Kur hidhni sytë lart në qiell, shikoni një univers që nuk ekziston më. Disa prej fotoneve të dritës që të mbërrijnë në sy kanë udhëtuar miliarda vite për të mbërritur këtu, dhe yjet që emetojnë atë dritë janë zhvendosur prej kohësh në vendndodhje të reja. Distancat e mëdha mes nesh dhe yjeve, si dhe konfigurimi vazhdimisht në ndryshim i universit e bën të vështirë të kuptosh natyrën e vërtetë të botës qiellore.
Por disa gjëra mund të jenë kuptuar ndërkohë. Universi është 13.7 miliardë vjeçar, dhe ai zgjerohet më me shpejtësi çdo vit që kalon. Për shkak të këtij ekspansioni, skajet më të largët të universit që ne mund të shohin tashmë janë zhvendosur më shumë se 46 miliardë vite dritë larg. Ajo pjesë e tij që është e dukshme për ne përmban afërsisht 100 miliardë galaksi, secila prej të cilave ka mesatarist 100 miliardë yje. Astronomët tashmë besojnë se më shumë se 95 % e universit përbëhet nga materia e zezë dhe energjia e zezë, që për ne janë të padukshme. Kultura nga e gjithë bota kanë studiuar pozicionet e diellit, hënës dhe planetëve e yjeve si dhe u kanë veshur atyre kuptime mistikë. Priftërinjtë në Egjiptin dhe Babiloninë e lashtë kishin njohuri për konstelacionet, lëvizjet e planetëve të dukshëm, si dhe modelet e eklipseve hënorë dhe diellorë, për të krijuar kalendarët. Kulturat e lashta në Lindjen e Mesme bënë hartën e 12 konstelacioneve të zodiakut, dhe astronomët arabë ndërtuan observatorë në të gjithë botën islamike 1000 vjet më parë. Për disa mijëvjeçarë, shumica e njerëzve janë mbështetur tek feja për të shpjeguar çdo gjë që mund të vëzhgonin në qiej. Që atëherë, tre revolucione në këndvështrimin tonë mbi botën e kanë ridefinuar kozmologjinë, dhe secili prej tyre ka kërkuar mënyra krejtësisht të reja të të menduarit. Së pari, ne tashmë besojmë se universi udhëhiqet nga ligjet e natyrës. Së dyti, ne nuk e konsiderojmë më tokën si qendër të universit. Dhe së fundi, universi që ne njohim sot është shumë herë më i madh nga sa mund ta kenë imagjinuar njerëzit e lashtë.
Një revolucion kopernikas
Më shumë se 2500 vjet më parë, filozofë grekë filluan të ngrenë pyetjet që na mundojnë ne edhe sot e kësaj dite. Si filloi gjithçka? Nga se përbëhet universi? Dhe si mund ta përshkruajmë matematikisht natyrën? Në vitin 450 para krishtit, filozofi grek Anaksagora parashtroi një teori çuditërisht moderne: Universi përbëhet nga dy gjëra, atome dhe hapësirë boshe. Ka një numër të pafundëm atomesh, ashtu sikurse hapësira është e pafund. Të gjithë atomet përbëhen nga e njëjta lëndë, por ata bëhen bashkë në mënyra të ndryshme, në objektet që ne shohim në botën që na rrethon.
Dy shekuj më vonë, astronomi Aristark i Samosit propozoi një teori heliocentrike, sipas së cilës planetët rrotulloheshin përreth Diellit. Megjithatë, ai nuk mundi të bindë bashkëkohësit e tij për vlefshmërinë e kësaj teorie, ndonëse ishte një matematicien shumë i aftë. Duke bazuar idetë e tij në themele matematikorë krejtësisht të saktë, ai përllogariti që Dielli është 19 herë më larg tokës se sa Hëna. Sot ne dimë që Dielli është në fakt 390 herë më larg, por gabimi i Aristarkut ishte se atij iu desh të mbështetej vetëm tek gjeometria për matjet e tij. Trigonometria, që do t’i kish bërë më të saktë përllogaritjet, nuk ishte shpikur ende.
Shumë shkencëtarë të tjerë grekë ishin të fiksuar pas idesë se të gjithë objektet qiellorë duhej të lëviznin në rrathë. Duke vendosur Tokën në qendër të universit dhe duke përllogaritur një numër të pafund orbitash rrethore, ata krijuan një sistem matematikor që mund të parashikonte lëvizjet e Diellit, hënës dhe planetëve me saktësi moderne. Diku rreth vitit 150, Klaudius Ptolemi mblodhi të gjithë dijen që kishte në kryeveprën e tij, “Almagest”. Kisha katolike e mbështeti modelin e Ptolemit për universin për 1500 vitet që do të vinin. Me ardhjen e Rilindjes, astronomët kishin probleme me sistemin shumë të komplikuar të orbitave rrethore që përshkruanin sistemin Ptolemian. Astronomi polak, Nikola Koperniku kuptoi se sa më e thjeshtë do të ishte gjithçka, nëse njerëzit pranonin se Toka vjen në orbitë përreth Diellit ashtu si të gjithë planetët e tjerë. Kjo teori ishte herezi në atë kohë, dhe vepra e tij nuk u botua deri pas vdekjes së tij në vitin 1543.
