Prima pagină Stiinta

7 enigme încă nedescifrate ale Universului

Mihaela Stănescu | 06.19.2013 | ● Vizualizări: 10700
Ce formă are Universul? Există materia neagră? Dar energia neagră? De unde vine ciudatul sunet al spaţiului şi de ce este atât de puternic? Acestea şi multe alte întrebări aşteaptă încă un răspuns definitiv.     (Foto: Shutterstock.com) + zoom
Galerie foto (7)

Deşi am parcurs un drum atât de lung de la vremea când oamenii îşi închipuiau că fulgerele sunt azvârlite de nişte zei supăraţi, ce locuiau în sălaşe cereşti, deşi ştim azi atât de multe lucruri despre propria noastră planetă, despre vecinele ei din Sistemul Solar şi despre Univers în general, rămâne, totuşi, un exerciţiu foarte frustrant să ne gândim cât de multe lucruri NU ştim. Dacă ne mărginim la studiul Cosmosului - deşi nu ştiu cum ne-am putea „mărgini” când e vorba despre cercetarea a ceva ce pare nemărginit - există o lungă listă de probleme fundamentale pentru a căror lămurire oamenii de ştinţă lucrează de zor, şi nu de azi-de ieri, ci de mulţi ani. E o listă complexă, dar, ca să ne facem o idee, iată 7 dintre Marile Întrebări pe care oamenii de ştiinţă şi le pun despre Universul din jur.

Destinul Universului

Să începem cu sfârşitul. Sau hai să-i să-i zicem viitorul: care va fi soarta viitoare a Universului? Dacă teoria Big Bang-ului, larg acceptată azi, descrie ce s-a întâmplat în primele momente de după naşterea Universului, ce se va întâmpla în ultimele lui momente e un mare, mare mister. Unii preferă să rămână aşa, dar nu oamenii de ştiinţă; ei ar vrea să ştie la ce să se aştepte (mă rog, e un fel de-a spune). Am tratat acest subiect mai pe larg într-un articol şi e clar că povestea e departe de a fi lămurită. Au fost propuse mai multe scenarii, care de care mai complicat de explicat, toate prezentându-se sub forma unor teorii bazate pe ipoteze îndrăzneţe şi sprijinite pe calcule matematice sofisticate.

Ce se va întâmpla, deci, cu Universul? Se va contracta tot mai mult, prăbuşindu-se în sine însuşi, întorcându-se astfel la starea de dinainte de începuturi? Va fi acest sfârşit un nou început - cu alte cuvinte, evoluţia Universului este parte a unui model ciclic, cu un număr nesfârşit de Big Bang-uri alternând cu tot atâtea colapsuri universale? Nimeni nu ştie. Şi unii chiar cred că e mai bine aşa.

Acum, că ne-am lămurit că nu ştim ce se va întâmpla cu Universul nostru (şi oricum mai e mult până atunci, fiindcă măcar un lucru pare sigur: nu dă semne că ar fi pe ultima sută de metri), putem să ne ocupăm de ceea ce se întâmplă cu el şi în el acum, în momentul de faţă. Şi în el există şi se întâmplă foarte multe lucruri misterioase, dar extrem de importante pentru înţelegerea a ceea ce a fost, este şi va fi.

 

De exemplu, ce-i cu materia neagră? 

De văzut, n-a văzut-o nimeni, în mod direct, cu telescopul, pentru că  nu poate fi văzută astfel. E numită neagră tocmai pentru că nici nu emite, nici nu absoarbe lumină sau vreo altă formă de radiaţie electromagnetică, cel puţin nu la un nivel care să poată fi detectat cu tehnologia de care dispunem azi. 

Dar faptul că n-o vedem nu înseamnă că ea nu există; existenţa şi proprietăţile ei pot fi deduse pe baza efectelor ei gravitaţionale asupra unor lucruri ce pot fi detectate şi măsurate - de exemplu materia vizibilă, radiaţia şi, general, structura Universului.

Cum s-a ajuns la ideea că ea ar exista? Păi, studiind obiecte spaţiale de mari dimensiuni, astrofizicienii au constatat nişte discrepanţe între masa acestora, calculată pe baza efectelor ei gravitaţionale, şi masa calculată pe baza a ceea ce „se vedea”, a „materiei luminoase”, detectabile: stele, gaz, praf cosmic. Concluzia logică a fost că, în afară de „materia luminoasă” (cea care absoarbe sau emite radiaţii electromagnetice şi poate fi astfel detectată cu instrumente ce măsoară acele radiaţii), acolo mai există ceva - ceva ce nu îşi face simţită prezenţa prin acţiunea asupra fluxurilor de radiaţii, dar care este acolo şi îşi dovedeşte existenţa prin efectele gravitaţionale pe care le produce. Acest „ceva” a fost numit materie neagră. 

Şi nu numai că, după toate probabilităţile, materia neagră există, dar şi constituie o parte foarte însemnată a Universului. 

