupaju ideju ravne Zemlje. Čovjek prvo ostane bez teksta, a onda shvati da je psihologija zanimljivija od astrofizike.
Sunčev sustav
Većina čitatelja sjeća se, pretpostavljam, da smo u školi učili da se Sunčev sustav sastoji od zvijezde Sunca i osam planeta, što smo recitirali kao pjesmicu: Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Doduše, neki očito nisu shvatili razliku između zvijezde i planeta pa danas, kao autori gimnazijskih udžbenika iz kemije, pišu "planet Sunce". Takvi bi još manje bili u stanju shvatiti zašto je Pluton sada kategoriziran kao patuljasti planet, a ne kao planet.
Poanta priče je da se Sunčev sustav ne sastoji samo od zvijezde Sunca i sedam planeta nego i od ogromnog broja malih tijela: od zrnaca prašine do gromada veličine 1 000 km. Premda se mala tijela mogu naći bilo gdje unutar Sunčevog sustava, većina ih se nalazi na nekim specifičnim mjestima: u asteroidnom pojasu (između Marsa i Jupitera), u Kuiperovom pojasu (iza Neptunove orbite) ili u Oortovom oblaku (ogromnom sfernom području koje se proteže do otprilike polovice udaljenosti najbliže zvijezde i u kojem se, pretpostavljamo, nalaze milijarde kometa).
Čim se maknemo sa Zemlje, udaljenosti postaju astronomske. U svakodnevnom govoru astronomski znači onaj "koji je nevjerojatno velik". U astronomiji je astronomska udaljenost vrlo precizno definirana, astronomska jedinica iznosi 149.597.870.700 metara ili otprilike 150 milijuna kilometara. To je srednja udaljenost Zemlje od Sunca. Hipotetski, spomenuti putnički avion tu bi udaljenost prevalio za 150 000 sati ili 6 250 dana ili otprilike 17 godina neprekidnog leta brzinom od 1 000 km/h. Avionom se naravno ne možemo uputiti izvan atmosfere, čak ni previsoko u atmosferu, no zato možemo svemirskom letjelicom. Primjerice, letjelica Voyager 2, lansirana prije 40 godina, danas je od Sunca udaljena otprilike 100 astronomskih jedinica i giba se brzinom od oko 15 km/s, što odgovara brzini od 54 000 km/h. Ako za granicu Sunčevog sustava uzmemo najdalja tijela koja su gravitacijski vezana za Sunce, otprilike vanjski rub Oortovog oblaka – okruglo 100 000 astronomskih jedinica – onda će Voyager 2 Sunčev sustav napustiti za nekih 30 tisuća godina.
Mliječni put
Dakle, da bismo došli s jednog na drugi kraj Sunčevog sustava, ili od Sunca do najbliže zvijezde, morali bismo neprekidno "voziti" brzinom od 100 000 km/h punih 30 000 godina. Velik je Sunčev sustav. Jako velik s obzirom na Zemlju. S druge strane, on je potpuno sićušan s obzirom na skup zvijezda koji nazivamo galaksijom. Galaksija u kojoj se sami nalazimo, Mliječni put, ima oko 250 milijardi zvijezda. Naše Sunce je tek jedna od 250 milijardi zvijezda. Zamislite tri velika kamiona, svaki od njih s 10 kubičnih metara pijeska. Sav taj pijesak ukupno ima otprilike 250 milijardi zrnaca pijeska. Jedno od tih zrnaca je Sunce, a ostala zrnca su druge zvijezde naše galaksije.
Zvijezde u Mliječnom putu prostorno su raspoređene u jedan disk koji je deblji u središtu nego na rubovima. To možemo grubo vizualizirati s dva tanjura za juhu spojena rubovima. Kao što su kilometri neprimjerene jedinice za udaljenosti unutar Sunčevog sustava, tako su i astronomske jedinice neprimjerene za izražavanje veličine galaksije. Prikladnija jedinica je svjetlosna godina – udaljenost koju svjetlost (brzine 300 000 km/s) prođe za godinu dana. Primjerice, Zemlja je od Sunca udaljena oko osam svjetlosnih minuta, a Oortov oblak ima promjer od oko tri svjetlosne godine.
