ESTE POSIBILĂ O TEORIE CARE SĂ EXPLICE TOTUL?

„Ne-am născut toţi în acest Univers şi ne trăim viaţa în funcţie de legile şi principiile lui. De la nelipsita gravitaţie care se extinde de la Univers şi până la principiile fundamentale care stau la baza celui mai mic atom, viaţa noastră este înglobată în legile Naturii. Ca fiinţe inteligente, e firesc să ne punem întrebări despre lumea înconjurătoare, şi ca fii şi fiice ai Universului pare rezonabil să vrem să fim în stare să ajungem la o înţelegere a acestuia, că această înţelegere ne este foarte mult menită chiar prin dreptul la naştere. De fapt, prea mult, după cum se poate vedea, pe măsură ce am ajuns deja la această înţelegere, cu doar câteva chestiuni neelucidate. Isaac Newton ne-a dat o înţelegere a gravitaţiei ca o forţă de atracţie în Natură; pornind de aici, mulţi alţii au contribuit la înţelegerea luminii, electricităţii, magnetismului, structurii atomice etc. Acest proces ne-a adus în cele din urmă la un punct în care ştiinţa de azi cuprinde teorii care acoperă orice observaţie cunoscută, cunoscute în comun sub denumirea de „Teoria Standard”. Această vârstă a înţelegerii a făcut posibilă inventarea radioului, a televiziunii şi computerelor, ne-a permis chiar să construim nave spaţiale care au vizitat alte planete. Deşi oamenii de ştiinţă continuă să caute întrebări profunde, se poate vedea că Teoria Standard ne asigură o înţelegere ştiinţifică corectă a Universului. Dar este chiar aşa?

Cât de mult chiar înţelegem gravitaţia, de exemplu? Ştim motivele fizice care fac ca gravitaţia să ţină obiectele împreună, în loc să le facă să se respingă? Newton ne-a descris convingător această observaţie ca o aparentă forţă de atracţie, dar nu ne-a dat nici o explicaţie despre existenţa şi natura acestei forţe. Chiar are sens că o forţă ţine laolaltă obiectele pe suprafaţa planetelor şi lunile în orbită, fără să cunoaştem sursa ei de putere? Ştim dacă este posibil să creăm un tip de dispozitiv antigravitaţional. Ce principii ar trebui să stea la baza lui sau, din această cauză, ce principii stau la baza gravitaţiei? Einstein a considerat necesar să continue răspunsurile în privinţa gravitaţiei, ajungând la o descriere diferită, iar savanţii continuă să caute încă alte explicaţii. De ce avem două explicaţii ale aceluiaşi efect în ştiinţa de astăzi şi continuăm să căutăm altele – şi poate vreuna dintre ele să răspundă cu adevărat la întrebările noastre de bază despre gravitaţie?

Chiar înţelegem lumina? De secole există o dezbatere continuă în privinţa faptului dacă lumina este compusă din unde sau din particule. Astăzi am ajuns la credinţa că, într-un fel, lumina este şi undă şi particulă (fotonul) – având când o compoziţie, când alta, în funcţie de situaţie sau de experiment. Chiar şi astăzi, aceasta rămâne o caracteristică foarte misterioasă şi slab înţeleasă a luminii, ca parte a unei teorii cunoscute ca Mecanica cuantică – o teorie ai căror creatori şi utilizatori o descriu în grabă ca bizară şi misterioasă.

Chiar înţelegem magnetismul? Ştim că doi magneţi se resping dacă polii lor Nord sau Sud sunt puşi faţă în faţă, dar chiar putem să explicăm acest fapt? Dacă încercăm să-i ţinem împreună împotriva forţei care îi respinge, muşchii noştri vor obosi pe măsură ce continuăm să trimitem energie, dar forţa de respingere din interiorul magneţilor, nu. Este rezonabil că o forţă aparent nesfârşită din interiorul magneţilor va înfrânge continuu orice sursă exterioară de putere în modul acesta, în cele din urmă epuizând toate sursele externe de putere fără nici un echivalent al acesteia? De fapt, nu există nici o sursă de putere identificabilă în interiorul acestor magneţi, care să asigure această forţă nesfârşită. Ştim ce sunt câmpurile magnetice sau, pur şi simplu, am descoperit cum să le creăm şi am învăţat să le modelăm comportamentul prin ecuaţii? Confundăm cunoaşterea practică şi modelele abstracte cu cunoaşterea şi înţelegerea adevărate?

O privire atentă arată că solidul (care) răspunde la aceste întrebări şi multe altele despre întâmplările zilnice nu se găsesc în Teoria Standard actuală. Ştiinţa a modelat realitatea destul de bine, dar multe dintre aceste modele nu au o explicaţie fizică clară. Newton a lucrat la un model al gravitaţiei, ca forţă de atracţie, dar nu ne-a putut spune de ce trebuie să atragă şi cum se întâmplă asta; de fapt, după trei sute de ani, încă nu avem răspunsuri la aceste întrebări. Avem ecuaţii care reprezintă modele ale câmpurilor magnetice şi teorii care descriu cele mai cunoscute comportamente ale lor, dar avem puţină explicaţie fizică pentru că se întâmplă astfel, lăsând la o parte mistere precum energia aparent nesfârşită emanată de un magnet permanent simplu. De fapt, mulţi savanţi încă recunosc că încă nu ne înţelegem Universul, ceea ce explică eforturile ce se fac în această privinţă folosind acceleratoare de particule şi telescoape spaţiale puternice. Există speranţa că aceste investigaţii vor duce la o cheie care să deschidă uşa cunoaşterii – poate prin descoperirea unei particule subatomice fundamentale sau a unui principiu, sau prin tipuri noi de energie sau de fenomene cosmice detectare în cer. Se aşteaptă ca, dacă o astfel de cheie va fi descoperită, aceasta să aibă un efect de undă care să zdruncine teoriile puţin înţelese din Teoria Standard, transformându-le într-o singură şi clară teorie care să simplifice şi să explice într-adevăr totul. Această mult-sperată teorie este cunoscută de fizicieni ca Teoria Întregului (a orice) (TOE) şi este considerată ultimul scop al unei mari părţi din cercetarea fundamentală întreprinsă în fizica de astăzi.

O cheie a Teoriei Întregului, odată găsită, se aşteaptă să asigure o claritate a înţelegerii asemănătoare cu aprinderea luminii pentru a vedea conţinutul unei camere dintr-o privire, unde teoria curentă este ca o străfulgerare în întuneric, luminând doar ici şi acolo câte un crâmpei de cunoaştere.

O mai puţin inteligibilă formă a acestei teorii, cunoscută ca Teoria Unificată a Câmpului, va explica şi uni totul, în afară de gravitaţie, pentru că este gândit că gravitaţia ar putea să aibă o natură foarte diferită faţă de celelalte câmpuri şi forţe, îndată ce chiar am ajuns la o înţelegere a lor. Fizicieni din toată lumea stau aplecaţi asupra teoriilor lor astăzi, scopul final fiind ajungerea la o înţelegere care să explice toate forţele din natură, inclusiv gravitaţia – atotcuprinzătoarea Teorie a Întregului.

Deşi această, pe drept formală, definiţie a Teoriei Întregului a prins contur doar în ultimul secol, a fost scopul final al ştiinţei încă din cele mai vechi timpuri; chiar şi alchimiştii medievali erau, în felul lor, în căutarea unei ultime înţelegeri a lumii fizice. Câteva dintre contribuţiile lui Newton la dezvoltarea ştiinţei au fost descrieri ale gravitaţiei, luminii şi mecanicii mişcării obiectelor, în timp ce Einstein ne-a dat câteva descrieri diferite ale acestor fenomene, cu idei în plus despre energie, masă, spaţiu şi timp. Amândoi aceşti savanţi au avut ca scop găsirea unei Teorii a Întregului, indiferent că eforturile lor au fost formal prezentate astfel, aşa cum au făcut şi fac şi mulţi alţi savanţi, al căror scop de bază în cercetare a fost şi este încercarea de a descoperi adevăruri fundamentale despre Univers. Până acum, eforturile noastre nu au avut ca scop găsirea unei Teorii a Întregului, ci, mai degrabă, o „teorie a întregului”, numită Teoria Standard.

Deşi nu este reprezentată tipic în acest mod, Teoria Standard este într-adevăr o „teorie a întregului”, din moment ce încearcă să explice orice observaţie şi fenomen cunoscute.

A evoluat din diferite ipoteze prezentate de-a lungul secolelor, cele mai reuşite fiind încorporate ca subteorii în Teoria Standard. Chiar şi teorii radicale şi misterioase precum Mecanica cuantică şi Relativitatea specială sunt considerate părţi ale Teoriei Standard. Deci Teoria Standard nu este doar o „teorie a întregului”, dar şi singura de până acum.

Ca o nouă teorie să formeze cu adevărat baza unei alte „teorii a întregului” ar trebui să fie bazată pe un principiu care să se afle în întregime în afara fizicii – şi să asigure rescrierea rapidă a tot ce este cuprins în Teoria Standard, bazată în întregime pe acest nou principiu.

_________

Gravitaţia este una dintre cele mai cunoscute şi de bază forţe ale Naturii. Deci, înainte de a discuta despre gravitaţie, trebuie să clarificăm care sunt forţele Naturii şi cum sunt ele legate în Teoria Standard la care s-a ajuns în cele din urmă. Deşi aceasta este compusă din mai multe subteorii, mulţi savanţi cred că găsirea unei Teorii a Întregului, care să explice totul printr-un sigur principiu, are ca scop înţelegerea şi unificarea a ceea ce astăzi considerăm că sunt cele patru forţe separate ale Naturii:

• Gravitaţia – atracţia familiară din sânul materiei, descrisă de Isaac Newton.
• Electromagnetismul – fenomenele legate strâns de electricitate şi magnetism, radiaţia electromagnetică, undele radio, lumina.
• Forţa nucleară tare – o forţă puternică, cu rază mică de acţiune, despre care se gândeşte că menţine nucleii atomici împreună. Nucleii atomici au mai mulţi protoni în imediata lor apropiere, care ar trebui să se respingă puternic, pentru ca nucleii să se împrăştie, în concordanţă cu teoria sarcinii electrice. Din această cauză, a fost introdus conceptul de forţă nucleară tare între protoni în nucleu, ca să explice cum rămâne nucleul întreg în aparenta violare a teoriei sarcinii electrice.
• Forţa nucleară slabă – o altă forţă nucleară, considerată a fi mult mai slabă decât forţa nucleară tare. Fenomene precum slăbirea întâmplătoare a populaţiilor de particule subatomice (ex. reactivitatea) erau dificil de explicat până la introducerea acestei forţe nucleare suplimentare.

