Mladi kozmolog Petar Pavlović o svojoj teoriji cikličkoga svemira

“A sad, nešto sasvim drugačije,” poznatu frazu iz serijala Monty Pythona, iskoristit ćemo kao prikladan opis i uvod u intervju s Petrom Pavlovićem, mladim hrvatskim fizičarom i kozmologom, koji baš završava svoj doktorski studij na Sveučilištu u Hamburgu.

Izravan povod za intervju objavljen je rad u prestižnom znanstvenom časopisu Physical Review D Američkog fizikalnog društva u kojem su Petar i njegov kolega Marko Sossich, znanstveni novak na zagrebačkom FER-u, prezentirali svoj model cikličkoga svemira. Nasuprot uvriježenom modelu Velikog praska koji opisuje stvaranje i razvoj svemira od trenutka kojem nije prethodilo ništa, odnosno ništa u smislu što taj model može opisati, koncept cikličkoga svemira također sadrži ideju dinamičkoga razvoja svemira, ali dodajući i proces skupljanja uz poznati koncept širenja, tako da se evolucija svemira ponavlja u beskonačnim periodima, odnosno svemir opisan takvim modelom nema svoj početak i kraj, već neprekidni proces stvaranja i uništenja. Cikličan svemir ideja je koja se više puta pojavljivala kroz povijest, čak je u nekim kulturama i sastavni dio pogleda na svijet, no rad Petra i Marka zaslužio je publiciranje kao izvorni znanstveni rad jer takvu ideju postavlja na strogim matematičkim osnovama uzimajući u obzir moderne fizikalne teorije i pri tome poštujući granice utvrđene aktualnim empirijskim saznanjima.

Za razliku od drugih fizikalnih modela i eksperimentalnih rezultata koji se svakodnevno pojavljuju u fizici, ova vijest privukla je iznenađujuće mnogo pozornosti medija i javnosti, pojavljujući se gotovo u svim hrvatskim medijima, pa i u medijima susjednih zemalja. Uzrok takvom velikom interesu možda se može potražiti u prirodnoj znatiželji čovjeka za ovom temom, tj. za svemirom koja postoji od pamtivijeka. I iza ideje zašto smo napravili ovaj intervju ne može se reći da leži drugi razlog.

Par riječi o sugovorniku. Petar je inače djetinjstvo proveo u Karlovcu gdje je završio osnovnu i srednju školu, svoje daljnje školovanje nastavio je na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu u Zagrebu studirajući istraživački smjer fizike. Svoje interese unutar fizike usmjerava na teorijsku fiziku, konkretnije teoriju gravitacije. Dobitnik je rektorove nagrade, a ubrzo nakon završetka diplomskoga studija objavljuje i svoj prvi znanstveni rad na temu crvotočina (kao tuneli u prostorvremenu) u modificiranoj gravitaciji. Dolaskom u Hamburg, na doktorski studij, prije tri godine, njegov znanstveni rad doživljava uzlet pa tako još objavljuje radove na sljedeće teme: crvotočine u ranom svemiru, opis magnetskih polja oko elektroslabog prijelaza ranog svemira, učinke kvantnih efekata na magnetske turbulencije pri visokim temperaturama, te zaključno već spomenuti novi model cikličkoga svemira.

KŽ.INFO: Možda da krenemo s jednim bazičnim pitanjem. Što radi kozmolog?

Pavlović: Mogli bismo reći da se kozmolog bavi naukom koja nastoji shvatiti svemir u njegovoj cjelini, u njegovom razvoju te se približiti njegovoj mogućoj prošlosti i budućnosti. U širem smislu svog značenja, kozmologija je zasigurno najstarija od svih disciplina. S druge pak strane, kao dio suvremene fizike, fizikalna kozmologija, nastoji se približiti navedenim ciljevima koristeći metode matematičkih modela i empirijskih opservacija. Tako gledano, kozmologija je jedna od najmlađih disciplina. Smatram da je u današnjem trenutku od presudne važnosti da se u proučavanju svemira u cjelini uzmu u obzir kako matematičko-empirijski tako i filozofski korijeni kozmologije.

