Fizikos mokslas įdomus tuo, kad jis tiria ne tik Žemėje vykstančius gamtos reiškinius, susijusius su mechanika, termodinamika, akustika, optika, elektra, bet gilinasi ir į visoje Visatoje egzistuojančių kūnų materiją, jų susidarymo ir baigmės trukmę.
Pastaruoju metu fizikai išsiaiškina vis daugiau Visatoje vykstančių reiškinių, įmena vis daugiau paslapčių, bet neatsakytų klausimų dar labai daug. Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (KTU MGMF) Fizikos katedros docentas Vytautas Stankus atskleidžia, kad didžiausi fizikos mokslų atradimai apie visatą – dar ateityje.
– Docente, dėstote labai įdomius dalykus – astrofiziką, vakuumo fiziką ir techniką bei bendruosius fizikos modulius. Bene daugiausia paslapčių slepia astrofizika – kiek mums pažinus mokslas apie kosminius kūnus, apie tolimųjų žvaigždžių, planetų gimimą ir jų baigmę? Juk žvaigždės ir planetos, kaip ir žmonės, turi savo kelionės pradžią ir pabaigą, tiesa? Kokiu tikslumu įmanoma tai apskaičiuoti?
– Sveiki, taip – dėstau šiuos modulius ir jie labai tarpusavyje organiškai susiję. Kylant į viršų slėgis mažėja, o jei jis mažesnis už atmosferos, – jis vadinamas vakuumu. Net tarp galaktikų erdvėje yra protonų, elektronų, vandenilio atomų. Tiesa, jų labai mažai – kelios dalelės kubiniame centimetre, bet vis tiek yra. Tai įprasta visatos būsena.
Tokie dalykai verčia pažvelgti į savo egzistenciją „iš šono“. Mes egzistuojame unikalioje aplinkoje – galime kvėpuoti, valgyti, gyventi, kurti… Kalbant apie mūsų civilizaciją planetoje pavadinimu Žemė, mums labai pasisekė: mes galime stebėti žvaigždes, galaktikas ir „stebėti“ net tai, kas vyko mūsų Visatos pradžioje.
Kuo tolesni objektai, tuo mes juos matome senesnius – artimiausią žvaigždę mes matome, kokia ji buvo prieš 4,4 metų, artimiausią Andromedos galaktiką matome jai buvus prieš 2,5 mln. metų ir taip toliau.
Tolimiausias ir seniausias objektas ar reiškinys, kokį galime stebėti – tai reliktinė spinduliuotė. Populiariai kalbant – tai Didžiojo sprogimo aidas, pasiekęs mus iš 13,8 mlrd. metų senumo laikotarpio. Kaip kažkada pasakė Nobelio premijos laureatas Abdus Salam: „gal Visatos paskirtis ir buvo sukurti gyvybę, kad ji atsektų, pamatytų ir aprašytų kaip atsirado ir kaip vystėsi Visata?“
Mums pasisekė dar ir todėl, kad Visatoje yra vietų, kur labai daug tarpžvaigždinės medžiagos (plazmos ir dulkių forma). Tokiose vietose, jei planetoje užgimtų gyvybė ir atsirastų civilizacija, jie nematytų jokių žvaigždžių, nes tarpžvaigždinė medžiaga sugeria regimą šviesą. Man visada buvo įdomus tas klausimas: kiek darė įtaką mūsų civilizacijai tai, kad mes matome akimis naktį žvaigždėtą dangų? Žymus Renesanso laikotarpio italų filosofas, matematikas, astronomas Džordanas Bruno dar XVI a. domėjosi Visatos kilme ir rašė apie kitas civilizacijas kitose žvaigždžių sistemose.
Kalbant apie mokslo pažinimą, šiuo metu daugiausia klausimų, atradimų ir iššūkių fizikoje kelia trys sritys: elementariųjų dalelių fizika, astrofizika ir medžiagų mokslas.
Astrofizikoje yra daugiausia neatsakytų klausimų. Viskas vyksta laike, viskas visada turi pradžią ir pabaigą. Net Visatos pabaiga yra modeliuojama, tiesa dar neaišku kaip ji pasielgs, bet net skirtingi scenarijai yra žinomi. Jau net nekalbant apie žvaigždes ar planetas.