În prezent, se crede că acestea sunt cele patru forţe fundamentale din Natură şi că, în esenţă, sunt doar manifestări diferite ale unei singure forţe de bază sau ale unui principiu care a fost atât de mult ocolit de ştiinţă. Ca să descoperim această forţă sau principiu, ar trebui să ajungem la Teoria Întregului, care, dintr-o privire, ar arăta singura cauză de bază pentru orice observaţie, credinţă şi teorie din ştiinţa de astăzi. Se aşteaptă ca o astfel de înţelegere unificată să transforme cârpăceala de teorii abstracte separate din Teoria Standard în una mai simplă, coerentă în întregime şi care să dea o explicaţie fizică adevărată la orice, fiind scânteia unei revoluţii ştiinţifice. Noua teorie sugerează că din moment ce această viziune este intuiţia corectă, sunt câteva motive pentru care succesul a fost ocolit până acum. În primul rând, pentru că ducem lipsă, în mod evident, de înţelegerea adâncă pe care o căutăm, nu putem fi siguri că am identificat corect forţele fundamentale din natură. Dacă, de exemplu, Teoria sarcinii electrice este un model imperfect al adevăratului principiu de bază din spatele multora dintre observaţiile noastre, atunci modelul actual al comportamentului protonului ca particule încărcate pozitiv care se resping întotdeauna, nu poate fi o descriere exactă a nucleului unui atom. În schimb, ar fi perfect natural ca protonii să se îngrămădească în nucleul unui atom, după acest principiu nedescoperit în Natură, care ar putea să fie înţeles şi reprezentat ca o „sarcină electrică pozitivă” peste protoni. Aceasta înseamnă că, în multe situaţii, protonii s-ar putea comporta ca şi când, mot a mot, ar poseda conceptul de „sarcină pozitivă”, dar acest comportament poate rezulta dintr-un principiu foarte diferit – unul care cauzează îngrămădirea lor naturală, atunci când se află în nucleul unui atom. În acest caz, conceptul de „Forţă nucleară tare”, care împiedică nucleul să se disperseze, ar fi o scorneală complet nefolositoare, iar încercările noastre de a găsi o teorie a unificării ar fi bazată, parţial, pe o forţă care nu există. Scopul nostru actual de unificare a acestor patru forţe ar putea fi bazat pe astfel de presupuneri găunoase încă de la început. În al doilea rând, mare parte din abordarea noastră curentă, în mare parte matematică, pentru găsirea unei teorii unificate, poate fi o abatere de la scopul acestei căutări. Scopul unei noi şi profunde înţelegeri a Universului poate fi în pericol de a deveni mai degrabă un exerciţiu de manipulare matematică a ecuaţiilor actuale. Din moment ce prin ajungerea la această profundă înţelegere fizică se aşteaptă să se renunţe la o reprezentare matematică valabilă pentru toate forţele Naturii, se presupune adesea că dacă urmărim acest rezultat matematic direct – folosind modelul actual – vom ajunge la această înţelegere profundă. Oricum, această abordare ar putea fi nesănătoasă, pentru că se presupune că am identificat corect forţele fundamentale ale Naturii şi, pur şi simplu, simţim nevoia să ne rearanjăm modelele matematice. Totuşi, dacă se dovedeşte a fi o presupunere incorectă, atunci o astfel de abordare n-ar face decât să acumuleze o bogată legătură matematică, lipsită de importanţă, între modele găurite ale lumii fizice. Această abordare riscă, de asemenea, să ne înşele cercetarea pentru o mai adâncă înţelegere fizică, într-o încercare de a atinge un scop matematic simplu, fără să aducă vreo profunzime a înţelegerii. Ne putem aştepta ca modele matematice unificate să rezulte, imediat ce vom atinge o mai profundă înţelegere fizică a Universului, dar asta nu înseamnă, în mod obligatoriu, că această profundă înţelegere fizică va rezulta din unificarea matematică a modelelor actuale. Este posibil ca această abordare să asigure câteva elemente utile, dar poate rezulta, de asemenea, puţin mai mult decât relaţii matematice contrare între, în principal, aceleaşi ecuaţii care modelează aceeaşi înţelegere fizică limitată pe care o avem astăzi. Din motivele menţionate mai sus, discuţia despre această nouă „teorie a întregului” nu va urma strict formatul unificării matematice a celor „patru forţe fundamentale” din Natură. De fapt, vom folosi foarte puţină matematică şi doar referiri libere la aceste forţe, în mijlocul unei largi şi bogate discuţii ştiinţifice într-o judecată fizică clară. Să discutăm însă despre prima dintre aceste forţe – gravitaţia – arătând numeroasele probleme cauzate de actualele noastre credinţe despre ea şi mergând spre o introducere a noului principiu unificator în spatele unei noi teorii a gravitaţiei care să rezolve aceste probleme.

____________

Necazul cu gravitaţia

Teoria gravitaţiei a lui Newton este în mod indiscutabil cea mai recunoscută şi acceptată teorie din întreaga ştiinţă. S-a înrădăcinat în mintea şi în ştiinţa noastră, peste secole, că această teorie a devenit în mare parte sinonimă cu chiar fenomenul gravitaţiei. Este aproape de neconceput astăzi să separăm experienţa de fiecare zi asupra gravitaţiei de propunerea lui Newton, că este forţa de atracţie emanată de toată materia; totuşi, aşa cum se va vedea în comentariile care urmează, teoria lui Newton conţine în momentul de faţă multe mistere neexplicate şi pretenţii ştiinţifice imposibile. Astfel de probleme ar trebui să împiedice ca altă teorie să fie acceptată ca atare, în starea de ipoteză, oricum, natura constrânsă a propunerii lui Newton, combinată cu lipsa unei teorii mai viabile, a însemnat că a scăpat foarte mult de la o astfel de cercetare atentă.

Semne de întrebare:

● Teoria gravitaţiei a lui Newton nu explică de ce obiectele se atrag unele pe altele; doar modelează această observaţie.

● Nu există o sursă de putere cunoscută care să sprijine câmpul gravitaţional despre care Newton susţine că este emanat de planeta noastră şi de toate obiectele.

● În pofida energiei emise de Pământ ca să ţină obiectele pe sol şi Luna în orbită, această energie nu scade niciodată în putere – violând una din cele mai fundamentale legi ale fizicii: cea a conservării energiei.

● Aceste mistere şi violări sunt trecute cu vederea astăzi din cauza deficientei explicaţii care rezultă din folosirea improprie a unei ecuaţii cunoscute ca Funcţia Lucru mecanic.

● Fiecare efect explicat astăzi prin teoria gravitaţiei a lui Newton este în mod corect modelat prin ecuaţiile nongravitaţiei existente încă de dinainte de Newton.

● Forţa gravitaţională a lui Newton este în momentul actual în întregime un concept redundant şi superfluu, care asigură utilităţi neadiţionale şi care nu au o existenţă demonstrată în natură, neavând un suport ştiinţific.

___________

Eroarea lui Newton – Violarea legilor fizicii

Gravitaţia este unul dintre cele mai cunoscute şi importante fenomene din natură. Deşi se cunoştea din totdeauna că ceva cauzează, în mod evident, căderea obiectelor, până la Newton (1642 – 1727) nu am avut înţelegerea clară a acestui „ceva” ca forţă de atracţie emanată de întreaga materie într-o manieră care este precis descriptibilă prin intermediul ecuaţiei. Newton a susţinut că aceeaşi forţă era responsabilă de orbitele observate în cer, făcând, pentru prima dată în istorie, ca Universul să fie inteligibil şi predictibil ca un mecanism cu ceas. A fost o atât de importantă realizare în zilele lui Newton, încât a stabilit scena pentru alte modele de forţe descrise prin ecuaţii în mod similar de atunci. Deşi astăzi vorbim obişnuit despre astfel de forţe, s-a trecut adesea cu vederea că ştiinţa modernă are puţine sau deloc solide explicaţii pentru multe dintre ele. Moştenirea de teorii şi ecuaţii care compun cunoaşterea noastră ştiinţifică de azi lucrează mai degrabă bine, făcând uşor de uitat că acestea sunt, în mare, modele abstracte – nu explicaţii fizice consistente. Newton a fost primul, dintr-un lung şir de savanţi, care a dat modele explicative pentru diferite clase de fenomene care pot fi foarte convingătoare şi folositoare, dar care nu pot fi explicate viabil în întregime, din punct de vedere fizic şi ştiinţific, nici astăzi. De fapt, a existat un puternic curent de opoziţie faţă de conceptul de forţă gravitaţională, atunci când a fost introdus, din cauză că părea să reprezinte o forţă aproape magică, într-o perioadă în care gândirea raţională începuse, în sfârşit, să câştige teren asupra misticismului şi superstiţiilor epocilor trecute. Astăzi, în mare parte ca rezultat al acceptării ştiinţifice a teoriei gravitaţiei a lui Newton, ne-am obişnuit cu ideea de forţe inexplicabile care trec prin spaţiile goale şi afectează obiectele la distanţă, într-o manieră la fel de inexplicabilă. Ne-am obişnuit chiar şi cu faptul că multe dintre aceste forţe (gravitaţia, magnetismul, sarcina electrică etc.) nu au nici o sursă de putere. Oricum, în vremea lui Newton astfel de forţe erau cunoscute doar din poveşti, mituri şi magie.

După filosofi ca René Descartes (1596-1650), societatea a făcut o călătorie lungă până când a ajuns să se scuture de misticismul trecutului şi să intre într-o binevenită eră a gândirii raţionale şi a dezbaterii. Mulţi au considerat ideea lui Newton de forţă complet neexplicată acţionând asupra unui spaţiu închis o reîntoarcere la gândirea magică din trecut. Newton a înţeles această problemă a teoriei forţei gravitaţionale pe care o crease şi n-a pretins niciodată că o poate explica. Oricum, natura constrictivă şi raţională a modelului său matematic, care a însoţit teoria, a întărit forţa de gravitaţie ca realitate fizică şi acest fapt ştiinţific a continuat să crească în acceptare, fiind teoria predominantă chiar şi astăzi. Trebuie să notăm că deşi este general acceptat că forţa gravitaţională a lui Newton nu are o explicaţie fizică corectă, problema cea mai mare – cea care violează legile fizicii – a trecut aproape neobservată. Pentru a ilustra acest punct de vedere, să începem cu amintirea uneia dintre cele mai fundamentale şi indestructibile legi ale fizicii – Legea conservării energiei: Energia nu poate fi distrusă, nici creată, se transformă, dintr-o stare în alta. Această lege foloseşte ca test pentru validitatea ştiinţifică a oricărei teorii sau invenţii propuse. Dacă o teorie propusă sau mecanism foloseşte sau produce energie, are nevoie de o sursă de putere pentru a face aceasta, doar transformând energia dintr-o formă în alta în timpul acestor procese. De exemplu, energia chimică stocată în gazolină se schimbă în energie cinetică, aşa cum este folosită la accelerarea unui vehicul. În concordanţă cu legea conservării energiei, energia chimică din gazolină nu dispare de fapt, ci este conservată în altă formă de energie – energia cinetică a mişcării vehiculului. În mod similar, energia cinetică a vehiculului nu apare de nicăieri, ci este convertită dintr-o sursă de energie chimică existentă – gazolina. Deşi în mod obişnuit ne referim la sursele de energie ca fiind secătuite, ceea ce vrem să spunem de fapt prin asta este că energia dintr-o sursă de putere este convertită în altă formă de energie, în altă parte. Aceasta este legea care spune că perpetuum-ul mobile este imposibil, deoarece ar trebui să producă o energie continuă, fără să fie implicată o putere care să secătuiască. Nu există astfel de „energie liberă” în ştiinţa noastră. Mecanismele cu energie liberă violează cele mai elementare legi ale fizicii. De asemenea important, imediat ce s-a realizat că energia (reprezentată prin simbolul E) şi materia (reprezentată prin simbolul m, de la masă) pot să-şi schimbe forma înainte şi înapoi, modelate de faimoasa ecuaţie a lui Einstein E = mc², legea conservării energiei include materia ca una dintre formele de energie. Explozia unei bombe atomice, de exemplu, nu creează, de fapt, enorma cantitate de energie din explozie, dar se consideră că o eliberează convertind miezul material în energie. Deci, în toate lucrurile, legea conservării energiei trebuie susţinută.

_____________

Semnal de alarmă!

Forţa gravitaţională a lui Newton violează legea conservării energiei – Nimic din teoria gravitaţională a lui Newton nu arată că forţa de gravitaţie slăbeşte pe măsură ce se cheltuieşte energie.