KŽ.INFO: Prije nego krenemo detaljnije na kozmologiju i tvoj rad, možeš li slikovitije, u osnovnim crtama, objasniti čitateljima teoriju na kojoj leži današnja fizikalna kozmologija – Einsteinovu teoriju gravitacije?

Pavlović: Takva pitanja slikovitog i kratkog opisivanja uvijek su naravno i najteža pitanja. Uostalom, prirodno je da se baveći nekim područjem, te saznajući o njemu sve više, osjećamo sve manje samouvjereni i sve oprezniji u vezi fundamenata. Ipak ću pokušati. No prije toga imam potrebu za jednim upozorenjem. Slikovitost je često neprijatelj dubine ideja, kako u teorijskoj fizici, tako i u drugim disciplinama mišljenja. To je tako budući da su naša slikovita predstavljana zasnovana na čulima, konkretnom iskustvu te svakodnevnom razmišljanju. Nasuprot tome ideje teorije gravitacije su apstraktne i premašuju naše svakodnevno iskustvo i na njemu zasnovano razmišljanje.

Prvo zamislimo neka proizvoljna zakrivljena tijela. Uzmimo kuglu, rupu, sedlo, brda i doline ili recimo burek. To su sve zakrivljenosti o kojima razmišljamo da su postavljene u ravni trodimenzionalni prostor, na kojem se odigrava geometrija kakvu smo učili u školi. Da bismo se približili razmišljanju o Einsteinovoj gravitaciji moramo, koristeći apstrakciju, jer to nije moguće zamisliti nikakvom vizualizacijom, misliti o zakrivljenostima koje nisu postavljene u nikakav vanjski prostor, već predstavljaju geometriju za sebe. Ta geometrija je dana u četiri dimenzije od kojih je jedna vrijeme, a ostale tri prostorne dimenzije. Da bi se približili takvom mišljenju možemo se koristiti sljedećom slikom: zamislimo neku od navedenih zakrivljenosti i nekakvu točku koja se može gibati samo po njihovoj površini. U odnosu na tu točku nikakav vanjski prostor ne postoji, a geometrija na kojoj se ona može gibati je zakrivljena, bilo da mislimo konkretno o kugli ili sedlu npr. Sada, koristeći razumsku apstrakciju, zamislimo da se radi o geometriji koja ima četiri dimenzije, a ne samo dvije kao u ranijem primjeru.

Nakon toga, predstavimo si da je površina naše zakrivljenosti savršeno glatka, tako da po njoj navedena točka može klizati bez ikakvoga trenja. Takvo slobodno klizanje po zakrivljenom prostoru vezano je uz ono što tehnički u Einsteinovoj teoriji gravitacije nazivamo geodezicima. Sada si predstavimo kao da je naš četverodimenzionalan prostor kakav smo opisali na početku zapravo ravan, ali budući građen od nekog elastičnog materijala, postaje zakrivljen kada na njega dodajemo razne objekte, opisane njihovom masom – kao što objekt dodan na elastičnu podlogu uzrokuje njezino udubljivanje. U takvom modelu, postojat će jednadžba koja opisuje vezu između stupnja zakrivljenosti i mase – to je Einsteinova jednadžba. Poznavajući Einsteinovu jednadžbu možemo proučavati odnose između različitih prostora i različitih raspodjela masa po kojima se slobodno gibanje tijela odvija kao klizanje točke po zakrivljenostima u našoj ranijoj slici.

KŽ.INFO: Moderni kozmološki modeli izgrađuju se dakle na konceptu ujedinjenja prostorvremena i materije što je provedeno kroz geometriju, a onaj najpoznatiji model je model Velikog praska. O Velikom prasku učimo od osnovnoškolskih dana, a i sveprisutan je u popularnoj kulturi te se smatra svojevrsnom znanstvenom činjenicom. Možeš li ponoviti ukratko što je Veliki prasak?

