Universumi eesmärk

Prindi

Romi Mankin

1

Üles kirjutanud Karl Kello

Inimkonnal on hinges vastupandamatu huvi taevaste asjade, s.o Universumi saladuste vastu. Olgu see universum siis suure või väikese algustähega.
Inimene ei saa põhimõtteliselt teada, kas ja mis on universumi eesmärk või on see kõik üks juhuste mäng. Aga ega siis küsimused jää sellepärast esitamata. Ka TLÜ teoreetilise füüsika professor Romi Mankin, tutvustades akadeemilistes loengutes universumi evolutsiooniga seotud seni lahendamata teadusprobleeme, ei häbene oma sõnul tõstatamast arutelu teda ennast erutavate metafüüsikaliste spekulatsioonide teemal, näiteks: kas universumil on eesmärk?

„Suures linnas on võib-olla inimesi, kes pole elu sees korralikku tähistaevast näinud. Kuid kes on näiteks lapsepõlves maal olles vaadanud pimedas talveöös taevatähti, neile on see avaldanud väga sügavat muljet ja jätnud hinge jälje,“ ütleb Romi Mankin. „Ilmselt ei ole see niisama. Olen arvamusel, et mitte ilmaasjata ei mänginud ürginimese koopamaalingutel ning egiptuse varaste tsivilisatsioonide kultuuripildis astronoomia ja tähed nii sügavat rolli.“

Üritades süüvida universumi saladustesse, näib materiaalne maailm pudenevat otsekui liiv sõrmist - nagu polekski seda ainet õieti, puhas energia. Juba räägitakse mateeriast kui kristalliseerunud vaimust. Kas on nõnda, et aine, energia, vaim - vahet pole?

Romi Mankin: „Aine ja energia - mina küll neil suurt vahet ei tee. Ainet saab iseloomustada massiga, mass aga on rangelt võrdeline energiaga (E = mc2). Päike näiteks n-ö töötabki meie heaks, tehes massi ilma massita energiaks (mis ju aatomipommi ja vesinikupommi alus). Vaimu seostaksin kõigepealt informatsiooni ja negatiivse entroopiaga. Kas aga universumi ja vaimu vahel valitseb ka selline ekvivalentsus nagu Einsteini ekvivalentsusprintsiip ütleb energia ja massi kohta, seda loomulikult praegu ütelda ei saa, kuid see on väga ahvatlev spekulatsioon. Mille üle võiks pensionipõlves mõtiskleda, kui pole enam vajadust leiba teenida.“ Need mõtisklused kuuluksid juba otseselt universumi eesmärgipärasuse valdkonda.

Lõplik või lõpmatu

Romi Mankin: „Metafüüsikalised spekulatsioonid universumi eesmärgist seostuvad lõpliku või lõpmatu universumi temaatikaga. Kosmoloogia teoreetiliseks aluseks on senini jäänud Einsteini loodud üldrelatiivsusteooria, kuigi seda proovitakse täiendada ja modifitseerida. Täiendusi on tehtud õigemini Alexander Friedmanni kosmoloogilisele mudelile, millega Einstein küll alguses nõus ei olnud, aga hiljem seda siiski aktsepteeris, sest vaatlusandmed (Hubble’i seadus) näitasid, et universum paisub, galaktikad kaugenevad, ja mida kaugemal meist, seda kiiremini.

Üliõpilaspõlves ja oma kandidaaditöös ning hiljemgi, kui tegelesin üldrelatiivsusteooriaga, õppisin kosmoloogiat ja lugesin hobikorras juurde, kolm-nelikümmend aastat tagasi, oli pilt minu jaoks päris selge. Kas selge just kõigi jaoks, on teine küsimus. Astronoomilised vaatlusandmed kinnitasid Friedmanni mudelit ja hilisemat täiendust selle kohta, mis toimus universumi väga varajases staadiumis, kui tekkisid elementaarosakesed. See tundus niivõrd loogiline ja kooskõlas, et mingit kahtlust ei olnud. Kuid probleem jäi lahtiseks, sest oli kaks võimalust: universum on kas ruumalalt lõplik või lõpmata suur. Sisetunde sunnil (minu sisemise ilu printsiip või midagi taolist) hakkasin toetama lõpliku ruumalaga universumit: loodus on ilus, ja kui tal oli algus, siis on tal ka lõpp.