Dacă Luna n-ar fi atrasă de gravitaţia Pământului, ar zbura pe lângă acesta, înainte şi înapoi, în concordanţă cu teoria lui Newton. Totuşi, acest uimitor efort continuu depus de câmpul gravitaţional al Pământului nu pare să scadă deloc – mileniu după mileniu. Întorcându-ne la analogia cu vehiculul, atunci când o maşină îşi măreşte viteza, se spune că accelerează, ceea ce este posibil doar prin intermediul unei surse de putere, convertindu-şi energia în viteza crescută a maşinii sau energie cinetică. Transformând traiectoria vehiculul într-un cerc, obţinem o altă formă de schimbare a vitezei sau acceleraţiei, implicând o constantă obligată să-şi schimbe direcţia normală, în linie dreaptă, de mers. Această forţare circulară continuă de schimbare a direcţiei este cunoscută ca acceleraţie centripetă şi are nevoie de asemenea de energie ca să-şi menţină devierea constantă de la calea obişnuită, în linie dreaptă. La fel, momentul mecanic natural al Lunii ar duce-o pe aceasta în spaţiu, în linie dreaptă, dacă gravitaţia n-ar forţa-o să urmeze o traiectorie circulară, clipă de clipă. Totuşi, această uimitoare emisie de energie nu este balansată de o conversie a energiei din vreo sursă cunoscută de putere. Aceasta este o creare a energiei din nimic – energie liberă – mai degrabă, decât o conversie a energiei dintr-o formă (o sursă de putere) în alta (acceleraţie circulară centripetă). Este o violare clară a legii conservării energiei. Gravitaţia forţează obiectele de pe suprafaţa Pământului să rămână la sol, altfel ar zbura prin spaţiu. De fapt, forţa gravitaţiei ţine planeta noastră în starea în care este, creând uimitoare încrucişări de forţe în miezul Pământului. Acest mecanism funcţionează bine de peste 4 miliarde de ani, totuşi nici o sursă cunoscută de putere nu sprijină aceste uimitoare emisii de energie. Acest mister se adânceşte dacă luăm în considerare că nu este doar o canalizare de energie dintr-o sursă de putere care să sprijine efortul cheltuit de forţa gravitaţională, ci că, în fapt, nu există nici o sursă de putere. Se consideră că forţa gravitaţională este emanată de fiecare atom de materie, alcătuind uimitoarea gravitaţie a Pământului, totuşi, încă nu avem nici o explicaţie pentru această inepuizabilă sursă de putere, în ciuda teoriilor atomice detaliate create, chiar despicând nucleul atomului. Acesta este un imposibil caz elementar de mecanism cu energie din nimic. Această discuţie ridică în mod natural întrebarea de ce o astfel de violare a legilor fizicii nu generează o preocupare ştiinţifică intensă, curiozitate şi investigaţii. De ce este teoria gravitaţională a lui Newton pur şi simplu acceptată şi misterele ei neinvestigate? Această întrebare are un curios amestec de răspunsuri. Un răspuns este acela că ştiinţa a răspuns acestor îngrijorări acceptând o explicaţie foarte diferită, propusă de Albert Einstein (1879 – 1955), cunoscută ca Teoria generală a relativităţii. Teoria lui Einstein nu oferă însă nicio soluţie la aceste probleme. De fapt, aceste violări nu sunt cunoscute ca motive pentru acceptarea alternativei lui Einstein la teoria relativităţii, nici măcar nu sunt cunoscute general astăzi. Poate că şi mai curios este faptul că şi dacă Teoria generală a relativităţii este general acceptată în cercurile academice, ca descrierea corectă a gravităţii, nu este larg gândită sau folosită de ingineri şi fizicieni – în mod obişnuit rezervaţi faţă de studiul opţional sau avansat, şi mai ales pentru aplicaţiile sale rare şi exotice. Mulţi dintre absolvenţii de studii universitare ştiinţifice şi de inginerie ştiu foarte puţin despre teoria gravitaţiei a lui Einstein, în ciuda faptului că este considerată adevărata explicaţie a acestui fenomen şi nu este acceptată în general în programele spaţiale. Conceptul lui Newton de gravitaţie este de departe principala teorie a gravitaţiei folosită în misiunile spaţiale de astăzi, în ciuda faptului că a existat un aparent motiv întemeiat de acceptare a teoriei diferite a lui Einstein.

Toate cele care urmează depind de misterul care înconjoară teoria gravitaţiei de astăzi, deci, hai să privim mai de aproape la aceste probleme, începând cu în mod curent nerecunoscutele violări ale teoriei lui Newton. Serioasele violări şi aceste mistere găsite în teoria gravitaţiei a lui Newton au fost clar punctate, totuşi ştiinţa nu le recunoaşte în mod general. Cum se poate aceasta? Cum se poate ca cei foarte bine educaţi în fizică să fie ultimii care acceptă aceste mistere şi violări? Răspunsul este că teoria gravitaţiei a lui Newton este gândită ca fiind însoţită de instrumente care să rezolve aceste mistere şi violări referitoare la o ecuaţie numită Funcţia Lucru mecanic. Deşi vom vedea, pe scurt, că este o încercare de explicaţie în mod fatal defectuoasă, care dă o lămurire falsă a acestor probleme, faptul este privit de instituţiile educaţionale ca şi cum n-ar exista altă explicaţie la teoria gravitaţiei a lui Newton. Aşadar, toţi savanţii corect educaţi au învăţat tehnici logice standard (eronate) care au fost predate de generaţii ca să găsească explicaţii la misterele şi violările teoriei gravitaţiei a lui Newton. Aceasta conduce la faptul curios că, pe de o parte, ştiinţa a găsit necesar să caute şi să accepte teorii alternative, ca cea a lui Einstein, în timp ce, pe de altă parte, teoria gravitaţiei a lui Newton este încă larg acceptată de savanţi – fapt care ca face funcţia Lucru mecanic să fie un important element conducător în acest întreg mister şi, deci, bun de privit mai de aproape.

_____________

Semnal de alarmă!

Funcţia Lucru mecanic – o explicaţie eronată

Fizica de laborator implică în mod obişnuit transportul de obiecte grele sau de material de la un loc la altul. Cu cât este obiectul mai greu şi trebuie mutat mai departe, cu atât mai multă energie trebuie cheltuită în acest proces. Funcţia Lucru mecanic este pur şi simplu o încercare de a descrie acest fapt, folosind o ecuaţie simplă – în mod original concepută să ajute dispozitivele de inginerie mecanică ce folosesc energia ca să lucreze, cum ar fi locomotivele cu aburi care ard combustibil ca să tragă trenul. Formula ei este L = F · d, unde F este forţa, iar d, deplasarea, ceea ce înseamnă că cu cât este mai mare forţa necesară împingerii unui obiect şi cu cât mai mare distanţa pe care acesta este împins de această forţă, cu atât mai mare este lucrul mecanic depus în acest scop. Funcţia Lucru mecanic poate fi un instrument foarte folositor în analizarea şi cuantificarea cantităţii de lucru mecanic depus de un anumit proces sau maşină şi a fost de folos inginerilor, destul de bine, timp de peste un secol. Oricum, probleme serioase rezultă atunci când este extins dincolo de scopul iniţial. Scopul original era cel de instrument ingineresc pentru calcularea lucrului mecanic efectuat atunci când o forţă împinge un obiect pe o distanţă, ceea ce înseamnă cât de multă energie a fost cheltuită, pentru că o cantitate echivalentă de combustibil trebuie folosită în acest proces. Acestea toate par chiar rezonabile, oricum, de-a lungul anilor, funcţia Lucru mecanic a căpătat o subtilă şi surprinzător de înşelătoare transformare într-un “detector de lucru mecanic”, al cărui rezultat are cuvântul final în calcularea cantităţii de energie folosite într-un proces dat. Este o atât de subtilă şi totuşi puternică transformare, care necesită să fie clarificată printr-un exemplu: să considerăm situaţia în care trebuie să împingem un obiect prea greu ca să fie mutat, în ciuda tuturor eforturilor depuse în acest scop. Fără îndoială, se va depune un efort uimitor şi o energie asemenea în încercarea de a-l muta, dar nu va putea fi mutat, nici măcar un milimetru. Oricum, aplicând Funcţia Lucru mecanic ca „detector de lucru mecanic”, se calculează că trebuie depus un lucru mecanic egal cu zero. O cantitate uimitoare de energie s-a aplicat obiectului, dar acesta nu s-a mişcat deloc, distanţa fiind zero, ceea ce face ca lucrul mecanic să fie zero. Mai departe, aceasta înseamnă că energia cheltuită este egală cu zero, deşi am fi putut folosi un lucrător care s-ar fi epuizat încercând să mute obiectul, şi totuşi s-ar fi considerat că n-a consumat nici un pic de energie. Desigur, aceasta este o serioasă aplicare eronată a funcţiei Lucru mecanic, care dă rezultate fără sens, totuşi este chiar logica folosită la justificarea forţei gravitaţionale, aşa cum vom vedea în curând. Funcţia Lucru mecanic are scop organizarea şi cuantificarea situaţiilor în care o forţă chiar mişcă un obiect pe o distanţă, dar nu înseamnă că funcţionează ca un generic „detector de lucru mecanic”, care mai departe ne spune dacă a fost cheltuită vreo energie în timpul unui eveniment arbitrar. Acum, ca să desăvârşească incorecta transformare a funcţiei Lucru mecanic originale dintr-un simplu instrument ingineresc într-un generic „detector de lucru mecanic”, trebuia să evolueze de la forma originală L = F · d la forma folosită în prezent: L = F · d · cos (θ). Ştim că funcţia cos (x) ia valori între –1 şi 1. Deci, rezultatul se înmulţeşte cu o valoare cuprinsă între –1 şi +1, corespunzătoare unghiului făcut de direcţia pe care obiectul este împins şi direcţia în care ajunge după mutare. Dacă obiectul este mutat în direcţia în care trebuie împins, cazul obişnuit, acest unghi este de zero grade, deci lucrul mecanic trebuie înmulţit cu 1, deoarece cos (0) = 1. Aceasta înseamnă că nu se schimbă nimic în funcţia iniţială, atunci când forţa acţionează în aceeaşi direcţie. Oricum, dacă obiectul se mişcă complet în afara direcţiei pe care trebuie împins, acest unghi va fi de 90 grade, iar valoarea finală a lucrului mecanic este zero, deoarece cos (0) = 0. Această formulă modificată a funcţiei Lucru mecanic calculează doar cantitatea de lucru mecanic folosit în scopul mutării obiectului în direcţia corectă. Astfel este gândită funcţia Lucru mecanic astăzi, ceea ce ne dă cadrul pentru a explica de ce violarea legilor fizicii, menţionată anterior, nu preocupă pe cei mai mulţi oameni de ştiinţă. În primul rând, problema obiectelor ţinute la suprafaţa pământului de o forţă care nu are nici o sursă de putere cunoscută, este uşor îndepărtată prin nimic altceva decât un obiect care ţinut la sol de forţa gravitaţională nu se mişcă. Dacă obiectul nu se mişcă, nu se produce nici un lucru mecanic, în acord cu funcţia Lucru mecanic, şi deci nu se cheltuieşte nici o energie şi nu este nevoie de nici o sursă de energie ca să explice cum lucrurile sunt forţate să stea la sol prin gravitaţie. Serioasa violare a legii care rezultă din gravitaţia care ţine forţat obiectele pe suprafaţa planetei fără nici o sursă de putere cunoscută dispare dintr-o dată. E aceeaşi logică eronată folosită mai devreme, care epuiza muncitorul după ce încercase să mute un obiect foarte greu, deşi rezultă că nu a folosit nici un pic de energie. Desigur însă că atât muncitorul, cât şi gravitaţia trebuie să cheltuiască energie în cele două exemple. În mod asemănător este folosită formula modificată a funcţiei Lucru mecanic ca să justifice uimitoarea cantitate de energie necesară să ţină Luna în orbită, din nou, fără nici o sursă cunoscută de putere. Pentru că Luna trece de fapt pe lângă Pământ în linie dreaptă, dar este continuu constrânsă să urmeze o traiectorie eliptică, de către forţa de gravitaţie, această situaţie este asemănătoare cu cea în care obiectul alunecă într-o parte atunci când o forţă îl împinge înainte. Unghiul dintre direcţia de înaintare al Lunii şi direcţia gravitaţiei care o atrage continuu este tot de 90 grade, aceasta însemnând că lucrul mecanic necesar ca să o acţioneze trebuie înmulţit cu zero, deci energia folosită în acest scop este zero, raţionând mai departe, nu trebuie să mai căutăm o sursă de putere. Încă o dată o violare serioasă a legilor fizicii dispare fără urmă. Totuşi, o persoană care încearcă să menţină o greutate pe o traiectorie circulară, o piatră, de exemplu, care trebuie rotită continuu, la capătul unei sfori, ar putea să nu fie de acord cu acest efort zero, concluzia zero-energie pentru orbite. În final, situaţia obiectelor care cad vertical. În mod sigur, funcţia Lucru mecanic va avea o valoare diferită de zero, pentru că mişcarea se va face pe direcţia de înaintare, acţionată de gravitaţie. Într-adevăr, funcţia Lucru mecanic arată că s-a depus un efort, ceea ce ar trebui să însemne că s-a cheltuit o anumită cantitate de energie, şi, în continuare, ar necesita existenţa unei surse de putere identificată în interiorul Pământului, care este secătuită de o cantitate echivalentă, dacă acest eveniment ar trebui să rămână în afara legilor fizicii. Din moment ce în ştiinţă nu este cunoscută o astfel de sursă de energie, trebuie să admitem şi că gravitaţia newtoniană nu poate fi explicată ştiinţific sau să ajungem la un fel de altă justificaţie. Într-adevăr, o logică abstractă adiţională a fost inventată pentru acest tip de situaţie, ca să se evite căutarea oricărei surse de putere. Pentru ca un obiect să cadă de la o înălţime dată, lucrul mecanic trebuie să se producă înainte, împotriva efectului gravitaţiei, pentru ca obiectul să fie ridicat la înălţimea la care s-a aflat la început. Acesta acţionează înapoi, deci este negativ şi se anulează cu cel pozitiv desfăşurat de gravitaţie atunci când obiectele cad. Acest lucru mecanic egal total cu zero corespunde astfel unui consum de energie egal cu zero, şi, deci, iar nu mai trebuie să căutăm sursa de energie a gravitaţiei. Desigur, acest exerciţiu abstract depăşeşte realitatea fizică ce ne spune că obiectele care cad trebuie să învingă într-un fel sursa de energie necunoscută a gravitaţiei, şi nicio teorie cunoscută nu arată cum ridicarea anterioară a obiectelor va încărca această sursă de putere ca să compenseze această ultimă sursă de energie scursă. Mai departe, această explicaţie implică existenţa unei astfel de misterioase şi în momentul de faţă necunoscute surse de putere, ceea ce este principala problemă ce trebuia evitată. Deci balanţa energetică în această logică este o judecată fără sens care mai mult distrage atenţia de la violarea legii fizice potrivit căreia gravitaţia atrage obiectele către pământ fără să cheltuiască energie în acest scop. Încă o dată, motivul acestui mister logic ieşit din ştiinţa noastră este datorat subtilei, înşelătoarei şi totuşi puternicei diferenţe dintre folosirea funcţiei Lucru mecanic la descrierea situaţiilor clare în care o forţă mută un obiect pe o distanţă şi folosirea acesteia ca un generic „detector de lucru mecanic” în toate situaţiile. De fapt, în cazul gravitaţiei newtoniene, funcţia Lucru mecanic nu numai că a eşuat ca „detector de lucru mecanic”, dar şi ca „autentificator de forţă”. Asta, nu doar ca să uşureze îngrijorarea în privinţa violărilor legii, calculând forţa gravitaţională care nu efectuează niciun lucru mecanic şi nu cheltuieşte niciun pic de energie, dar şi ca să ajute la justificarea sau autentificarea existenţei forţei gravitaţionale. La urma urmei, orice teorie care implică o forţă care violează legile fundamentale ale fizicii este neacceptată la fel ca orice alt model abstract al unui proces fizic neexplicat. Nu poate fi acceptată literalmente ca explicaţie fizică corectă, pentru că acesta este motivul precis pentru care există legile noastre – ca un test cu hârtie de turnesol sau unul sanitar pentru astfel de idei noi. Funcţia Lucru mecanic are ca scop descrierea lucrului mecanic efectuat de forţe cunoscute în timp ce mută obiecte, dar aici este folosită în încercarea de a autentifica existenţa unei forţe anterior necunoscute, introdusă de Newton – o forţă care altfel este inexplicabilă ştiinţific. Această eroare de folosire a funcţiei Lucru mecanic creează în esenţă o fisură în Legea conservării energiei, corupând scopul ei original în ambele aceste concepte. Aceste discuţii arată tipul de logică ce ţine pe cei mai mulţi dintre fizicieni departe de înţelegerea faptului că forţa gravitaţională a lui Newton violează Legea conservării energiei. Oricum, îndată ce defectuoasa explicaţie a funcţiei Lucru mecanic este prezentată şi înlăturată, nu mai există scuze pentru această forţă neexplicată.