După opinia specialiştilor din cadrul misiunii Planck - un studiu internaţional de anvergură în domeniul cosmologiei, condus de Agenţia Spaţială Europeană (ESA) - materia neagră reprezintă 84.5% din totalul materiei din Univers şi 26.8% din tot ceea ce există în Univers - adica materie + energie.

Pentru că nu a putut fi până acum detectată (şi deci studiată) în mod direct, materia neagră păstrează, pentru om, o mulţime de taine. 

Cea mai mare dintre nelămuriri: există sau nu există? 

Deşi cea mai mare parte a comunităţii ştiinţifice acceptă faptul că există materie neagră şi că prezenţa ei se manifestă gravitaţional, există totuşi şi teorii alternative care încearcă să explice acele efecte gravitaţionale prin alte cauze decât existenţa materiei negre. Deci, credem că există, dar nu suntem sută la sută siguri. 

Oamenii de ştiinţă fac, totuşi, progrese în înţelegerea acestei enigme a Universului; la ritmul în care progresează azi ştiinţele şi tehnologia, putem sper ca, peste câteva decenii, să ştim despre materia neagră mult mai mult decât că ea există, dar n-o putem vedea. 

 

Energia neagră

Dar dacă natura materiei negre e departe de a fi înţeleasă, încă şi mai stranie este aşa-numita energie neagră.

În conformitate cu modelul standard al cosmologiei, aceiaşi cercetători din cadrul misiunii Planck (vezi mai sus) consideră că, din totalul masă-energie al Universului, 4.9% ar fi materie obişnuită, 26.8% materie neagră şi 68.3% energie neagră. Adică trăim într-un Univers alcătuit, în proporţie de mai bine de jumătate, din energie neagră, fără să ştim prea bine ce este aceasta.

Energia neagră este definită drept o formă ipotetică de energie, prezentă în tot Universul şi care tinde să accelereze expansiunea acestuia. Începând din anii 1990, multe observaţii indică faptul că Universul se extinde cu o viteză tot mai mare şi, firesc, au fost căutate diverse explicaţii. Una dintre cele mai larg acceptate azi implică această energie neagră, care - se crede - exercită o puternică presiune negativă, generând o forţă de respingere care ar putea explica accelerarea expansiunii Universului. Dar discuţiile despre natura energiei negre sunt, deocamdată, la un nivel exclusiv teoretic; energia neagră nu a fost detectată niciodată, iar dovezile existenţei ei sunt indirecte.

Ca şi în cazul materiei negre, există teorii care oferă explicaţii alternative fenomenelor altminteri explicate prin existenţa acestor chestii negre. Dacă expansiunii Universului i se poate găsi o altă explicaţie, plauzibilă şi poate mai simplă, sau dacă (aşa cum susţine o altă teorie) expansiunea nici nu are loc, ci este o iluzie determinată de mişcarea relativă a regiunii din spaţiu în care ne găsim, faţă de restul Universului, atunci s-ar putea ca energia neagră să nici nu existe, de fapt. Nu ştim nimic sigur, deocamdată.

 

Asimetria barionică

E una dintre cele mai sâcâitoare (sau fascinante, depinde cum priveşti problema)  enigme ale Cosmosului acest fenomen al asimetriei barionice - dezechilibrul frapant dintre materie şi antimaterie. În Universul observabil, cantitatea de materie o depăşeşte cu mult pe cea de antimaterie, deşi pare destul de limpede că Big Bang-ul ar fi trebuit să dea naştere materiei şi antimateriei în părţi egale. Însă dacă ar fi fost aşa, atunci particulele de materie şi antimaterie s-ar fi anihilat reciproc: protonii şi antiprotonii s-ar fi nimicit unii pe ceilalţi, neutronii şi antineutronii s-ar fi ciocnit şi ei şi s-ar fi aneantizat unii pe alţii, electronii şi antielectronii, întâlnindu-se, s-ar fi redus la nimic. N-ar mai fi rămas, din tot ce crease Big Bang-ul, decât fotoni - cuante de radiaţie electromagnetică. Evident, nu s-a întâmplat aşa; Universul e plin de materie, dar unde este antimateria şi câtă este?

Ceva s-a întâmplat; e clar că legile fizicii nu au fost aceleaşi pentru materie şi pentru antimaterie. Mare, mare enigmă; nici cele mai cuprinzătoare teorii pe care le avem - teoria relativităţii generale şi modelul standard al fizicii particulelor  - nu au putut explica până acum acest fenomen tulburător.

Există câteva ipoteze explicative; una dintre ele, de exemplu, sugerează că partea de Univers în care locuim noi este, întâmplător, una cu multă materie şi că ar putea exista în alte regiuni, foarte îndepărtate, ale Universului zone unde, dimpotrivă, să predomine antimateria; astfel, problema nu mai este una de dezechilibru între cantitatea de materie şi cea de antimaterie, ci una de separare între cele două. Însă e doar o ipoteză şi, de fapt, asimetria barionică tot un mister rămâne, pentru moment.