Friedmanni mudel ennustab, ja ega praegustegi vaatluste kohaselt saa midagi targemat öelda, et kusagil 13-14 miljardit aastat tagasi oli universumi algus ja just lõpliku ruumalaga universumi mudelite kohaselt peab kunagi lõpp tulema: universum hakkab kokku tõmbuma. Samas kui lõpmatu ruumalaga universumi mudelid käituvad jämedates joontes nii, et oli algus, Suur Pauk, ja nüüd ta paisub ja paisub igavesti edasi. Teaduslikku põhjendust sellisel mõtteviisil, et kui oli algus, küllap siis tuleb ka lõpp, muidugi ei ole. Põhjenduseks saavad ikkagi olla vaatlusandmed. Loomulikult pole teaduslikku põhjendust ka igavesti paisuval universumil. Põhiprobleem aga seisnes selles, et vaatluste põhjal oli nähtavat ainet palju vähem kui vaja selleks, et universum oleks lõpliku ruumalaga.“

Varjatud mass

„Hiljem juba selgus (ja siin andsid oma olulise panuse kosmoloogiasse ka Tõravere teadlased, pean silmas akadeemik Einastot ja hüpoteesi universumi kärgstruktuurist), et galaktikate ümber ja meie tähesüsteemis peab olema varjatud mass. Meie mõõteriistad ei registreeri kogu seda massi, mis universumis on, aga gravitatsiooniseaduste järgi galaktikad muidu ei liiguks taevasfääril nagu nad liiguvad. Seda varjatud massi peab olema õige palju, ligi kümme korda rohkem kui nähtavat ainet, see andis toetust minu irratsionaalsele mõttele, et universum võibki kinnine olla ja et järsku on seal veel midagi rohkematki. Selguski, et probleem pole mitte ainult varjatud massis, vaid ka varjatud energias.

Praegu populaarse seisukoha järgi peab meie universumis olema ca 4,6 protsenti seda massi, mida teleskoopidega näha saame; varjatud massi umbes 23,3%, ja ülejäänud ligi 72,1% või veidi üle selle on varjatud energia. Kusjuures keegi ei tea, mis on varjatud energia ja varjatud massi olemus.

Seega on viimase paarikümne aastaga omaaegne lihtne pilt läinud järjest segasemaks, seda tänu maavälisele astronoomiale ja mõõtmistele mikrolainelisest foonkiirgusest, mis pärit sellest ajast, kui alles tekkisid neutraalsed aatomid ja sai hakata moodustuma tavapärane aine. Universum oli sel ajal umbes 380 000 aastat vana, võrreldes miljardite aastate ja kosmoloogiliste mastaapidega on see väike aeg. Alguses polnud kiirgusmõõtmised kuigi täpsed, kuid kinnitasid Friedmanni mudeleid. Nüüd kinnitavad seda ettekujutust juba ka täppismõõtmised. Samas viitab väga kaugete supernoovade statistika, et Universum paisub kiirenevalt (supernoovad on tähed, mis lõpetavad oma elutsükli tohutusuure plahvatusega ja nende heledus muutub mõneks nädalaks või selles suurusjärgus suuremaks kui kogu meie galaktika heledus, st sada miljardit tähte korraga kiirgamas).“