Oameni realişti din vremea lui Descartes au avut pe drept motiv să vadă această forţă gravitaţională ca o întoarcere la gândirea magică a trecutului. Poate că în zilele lui Newton era îndreptăţit să se aştepte ca generaţiile viitoare de savanţi să găsească o explicaţie viabilă sau chiar o adevărată sursă de putere pentru forţa gravitaţională. Oricum, trei secole mai târziu, nu s-au găsit răspunsuri, optând în loc pentru privirea cu un ochi orb la violările legilor fizicii şi construind o justificare logică defectuoasă a acestei forţe în ştiinţă. Ignorând scopul ei original, funcţia Lucru mecanic a fost încorporată astăzi în ştiinţă în aşa manieră că cei mai mulţi savanţi chiar cred că o valoare zero rezultată din calcule înseamnă întotdeauna că nu există niciun consum de energie. Aceasta a dus la concluzia logică că gravitaţia nu are nevoie de energie ca să ţină obiectele pe pământ, din cauză că nu este implicată mişcarea, şi nici să forţeze Luna să urmeze traiectoria eliptică în jurul pământului, pentru că forţa de gravitaţie este perpendiculară pe orbita lunii. Această stare de fapt există din cauză că se doreşte foarte mult să se creadă în această forţă. De secole, a fost singura explicaţie logică pe care o avem şi, în fapt, este singura explicaţie fizică convingătoare şi intuitivă pentru căderea obiectelor şi orbitarea lunilor, chiar şi astăzi. Poziţia oficială în ştiinţa de astăzi arată că o altă explicaţie viabilă este în Teoria generală a relativităţii, a lui Einstein, despre „spaţiul-timp continuu deformat”, dar nu se adresează experienţei noastre de azi şi pare demonetizată în comparaţie cu forţa gravitaţională intuitivă a lui Newton.”

(Fragment din cartea „Teoria finală – Regândindu-ne moştenirea ştiinţifică” de Mark McCutcheon)

___________

O abordare foarte interesantă a saltului făcut în ultima vreme în căutarea unei teorii care să explice totul face Michio Kaku ­– cofondator al teoriei stringurilor, autor al unor bestsell-uri internaţionale ca: „Hyperspace”, „Visions” şi „Beyond Einstein”, şi profesor de fizică teoretică la Universitatea de Stat New York City:

„Există o Teorie Finală în fizică? Vom avea într-o zi o teorie completă care să explice totul, de la particulele subatomice, atomi şi supernove la Big-bang? Einstein a petrecut treizeci de ani din viaţă într-o luptă sterilă pentru găsirea imaginatei teorii a unificării câmpurilor. Abordarea sa a fost, deci, inutilă. În anii 1980, atenţia s-a îndreptat spre teoria superstringurilor, ca posibil candidat la o teorie finală. Această revoluţie a început atunci când fizicienii au înţeles că particulele subatomice găsite în natură, ca electronii şi quarcii, s-ar putea să nu fie deloc particule, ci subţiri corzi vibratoare. Teoria superstringurilor a însemnat o revoluţie uimitoare, devenind repede una dintre cele mai rapid dezvoltate şi cele mai incitante domenii ale fizicii teoretice şi generând o avalanşă de articole scrise pe această temă. Apoi, pe la începutul anilor ’90, acest progres aproape s-a oprit. Savanţii s-au descurajat, atunci când au eşuat în încercarea de a răspunde la două întrebări: care este originea stringurilor? şi este Universul printre multiplele soluţii ale teoriei superstringurilor? Astăzi, Internetul bâzâie din nou de articole apărute în buletinul consiliului de la Laboratorul Naţional Los Alamos, din New Mexico, desemnat oficial să se ocupe cu această problemă. Responsabilă de acest entuziasm a fost descoperirea Teoriei M, care ar putea să răspundă la cele două întrebări vitale despre superstringuri. «Pot să am prejudecăţi în privinţa acesteia, dar cred că este, poate, cea mai importantă descoperire, nu numai din teoria stringurilor, dar şi din fizica teoretică, cel puţin în următoarele două decenii.», spune fizicianul Cumrun Vafa, de la Universitatea Harvard. Teoria M l-a condus pe John Schwarz de la Institutul Caltech, unul dintre fondatorii teoriei superstringurilor, să proclame o «a doua revoluţie a superstringurilor», şi a inspirat un minunat curs de trei ore al unui alt exponent de vârf al fizicii moderne – Edward Witten, profesor la Institutul de Studii Avansate de la Universitatea Princeton, New Jersey. Şocul care a urmat acestei descoperiri a cuprins şi alte discipline ale ştiinţei. (…) Printr-o lovitură uluitoare, Teoria M s-a apropiat de rezolvarea celor două vechi întrebări ale teoriei stringurilor, lăsând mulţi teoreticieni în fizică (printre care şi eu) cu gura căscată în faţa puterii ei. Mai mult, Teoria M poate chiar să oblige teoria stringurilor să-şi schimbe numele, pentru că, deşi multe elemente din Teoria M sunt încă necunoscute, nu pare să fie chiar o teorie a stringurilor. Alte jivine curioase par să-şi arate capul, inclusiv tipuri diferite de membrane. Michael Duff, de la Universitatea A&M din Texas, vorbeşte pe această temă în lucrarea „The theory formarly known as strigs”. Albert Einstein spunea: «Natura ne arată doar coada leului. Dar nu mă îndoiesc că leul face parte din ea, chiar dacă nu ni se poate revela dintr-o dată, din cauza dimensiunilor sale enorme.» Teoria M nu demonstrează corectitudinea finală a teoriei superstringurilor, din niciun punct de vedere. Demonstrarea valabilităţii sau a invalabilităţii ei poate să dureze alţi ani, dar arată totuşi un progres uimitor. Să ne amintim că unele din cele mai luminate minţi ale secolului XX au fost măcinate de problema creării unei Teorii a Întregului. Einstein a rezumat problema când a spus că natura ne arată doar coada leului… «Coada» este ceea ce vedem în natură şi poate fi descris prin cele patru forţe fundamentale: gravitaţia, electromagnetismul, forţa nucleară tare şi forţa nucleară slabă. Leul este teoria finală care le va uni într-o ecuaţie scurtă. Astăzi, fizicienii cred că prima forţă, gravitaţia, poate fi descrisă prin relativitatea generală a lui Einstein, bazată pe fina încreţire a spaţiului-timp. Aceasta este o teorie elegantă, care descrie lumea macroscopică a găurilor negre, quasarilor şi a Big-bang-ului. Dar gravitaţia a refuzat cu încăpăţânare să se unească cu celelalte trei forţe descrise de teoria cuantică. Aici, în locul spaţiului-timp uşor încreţit avem discreta lume a pachetelor de energie sau a cuantelor. Forma teoriei cuantice care merge cel mai departe în descrierea materiei şi a interacţiunilor acesteia este Modelul Standard, bazat pe o zoologie bizară formată din particule precum quarcii, leptonii şi bosonii. Modelul Standard poate fi una dintre cele mai reuşite teorii din ştiinţă, dar este, de asemenea, şi una dintre cele mai urâte. Ineficienţa ei este dată de nouăsprezece constante arbitrare nederivate din vreun fel de teorie care să fie la îndemână în rezolvarea ecuaţiilor. Capturarea «leului», care uneşte aceste două mari teorii, ar fi o încununare a rezultatelor din fizică. Dar deşi Einstein a fost primul care a pornit această nobilă vânătoare, trasând urmele leului, a pierdut în cele din urmă dâra şi s-a rătăcit în sălbăticie. Fizicienii de astăzi urmează o dâră diferită, care duce la Teoria superstringurilor. Spre deosebire de propunerile anterioare, aceasta a supravieţuit oricărei aspre provocări lansate de matematică. În mod deloc surprinzător, se poate spune că teoria este una radicală, o îndepărtare radicală de trecut, fiind bazată pe corzi foarte subţiri care vibrează în spaţiul-timp cu zece dimensiuni – particulele subatomice pe care le vedem în natură nu sunt altceva decât rezonanţe diferite ale supercorzilor vibratoare. Înţelegerea a ceea ce se întâmplă în spaţiul cu dimensiuni superioare poate să ajute la unificarea teoriilor din spaţiul cu mai puţine dimensiuni. Să ne gândim cum obişnuiau romanii să-şi dispună armatele pe câmpul de luptă. Fără să dispună de sistem radio şi de avioane de spionaj, bătăliile ar fi fost oribil de confuze, forţele risipindu-se pe mai multe fronturi, în acelaşi timp. Au „sărit” întotdeauna în „hiperspaţiu” – a treia dimensiune – alegând un deal. Din acest punct avantajos reuşeau să urmărească spaţiul bidimensional ca un singur, unificat întreg. Săritura la dimensiuni superioare poate de asemenea să simplifice legile naturii. În 1915, Einstein a schimbat complet noţiunea de gravitaţie, adăugând a patra dimensiune – timpul. În 1919, matematicianul german Theodor Kaluza a adăugat-o şi pe a cincea şi astfel a unificat spaţiul-timp cu ecuaţiile lui Maxwell pentru electromagnetism. Acest triumf a fost repede uitat în mijlocul freneticului interes generat de mecanica cuantică. Abia prin 1980 s-au întors fizicienii la această idee, pentru a crea teoria supercorzilor. În teoria supercorzilor, particulele subatomice pe care le vedem în natură nu sunt decât rezonanţe diferite ale supercorzilor vibratoare, în acelaşi mod în care notele muzicale sunt produse prin diferite de moduri de vibrare a corzii unei viori (aceste corzi sunt de ordinul 10 la puterea 35 metri. În acelaşi fel, legile fizicii – forţele dintre particulele încărcate, de exemplu – sunt armonii ale corzilor; Universul este o simfonie de corzi vibratoare. Atunci când se mută în spaţiul-timp cu zece dimensiuni, acestea încreţesc spaţiul-timp înconjurându-l exact în modul prezis de relativitatea generală. Deci corzile unifică, simplu şi elegant, teoria particulelor cu relativitatea generală. Mai bine spus, gravitaţia nu este un inconvenient la această unificare. «Spre deosebire de convenţionala teorie cuantică a câmpului, teoria corzii cere gravitaţia.», spune Witten. «Eu văd acest fapt ca una dintre cele mai mari realizări ale ştiinţei.» Dar, desigur, toate acestea au loc în spaţiul cu zece dimensiuni. Fizicienii regăsesc aici familiarul nostru Univers cvadridimensional, presupunând că, în timpul Big-bang-ului, şase din cele zece dimensiuni s-au încreţit (sau «compactificat») într-o sferă micuţă, în timp ce cele patru rămase s-au expandat exploziv, dând Universului forma pe care o are astăzi. Ceea ce au folosit fizicienii în ultimii zece ani este folosit acum la catalogarea căilor diferite în care se pot compactifica aceste şase dimensiuni. Munca lor a fost dificilă din cauză că matematicienii n-au studiat topologia şi proprietăţile acestor universuri cu şase dimensiuni. Fizicienii au preluat flacăra trasării şi creării a întregi domenii în matematică. Aceste efecte au evidenţiat milioane de compactificări, fiecare dintre ele producând diferite modele de quarci, electroni ş.a.m.d. Aşa cum am văzut, prima problemă care îi preocupă pe fizicieni în teoria supercorzilor este că nu înţeleg de unde vin aceste supercorzi. Ca lucrurile să arate şi mai rău, există cinci teorii diferite ale corzii care unifică teoria cuantică cu relativitatea. E o bogăţie deranjantă. Unul, numit Teoria de tip 1, este bazat pe două tipuri de corzi: «corzile deschise», ca un şiret care-şi uneşte capetele şi le deschide din nou, şi «corzile închise», în care şiretul este tot timpul închis ca un inel. Celelalte patru se bazează numai pe corzi închise. Câteva, precum cele de tip 2b, sunt generate doar de particulele al căror spin se roteşte în sens invers celui al acelor de ceasornic. (I. Asimov, „Stângăcia electronului”) Altele, precum tipul 2a, au particule al căror spin se roteşte în ambele sensuri. Entuziasmul a crescut prin descoperirea faptului că dacă postulăm existenţa unei misterioase Teorii M în unsprezece dimensiuni, putem arăta că cele cinci teorii ale corzii sunt de fapt versiuni ale aceluiaşi lucru. Ca un general roman care supraveghează câmpul de luptă în trei dimensiuni, fizicienii de astăzi stau în vârful dealului câmpului cu unsprezece dimensiuni şi văd cele cinci teorii unite într-o singură şi coerentă imagine reprezentând aspecte diferite ale aceluiaşi lucru.

