Prima pagină Stiinta

Ce gândeşte Dumnezeu - teoria întregului sau munca neterminata a lui Einstein

Alexandru Safta | 03.21.2011 | ● Vizualizări: 10243
Ce gândeşte Dumnezeu - teoria întregului sau munca neterminata a lui Einstein     dumnezeu, religie, fizica, stiinta, teoria intregului + zoom
Galerie foto (5)

Revista Time l-a desemnat Omul Secolului XX. Albert Einstein a avut trei mari teorii, dintre care numai două sunt cunoscute la scară largă. Prima, Legea Specială a Relativităţii, enunţată în 1905, ne-a dat formula E = mc2, care a condus la fabricarea bombei atomice şi a dezlegat misterul stelelor. A doua mare teorie a savantului de geniu a venit sub forma Legii Generale a Relativităţii, din 1915, care a adus în discuţie ideea plierii spaţiului, Big Bang-ul şi găurile negre. Dar mulţi nu ştiu că poate cea mai mare dintre teoriile sale abia urma să iasă la lumina şi nu a fost niciodată definitivată: „o teorie a tuturor lucrurilor”, cunoscută şi că „teoria întregului”. Realizarea de căpătâi a lui Einstein avea să fie teoria câmpului unificat, o încercare de a „a intra în mintea lui Dumnezeu”.

Încă din timpul vieţii marelui geniu, comunitatea ştiinţificăîmpărtăşeşte credinţa că forţele fundamentale, observabile înnatură, au existat în primele momente ale Universului sub formauneia singure, din care au evoluat, treptat, celelalte. Aceastăteorie ambiţioasă, care a rămas, de peste o jumătate de secol, lastadiul de deziderat, ar vrea să explice cum cele patru forţefundamentale pot fi exprimate că manifestări diferite ale aceluiaşifenomen. James Maxwell este cel care a făcut primul pas în sensulacestei unificări, descoperind formule matematice care indicau căelectricitatea şi magnetismul sunt faţete - aparent diferite - aleunui singur fenomen. La un secol după acel moment, s-a dovedit şică forţa electromagnetică şi cea nucleară slabă sunt, la rândullor, forme diferite ale aceleiaşi manifestări mai complexe.

Câte forţe guverneazăUniversul?

Din nefericire - sau, cine ştie? poate spre binele umanităţii -,cea de-a treia încercare a lui Einstein a eşuat. El şi-a petrecutultimii 30 de ani din viaţă pe urmele unei ecuaţii, probabil nu mailungă de câţiva centimetri, ce trebuia să explice TOATE fenomenelefizice. Totul, de la Creaţie, la supernove, la atomi şi molecule,poate chiar ADN-ul, oamenii şi dragostea ar fi urmat să fieexplicate de această ecuaţie. Dacă ar fi fost descoperită, ar fireprezentat realizarea supremă a peste 2.000 de ani de investigaţiiasupra naturii spaţiului, încă din vremurile când grecii seîntrebau deja care este cea mai mică particulă şi cea mai micăunitate spaţială. Deşi există multe întrebări rămase fără răspuns,astăzi, cea mai importantă şi, până la urmă, singura candidatăpentru poziţia de Teorie a Întregului este teoriasuperstringurilor, definită în hiperspaţiu decadimensional (în 10dimensiuni). Această teorie ar putea oferi, într-o zi, răspunsunora dintre cele mai profunde întrebări despre Univers, ca deexemplu:

- Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang?
- Este posibilă construirea Maşinii Timpului?
- Putem găuri spaţiul?