Promjer Mliječnog puta je otprilike 150 000 svjetlosnih godina, što je 50 tisuća puta veće od Oortovog oblaka. Kad bi Oortov oblak, odnosno Sunčev sustav, bio veličine zrnca pijeska, onda bi Mliječni put bio veličine pulske Arene. Velik je Mliječni put. Ogroman. Ali samo u odnosu na Sunčev sustav. U odnosu na opazivi svemir je potpuno sićušan. Zapravo zanemariv.
Opazivi svemir
Broj galaksija u opazivom svemiru procjenjuje se na dva bilijuna. To je dvije tisuće milijardi. Ako taj broj pomnožimo sa 100 milijardi, prosječnim brojem zvijezda u jednoj galaksiji, i to usporedimo s brojem svih zrnaca pijeska svih pustinja i pješčanih plaža na Zemlji, onda ispada da zvijezda u svemiru ima više nego svih zrnaca pijeska na Zemlji.
Galaksije su vezane u skupove, a skupovi u superskupove, i cijela ta kozmička struktura opazivog svemira velika je oko 90 milijardi svjetlosnih godina. Ako cijelu našu galaksiju, Mliječni put, smanjimo na veličinu zrnca pijeska (otprilike 1 mm), onda je veličina opazivog svemira poput tri Eiffelova tornja posložena jedan na drugoga (otprilike 1 km). Kad s vrha te kule Eiffelovih tornjeva pogledate prema podnožju, ono zrnce koje ne vidite ni s dalekozorom, e, to je naš Mliječni put, zanemariva mrvica u opazivom svemiru.
Nevidljivi Svemir
Kao što se može naslutiti, to još nije kraj priče. Opazivi svemir tek je dio svemira, onaj dio koji je sa Zemlje opaziv sada. Naime, zbog konačne brzine svjetlosti i konačne starosti svemira, postoje dijelovi svemira iz kojih svjetlost nije imala vremena doći do nas. S obzirom na širenje svemira, veličina opazivog svemira nije stalna. Ona s vremenom raste.
O svemiru izvan opazivog svemira ne znamo puno. S obzirom na sva dostupna opažanja, svemir izvan opazivog mora biti veći. Ali ne znamo koliko veći. Možda samo nekoliko stotina puta veći, a možda i puno, puno više od toga. Ne zna se je li svemir uopće konačan. Možda je i beskonačan.
Uglavnom, ništa nije veće od svemira. Osim možda ljudske umišljenosti. Evo primjera. U katekizmu, knjizi objašnjenja osnovnih istina kršćanske vjere, u točki 966 za Djevicu Mariju piše: "...ispunivši tijek zemaljskog života, bila je s dušom i tijelom uznesena u nebesku slavu, i od Gospodina uzvišena kao kraljica svemira...". Kraljica svemira. Ne znam je li opazivog ili cijelog. Valjda cijelog.
To na što sam ja potrošio četiri kartice teksta Einstein je sažeo u jednu rečenicu: "Only two things are infinite, the universe and human stupidity, and I'm not sure about the former." Samo su dvije stvari beskonačne: svemir i ljudska glupost. Za prvu nisam siguran.
*Stavovi izneseni u kolumnama i komentarima osobni su stavovi autora i ne odražavaju nužno stav redakcije portala Index.hr. Navedeni stavovi ne odražavaju ni stav bilo koje ustanove, subjekta ili objekta s kojima je povezan autor.
**Fizičar Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Radio je na FER-u i IRB-u u Zagrebu. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodne kolaboracije MAGIC, čiji su Čerenkovljevi teleskopi smješteni na kanarskom otoku La Palmi, i međunarodne kolaboracije CTA, čiji se teleskopi tek grade na La Palmi i Paranalu. Glavni je urednik časopisa Priroda te voditelj ciklusa znanstveno-popularizacijskih predavanja "Priroda uživo" HPD-a. Autor je više srednjoškolskih udžbenika iz fizike te knjiga ''Protiv nadnaravnoga'' (Kruzak, 2016.) i ''Ažurirani svemir'' (In.Tri, 2017.)
Želite li momentalno primiti obavijest o svakoj objavljenoj kolumni naših vrhunskih znanstvenika, instalirajte Index.me aplikaciju i pretplatite se besplatno na tag: Index Lab.
Index.me aplikaciju za android besplatno možete preuzeti na ovom linku, dok iPhone aplikaciju možete preuzeti ovdje.