____________

În urmărirea leului

Primul pas în această direcţie s-a făcut în urmă cu doi ani, când Witten şi Paul Townsend, de la Universitatea Cambridge, au arătat că Teoria de tipul 2a în zece dimensiuni este echivalentă cu teoria M în unsprezece dimensiuni cu o dimensiune încreţită. De atunci, s-a arătat că toate cele cinci teorii sunt echivalente. Deci, cel puţin fizicienii ştiu de unde vin supercorzile: din cea de-a unsprezecea dimensiune a Teoriei M. Teoria M a prezis de asemenea că aceste corzi coexistă cu membranele diferitelor dimensiuni. De exemplu, o particulă poate fi definită ca membrană zero (obiect cu zero dimensiuni). O coardă este o membrană cu o dimensiune, o membrană obişnuită, ca o băşică de săpun, este o membrană cu două dimensiuni, ş.a.m.d. Când aceste membrane „p” vibrează sau pulsează, creează rezonanţe noi sau particule care au fost omise la constituirea anterioară a superstringurilor. Numele de „Teorie M” i se datorează lui Witten: M vine probabil de la „membrană” sau de la „mama tuturor corzilor” sau poate că de la „mister”. Alegeţi. Ca să vedem cum se potrivesc toate acestea, să ne imaginăm trei orbi ţopăind pe urma leului lui Einstein. Auzindu-i goana, aceştia se mişcă haotic. Agăţându-se de coadă, ca să scape cu viaţă, unul dintre ei percepe o formă unidimensională şi proclamă tare: «Este o coardă. Leul este o coardă.» Al doilea se agaţă de urechea leului. Simţind o suprafaţă bidimensională, el strigă: «Nu, nu, leul este într-adevăr o bimembrană.» Al treilea orb, agăţat de piciorul leului, simte un corp tridimensional şi strigă: «Greşiţi amândoi. Leul este trimembrană!» Toţi au dreptate. Aşa cum coada, urechea şi piciorul sunt părţi diferite ale leului, teoria corzii şi membranele „p” par limite diferite ale Teoriei M. – Towsand a numit această situaţie „democraţia membranei p”.

Testul dur pentru orice teorie este aplicaţia practică. Nu contează cât de originală şi elegantă este teoria supercorzii, rămâne în picioare dacă descrie Universul fizic, sau cade. Altfel spus, este o Teorie a Întregului, aşa cum se speră, sau o teorie a Nimicului. Nu există cale de mijloc. Deci fizicienii teoreticieni trebuie să răspundă la a doua întrebare: este Universul, cu ciudata sa colecţie de quarci şi particule subatomice, printre soluţiile teoriei supercorzii? Aici se ajunge la o problemă jenantă, aceea că fizicienii n-au fost în stare să găsească toate cele patru soluţii. Din punct de vedere matematic, a fost diaboliceşte de dificil pentru oricine să o rezolve complet. În general, sunt două tipuri de soluţii. Până acum, au fost găsite doar cele din prima clasă, numite soluţii „perturbative”. În toate ramurile fizicii, teoreticienii au întâlnit o ecuaţie pe care n-au reuşit s-o rezolve pentru a stabili cu claritate căile spre găsirea de soluţii aproximative. În teoria supercorzilor, milioane de astfel de soluţii perturbative au fost catalogate, fiecare dintre ele corespunzând unei căi diferite de încreţire a şase din cele zece dimensiuni. Oricum, niciuna dintre ele n-a reprodus precis modelul quarcilor, leptonilor şi bosonilor în Modelul Standard, deşi unele s-au apropiat de ele. *Teoria M rezolvă o întreagă clasă de probleme despre care s-a gândit anterior că sunt nerezolvabile. Chiar ne dau detalii valoroase ale efectelor cuantice în găurile negre.* Deci, mulţi cred că Modelul Standard poate fi găsit printre soluţiile din clasa a doua, soluţiile „neperturbative”. Dar acestea sunt, în general, cele mai dificile dintre toate soluţiile din fizică. Unii fizicieni sunt mai disperaţi ca niciodată să găsească soluţii neperturbative la teoria superstringului. La urma urmei, chiar soluţiile neperturbative ale teoriilor cvadridimensionale sunt complet necunoscute, să le lăsăm deoparte pe cele ale complicatei teorii cu zece dimensiuni. Cum ne ajută Teoria M la rezolvarea acestei încăpăţânate probleme? Răspunsul stă într-un instrument uimitor numit „dualitate”. Mai pe înţelesul nostru, în Teoria M există o dualitate, o relaţie matematică simplă, între zonele perturbative şi cele neperturbative. Aceasta ne permite cel puţin să aruncăm o privire în această „zonă interzisă”. Ca să vedem cum lucrează dualitatea, să luăm ca exemplu teoria lui Maxwell a electricităţii şi magnetismului. Fizicienii ştiu de decenii că dacă înlocuiesc câmpul electric E cu câmpul magnetic B (şi invers) în ecuaţiile lui Maxwell şi schimbă sarcina electrică „e” cu sarcina magnetică „g” (sau invers), atunci ecuaţiile rămân la fel. Aceasta înseamnă că nu se schimbă nimic în teoria lui Maxwell, dacă efectuăm transformarea duală E«B şi e«g.