Teori lëvizëse
Sistemi kopernikas, me Diellin në qendër të universit nuk u pranua menjëherë – dhe jo vetëm për shkak të kundërshtisë nga kisha katolike. Modeli i Kopernikut nuk prodhoi rezultate më të saktë se sa modeli gjeocentrik Ptolemaik. Në fakt, teoria e tij kishte dy të meta themelore. Së pari, pohimi i Kopernikut që planetët vinin në orbitë në rrathë dhe jo elipsë, shkaktoi pasaktësira. Problemi i dytë është një fenomen vëzhgimi i quajtur paralaksi yjor. Siç vërente astronomi danez Tycho Brahe në fillimin e shekullit 17, nëse Toka vjen në orbitë përreth Diellit, pozicionet e yjeve do të lëviznin në qiell përgjatë një viti – një efekt i njohur si paralaks yjor. Ai nuk mund të dallonte një paralaks yjor me sy të lirë dhe kështu që konkludoi se Toka duhet të jetë në qendër të universit. Më pas ai zhvilloi një model kozmologjik në të cilin Dielli rrotullohej përreth Tokës, ndërsa të gjithë planetët e tjerë vinin përreth Diellit. Brahe thjeshtë nuk mund të imagjinonte një univers kaq të madh sa që paralaksi të ishte kaq i vogël për t’u parë në mënyrë të drejtpërdrejtë. Deri kur dikush të dallonte paralaksin yjor, nuk kishte një provë konkluduese, se Toka rrotullohej përreth Diellit. Kjo provë nuk ndodhi deri në vitin 1833, kur astronomi gjerman Friedrich Vilhelm Besel vërejti lëvizjen e yllit 61 Cygni dhe raportoi matjet e para të paralaksit yjor – por tashmë, astronomët kishin pranuar prej kohësh modelin heliocentrik të Kopernikut. Në fillimin e viteve 1600, ishte studenti i Brahes, Johan Kepler që më në fund u shkëput nga besimi se çdo gjë në qiell ndjek një rrugë rrethore. Kepler kuptoi se planetët lëvizin në orbita eliptike përreth Diellit.
Në vitin 1687, Isak Njutoni publikoi ligjin e tij të gravitetit universal, që përshkruan tërheqjen gravitacionale mes dy objekteve në univers, si për shembull një planet që vjen përreth një ylli. Ligji i Njutonit u mundësoi astronomëve që të përllogarisin lëvizjet dhe vendndodhjen e objekteve qiellorë, bazuar në masat e tyre dhe distancën nga një tjetër. Me një kuptim më të mirë të lëvizjeve të trupave brenda sistemit tonë Diellor, astronomët e kthyen vëmendjen drejt yjeve dhe Rrugës së Qumështit.
Në epokën moderne
Astronomia amerikane Henrieta Suan Livit ishte e para që zbuloi një mjet për të matur madhësinë e Rrugës së Qumështit dhe galaksive të tjera. Ajo u punësua në 1902 nga Observatori i Kolegjit të Harvardit për të ekzaminuar pllaka fotografike të yjeve si dhe për të rregjistruar karakteristika si drita, ngjyrat dhe pozicioni. Livit u fokusua në një kategori yjesh të quajtur Cefeidë, të cilët luhaten në sasinë e energjisë që lëshojnë me një precizion të parashikueshëm: sa më e ngadaltë luhatja, aq më i shndritshëm është ylli. Për arsye se yjet shfaqen më të shndritshëm kur janë më pranë Tokës, ajo ishte në gjendje të përllogariste distancën e Cefeidëve të ndryshëm nga Toka, duke krahasuar periodicitetin e tyre me dritën që lëshonin. Zbulimin e botoi në vitin 1912. Tre vjet më vonë, fizikani Albert Einstein shpalli teorinë e tij të përgjithshme të relativitetit, shpjegimi modern i mënyrës si funksionon graviteti. Kjo teori e përshkruan universin si një fletë gjigande materiali elastik me katër dimensione – tre dimensionet e hapësirës dhe dimensionin e katërt të kohës, që së bashku njihen si hapësirë-kohë. Ashtu si një top bowling i vendosur në një trampolinë, forca gravitacionale e objekteve të mëdhenj e përkul materialin e hapësirë-kohës. Një faktor në përllogaritjet e Einsteinit ishte një model i një universi në zgjerim. Megjithatë, në vitin 1915 njerëzit besonin se universi ishte statik. Për ta bërë këtë besim që të shkonte me teorinë e tij, Einsteini futi një faktor bishtnues në ekuacionet e tij. Ai e quajti konstantja kozmologjike, që përfaqësonte një energji të padukshme, e cila u kundërvihet forcave të gravitetit dhe