Varjatud energia

„Klassikaline Friedmanni mudel ennustas ühe võimalusena lõpliku ruumalaga kinnist universumi, mis paisub aeglustuvalt kuni ükskord peatub ja hakkab seejärel kokku tõmbuma. Lahtise universumi korral paisumiskiirus aeglustub pidevalt, kuid uuesti nulli kunagi ei jõua. Viimased vaatlused siiski näitavad, et varem võis see küll niimoodi olla, aga juba suhteliselt pikka aega toimub paisumine kiirenevalt, mis lihtsa Friedmanni mudeliga kokku ei klapi. Midagi tuli täienduseks sisse tuua ja selleks kasutati Einsteini kosmoloogilist konstanti, millega sai vähemalt matemaatilist aparatuuri päästa. Mudel hakkaski viitama vahepeal kiirenevale paisumisele. (Einstein oli toonud nn kosmoloogilise konstandi sisse üldrelatiivsusteooria võrranditesse, kui tahtis tolleaegse ettekujutuse põhjal luua statsionaarse, igavesti ühesuguse universumi mudelit.) Pealegi võimaldas selle konstandi arvestamine põhjendada kosmoloogilise inflatsiooniteooriat, mille kohaselt esimestel hetkedel pidi universum paisuma eksponentsiaalselt kiiresti, selgitamaks miks, vastavalt vaatlustele, on universumi horisondi sees kõikjal ühesugused füüsikalised tingimused. Nüüd ollakse üldisel seisukohal, et see kosmoloogiline konstant peab kajastama kas vaakuumenergiat või mingit muud tundmatu energia vormi (tõsi, ka vaakuumenergia oleks meie jaoks veel tundmatu). Varjatud energia arvatakse panevatki universumi kiirenevalt paisuma. Varjatud massi ja osaliselt võib-olla ka varjatud energia probleemidele loodetakse leida vastust (päris kindel ei saa keegi olla, sest ei teata täpseid eksperimendi tingimusi) ülisuures CERN-i kiirendis (LHC), misjuures osaleb ka Eestist Martti Raidali juhitud noorte uurijate grupp. Praeguse ettekujutuse järgi omandavad ilma massita energiakvandid nn Higgs’i- bosonite väljaga vastasmõjus massi. Seega peetakse Higgs’i-bosonit vastutavaks selle eest, et elementaarosakestel üldse mass on. Kui Higgs’i-boson ja vastav väli tõesti tuvastatakse, heidab see valgust ka kosmoloogiasse, andmata küll lõplikku tulemust, aga võimaldab välja selekteerida ja kõrvale heita valed uurimissuunad, kuivõrd kosmoloogia standardmudel koos kosmoloogilise konstandiga kirjeldab ka esimesi ajahetki pärast universumi sündi, kui elementaarosakesed hakkasid tekkima.“

Kvantkosmoloogia

„Universumi areng sõltub tema olekust tibatillukeses algmomendi järgses ajavahemikus, mida nimetatakse Planck’i ajaks, suurusjärgus 10 astmel miinus 43 sekundit - null-koma, paneme 42 nulli, siis ühe ja saame selle sekundi murdosa. Inimene ei suuda praegu mitte kuidagi neid olusid laborites järele teha ega sellest unistadagi. Võime ainult kaudselt ennustada, et kui midagi oleks teistmoodi olnud, mis sellest tuleneks, kas selliseid aatomeid saaks olemas olla - s.o kas meid saaks olla või ei.

Kui universumil on lõpp, siis Friedmanni-Einsteini mudel ennustab, et ta peab olema lõpliku ruumalaga - ei ole seal lõpmata palju elementaarosakesi, lõpmata palju objekte ega lõpmatust. Veelgi enam, tänapäeva teoreetiline füüsika ütleb, et sellises kinnises kõveras ruumis nagu kinnine universum on, peab kogulaeng olema rangelt null, ükspuha mis laengutega tegemist on. See on juba elementaarne füüsika. Võib oletada, et sellisel juhul on ka kogu universumi energia, arvestades Einsteini massi ja energia ekvivalentsust, null või väga nullilähedane. Palju midagi järele ei jäägi, kõik on null. Jääb mulje, et kõik on tekkinud mitte millestki. Ilus oleks seda analüüsida, kui tunneksime kvantkosmoloogiat, aga kahjuks, kuigi sellel alal on tehtud tohutuid jõupingutusi, pole praegu midagi muud kui vaid metafüüsikalisi spekulatsioone väikeste teadusekübemetega... Väga raske olekski kvantkosmoloogiale kinnitust leida, kuna see on niivõrd algmomendi lähedal.“

Miks universum olemas on

„Minu jaoks oli põhiküsimus: miks universum olemas on? Annan endale teaduslikult aru, et sellele küsimusele ilmselt inimmõistus kunagi vastust ei leia. Sellele saaks vastata, kui teaksime kõike nüanssideni, mis universumis on. Ei saa ka tõesti arvata, et inimene on looduse kroon või midagi sarnast. Võib-olla mingis aspektis ta on teistest üle, kuid miks ta peaks evolutsiooni seisukohalt olema saavutanud selle viimse tipu. Miks peaksid temale kõik ümbritseva universumi nüansid olema tunnetatavad ja kättesaadavad? Aga sellest hoolimata, et kuigi inimene võib endale ratsionaalselt aru anda, et ta vastust ei saa, ei jäeta küsimusi tõstatamata.