______________

Teoriile ascunse

De fapt, în teoria lui Maxwell, produsul dintre „e” şi „g” este constant, deci, unei valori cât mai mici a lui „e” îi corespunde una cât mai mare a lui „g”. Aceasta este cheia. Să presupunem o ecuaţie care include o funcţie matematică depinzând de „g” la pătrat, şi care nu poate fi rezolvată exact. Trucul matematic standard este să aproximăm o soluţie cu seria perturbaţiei „g” pătrat plus „g” la a patra, plus „g” la a şasea… şi aşa mai departe. Atât timp cât „g” este mai mic decât 1, fiecare termen succesiv al seriei este mai mic decât cel anterior, şi suma tinde la o singură cifră. Dar dacă „g” este mai mare decât 1, atunci suma creşte din ce în ce mai mult, iar aproximarea cade. Aici intervine dualitatea. Dacă „g” este mare, atunci „e” este mai mic decât 1. Folosind perturbaţia, obţinem seria „e” pătrat plus „e” la a patra, plus „e” la a şasea, care dă o valoare mică. În sfârşit, aceasta înseamnă că folosind perturbaţia pe „e” putem rezolva probleme din zona neperturbativă a lui „g”. Dualitatea în teoria lui Maxwell este mai degrabă banală, dar în Teoria M găsim o altă dualitate: g«1/g. Această relaţie, deşi simplă, se dovedeşte a fi incredibil de puternică. Când am văzut-o prima dată, nu mi-am crezut ochilor. Însemna că o teorie a corzii definită pentru „g” cu valoare mare, care este imposibil de descris folosind matematica de astăzi, se poate arăta echivalentă cu un alt tip de teorie a corzii, pentru „g” cu valori mici, care se poate descrie uşor folosind teoria perturbaţiei. Asta înseamnă că două teorii diferite ale corzii pot fi duale una alteia. În zona neperturbativă a teoriei corzii exista o altă teorie – cum se poate demonstra echivalenţa celor cinci teorii ale corzii? Au fost descoperite trei tipuri diferite de dualitate, S, T şi U, care implicau o reţea încurcată de dualităţi care legau teorii ale corzii de diferite dimensiuni şi tipuri. Într-o incredibilă cădere la pace, fizicienii au schiţat aproape toate soluţiile şi dualităţile existente în 10, 8 şi 6 dimensiuni. Înainte de Teoria M, găsirea soluţiilor neperturbative în aceste dimensiuni ar fi fost considerată imposibilă. Acum, problema este banală. De exemplu, să spunem că două teorii A şi B sunt duale una alteia în zece dimensiuni. dacă compactificăm ambele teorii în acelaşi mod, obţinem teoriile A’ şi B’. Acum avem însă ceva nou: A’ este duală şi cu B’. Astfel, comportamentul neperturbativ al lui A’ este dat de B’. Elaborând acest proces, obţinem o înţelegere aproape completă a diferitelor universuri posibile cu mai puţin de şase dimensiuni. Şi astfel Teoria M rezolvă o întreagă clasă de probleme despre care mai înainte se credea că sunt imposibil de rezolvat. Ne dă chiar inestimabile noi detalii despre efectul cuantic în găurile negre. Dar sunt multe necunoscute. De exemplu, ce este, exact, Teoria M? Până acum cunoaştem doar fragmente ale ei (partea despre energia joasă). Încă mai aşteptăm să vină cineva şi să dea o descriere completă a Teoriei M. Anul trecut, Vafa a şocat fizicienii anunţând că este posibilă existenţa unei teorii a spaţiului cu 12 dimensiuni, numită Teoria F (F de la „father” – tată). Şi mai important, sunt încă departe de configurarea tuturor dualităţilor în spaţiul cu patru dimensiuni. Dacă toate merg aşa cum am sperat, ar trebui să găsim că unul dintre aceste universuri cvadridimensionale conţine Modelul Standard şi că astfel descrie Universul cunoscut. Dar sunt milioane de astfel de soluţii, şi umblând printre ele ca să găsim una ne-ar putea lua câţiva ani buni (cu ajutorul tehnicii actuale). Deci Teoria Finală va fi în 10, 11 sau 12 dimensiuni? După părerea lui Schwarz, se poate ca răspunsul să nu fie niciunul dintre acestea. Crede că adevărata teorie finală nu poate să aibă o dimensionalitate fixă şi că doar cea cu 11 dimensiuni pare bună atunci când încercăm să o rezolvăm. Townsend are o părere similară: «Toată noţiunea de dimensionalitate este una aproximativă care funcţionează în doar câteva contexte semiclasice.» Să însemne aceasta că sfârşitul acestei căutări este în a vedea că peste câteva zile vom fi în stare să finalizăm Modelul Standard din primele principii? Când am pus această întrebare unor fizicieni de vârf în acest domeniu, mi-au dat răspunsuri precaute. Townsend a legat starea actuală a cunoaşterii de cea a vechii ere cuantice a atomului lui Bohr, chiar înainte de clarificarea mecanicii cuantice: «Avem câteva imagini creative şi câteva reguli. Dar este de asemenea clar că nu avem o teorie completă.» Witten crede, de asemenea, că suntem pe pista cea bună. Dar mai spune că avem nevoie de câteva noi revoluţii, precum cea prezentă, ca să finalizăm teoria. «Dacă vom putea reuşi încă o revoluţie a supercorzii în zece ani, cred că va fi bine.» De la Harvard, Vafa adaugă: «Sper că aceasta este lumina de la capătul tunelului. Dar cine ştie cât de lung este tunelul?» Personal, eu sunt optimist. În perioada următoare vom putea vedea conturul leului şi mi se pare magnific. Într-o zi, îi vom auzi răcnetul.”

___________

LUMEA FĂRĂ SFÂRŞIT

Ne-am putea crea un Univers al nostru, în magazie sau în pivniţă? Se pare că da, dar ce ne-am face când ar începe să se extindă cu o viteză ameţitoare, într-o fracţiune de secundă? Şi-ar crea propriul spaţiu, după cum afirmă Anan Guth (profesor la M.I.T.), iar într-o altă fracţiune de secundă, s-ar desprinde complet de Universul nostru şi ar evolua ca univers singular, închis, atingând proporţii cosmice.

Întrebaţi care este originea Universului, cosmologii nu pot da un răspuns clar. „Universul n-a început. Este infinit.”, spune Fred Hoyle. „Este o întrebare deschisă.”, spune Steven Weinberg, fizician la Universitatea din Texas, laureat al Premiului Nobel pentru contribuţiile aduse în fizica particulelor. „E acolo sus.”, spune Paul Steinhardt, de la Universitatea de Stat Pennsylvania, co-descoperitor, în anii 1980, al unei teorii-cheie despre Universul timpuriu. „Trebuie să fi avut un început.”, spune cosmologul Alexander Vilenkin, de la Universitatea Crufts din Massachusetts. „Este acceptat modelul standard big-bang, spune Roger Penrose, matematician la Universitatea Oxford, şi totul este rod al fanteziei.” Hoyle este convins că teoria big-bang este un mit şi că Universul este etern, cu materia continuu creată în centrul galaxiilor. Michio Kaku, de la City University of New York, afirmă că „ar putea să fie un număr infinit de universuri, fiecare cu legi diferite ale fizicii. Universul nostru ar putea fi doar o bulă plutind într-un ocean de alte bule.” Neil Turok, de la Universitatea Cambridge, se întreabă: A fost un început? A existat timpul înainte de big-bang? De unde vine Universul?”

În principiu, toată lumea acceptă modelul big-bang, cel puţin în ceea ce priveşte stadiile de început ale Universului. Weinberg spune că „Suntem într-un Univers în expansiune, care la un moment dat, înainte de formarea stelelor şi a galaxiilor, a fost foarte fierbinte şi dens. Nu cred că există vreun argument serios în acest sens, că a fost un big-bang şi că partea din Univers în care trăim a avut un început. Mai departe, chiar nu ştim.”

Ca să traseze istoria Universului până la origini, cosmologii îi imaginează expansiunea înapoi până la un punct în care Universul era aproape inimaginabil de mic şi de dens. Prima problemă care apare este noţiunea de timp care are o altă semnificaţie în mâinile lor. Motivul este că, la aşa-numita scală a lui Planck (10^-35 m), două teorii se cam bat cap în cap. Scala lină, cuprinzătoare a lui Einstein, teoria clasică a gravitaţiei, nu asigură resurse pentru găunoasa teorie cuantică a particulelor fine. „Întrebările care s-au pus înainte încep să-şi piardă sensul.”, spune Steinhardt. „Înainte are sens doar dacă există o oarecare ordonare în timp a lucrurilor, şi această noţiune cade pe scala lui Plank.” Weiberg îi dă dreptate: „Orice descriere care încearcă să meargă mai înapoi în timp trebuie să renunţe la ideea de timp. Nu mai este un concept plin de sens.”

Sclipiri de speranţă privind reconcilierea relativităţii cu teoria cuantică au venit din teoria stringurilor – potrivit căreia toată materia este constituită din corzi subţiri în zece dimensiuni. Deşi pare că trăim într-un univers cu doar patru dimensiuni, trei pentru spaţiu şi una pentru timp, teoria spune că şase dintre ele s-au încreţit atât de strâns, încât nu le putem detecta direct. Aceasta cauzează însă şi mai multe probleme, pentru că pe scala lui Planck, cele şase dimensiuni compactificate îşi pierd importanţa. „Mergi înapoi în timp şi pare că te îndrepţi spre o singularitate şi că, dintr-o dată, fizica se schimbă din cauza acestor extradimensiuni de care nu eşti conştient şi care intră în scenă fără să-ţi dai seama.”, spune Steinhardt. În mod obişnuit este uşor să vorbim despre timp şi spaţiu separat, dar, spune tot el, „Atunci când desfăşori extradimensiunile, nu ştii cum vor fi. S-ar putea să ai nevoie de două coordonate timp sau mai multe. Ideea de înainte şi după ar fi atunci chiar şubredă.”

„Mecanica cuantică este un subiect pe care l-au cam evitat profesorii universitari, de-a lungul anilor, din cauză că nu prea a fost înţeleasă, nici de ei, nici de studenţi. Înţelegerea lumii sub-atomice a dat bătăi de cap multor generaţii de fizicieni, un şir de frisoane în plus producând introducerea în cursuri a ecuaţiei dualităţii undă-particulă, cursuri la care profesorii se rugau ca studenţii să nu pună prea multe întrebări. Chiar Richard Feynman, fizicianul american care a primit Premiul Nobel pentru contribuţia sa la teoria cuantică, a declarat odată: „Cred că e mai sigur să spun că nimeni nu înţelege mecanica cuantică.” Uneori, este bine să ne gândim la particulele subatomice ca la nişte rulmenţi, altădată e mai bine să fie văzute ca unde. Uneori, pot fi considerate mici titirezi, dar unii care se învârtesc numai după anumite valori. Una dintre cele mai mari provocări în înţelegerea acestui subiect este caracterul de-a dreptul ciudat al tuturor, lipsa de legătură cu lucrurile cunoscute. Sfatul lui Feynman pentru cea mai bună înţelegere a mecanicii cuantice este o reminiscenţă a celei adoptate de budiştii care contemplă natura realităţii: nu pierde timpul cu întrebări metafizice – accept-o şi studiază-i consecinţele. Cei care fac astfel sunt răsplătiţi cu câteva intuiţii spectaculoase, de la legăturile dintre magnetism şi spinul subatomic, la existenţa „fluctuaţiilor de vacuum”, în care particulele sunt create constant şi distruse, peste tot în jurul nostru, chiar şi în noi. În revista „Nature” apărea un articol surprinzător de mecanică cuantică, în care era descris unul dintre cele mai ameţitoare efecte sub-atomice prezise de mecanica cuantică, şi făcea paralele cu un fenomen observat pentru prima oară de căpitanii galioanelor. În 1948, Hendrick Casimir, fizician german, a făcut uimitoarea descoperire că dacă două lamele de metal sunt apropiate destul de mult, între ele apare o forţă magică, atrăgându-le. Şi mai uimitor este că originea acestei forţe este, literalmente, nimic – spaţiu gol pur. Forţa e foarte firavă, fiind măsurată abia peste cinci ani, cu ajutorul cristalelor de cuarţ plasate la mai puţin de o milionime de milimetru distanţă: puterea ei ajunge la circa o zecime din greutatea acestui punct. Nu prea mult, cum ar spune Paul Daniels, scamatorul, dar destul de mult. Aşa cum arăta Eyal Buks, fizician la Technion, Israel, în revista „Natura”, inginerii au găsit că această „forţă de nicăieri” poate să adune particule mici, de sub un milimetru grosime.

Ca în multe alte cazuri în mecanica cuantică, originile Forţei Cazimir sunt aproape intuitive. Pe şleau vorbind, reies din faptul că până şi spaţiul închis este străbătut de unde de energie care vin de nicăieri. Aşezând două lamele în această mare de energie, se creează o regiune în care doar undele de o anumită lungime pot pătrunde. Cele două lamele sunt împinse una spre cealaltă de undele rămase în afara lamelelor, care insistă să fie lăsate înăuntru. Toate acestea pot fi evidente celor care lucrează de obicei cu ecuaţiile undei din teoria cuantică. Se poate, oricum, să pară un pic bizare celor care se ocupă cu o formă mai familiară de undă. Aşa cum arată Dr. Buks, au existat rapoarte încă de la începutul secolului al XIX-lea despre o misterioasă „forţă de nicăieri” care apare atunci când două vapoare cu catarge înalte se apropie pe timp de hulă. În concordanţă cu ştiinţa navigaţiei, în lipsa unei acţiuni de evitare, cele două vase vor fi împinse unul spre celălalt cu consecinţe dezastruoase.