ekspansionit kozmik. Kur u zbulua se universi zgjerohej vërtetë, ai e quajti konstanten e tij kozmologjike si “gafën më të rëndë” që kishte bërë. Astronomi amerikan Evdin Hubble ishte i pari që demonstroi ekspansionin e universit. Duke filluar nga 1923, ai gjeti yje cefeidë në galaksinë Andromeda, që në atë kohë besohej se ishte thjeshtë një re pluhuri dhe gazi në galaksinë tonë Rruga e Qumështit. Duke përdorur mjetin matës të Cefeidëve, Hubble mati distancën e Andromedës nga Toka dhe zbuloi se ajo ishte 900 000 vite dritë larg, përtej Rrugës së Qumështit. Në vitet që pasuan, Hubble përcaktoi distancën e galaksive të mëtejshme, duke vëzhguar redshift-in – një rritje të gjatësisë së valëve elektromagnetike, që ndodh kur një burim drite lëviz larg një vëzhguesi – dhe zbuloi se ato po largoheshin nga njëra tjetra. U bë e qartë se universi është shumë i madh, dhe që forma e tij ka ndryshuar me kalimin e kohës.
Big Bang
Kozmologjia e bëri hapin tjetër gjigand me teorinë e big bang-ut, që pohon se universi e ka origjinën nga një pikë e vetme në hapësirë-kohë dhe që atëherë është zgjeruar. Ndonëse matematicieni rus Aleksandër Friedman dhe matematicieni belg Georges Lemaitre e përshkruan këtë ide në vitet 1920, teoria në formën e saj moderne u propozua nga kozmologu amerikan i lindur në Rusi, George Gamov në vitet dyzetë.
Teoria e big bang është pasoja logjike e një universi në zgjerim: Në fillim fare, e gjithë materia në univers duhet të ketë qenë shumë e kompresuar, kështu që universi duhet të ketë nisur me një lloj shpërthimi, pas të cilit materia u shpërnda në çdo drejtim. Përpara teorisë së big bang, teoria tjetër e gjendjes së qëndrueshme pohonte se materia qe krijuar në hapësirë boshe, dhe që universi është shfaqur gjithmonë relativisht i pandryshuar. Ishin dy përllogaritje që kreu Garmov, që e përcaktuan big bang-un si një teori serioze kozmologjike. Në fillim, ai tregoi se reaksionet bërthamorë në fillimet e universit do të sillnin materie, që ishte 75 përqind hidrogjen dhe 25 përqind helium. Një llogaritje e dytë parashikoi se universi është plot me rrezatim mikrovalësh kozmike, ose shkëlqimi që ka mbetur nga koha e zhvillimit të hershëm të universit, kur ai ishte shumë më i nxehtë dhe me dendësi më të madhe se sa sot.
Mistere të errët
Edhe një herë çdo gjë dukej se përshtatej me teorinë, ashtu si kish ndodhur kur teoria e përgjithshme e relativitetit e Einsteinit u ndërtua mbi ligjin e gravitetit të Njutonit. Por astronomët ende ngrinin pyetjen në lidhje me formën e universit. Në një univers të sheshtë gjen zbatim gjeometria konvencionale: vijat paralele nuk takohen asnjëherë, dhe shuma e këndeve në një trekëndësh është 180 gradë. Në një univers me kurbaturë pozitive, sipërfaqja i ngjan një tullumbaci. Shuma e këndeve është më shumë se 180 gradë dhe vijat paralele takohen. Dhe së fundi ka universe me kurbaturë negative, si ajo ku këndet e një trekëndëshi në total janë më pak se 180 gradë. Forma e universit varet nga ajo se sa shumë materie ka në të, për arsye se materia ushtron një tërheqje gravitacionale. Por kur shkencëtarët përpiqen të përllogarisin sasinë e materies në univers, vëzhgimet e tyre prodhojnë rezultate të pashpjegueshëm. Forcat gravitacionale mes galaksive duket se janë shumë më të forta se sa do të pritej nga yjet dhe retë e gazit që janë të dukshme për ne. Eshtë sikur objekte të mëdhenj por të padukshëm tërheqin galaksitë. Në vitin 1933, astronomi zviceran Fritz Zviki zbuloi se galaksitë në grupe të mëdha kanë një dritë të madhe, 50 herë më të fortë se ajo e galaksive të vetmuara. Ai spekuloi se këta grumbuj duhej të kishin yje apo galaksi të fshehura. Por ideja e materies së errët nuk u pranua deri në vitet shtatëdhjetë, kur astronomët deduktuan praninë e kësaj materie të padukshme, duke studiuar efektet e saj gravitacionalë në rrotullimin e galaksive.