Pavlović: Mislim da je svoj status Veliki prasak u velikoj mjeri osigurao razlozima koji nisu znanstvene prirode, ali ujedno i jednoj maloj, ali značajnoj pojmovnoj zbrci. Kao suprotnost teoriji nepromjenjivog svemira koja je vladala stoljećima u Zapadnoj civilizaciji, teorija Velikog praska razvijala se na ideji da se svemir mijenja u vremenu, odnosno prolazi kroz vlastitu evoluciju – razvijajući se iz stanja veoma visoke gustoće i temperature. Takvo stanje stvari je potkrijepljeno ogromnim brojem raznih mjerenja i eksperimenata – između ostaloga i one najočitije, a vezane uz opažanje općeg udaljavanja galaksija. Dinamički se svemir dakle mora uzeti u obzir kao veoma čvrsta znanstvena činjenica. Međutim, uglavnom se nekritički prelazi od te empirijski potvrđene ideje na sasvim nedokazane pripovijesti o tome da je svemir morao imati početak, da je počeo iz stanja singularnosti, tj. beskonačne gustoće i zakrivljenosti itd. O tome ne postoje nikakvi dokazi, niti bilo kakva opažanja. O ranom svemiru, prije faze razvezivanja materije od zračenja koja predstavlja svojevrstan neprozirni zastor za naše trenutne mjerne instrumente, nemamo trenutno nikakve direktne evidencije, a da ne govorimo o ovoj pretpostavljenoj točki “početka.”

KŽ.INFO: Što dakle ne valja s tim Velikim praskom?

Pavlović: Einsteintova jednadžba, primijenjena na svemir, upućuje na postojanje singularnosti ako u svemiru nema egzotične materije, odnosno materije različitih svojstava od one koju znamo. Međutim, rezultat neke teorije sasvim je različita stvar od potvrde tog rezultata opažanjima. Ako vam se u teoriji pojavljuju kao njezin rezultat stanja beskonačne gustoće to sasvim sigurno govori da je nešto pošlo krivo i da je vaša teorija nepotpuna. Primjerice, poznato je da električno polje oko nekog naboja pada s kvadratom udaljenosti, a kad se približavamo tom naboju ono neograničeno raste i u samoj točki naboja električno polje postaje neizmjerno. Nitko neće međutim ozbiljno vjerovati da je u toj točki polje zaista fizikalno beskonačno, umjesto toga razumijemo da se radi o neadekvatnosti primijenjene formule da opisuje električnu interakciju na danim udaljenostima.

Slično tome, vjerujem da bi pojavljivanje singularnosti u općoj teoriji relativnosti trebalo shvatiti kao znak da je teorija neadekvatna da opisuje stanja visoke zakrivljenosti i da na tim režimima mora biti zamijenjena općenitijom teorijom. Uostalom, koliko god opća teorija relativnosti bila uspješno potvrđena znamo da ona ne može biti u potpunosti točna budući da u sebi ne uključuje načela kvantne fizike, poznate kao teorije mikrosvijeta. Upravo na visokim zakrivljenostima opću teoriju relativnosti trebalo bi zamijeniti potpunijom kvantnom teorijom gravitacije koja nam je još uvijek nepoznata. Mislim da od kvantne gravitacije treba zahtijevati da ukloni slabosti našeg trenutnog modela, kao što su te singularnosti.

Ideja Velikog praska, kao ideja da je svemir imao početak, ne temelji se na ikakvoj empirijskoj evidenciji, za opravdanje koristi opću teoriju relativnosti u režimu za koji ona vjerojatno nije prikladna, te je filozofski nepotpuna i nedosljedna. Nasuprot dosadašnjem razvoju znanosti, koji je pokazao sposobnost ljudskog mišljenja da spoznaje svemir i njegove principe, prihvaćajući početak u stanju beskonačne gustoće i zakrivljenosti, odustali bismo od cilja potpunog opisa svemira i bili bi prisiljeni prihvatiti neznanje i natprirodne uzroke postanka.

KŽ.INFO: Što onda navodi na koncept cikličkog svemira?

Pavlović: Pretpostavljajući da će se uspješno ostvariti ujedinjenje Einsteinove teorije gravitacije i kvantne fizike, te da će ona riješiti trenutne nedosljednosti opće teorije relativnosti, veoma je prirodno za očekivati da će ranije stanje beskonačne zakrivljenosti zapravo postati još samo jedno od dobro definiranih stanja svemira u novoj teoriji. U tom pogledu, zadržavajući i dalje razvijajući sliku dinamičkog svemira, početna singularnost zamijenjena je odbojem u kojem svemir iz prethodne faze skupljanja prelazi u fazu širenja. Prirodno razvijajući ovu sliku, kako bi obuhvatili svu evoluciju svemira dolazimo do slike svemira koji postoji beskonačno, prolazeći kroz periode skupljanja i širenja – a koje onda prati stvaranja i razbijanja struktura u njemu.