În mod remarcabil, fizicianul german Sipko Boersma a arătat recent că această forţă maritimă poate fi explicată în analogie cu duplicata ei secretă cuantică. Într-o hulă, navele se clatină, creând ele însele valuri. Dacă două nave se apropie lateral, valurile pe care le creează se anulează în spaţiul dintre ele – permiţând undelor de pe părţile exterioare să le forţeze împreună. Ca şi în cazul Forţei Cazimir, nu avem de a face cu o forţă uriaşă, dar e destul de mare ca să cauzeze probleme. Totuşi, importanţa ei cea mai mare ar putea fi dată de valoarea ei ca o analogie zilnică cu un efect atomic care nu are nicio valoare, dar care face moara să funcţioneze.” (Robert Mattews, The Sunday Telegraph, 22 sep. 2002)

Dar cum a apărut Universul din nimic? În 1982, Vilenkin a avut ideea că Universului i-a venit literalmente chef să existe, ceva permis de teoria cuantică, dar imposibil la scară mare în viaţa de fiecare zi. În lumea clasică, dacă ai un obiect sferic greu într-un lichid, va trebui să-l apeşi ca să se rotească pe partea cealaltă. În lumea cuantică, există o mică, dar diferită de zero, probabilitate ca obiectul să se rostogolească în lichid fără ajutor din afară. Singura condiţie este că nu se câştigă nicio energie în acest proces. Deci cum se leagă asta de Univers? Ei bine, să spunem că pornim de la nimic, nici chiar spaţiu şi timp. Probabil că energia totală a acestui sistem ar fi zero. Este posibil să realizăm un Univers de spaţiu, timp şi materie a cărui energie totală este zero? Răspunsul este da. „Nu poţi crea ceva din nimic.”, spune Vilenkin. „Dar Universul este o excepţie.” Energia gravitaţională este negativă, iar energia materiei este pozitivă. Într-un Univers închis – unul în care dacă mergi într-o direcţie, te poţi întoarce în acelaşi punct – energia negativă a gravitaţiei anulează energia pozitivă a materiei, deci, energia totală este zero. Este ca şi cum big-bang-ul nostru personal este, de fapt, unul lipsit de importanţă. În viziunea clasică, Universul nu poate apărea din nimic, pentru că este interzis să adoptăm o anumită limită de mărime. Dar în teoria cuantică, Universul poate să treacă prin această piedică de mărime şi să apară spontan, cu o mărime mai mare decât valoarea critică.

Putem să ştim dacă Universul a început ca un singur punct sau, pur şi simplu, a existat mereu? Există însă o altă complicaţie, care poate să transforme toată această chestiune într-o problemă academică, şi care porneşte de la ideea numită „inflaţie”, descoperită la începutul anilor 1980, cu scopul de a rezolva unele probleme supărătoare legate de modelul standard big-bang. În versiunile ei de început, teoria inflaţiei stipula că, imediat după big-bang, Universul s-a dilatat dintr-o dată, mărindu-şi diametrul de mai mult de un trilion de trilioane de ori, în doar o infimă fracţiune de secundă. După aceasta, a trecut la o fază neinflaţionistă şi s-a dilatat la o scară echilibrată. La mijlocul anilor 1980, cosmologul Andrei Linde, de la Universitatea Stanford, a realizat că un astfel de sistem s-ar autoreplica. Odată scăpat din big-bang, s-ar replica continuu. Chiar dacă cea mai mare parte a Universului ar ieşi din faza inflaţionistă, afirmă Linde, regiuni mici din acesta ar rămâne capabile de inflaţie. Acestea ar evolua atunci de la regiuni infinitezimale la bucăţi mari de Univers, într-o fracţiune de secundă, şi ar crea noi bucăţi de Univers şi aşa mai departe. În fiecare caz, odată inflaţia terminată, bucata ar evolua în concordanţă cu modelul standard al teoriei big-bang. Dacă este adevărat, întregul Univers ar putea fi format dintr-un uriaş număr de bucăţi dezvoltate, care ar putea fi foarte diferite de cea în care trăim noi. Problema este că nu vom şti niciodată. „Ne-am îndepărtat la o distanţă îngrozitor de mare de regiunile care au trecut printr-o istorie diferită.”, spune Steinhardt. „Inflaţia aruncă umbră peste lucruri, din cauză că face ca partea de Univers pe care o observăm să pară infinitezimală în comparaţie cu întregul Univers, şi poate nu chiar reprezentativă. Nu vom fi niciodată în stare să vedem marginile bucăţii de Univers în care trăim, şi aceasta ne pune în imposibilitatea de a proba teoriile prin observaţii.”

În plus, un Univers care se autoreplică la infinit poate să nici nu aibă nevoie de big-bang. Vilenkin spune că a demonstrat o teoremă în care Universul inflaţionist trebuie să aibă o origine, dar Linde este sceptic. El crede astfel, dar n-a demonstrat că a existat un big-bang iniţial din care au rezultat „toate big-bang-urile”. Oricum, adaugă că problema este atât de departe de experienţa noastră, încât este lipsită de relevanţă: „Să spunem că avem un număr infinit de bule care produc toate alte bule. Locuim într-una din aceste bule şi privim la modul în care s-a format aceasta. Din toate scopurile practice, acesta este începutul Universului nostru.” Pentru că sunt infinit de multe astfel de bule, nu avem motive să credem că a noastră este prima sau chiar a suta. Big-bang-ul nostru este mai degrabă, spune Linde, unul foarte insignifiant, departe de cel de la care a plecat întreg Universul.

Profesorul Stephen Hawking, unul dintre cei mai renumiţi savanţi de astăzi, spune că ştiinţa va înţelege curând destul ca să poată explica teoria big-bang: folosind teoria cuantică şi conceptul de timp imaginar, s-ar putea să descrie condiţiile în care s-a petrecut big-bang-ul şi ce l-a cauzat. În acest caz, spunea Hawking la un curs, „…n-ar trebui să se apeleze la ceva din afara Universului ca să se determine cum a început Universul. Universul ar fi un sistem complet care se autoconţine.” Ar putea însemna asta că nu mai este loc pentru un Creator? Dr. Robert Russell, şeful Centrului de Teologie şi Ştiinţe Naturale de la Universitatea Berkely, California, nu este de acord. Scopul organizaţiei conduse de el este unirea religiei cu ştiinţa, ca să poată învăţa una de la alta, şi Russell spune că teoriile lui Hawking permit ideea de Dumnezeu, ca transcendent al timpului şi spaţiului. Alţi pro-Dumnezeişti folosesc evidenţa din cercetare pentru o teorie unificată a câmpului, încercându-se o însumare a tuturor forţelor Naturii într-un cadru coeziv – o teorie a întregului, cu alte cuvinte. Ei spun că această cercetare, începând cu Einstein, care a crezut într-o explicaţie simplă şi elegantă a Universului, este, în esenţă, un scop religios, pornit din credinţa în existenţa unei forţe exclusive de creaţie. Aceiaşi oameni resping acele obiecţii asupra cosmologiei care scad importanţa omului. Dimpotrivă, spun ei, dat fiind ceea ce ştim despre Univers, în special condiţiile extrem de rare necesare vieţii pe Pământ, oamenii sunt foarte mult în centrul creaţiei. Suntem speciali, într-adevăr. Oricum, niciuna dintre acestea nu l-a impresionat pe profesorul Richard Dawkins, autor al mai multor cărţi de ştiinţă bine vândute, care preferă să creadă în ştiinţă. „Dumnezeu în acest sofisticat sens fizic, nu seamănă defel cu Dumnezeul din Biblie, ori din orice altă religie.”, spune el. „Dacă un fizician spune că Dumnezeu este un alt nume pentru constanta lui Planck, sau Dumnezeu este o supercoardă, ar trebui să înţelegem prin asta un sens metaforic de a spune că natura supercorzilor sau valoarea constantei lui Planck este un mister profund. Nu are, în mod evident, nici cea mai mică legătură cu capacitatea de a ierta păcate… cui îi pasă dacă Sabat-ul începe la 5 p.m. sau la 6 p.m.?” Încă nu se poate argumenta nici existenţa, nici inexistenţa lui Dumnezeu. Ştiinţa va trebui să descopere, pas cu pas, secretele Universului.

În privinţa originii Universului, Neil Turok este de părere că „Nimeni nu are o altă soluţie la această problemă a singularităţii decât cea esenţialmente pornind de la ideea că Universul a început la un anumit moment în timp… Aceasta este cea mai complicată problemă din cosmologie. Dacă reuşeşti să treci de singularitate, eşti pe drumul definitivării teoriei Universului.”

Odată acceptată Teoria M, prin includerea în calcule şi a celei de-a unsprezecea dimensiuni, savanţii au ajuns la concluzia că toată materia din Univers este legată la o structură vastă, numită membrană sau creier; de fapt, întregul Univers este o membrană. Strădaniile de a explica totul în Univers puteau pleca de aici. Lisa Randall, de la Universitatea Cambridge, a avut într-o zi o idee strălucită în privinţa aceasta şi a pornit de la o observaţie asupra gravitaţiei, în contextul spaţiului cu unsprezece dimensiuni: „Forţa gravitaţională este extrem de slabă în comparaţie cu celelalte forţe. Te poţi uita în jur şi să spui că nu pare slabă deloc, dar te gândeşti că întreg Pământul trage de tine, şi totuşi poţi să te mişti, să ridici lucruri.” Nima Arkani-Hamed, de la Universitatea Harvard, spune: „Gravitaţia nu pare cu siguranţă slabă în viaţa de toate zilele. Este responsabilă de poziţia noastră verticală pe pământ şi face ca Pământul să se rotească în jurul Soarelui, şi aşa mai departe, dar gravitaţia este de fapt incredibil de slabă, în comparaţie cu celelalte forţe.”

Lisa Randall a încercat să calculeze cum poate gravitaţia să pătrundă din Universul nostru membrană în spaţiul închis, dar n-a reuşit. Apoi a auzit de teoria potrivit căreia ar putea exista o altă membrană în spaţiul cu unsprezece dimensiuni. Dacă gravitaţia nu venea din Universul nostru, ci prin el? Dacă venea dintr-un alt Univers? În acea membrană sau creier, gravitaţia ar fi la fel de puternică precum celelalte forţe, dar ajunsă la noi, ar fi doar un semnal slab. Lucrând din nou la calcule, totul s-a potrivit perfect. Lisa Randall: „Dacă ne-am imagina că sunt două membrane? Să spunem că e una în care existăm şi una în care dacă este altceva, e acolo, dar nu particulele noastre, nu materia din care suntem făcuţi noi şi nu chestiuni de care asociem forţele.” Michael Duff, de la Universitatea Michigan, spune că: „Această a unsprezecea dimensiune… are o multitudine de alte membrane care variază ca dimensiune.” Michio Kaku spune că: „Într-un alt univers, s-ar putea ca protonii să fie instabili, caz în care atomii s-ar dizolva şi ADN-ul nu s-ar mai putea forma, deci, nicio altă viaţă inteligentă. Probabil că este un univers de electroni şi electricitate, poate un univers de trăsnete şi neutrino, dar nu de materie stabilă.” Michael Duff spune că „Celelalte universuri sunt paralele cu al nostru şi pot fi foarte aproape de el, dar nu vom şti niciodată asta. Ar putea să fie complet diferite, cu legi complet diferite.”, iar Alan Guth continuă: „S-ar putea să nu aibă toate viaţă, dar unele fragmente din ale ar putea să aibă, şi oricare ar fi acel fragment, dacă sunt o infinitate de astfel de universuri, ar fi un număr infinit de universuri care au civilizaţii în viaţă.” „Unele dintre aceste universuri ar putea arăta exact ca al nostru, cu deosebirea că poate nu existăm acolo.”, spune Michio Kaku. Burt Ovrut, de la Universitatea Pennsylvania, spune că „Se pare că aceste membrane se pot mişca. […]

De fapt, dacă se mişcă, e foarte posibil să se ciocnească… şi ce se întâmplă dacă se ciocnesc?… Şi pe măsură ce am mers mai departe, cel puţin am învăţat din ce în ce mai mult despre cum ar fi posibil să facem ca aceste coliziuni de membrane să producă toate efectele de la începutul Universului; în particular, este simplu să fac asta cu palmele: când se ciocnesc, se poate obţine un big-bang.” Un pic mai serios, cosmologul Neil Turok spune: „Şi big-bang-ul este consecinţa unei astfel de ciocniri dintre două lumi paralele. Oamenii înclină să se gândească la membrane ca fiind plate, coli perfecte, plane geometrice, dar cred că această imagine nu poate fi corectă. Nu poate fi perfect plată. Are ondulaţii.” Paul Steinhardt completează că din cauză că aceste membrane au ondulaţii pe suprafeţe, când vin în contact, nu se ciocnesc în acelaşi timp în acelaşi loc. „Existenţa acestor membrane înainte de singularitate implică faptul că a existat timp înainte de big-bang, spune Neil Turok.” „Atunci când membranele colizionează, această coliziune poate fi explicată prin Teoria M.”, spune Burt Ovrut.