Taip, žvaigždės egzistuoja ribotą laiką, ir tas laikas priklauso tik nuo pradinės žvaigždės masės. Jau prieš 110 metų (t. y. 1913 m.) mokslininkai E. Hertzsprung ir H. N. Russell ištyrė kelis tūkstančius žvaigždžių ir sudarė šiuo metu žinomą Hertzsprung–Russell diagramą.
Šiuo metu mes galime stebėti milijardus žvaigždžių, ir visų jų likimai paklūsta fizikos dėsniams. Tipiškai žvaigždžių „gyvybės laikas“ ar egzistavimas stabilioje būsenoje yra nuo 10000 iki 10 milijardų Žemės metų. Tai priklauso tik nuo pradinės žvaigždės masės. Kuo didesnė, tuo greičiau „išdega“. Žvaigždžių egzistencinius laikotarpius (jų yra trys: gimimas, gyvenimas ir mirimas) galima apskaičiuoti 2 % tikslumu, o planetų amžius yra tiesiogiai priklausomos nuo jų valdovų.
– Pratęsiant mintį apie Visatos egzistencijos scenarijus, NASA mokslininkai prognozuoja, kad po 4 milijardų metų Paukščių Tako galaktika susidurs su Andromedos galaktika, o po šio susidūrimo liks tik viena galaktika… Tiesa, teigiama, kad galaktikų susidūrimo metu žvaigždės nenusidurs, bet bus išstumtos į kitas orbitas ir suksis aplink ką tik susiformavusį naujos galaktikos centrą. Ir vis tik – ką šis susidūrimas reikštų mūsų planetai?
– Taip, tai tiesa. Nors visos galaktikos dėl kosmologinio plėtimosi tolsta viena nuo kitos, pasitaiko išimčių – į tai reikėtų žvelgti kaip į sūkurius upėje – upė teka viena kryptimi, bet joje pasitaiko sūkurių, kuriuose kryptis yra priešinga.
Šiuo metu mūsų gimtoji Paukščio Tako galaktika ir artimiausia didelė galaktika Andromeda juda viena į kitą 110 km/s greičiu. Bet atstumas yra gana didelis – 2,5 šviesmečių. Susidūrimas įvyks po 4,5 milijardų Žemės metų. Žvaigždžių susidūrimo tikimybė yra lygi beveik nuliui (taip yra dėl labai didelių atstumų tarp žvaigždžių – vidutiniškai 5 šviesmečiai).
Susidūrusios dvi galaktikos sukurs naują darinį – elipsinę galaktiką (nors prieš tai abi buvo spiralinės). Tai truks kelis milijardus metų. Įdomu, kaip pasielgs supermasyvios abiejų galaktikų juodosios bedugnės (mūsų galaktikos centre yra 4.2 milijonų Saulės masių juodoji bedugnė, o Andromedos – 230 milijonų Saulės masių), kai jos susilies – greičiausiai tai bus labai įspūdingas reginys, jo metu pasklis labai stiprios gravitacinės bangos.
Tai reiškia, kad atomo branduolys tuo momentu gali „išsitempti iki metro dydžio“, bet gravitacinės bangos nuo epicentro sparčiai slopsta. Visgi kol kas mums tokių reiškinių pasekmės yra sunkiai prognozuojamos.
Bet kokiu atveju, galaktikų susidūrimo rezultatas bus nauja elipsinė galaktika. Mokslininkai jau net sugalvojo pavadinimą jai, tiesa, dar vyksta ginčai: ar pavadinti Milkomeda ar Milkdromeda.
Yra paskaičiuota, kad mūsų Saulės sistema gali būti nusviesta ganėtinai toli už naujos galaktikos ribų, bet tai ne tragedija, nes mes priklausomi tik nuo Saulės. Kitas dalykas yra tai, kad mūsų mylima ir gimtoji Saulė po 5 milijardų metų pradės mirti. Mirimo procesas prasidės anksčiau, tai bus žvaigždės išsipūtimas, apimantis beveiki visas planetų orbitas, tuo pačiu sudegindamas ir išgarindamas jas… Žmonija, jei dar egzistuos, turės sugalvoti būdą, kaip nuo to išsigelbėti.
Deja, kaip jau minėjau pokalbio pradžioje – viskas turi pradžią ir pabaigą.
