Scurtă istorie a începuturilor (Anton Andronic)

Mă bucur mult pentru alegerea pe care a făcut-o comitetul de decernare a premiului Nobel pentru fizică și în acest context vă rog să ne spuneți ce știm până acum despre modul în care a început universul. Vă rog de asemenea să precizați cât sunt de sigure descoperirile pe care fizicienii le-au făcut până acum.

Începutul Universului este misterios, fizica admite asta. Cosmologia actuală, dezvoltată în componentele ei majore abia în cursul secolului XX, este magnifică și se bazează pe date ferme. Aceste date ne arată un Univers în expansiune, cu o vârstă de aproximativ 14 miliarde de ani.

Bazați pe măsurătorile astrofizice precum și pe cele efectuate în acceleratoarele de particule, putem rula filmul invers și deduce că Universul a început ca o explozie gigantică (Big Bang, în „termeni de specialitate”, de la Fred Hoyle, ~1950, încoace).

În această „manevră” se presupune desigur că legile fizicii, așa cum le-am dedus noi acum pe pământ, sunt neschimbate – presupunere acceptată de marea majoritate oamenilor de știință, Universul (sau mai bine zis Creația) trebuind să fie caracterizat(ă) de consistență la nivelul legilor fizicii. Aceste legi ne permit să deducem din datele experimentale că Universul a început ca un volum infim (față de dimensiunea sa actuală), dar cu o densitate de energie gigantică, această energie fiind cauza Big Bang-ului.

Din considerente de eleganță matematică, s-ar dori ca Universul să fi început ca un punct, însă măsurătorile arată că n-a fost așa. De fapt, se poate ca originea să fi fost un punct și o explozie cu o viteză mult mai mare decât viteza luminii să fi adus aproape instantaneu Universul la o anumită dimensiune, în plus atribuindu-i legile fizicii așa cum le cunoaștem noi acum. Am putea zice că după această „pre-explozie”, care poartă numele de specialitate de „inflație”, care a fost oarecum „înainte de timp” putem considera practic că avem „momentul zer0” al Universului. La foarte scurt timp apoi, la mai puțin de o miliardime de secundă a apărut (din energie) materia și anti-materia.

Înainte de această pre-explozie Universul era într-o stare despre care legile fizicii nu pot să spună mare lucru, cu excepția faptului că au existat fluctuații de tip cuantic. Astfel de fluctuații sunt necesare pentru a explica abaterile de la uniformitate de 1/100000 care au fost masurate în lumina rezultată din anihilarea materiei cu antimateria.

Trebuie menționat aici că legile fizicii necesită o simetrie, în sensul de cantități egale, între materie și anti-materie. Universul însa, așa cum îl observăm noi, pare să fie format exclusiv din materie, și anume partea ramasă ca „surplus” din anihilarea cu anti-materia. Se poate deduce din măsurători că în Universul primordial a existat un exces de materie asupra antimateriei, un exces infim, de unu la un miliard, însă semnificativ și misterios, total neexplicat de fizica actuală.

Fazele evoluției Universului sunt văzute de fizica modernă ca tranziții de fază de la stări de simetrie ridicată la stări cu simetrie redusă. Astfel, de „ruperi de simetrie” sunt mecanismul Higgs ce conferă masă materiei (într-un fel „definește” materia) sau asamblarea cuarcilor și gluonilor în protoni și neutroni. Asemenea tranziții de fază se observă în materie și la nivel macroscopic, cu reducere de simetrie ca urmare a scăderii temperaturii. Exemple sunt pentru apă, tranziția de la lichid la solid, sau pentru un material care este magnetic, deci mai puțin simetric, doar la temperaturi obișnuite, pierzându-și magnetismul la temperaturi înalte. Similar, forțele ce le observăm în actualul stagiu al Universului ca entități separate, și anume patru forțe fundamentale, este posibil să fi fost o singură forță, unificată, la temperaturile imense ale Universului primordial.