Este, deci, datoria matematicienilor şi a ştiinţei să exploreze acest domeniu. „… pot exista un număr infinit de universuri, fiecare cu legi fizice diferite. Big-bang-uri pot avea loc tot timpul. Universul nostru coexistă cu alte membrane, alte universuri care sunt, probabil, în proces de expansiune.” (Michio Kaku) Povestea nu are cum să se termine aici. Teoria Întregului, odată găsită, se poate trece la folosirea ei. Fizica se pregăteşte astfel pentru ultimul asalt: să creeze un Univers al ei, fără niciun mister sau întrebare fără răspuns. „Eu, spune Alan Guth, am lucrat, de fapt, cu câţiva oameni o perioadă de timp la întrebarea dacă este posibil, în principiu, crearea unui univers în laborator. Dacă se poate sau nu, nu ştim sigur. Pare probabil că ar merge.”

O altă rază de speranţă vine de la numărul alpha (alfa).

„Alpha este numărul echivalent cu puterea forţei electromagnetice în Univers.”, spune profesorul Paul Davies, fizician şi scriitor ştiinţific. Chiar şi aşa, mulţi fizicieni privesc încercările de a-i explica valoarea ca eronate; pentru ei, alpha este egal cu 1/137, pentru că asta înseamnă, aşa cum pi este egal cu 22/7 sau ceva pe acolo. Aşa este Universul. Dar nu doar profesorul Davies a căzut sub vraja numărului alpha şi a altor constante fundamentale. Paul Dirac şi Wolfgang Pauli, câştigători ai Premiului Nobel, au petrecut amândoi ani la rând reflectând asupra valorilor acestor constante – Pauli fiind atât de obsedat de numărul alpha, încât hazardul a făcut să-şi petreacă ultimele ore din viaţă în camera de spital cu numărul 137. Aşa cum a precizat profesorul Davies, alpha nu mai este privit ca fundamental, nici chiar constantă. Împreună cu numerele care reprezintă puterea celorlalte trei forţe fundamentale – gravitaţia, forţa nucleară tare şi forţa nucleară slabă – alpha este considerat a fi amăgitor de simpla concluzie a Teoriei Întregului, care (speră fizicienii) să arate, în cele din urmă, că cele patru forţe sunt de fapt faţete diferite ale unei „superforţe”. Este gândit că această superforţă a existat în primele momente ale big-bang-ului. Rapida expansiune şi răcirea Universului au dus la separarea ei în cele patru forţe fundamentale care controlează existenţa. Aşa cum vorbim despre alpha acum, are un pronunţat ton biblic, de care sunt conştienţi nu numai creaţioniştii – tinzând să o considere „doar o teorie” – aparent în credinţa că o teorie este bazată pe cunoaştere şi trebuie să asigure cunoaştere… Dacă s-ar putea crea temperatura universului primordial, ar fi posibil să fim martori astăzi la recontopirea celor patru forţe fundamentale în „superforţa” primordială. În mod remarcabil, o astfel de întoarcere în istorie se poate face folosind acceleratorul de particule. În funcţie de temperatură, căldura va circula dintr-un loc în altul. Cu cât este mai mare, cu atât mai mare va fi viteza particulelor. Marile acceleratoare de particule, ca cel în lăţime de cinci mile, maşina LEP, din Geneva, poate să accelereze electroni la viteze colosale, ceea ce măreşte temperatura la mai mult de un milion de miliarde de grade Celsius. După spusele astronomilor, astfel de temperaturi au existat la circa o sută de milionime de secundă după big-bang. Dacă teoria superforţei este adevărată, forţa electromagnetică ar trebui să fi fost mai puternică în stadiile de început ale big-bang-ului. Acei fizicieni care ar folosi acceleratorul ar trebui să observe că valoarea numărului alpha creşte, pe măsură ce măresc viteza particulelor. În mod uimitor, acesta este exact lucrul pe care l-au constatat fizicienii folosind maşina LEP. Când au adus particulele la temperatura de un milion de miliarde de grade, valoarea numărului alpha a crescut de la „temperatura camerei” de 1/137 la valoarea de 1/128.

Cu alte cuvinte, aceste experimente arată că după circa a suta milionime de secundă de la big-bang, electromagnetismul era cu 7/100 mai puternic decât astăzi. După extrapolarea acestor rezultate şi a rezultatelor altor experimente, fizicienii susţin acum că deţin o evidenţă puternică ca să arate că cel puţin trei din cele patru forţe se transformă treptat una în cealaltă la temperaturi suficient de mari. În faţa acestei evidenţe, acele încercări de a explica de ce numărul alpha trebuie să fie egal cu 1/137 par acum un pic naive. Cu siguranţă, Pauli nu avea nevoie să se frământe prea mult în legătură cu semnificaţia numărului camerei sale de spital. În fine, aceste încercări ratate dezvăluie adevărul că până şi câştigătorii Premiului Nobel consideră uneori că lucrurile simple trebuie să aibă o explicaţie simplă. Chiar Einstein a conştientizat acest pericol în cuvintele: „O teorie trebuie să fie cât mai simplă posibil, dar nu mai simplă.” [The Sunday Telegraph 9/9/2002]

__________

ÎN LOC DE CONCLUZIE

Detaliile evoluţiei nu ne sunt perfect cunoscute. De când Darwin a avansat pentru prima dată teoria sa despre originea speciilor, în 1859, savanţii au tot ajustat şi completat sugestiile sale. Acest proces nu e terminat. Detaliile teoriei evoluţioniste sunt în dispută tocmai din cauză că savanţii nu acceptă credinţa oarbă şi dogmatismul. Dintr-un anumit punct de vedere, ştiinţa este nesigură. Teoriile sunt subiect de revizie, observaţiile sunt deschise la o varietate de interpretări şi savanţii se ceartă între ei. Cei neantrenaţi în acest proces de descoperire a adevărurilor se îndreaptă spre Biblie, unde găsesc o explicaţie a lumii, pe care o consideră satisfăcătoare, fără să fie nevoie de căutare. Limbajul matematic al ştiinţei este înţeles doar de câţiva oameni, iar adevărurile pe care le explică sunt înspăimântătoare – un univers imens, condus de şansă şi reguli impersonale, gol şi nepăsător, neînţelegător şi inconstant. Este mai confortabil să accepţi o lume mică, de doar câteva mii de ani, guvernată de un Dumnezeu personal şi prompt la nevoie. În al treilea rând, ştiinţa este periculoasă. Produse ale ei, ca gazul otrăvitor, armele şi centralele nucleare, ingineria genetică, sunt terifiante. Pot duce civilizaţia la dispariţie. În aceste condiţii, ne îndreptăm tot spre religie şi privim la ziua de apoi, în care vom fi luaţi în Rai, având astfel privilegiul de a-i privi pe cei care au hulit şi nu au crezut, arşi în focul veşnic. De ce n-ar fi aşa? Spania a dominat Europa şi războaiele secolului al XVI-lea, dar ortodoxismul a adus-o în beznă, fiind „protejată” astfel de progresul ştiinţific, tehnologic şi comercial al civilizaţiilor vestice, rămânând în beznă intelectuală secole la rând. La sfârşitul secolului al XVII-lea, Franţa, în numele aceleiaşi ortodoxii, a revocat Edictul de la Nantes şi a alungat mai multe mii de hughenoţi care şi-au dus cu ei şi vigoarea intelectuală, în ţări ca Marea Britanie, Olanda, Prusia. Germania a alungat savanţii evrei din Europa. Ajunşi în Statele Unite, aceştia au contribuit imediat la progresul ştiinţific. Uniunea Sovietică, în fascinaţia creată de Lysenko, a distrus geneticienii, rămânând în urmă pentru decenii în cercetarea biologică. China, în timpul Revoluţiei culturale, a refuzat ştiinţa vestică şi încă mai lucrează la repararea acestui handicap. Cu creaţionismul în şa, ştiinţa americană se va ofili şi vom creşte o generaţie de ignoranţi care nu vor fi pregătiţi să conducă industria de mâine, cu atât mai puţin să asigure un progres pentru zilele de după mâine. [Selecţie din articolul „The roving mind”, de Isaac Asimov]

__________

Locul nostru în acest spaţiu cosmic

Se poate spune că trăim pe un Pământ sigur? Factorii care au creat condiţiile apariţiei vieţii îi asigură şi viitorul pe o perioadă nedeterminată? Aceasta depinde foarte mult de modul în care înţelegem şi aplicăm legile Naturii, de înţelepciunea cu care ne „jucăm” cu descoperirile ştiinţifice care-i pot periclita existenţa, dar „Undeva în viitorul Pământului stă la pândă un cataclism înfiorător, care va fi declanşat de impactul cu un obiect cosmic de dimensiuni mari… Coliziunile cu o cometă sau cu un asteroid sunt văzute drept cauze ale originii vieţii, ale evoluţiei ei şi, aşa cum gândim mulţi dintre noi, ale distrugerii civilizaţiilor… Viitorii vizitatori cosmici deţin cheia destinului nostru colectiv. După câteva milioane de ani de evoluţie a omului, Homo Sapiens începe să-şi conştientizeze existenţa în spaţiul cosmic… Mesajul adus de descoperirea ameninţării coliziunii cu o cometă sau un asteroid înseamnă că nu mai putem presupune că civilizaţia va continua la nesfârşit. Dar, odată ce am conştientizat asta, ce facem? Şi faptul că acum ştim că suntem continuu ameninţaţi cu distrugerea la ce ne ajută? Şi cum implică asta modul în care ne vedem locul în spaţiu?” [Gerrit L. Verschuur, Physics Department, University of Memphis]

Un punct de vedere cât se poate de realist însă în ultima vreme am ajuns să realizăm că ne confruntăm cu probleme mult mai acute poate. Întunecarea globală, de exemplu, versus încălzirea globală a căror cauză principală suntem noi oamenii cu activităţile noastre constructive şi distructive. Au început în sfârşit să se ia măsuri de protecţie a acestui spaţiu vital. Mărunte, pentru că marea caracatiţă a industriei de orice fel, transporturile, folosirea armelor din ce în ce mai aproape de puterea materiei-energii de distrugere trepidează încă de viaţă! Cât vor mai fi condiţii, pentru că o poluare continuă va duce la sufocarea planetei şi distrugerea vieţii, izolarea tot mai mult prin norii denşi de gaze şi vapori nocivi de căldura solară sau o schimbare oricând posibilă a magnetismului terestru pot produce glaciaţii parţiale sau generală, iar un cer din ce în ce mai curat va favoriza, în aceste condiţii în care a ajuns planeta, supraîncălzirea, topirea gheţarilor şi în ultimă instanţă distrugerea vieţii prin deshidratare şi ardere. Într-adevăr, ce putem face? Într-un videoclip, un băieţel visa că-şi construia propria rachetă şi cu ea distrugea asteroidul care ameninţa Pământul. Cu siguranţă, miliarde de copii visează să aibă un loc de trăit pentru ei şi cei dragi şi mâine. Alţi mulţi copii sunt învăţaţi să supravieţuiască în condiţii de războaie sau asemănătoare războiului, să distrugă.

Se poate spune că toată această zbatere de a afla adevărul despre Universul în care trăim are vreun rost? Are, şi încă unul foarte important, în înţelegerea spaţiului în care trăim, visăm, iubim, ne creştem copiii, îi învăţăm să fie oameni, să fie cutezători, să fie mai mult decât noi. Mă ridici pe umeri, să pot privi mai sus, mă ridici spre mai mult decât pot fi – sunt doar cuvinte, în mare parte, dintr-o piesă interpretată de Josh Groban. Ce este viaţa? Poate va veni clipa când ştiinţa va explica de unde venim şi ce e viaţa. Poate că ştiinţa şi înţelepciunea oamenilor vor reuşi să păstreze cât mai mult acest cadru în care visăm şi ne întrebăm ce e viaţa, universul, dragostea.

Materiale folosite: „World without End”; alte articole folosite: „Symmetry: The Thread of Reality, de Ian Stewart, „Strange forces at work in the quantum world”, „The Alpha Number”, „A hidden force could be changing the face of the Universe”, „In the beginning”, de John Windell, „Parallel Universes”, BBC Two 9.00 pm Thursday 14 February 2002; „Impact!: The Threat of Comets and Asteroids”, de Gerrit L. Verschuur.

http://vodpod.com/watch/550349-intunecarea-globala-%E2%80%9Dglobal-dimming%E2%80%9D?pod=marusca