Vetëdijësimi se dija jonë për universin është në fakt e limituar u theksua edhe më në vitin 1998, kur dy ekipe astronomësh duke punuar veçmas zbuluan që universi po zgjerohet me një ritëm që sa vjen e përshpejtohet. Të dy ekipet studiuan dritën që emetohet nga yje shpërthues shumë të shndritshëm, të quajtur supernovae dhe vërejtën një zhvendosje në ngjyrën e vërejtur të dritës që ndodh kur një burim drite është duke iu larguar një vëzhguesi. Sa më i madh ndryshimi i ngjyrës, aq më shpejt burimi i dritës po largohet. Shumica e shpjegimeve për ekspansionin e përshpejtuar të universit mbështeten mbi një forcë misterioze e quajtur energjia e zezë, një term që u përdor për herë të parë nga Michael Turner, një kozmolog në Universitetin e Cikagos. Energjia e zezë besohet se vepron si një forcë shtytëse universale, që nuk e lejon universin të shpërthejë nga brenda nën forcën e gravitetit të tij. Matjet më të fundit tregojnë se universi i sotëm përbëhet nga vetëm 4.5 përqind materie e zakonshme (që përfshin të gjithë atomet), 24.5 përqind materie e zezë dhe 71 përqind energji e zezë. Problemi është se ne nuk dimë pothuajse asgjë as për materien e zezë, as për energjinë e zezë. Deri kohët e fundit, ne dinim gjithashtu shumë pak në lidhje me strukturën e universit. Mendohej se galaksitë bëheshin bashkë në grumbuj, që nga ana e tyre krijojnë supergrumbuj të shpërndarë në të gjithë universin. Por një hartëzim gjithëpërfshirës i miliona galaksive zbuloi se universi nuk është kaq i qëndrueshëm dhe ai ka një makrostrukturë të papritur. Astronomët tashmë besojnë se universi është si një shkumë në të cilën galaksitë dhe grumbujt galaktikë formojnë sipërfaqen e fluskave shumë të mëdha, dhe boshe. Disa prej boshllëqeve brenda fluskave shtrihen përgjatë qindra miliona viteve dritë.
Përpara
Shpjegimi i makrostrukturës së universit kërkon simulime të fuqishëm kompjuterikë. Megjithatë, këta simulime i detyrojnë kërkuesit që të bëjnë supozime të caktuar në lidhje me natyrën e materies së zezë dhe energjisë së zezë. Astronomë dhe fizikanë kanë arritur të krijojnë një model të pranueshëm kozmologjik, por ai s’është as i qartë dhe as i thjeshtë. Shumëkush thotë se nevojitet një mënyrë krejt e re të menduari – le të themi një tjetër revolucion kopernikian. Të tjerë shpresojnë të shmangin nevojën për materie të zezë, duke e shkundur pak ligjin e gravitetit. Një teori e njohur si dinamika njutoniane e modifikuar, ose MOND ndryshon ekuacionet e Njutonit në lidhje me gravitetin, me qëllim që të shpjegojnë përse trupat në skajet e largët të një galaksie kanë të njëjtën shpejtësi si ata në qendër – një koncept ky jo i parashikuar nga ligji i Njutonit. Disa shkencëtarë shpresojnë të mbërrijnë në një “teori të madhe e të unifikuar” që përshkruan të gjithë ligjet fizikë të universit. Ndërkohë, gjithnjë e më shumë astronomë mendojnë se mund të ketë patur shumë big bang-ë, dhe që mund të ekzistojë një numër i pafundëm universesh, përveç tonit.
Spekulime të tillë nxjerrin zbuluar limitet e kozmologjisë sot. Fatmirësisht, teknologjitë e reja mund të përmirësojnë shumë shpejt dijen tonë për universin. Akseleratorët e thërrmijave, që përplasin atomet në shpejtësi shumë të larta mund të imitojnë disa prej kushteve që besohet se ekzistonin gjatë momenteve të parë pasi ka ndodhur një big bang. Kompjuterë edhe më të fuqishëm u mundësojnë shkencëtarëve që të ndërtojnë modele të detajuar të kozmologjisë. Dhe teleskopët më të mirë, këtu në tokë dhe lart në hapësirë, mund të qartësojnë dukshëm këndvështrimin tonë – dhe dijen tonë – mbi universin.