KŽ.INFO: Kako bi objasnio što je zapravo novo u tvom radu ako se koncept cikličkog svemira već pojavio više puta u povijesti?

Pavlović: Način na koji je cikličnost ostvarena, te detalji evolucije tijekom ciklusa. Htjeli smo izbjeći ovisnost o empirijski nepotvrđenim modelima ili postuliranje novih entiteta bez empirijske evidencije – kao što su nova skalarna polja, dodatnih prostornih dimenzija ili fluidi egzotičnih svojstava. Čitava slika na kojoj se temelji Einsteinova gravitacija, kako sam opisao na početku intervjua, je zadržana osim samog kraja. Pretpostavljamo da će sama jednadžba koja daje ovisnost između zakrivljenosti i mase – Einsteinove jednadžba – na visokim zakrivljenostima morati biti modificirani zbog kvantnih efekata. Kako još nitko ne zna kako bi to točno trebalo izgledati, navedeno smo modelirali općim članovima matematičkog razvoja neke općenite funkcije i proučavali nužne uvjete koji vode na ciklička rješenja. Te su popravke na niskim zakrivljenostima zanemarive i teorija se radi toga praktički ne može razlikovati od Einsteinove i standardnog kozmološkog modela. U konačnici čitava slika izgleda ovako: svaki ciklus svemira započinje prelaskom iz faze skupljanja u fazu širenja. Nakon toga slijedi faza širenja koja je zapravo jednaka onoj kakvu predviđa standardni kozmološki model. U kasnijoj fazi razvoja svemira on se počinje širiti ubrzano, te se to ubrzanje povećava sve dok se ne unište sve vezane strukture u svemiru, uključujući sunčeve sustave i atome. Nakon toga faza širenja prelazi u fazu skupljanja koja vodi u početak novog ciklusa svemira. Na taj način prolazeći periodički kroz navedene cikluse svemir postoji oduvijek i zauvijek.

KŽ.INFO: Jedno uobičajeno pitanje za širu publiku. Zašto bi se čovjek bavio promišljanjem o svemiru pored toliko drugih, bližih i opipljivijih tema i zanimacija? Koja je tvoja osnovna motivacija da uopće uđeš u područje teorijske fizike i kozmologije?

Pavlović: Razmišljanje o svemiru predstavlja usmjeravanje misli na beskonačno i apsolutno. To je ujedno najviša djelatnost kojom se čovječanstvo može baviti, sve ostale praktične djelatnosti postoje samo zato da bi omogućile da se čovjek uspješnije pozabavi s velikim misterijem iskona i suštine postojećeg. Budući da je spoznaja prirode u njezinoj sveobuhvatnosti – što je dakle jednako težnji za shvaćanjem svemira – ono što daje temeljnu svrhu i opravdanje svakoj aktivnosti, besmislenoj je pitati za njezinu vlastitu svrhu. U tom smislu ne bih rekao da je kod mene postojala neka partikularna motivacija, jednako kao što ne postoji motivacija zbog koje se zaljubljujemo i volimo.

KŽ.INFO: U kontekstu iznošenja ovakvih ideja u znanstvenoj zajednici i stalnoj težnji za barem nekim formalnim opravdanjem postavlja se pitanje kako se “mjeri” utjecaj nekog rada u znanstvenoj zajednici? Što će tebi biti pokazatelj, odnosno vanjski evaluator, je li tvoj rad prihvaćen ili potiho odbačen od strane znanstvene zajednice?

Pavlović: Pokazatelj uspjeha nekog rada samo je činjenica u kojoj mjeri se on uspio približiti načelima po kojima se zaista odvija život prirode – ili pomogao da se to dogodi u budućnosti, pa iako i sam po sebi bio pogrešan. No to uglavnom ne možemo znati ubrzo nakon završavanja nekog rada, pa neki puta niti za vrijeme našeg života. Svi drugi kriteriji su umjetni i nisu ni od kakvog interesa.