 

Forma Universului

Încă un lucru despre care nu ştim nimic sigur, ci doar alcătuim teorii în încercarea de a afla: ce formă are Universul? V-aţi întrebat vreodată? Ei, unii s-au întrebat - şi continuă să se întrebe - dar un răspuns limpede n-a putut da nimeni până acum. De important, e important; printre altele - vedeţi cum toate lucrurile se leagă între ele? - de forma Universului depinde soarta lui viitoare (sau finală, cum vreţi să-i spuneţi), aşa că problema îi interesează în cel mai înalt grad pe aceia care caută să elaboreze scenarii teoretice cât mai plauzibile privitoare la modul în care se va încheia existenţa Universului (spune-mi ce formă ai ca să-ţi spun cum vei sfârşi).

Dar până şi de vorbit despre asta e extrem de dificil; la scara de necuprins a Universului, discuţia despre formă nu se poartă în termeni ca sferă, cub sau alte denumiri de corpuri geometrice pe care le ştim şi le vedem cu ochii minţii, îndată ce li se pomeneşte numele; nu, aici se discută despre spaţiu topologic, varietate tridimensională, coordonate comobile, geometrie locală, curbura spaţiului şi alte asemenea noţiuni despre care, probabil, nu pot vorbi în cunoştinţă de cauză decât vreo câteva sute de mii de oameni din 7 miliarde şi mai bine, câţi locuiesc pe Terra.

De problema formei Universului se ocupă o ramură a ştiinţei numită fizica cosmologică, iar printre specialiştii în această disciplină există diferite puncte de vedere cu privire la chestiunea în cauză.

Exemple: 

  • spaţiul dodecaedric Poincaré, sau sfera de omologie Poincaré; asta e forma pe care o are Universul, după opinia specialiştilor de la Observatorul din Paris (2003). Dodecaedrul este un corp geometric cu 12 feţe pentagonale plane, identice, iar o sferă Poincaré ar fi, cumva, un dodecaedru ale cărui feţe, în loc să fie plane şi cu muchii drepte, ar fi uşor curbate, cu unghiurile puţin modificate, astfel încât forma rezultată să se apropie cât mai mult de o sferă.
  • într-o altă viziune (2004), forma spaţiului este descrisă de aşa-numitul „model Picard”, o varietate (în sens matematic) tridimensională hiperbolică. E greu, nu-i aşa? Poate e mai uşor de închipuit dacă spunem că ar arăta cam ca pâlnia unei trompete (în engleză modelul se numeşte Picard horn), al cărei capăt îngust se tot prelungeşte şi se îngustează la infinit, fiind prea departe de noi pentru a putea fi observat, iar noi „locuim” în partea largă a pâlniei, care constituie ceea ce numim Universul observabil
  • măsurători realizate recent cu ajutorul sondei WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) au dat rezultate pe baza cărora NASA a declarat. ”Ştim acum [în 2013] că Universul este plat, cu o marjă de eroare de numai 0.4%.”  Dar explică apoi că asta se referă numai la partea care poate fi observată, însă că Universul este cu mult mai mare decât ceea ce putem observa direct; de fapt, ăsta e singurul lucru de care putem fi siguri. 

Deci: pâlnie Picard? Sferă Poincaré? Plat la infinit? Nu ştim încă.

 

Câte dimensiuni există în Univers? 

Dacă am vorbit, de formă, să vorbim şi de dimensiuni: câte dimensiuni există în Univers? Ne-am obişnuit - mă rog, oamenii de ştiinţă s-au obişnuit şi ne-am luat şi noi după ceea ce spun ei - să considere că în Univers totul se petrece în 4 dimensiuni: trei dimensiuni ale spaţiului, plus cea de-a patra dimensiune - timpul. De aceea se şi vorbeşte despre spaţiu-timp, sau continuum spaţiu-timp. Dar dacă nu sunt numai 4? Dacă sunt mai multe? Câte anume? Le-am putea dovedi experimental existenţa? Sunt aceste dimensiuni o proprietate fundamentală a Universului sau rezultatul aplicării altor legi ale fizicii?

Adevărul e că habar n-avem.

 

Glasul Universului

Aşadar, Universul are o formă (oricare ar fi aceea); are şi nişte dimensiuni (câte or fi)  şi, mai nou, scoate şi un sunet, iar sunetul e la fel de neînţeles pentru noi ca şi forma şi dimensiunile.

Aşa-numitul zgomot spaţial (savanţii de limbă engleză îl numesc space roar) este un fenomen natural pe care un grup de oameni de ştiinţă de la NASA l-a descris recent (2009), după ce a captat nişte unde radio venite din spaţiul cosmic, pe când încerca, cu ajutorul radiometrului ARCADE, să găsească urme ale căldurii emise de prima generaţie de stele.

Descris ca un fâşâit sau şuierat puternic, acest "glas al Cosmosului" este de 6 ori mai intens decât ar trebui să fie după calculele oamenilor de ştiinţă. Nimeni nu ştie de ce este aşa şi nici care este sursa lui. 

Descoperirea acestui fenomen, adăugat pe lista enigmelor Cosmosului în anul 2009, dovedeşte foarte clar că, pe măsură ce se explică unele dintre enigme, altele se adună. Niciodată nu vom şti totul. Dar cel puţin vom avea mereu ceva de descoperit.