Viimased kümme aastat olen koos kolleegidega tegelenud väga intensiivselt moodsa termodünaamika ja stohhastiliste protsessidega (eesti keeles juhuslikud protsessid). Sellised protsessid ilmnevad ka kosmoloogilises mastaabis, ei tule nad ette mitte ainult siin maa peal tehnikas ja tavaelu-olus. Norbert Wieneri sõnastatud rakendusstohhastikute n-ö lauapalve kohaselt ei ole juhus mitte üksnes matemaatiku tööriist füüsikas, vaid on osa füüsika põhikoest.

Mulle sai järjest selgemaks, et üks fundamentaalse tähtsusega loodusseadusi, millele tänapäeva füüsika tugineb, on termodünaamika teine printsiip, mis sisuliselt väidab, et kinnises süsteemis saab entroopia ainult kasvada, aga ei mingil juhul kokkuvõttes kahaneda. Entroopia tähendab lihtsamalt öeldes informatsiooni kaotsiminekut. Kui mingi süsteemi entroopia kasvab, läheb sealne informatsioon tunnetaja jaoks kaduma. Küberneetikud nimetavad seda negatiivseks informatsiooniks. Olgu me evolutsionistid ja Darwini õpetuse pooldajad, peame ikkagi tunnistama, et see DNH molekul, mis esimeses elusorganismis, esimeses potentsiaalses tunnetajas tekkis, on niivõrd keeruline, et in vitro katseklaasis ei oska seda keegi praegu kokku panna. Ei teata, kuidas see informatsioonikandja kokku sai, et esimene kõige väiksem elusolend, mida võime elusolendiks nimetada tänapäeva mõistes, võiks tekkida. Ainult juhusega on seda kokkusattumist raske seletada. Olen proovinud hinnata, aga tundub täiesti lootusetuna. Kui aga kellelgi peaks katseklaasis ometi õnnestuma, saaks asi selgemaks.“

Sündmuste horisont

„Kuigi meil universumi kvantteooriat ei ole, on küllalt kaugele jõutud niisuguste eksootiliste objektide nagu mustade aukude, s.o suurte tähtede lõppstaadiumide tõlgendamisega. Ratastooli ja arvuti külge aheldatud Stephen Hawking, kes on Cambridges selle õppetooli peal, kus omal ajal Newton, näitas, et kvantteooriast ja üldrelatiivsusteooriast lähtuvalt peab mustadel aukudel esinema kvantauramine. Kui must auk on suure massiga, on efekt niivõrd nõrk, et ei juhtu midagi. Aga tillukene must auk, väikse massiga, võib väga lühikese aja jooksul plahvatada. Selle taga on entroopia kasv. Mustale augule on iseloomulik sündmuste horisont: informatsioon, mis sealt sisse läheb, on jäädavalt kadunud. Meie universumis (vahet pole, kas lahtises või kinnises, kiirenevas või aeglustuvas) on meiesuguse vaatleja jaoks põhimõtteliselt samuti olemas sündmuste horisont. Selles mõttes on universum lõplik. Me ei saa ka ideaalis lõpmatu suurt universumit tunnetada - lihtsalt sellepärast, et ette tuleb sündmuste horisont. Füüsikaline tagapõhi on äärmiselt lihtne: informatsiooni maksimaalne kiirus on valguskiirus, ja kõige kaugem objekt, kust põhimõtteliselt võiks informatsiooni saada, on 13,7 miljardi valgusaasta kaugusel. Kaugemalt pole midagi võtta. Sest aeg ja ruumi tekkisid alles universumi sündides. Küsimus, mis oli enne universumi tekkimist, ei ole teaduslik. Olen alati võrdluseks toonud (see pole minu väljamõeldis), et seisame täpselt põhjapoolusel ja küsime: mis on põhja pool? Kõik suunad on lõuna poole. Universumi sünnimomendil on kõik ajasuunad tulevikku. Minevikku ei ole. Ka meie ümber on seetõttu informatsioonisfäär, ja olgu ta siis lahtine või kinnine universum, meie jaoks on ta ikkagi lõpliku ruumalaga. Musta augu ja selle sündmuste horisondiga on paralleelid olemas. Kuna universumi paisumise tõttu sündmuste horisont avardub, ilmnevad uued objektid, mida saaksime põhimõtteliselt tulevikus näha, mida meie eellased ja meie ise ei näinud. See on täiendav informatsioon, mis sealt sisse tuleb. Ja teiseltpoolt, siin horisondi sees kehtib termodünaamika teine printsiip: informatsiooni läheb kogu aeg kaduma.