Deci, din punctul de vedere al fizicii moderne, Universul a început ca o entitate perfecta și a evoluat la stări cu imperfecțiuni din ce în ce mai marcante. Este însă crucial că în cursul acestui proces au apărut stagii de organizare a materiei din ce în ce mai sofisticată, de la protoni și neutroni la nuclee, molecule, celule și restul complexității vieții. Și în domeniul „ne-viului”, cristalele, stelele, galaxiile sunt exemple de agregare cu nivel mare de complexitate. Putem spune că Universul a început ca stare perfecta dar/și (sau poate tocmai de asta) simplă și a evoluat până la starea actuală de imperfecțiune și remarcabilă complexitate.

Referitor la expansiunea Universului, subiectul premiului Nobel al anului acesta: descoperirea surprinzătoare a fost că expansiunea nu s-a încetinit în timp, cum se așteptau fizicienii, dat fiind că forța gravitațională este atractivă și deci ar trebui să încetinească sau chiar ar putea, în principiu, să oprească expansiunea. Din contră, măsurătorile (bazate pe explozii stelare numite supernove, detectate la distante gigantice de aproximativ 5 miliarde de ani-lumina; pentru comparație, toate stelele ce le vedem pe cer sunt la distanțe de până la câteva sute de ani-lumină; lumina călătorește de la soare la pământ, aproximativ 130 milioane km, în 7 minute)  au pus în evidență o accelerare a expansiunii. Aceasta este posibilă numai datorită unei componente noi a energiei Universului care să contrabalanseze gravitația, energie „nematerială”, în sensul că nu are legătură sa interacție cu materia obișnuită, a cărei origine rămâne un mister al fizicii.

Chiar un mister major, această energie (numită spectaculos, deși oarecum impropriu, „dark energy” în termeni de specialitate) constituind cam 72% din balanța energetică totală a Universului. O altă componentă misterioasă a Universului este așa-numita „dark matter”, energie materială însa care nu emite lumină, de unde și numele. Materia „obișnuită”, în sensul de vizibilă prin emisia de lumină, concentrată în stele, precum și cea invizibilă în planete, praf interstelar, sau chiar stele „moarte”, este deci doar restul de 5% din energia totală a Universului.

Magnitudinea acestei accelerări a expansiunii Universului este infimă, nedetectabilă nici la nivelul vieții cotidiene și nici la nivelul interacțiilor fundamentale așa cum sunt măsurate la acceleratoarele de particule. Un bun prieten, și naș de căsătorie, m-a întrebat mai demult dacă noi fizicienii nu detectăm vreo schimbare a ritmului Universului, el având impresia că timpul „nu mai are răbdare”, ca în Moromeții lui Marin Preda. Deși accelerarea expensiunii era la acel moment cunoscută, i-am răspuns că fizica nu vede nimic diferit deja de vreo sută de ani. Timpul curge la fel, îl simțim noi altfel, că de înțeles n-o să-l înțelegem probabil niciodată, oricum. Bine zicea un scriitor (W.G. Sebald) că timpul este cea mai abstractă dintre vetrele omenești (în original „Time, that most abstract of humanity’s homes”).

Fizicienii sunt în general foarte încrezători că descoperirile lor sunt sigure, sau mai bine zis cred în imaginea lumii fizice. Sigur este însă că această imagine este în continuă schimbare și clar incompletă, după cum o demonstrează partea de 95% de necunoscut discutată mai sus.

Este parte în metodologia fizicii de a considera cunoașterea actuală ca o aproximație a unor legi cu caracter mai general și de a încerca unificarea fenomenelor sub un principiu mai general și mai elegant. Asta a făcut Einstein cu teoria relativității, asta a făcut mecanica cuantică cu spectrele atomice. Probabil că așa ceva se mai poate întampla și pe viitor, deși nu se întrezărește încă nimic la orizont, deocamdată.

Siluan Popescu

Anunțuri
Acest articol a fost publicat în Stiinta. Pune un semn de carte cu legătura permanentă.

Un răspuns la Scurtă istorie a începuturilor (Anton Andronic)

  1. Pingback: Universul şi legile lui par să fie reglate cu o precizie uimitoare şi misterioasă – ştiinţa constatând asta fără să poată explica. (Anton Andronic) | CUVÂNT ORTODOX

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s