Puterea acestei teorii nu numai că a cutremurat întreaga lume aMatematicii şi pe cea a Fizicii, dar este şi cea mai nebuneascăteorie propusă vreodată. Astăzi, cunoaştem că întregul nostruunivers este guvernat de patru forţe fundamentale:

- forţa gravitaţională, care ne împiedică să "cădem" de pe planetăîn spaţiul cosmic şi care previne explozia stelelor, giganticebombe cu hidrogen, impunându-le să facă implozie la sfârşitulvieţii;
- forţa electromagnetică, responsabilă de transmiterea luminii şi acelorlalte forme de radiaţie din spectrul electromagnetic; permiteiluminarea oraşelor noastre şi alimentarea laserelor şi acomputerelor de care ne folosim;
- forţa nucleară slabă, responsabilă pentru fenomenul dedezintegrare radioactivă, o forţă resimţita atunci când douăparticule elementare se află în contact sau la distanţă foarte micăuna de cealaltă;
- forţa nucleară tare, cea mai puternică dintre cele patru, careţine laolaltă, în nucleul atomic, protonii, neutronii şi alteparticule subatomice.

Gravitaţia poate fi descrisă prin teoria generală a relativităţii alui Einstein. Materia curbează spaţiul din jurul ei, creând, înacest fel "forţa" gravitaţională. Să ne imaginăm o furnică ce mergepe o bucată de hârtie mototolită. Insecta ar putea crede că existăo "forţă" misterioasă care o trage când spre stânga, când spredreapta. Dar noi ştim că acolo nu acţionează nicio forţă de naturăsă tragă furnica: este numai o bucată de hârtie mototolită care oîmpinge dintr-o parte în cealaltă. Nu este gravitaţia cea careatrage, ci spaţiul gol cel care împinge.

Celelalte trei forţe pot fi descrise de mecanica cuantică, a căreiistorie este una tumultoasă. Prin anii '50 ai secolului trecut,atunci când primele semene ale particulelor "fundamentale" eraulansate din acceleratoarele de particule ale vremii, J. RobertOppenheimer (părintele bombei atomice) era atât de exasperat deamploarea cercetărilor din domeniu, încât avea să declare că"Premiul Nobel pentru Fizică din acest an va fi câştigat defizicianul care NU va fi descoperit o noua particulă." Atât demulte particule "esenţiale" au fost descoperite în acea vreme,fiecare purtând ciudate nume greceşti, încât şi Enrico Fermi(descoperitorul fisiunii nucleare) mărturisea, ironic: "Dacă aş fiştiut că există atât de multe particule, m-aş fi făcut botanist şinu fizician."

Dar, după ani de încercări sterile şi după cheltuirea a miliarde dedolari, fizicienii au unificat cele trei forţe cuantice în ceea cepoartă astăzi denumirea de Model Standard, bazat pe o multitudinede particule numite quarci, leptoni, bosoni Higgs, particuleYang-Mills, gluoni, bosoni W. Toate fenomenele fizice cunoscutepot, în principiu, să fie descrise prin aceste două mari teorii,relativitatea şi mecanica cuantică. Totuşi, deşi ele reprezintă ceidoi piloni pe care toată cunoaşterea fizică se sprijină, diferă unade cealaltă în aproape toate aspectele, iar motivul pentru careacest lucru se întâmplă este un mister. Prima teorie se bazează pecurbarea suprafeţelor line, ceea ce vizează lumea la scară uriaşa.A două este fundamentată pe mici "pachete" discrete de energie,numite cuante, şi explică lumea la scară infimă, lumeaatomică.

O teorie nebunească - dar,oare, îndeajuns de nebunească?



Din nefericire, orice încercare de a îmbina cele două mari reguli aeşuat. Unele dintre cele mai luminate minţi ale secolului auorbitat în jurul acestei probleme, doar pentru a da greş.Fizicianul Freeman Dayson a spus că drumul către teoria câmpuluiunificat este "pavat cu cadavre". Niels Bohr (cercetător care aadus contribuţii esenţiale la cunoaşterea structurii atomului) aparticipat, la un moment dat, la o întâlnire în cadrul căreialaureatul Nobel Wolfgang Pauli îşi prezenta propria versiune ateoriei câmpului unificat. Atunci, Bohr s-a ridicat şi a spus:"Domnule Pauli, noi, cei din spate, suntem cu toţii de acord căteoria dumneavoastră este nebunească. Dar nu reuşim să cădem deacord dacă este suficient de nebunească pentru a avea vreo şansă săfie corectă". Ne confruntăm, probabil, cu cea mai mare provocare atuturor timpurilor, unirea tuturor celor patru forţe fundamentaleîntr-o imagine de ansamblu consistentă şi coerentă. În prezent,singurul candidat viabil pentru a ocupa poziţia de teorie aîntregului este teoria superstringurilor.