Često se govori da se utjecaj rada mjeri u broju njegovih citata. No to je otprilike slično tome da procjenjujete kvalitetu neke pjesme na temelju njezinog mjesta na ljestvici slušanosti ili kvalitetu neke knjige po broju prodanih primjeraka. Svi znamo u što vodi ta logika. U sličnom smislu, nažalost, često se u znanstvenoj zajednici zbiva pravi lov na citate – gdje se rad piše i reklamira tako samo da dobije što više citata (to onda određuje i područje i problem kojim se bavite – najbolje tamo gdje je odmah na vidiku neki eksperiment ili praktična posljedica i tamo gdje radi najviše ljudi), a na mail vam dolazi deseci molbi znanstvenika da ih citirate, na sličan način na koji vas nekada bombardiraju reklamama i oglasima. Na kraju, broj citata u velikoj mjeri će ovisiti i o slučaju, koliko se ljudi u dano vrijeme bavi sličnim problemom, koliko imate prijatelja i suradnika koji vas mogu citirati i slično. Na primjeru vlastitih članaka najbolje znam da veoma često broj citata nije vezan uz njihovu kvalitetu ili zanimljivost ideja – budući da neki koje smatram slabijima ili manje zanimljivima imaju više citata od onih u koje se uložilo više truda i došlo do zanimljivijih zaključaka.

KŽ.INFO: Osam godina osnovne škole, pa srednja, pa fakultet. Sada i doktorat. Većinu svog dosadašnjeg života proveo si školujući se, pa te to sigurno na neki način kvalificira da nešto kažeš i o procesu obrazovanja. U svjetlu aktualnih diskusija o reformi i važnosti školstva, koja su tvoja viđenja?

Pavlović: Kroz većinu mog života obrazovanje mi je bilo sinonim za patnju koja je zasigurno bila najizraženija u razdoblju srednje škole. Prisiljavanje na svakodnevno obavezno pohađanje nastave, koja uzima najbolji dio dana, onemogućuje provođenje vremena u prirodi i u mladenačkim istraživanjima svijeta, prisiljavanje na usvajanje uglavnom izoliranih činjenica i njihovo reproduciranje, nasilno učenje određenog predmeta za koji čovjek u danom trenutku ne pokazuje interes, poticanje karijerističkoga duha, određivanje uspjeha reduciranim brojevima – ocjenama, indoktrinacija vladajućim idejama, … Teško si mogu predstaviti nešto odbojnije i za ljudski duh više ponižavajuće.

Da bi obrazovanje služilo potrebama širenja znanja i razvoja pojedinca ono bi trebalo biti iz temelja revolucionarizirano, a ne samo reformirano. To bi se trebalo zbiti na sasvim drugim osnovama od onih o kojima se obično priča kada se spominje reforma. Obrazovanje bi se trebalo temeljiti s jedne strane na slobodi, a s druge strane na ideji o univerzalnosti ljudskog mišljenja i jedinstvu svijeta – kao što je svijet jedan, tako je podjela na izdvojene discipline umjetna. Potrebno je ponovno ujediniti humanističke i prirodoslovne discipline. U tom je pogledu neminovno da se putem obrazovanja potiče na razvoj apstraktnoga mišljenja već od najranije dobi, dakle da se znanje učini slobodnim od vanjskih pritisaka praktičnih potreba, a pogotovo interesa tržišta. Često se govori o nužnosti uvođenja informatike u najranije razrede osnovne škole – ja bih rekao da bi bilo daleko važnije od najranije dobi izbjeći da se matematika svodi samo na rješavanje zadataka, te da se potiče slobodno razmišljanje o matematičkim objektima i njihovim odnosima. Također da se u škole od najranije dobi uvedu i filozofija i retorika gdje bi se djecu poticalo na slobodno razmišljanje i raspravljanje o prirodi i društvenim odnosima.

KŽ.INFO: Spominješ ovdje sveobuhvatno obrazovanje, ali zar nije to najčešća kritika gimnazijskih programa da se previše uči o svemu. Što će jednom matematičaru, fizičaru ili programeru humanistička naobrazba i umjetnost? Ili obrnuto, što će jednom umjetniku ili humanistu matematika ili fizika?