Siit metafüüsikaline spekulatsioon: kui universum on kinnine nii ajas kui ruumis, lõpu ja algusega, ruumalalt lõplik ja tema laeng on null ja võib-olla ka koguenergia null, on võib-olla ka temas peituv informatsioon kokkuvõttes null: niipalju kui siin sfääri sees kaduma läheb, samapalju tuleb universumi paisumise tõttu juurde.“

Universumi tööriist

„Ja kujutades ette, et universum hakkab kokku tõmbuma, peame ühtlasi sedastama, et universumi tekkemomendil pidi temas olema mingisugune struktuur, mis võimaldas potentsiaalselt tunnetaja, vaatleja, kas või meietaolise targutaja, tekke - esimese DNH jupikese, evolutsiooni ja edasi minugipärast kas või mõtlevad masinad, kes on meist targemad, aga kelles on ikkagi säilinud midagi meist ja huvi selle vastu, mis seal üleval toimub, mis see universum on, mis saab. Kokkuvõttes jõudsin sellisele metafüüsikalisele äratundmisele, et kinnine universum peaks olema ka informatiivselt kinnine.

Tulles tagasi küsimuse juurde: miks universum olemas on, jääb üle tõdeda, et universumi eesmärk seisneb tema olemasolus. Universum tekkis selleks, et aru saada, mispärast ta tekkis, miks ta olemas on. Ja nii kui ta sellele arusaamisele jõuab, kaotab ta olemasolu mõtte. Pole teada, kas peale meie on teisi tunnetajaid või ei. Me võime olla universumi tööriist selles vahepealses paisumis- ja arenemisetapis. Võib-olla rohkem tööriistu momendil ei olegi. Võib-olla on kusagil ka teisi konkureerivaid tööriistu. Võib-olla oleme meie see vaheetapp evolutsioonis, kes peab tegema biomolekulide ja tehniliste üli-/pooljuhtide baasil palju võimekama mõtleva olendi, kes hakkab isetäiustuva ja ennasttestiva süsteemina edasi arenema - eesmärgiga tunnetada. Võib-olla on see asi niimoodi. Ei tea. Aga sellisesse kontseptsiooni mahuks ta ära. Ja siis ükskord universum kaob - kaob kõik, mis oli, aeg ja ruum. Aga kaob siis, kui universum on ise tunnetanud, miks ta tekkis, miks ta (selline) on.“ Universum lõi iseennast oma ilu ilmutuseks? Universum kui Looja? See, Kes On.

„Tegelikult ei tea ma kedagi usklikumat kui tänapäeva reaalteadlased ja füüsikud. Mõni ei tunnista, et ta on usklik, aga kes tõsiselt ja loovalt füüsikaga tegeleb, on sügavalt usklik - ta usub, et universumis on olemas seadused, mida on võimalik eksperimendi, vaatluse, loogika abil paika panna ja tunnetada. Just tunnetada. Masina vahendusel või otse silmaga-kõrvaga. Uskudes neisse seadustesse, ollakse tahtmatult usklik. Oma asi, kas nimetada seda/Teda Jumalaks. Ütleksin nõnda: Universum on veel laps. Mängib alles ja kui Ta siis täiskasvanuks saab, jõudes selles struktuuris täiuseni, pole Tal enam midagi teha. Ja kui ka olemegi mingi eksperiment, siis kahtlen väga, et see, kes eksperimendi püsti pani, tahab meile teada anda, et tema katsetab. Mis tähendab, et me ei saa ise seda tunnetada, kui osaleme eksperimendis.“

1

2011-02-12

MärksõnaPlaton

MärksõnaUsk ja uskmatus