Pavlović: Problem gimnazijskoga obrazovanja nije u tome da se uči o svemu već je problem nedostatka povezanosti elemenata svijeta i nepostojanju jedne njihove zajedničke i žive osnove. Rezultati pojedinih disciplina prikazuju se kroz nagomilavanje izoliranih fakata. Koliko se oni brzo uče, toliko se još i brže zaboravljaju. I to bez ikakvoga utjecaja na dubinu razumijevanja i formiranje pogleda na svijet.

Nasuprot tome, cilj bi trebao biti da se, poštujući različitost pristupa koje podrazumijevaju različite znanosti, insistira na njihovoj međusobnoj povezanosti. Primjera bi se moglo dati neizmjerno, no spomenimo neke. Pjesnik i teoretičar umjetnosti Guillaume Apollinaire zajedno s kubistima intuitivno je naslutio da možda naš prostor u kojem živimo zakrivljen, a ne ravan i to nekoliko godina prije Einsteina. Ili da je Brownovo gibanje prvi opisao pjesnik Tit Lukrecije u svom poznatom radu O prirodi. Na sličan način, mnoge od ideja suvremene fizike bila su u različitom opsegu anticipirana od strane ranijih filozofa, od Talesa koji je promišljao o magnetizmu i elektricitetu, preko Heraklita koji je suštinu stvarnosti našao u neprestanoj promjeni, a postojanje svemira shvatio kao cikličko! Zatim Nikola Kuzanski koji slično principu komplementarnosti iz kvantne mehanike reflektira coincidentia oppositorum, odnosno o jedinstvu suprotnosti. Ili recimo u Indiji na primjeru Đaina ili predstavnika filozofije Samkhija koji su mislili o atomističkoj strukturi svijeta i postojanju logičkih sustava mnogo općenitijih od onih danih grčkim atomistima i Aristotelovom logikom. Još jedan primjer je i Hegel koji je dao veoma duboku kritiku matematičkih metoda i posebno rezultata matematike njegovog vremena.

U skladu sa svime time, primjerice znanstvenik koji ne razumije osnove i ograničenja svoje discipline, ne razmišlja o povezanosti pojmova u raznim disciplinama, ne razumije njezin povijesni razvoj, ali i način na koji se društveni odnosi upliću u stanje njegove znanosti, ne može biti u stanju dati značajan doprinos svom području.

Umjetnik ili znanstvenik iz područja humanistike koji ne uzima u obzir rezultate prirodne znanosti ne može shvatiti niti temeljna obilježja prirode, a time niti odnos društva i prirode, a time niti odnos društva i čovjeka samog. Djelovanje u tim područjima trebalo bi polaziti upravo od čovjeka koji se nalazi u središtu njegovog svemira, upravljajući tom mehanikom mikrokozmosa putem složene mreže skrivenih simbola.

KŽ.INFO: Ali što je s čovjekom koji nije znanstvenik ili umjetnik?

Pavlović: Bilo bi krivo steći dojam kako je razmišljanje o svemiru, dakle o prirodi u najširem smislu riječi, rezervirano samo za profesionalne znanstvenike, filozofe i umjetnike. Svatko je pozvan, a ujedno kao čovjek i dužan, da se u sladu sa svojim mogućnostima posveti mišljenju u ovoj najuzvišenijoj temi. Na sličan način je umjetnost neizostavno utkana u čitav život i njezin rad se nastavlja ako ne prije onda kada se prepustimo spontanom toku sna i svjetova koji iz njega nastaju. U tom je pogledu popularizacija znanosti i umjetnost od izuzetne važnosti, ne naprosto u smislu upoznavanja i dobivanja potpore javnosti, već kako bi se sve pozvalo da uđu u njihov hram, te im štoviše put do njega bude popločan. Znanstvenik i umjetnik razlikuju se samo po tome što su to pojedinci koji su svoj čitav život i djelatnost odlučili posvetiti svojoj disciplini.

KŽ.INFO: Nakon ovih odgovora moramo pitati: pa dobro, do kuda sežu tvoji interesi?

Pavlović: Sve do tuda gdje je prisutna beskonačnost i ljepota. Ne treba se nikada suviše razotkriti, tako da nipošto neću dati detaljnu sliku. Hah. Spomenimo još posebno samo muziku, filozofiju i umjetnost. Možda više drugom prilikom.