Teoria superstringurilor combină relativitatea şi mecanica cuanticăîntr-un mod elegant şi intuitiv. În primul rând, descrie milioanelede particule cuantice ale naturii ca reprezentând, fiecare, o"notă" pe o coardă (string) vibrantă. Este suficient să ne gândimla corzile unei viori. Nimeni nu susţine că A sau B ar fi maiimportante decât C. Ceea ce contează este coarda în sine. Conformteoriei superstringurilor, dacă am avea un supermicroscop şi ne-amuita la un electron, am putea vedea o coardă ce vibrează într-unanumit fel. Coarda este extrem de mică (10-33 centimetri), aşaîncât electronul pare doar ca un punct pentru noi. Dacă agitămcoardă, astfel încât să vibreze într-un mod diferit, atuncielectronul s-ar putea transforma în altceva, că de exemplu unquark, elementul fundamental al protonilor şi neutronilor. O maiagităm o data şi coarda ar putea vibra în modul caracteristicfotonilor (quante de lumină). Încă o scuturare poate o vatransforma într-un graviton (quanta gravităţii).

În fapt, setul colectiv de vibraţii corespunde întregului spectrude particule cunoscute. În loc să se postuleze milioane departicule diferite, este suficientă postularea unui singur obiect,şi anume superstringul. Particulele sub-atomice sunt note pe"supercoardă". Trupurile noastre însele sunt simfonii de stringuri,iar legile fizicii sunt legile armoniei superstringului. Teoriasuperstringurilor poate explică chiar şi gravitaţia. Atunci cândsupercoarda se mişcă prin spaţiu şi timp, fragmentându-se şireunindu-se în alte stringuri, forţează continuumul spaţiu-timp dinjurul sau să se curbeze, întocmai cum aveau să prezică ecuaţiilelui Einstein. Cu alte cuvinte, chiar dacă Einstein nu ar fi visatmăcar la teoria relativităţii, am fi putut-o descoperi prin recentapremisă a superstringurilor.

Unii pentru, alţiiîmpotrivă



Desigur, această teorie are şi detractori. Mulţi evidenţiază faptulcă ea susţine ideea conform căreia Universul este definit printr-unhiperspaţiu format din 10 dimensiuni, ceea ce sună mai degrabăştiinţifico-fantastic decât... fizic. Faptul că Universul pe carenoi îl conştientizam există în patru dimensiuni (trei spaţiale şiuna temporală ) este indiscutabil. Orice obiect din Univers, de lavârful nasului oricăruia dintre noi până la cea mai îndepărtatăstea, poate fi localizat prin numai trei coordonate: lungime,lăţime şi înălţime. De asemenea, dacă ar fi să facem şi o încadraretemporală, atunci putem descrie orice eveniment din Univers înnumai patru rubrici de numere.

Totuşi, teoria superstringurilor descrie Universul în 10 dimensiunişi nu în patru. Pentru a explica unde sunt celelalte 6 dimensiuninepercepute, fizicienii spun că numai la origini Universul a fostdecadimensional. În momentul consumării Big Bang-ului, din raţiunipe care nu le putem înţelege, şase dimensiuni au colapsat, în timpce restul de patru s-au extins. Într-un fel, Universul nostru, celcunoscut, s-a expandat în detrimentul unui univers geamăn, redus ladimensiuni microscopice.

Alţi critici ai teoriei superstringurilor susţin că un acceleratorde particule suficient de puternic încât să o testeze şi să oconfirme ar trebui să fie de dimensiunea galaxiei. Dar, în cea maimare măsură ştiinţa se face şi se deduce în mod indirect, nudirect. Nimeni nu a fost vreodată pe Soare şi nici nu a văzut ogaură neagră, şi totuşi ştim din ce este făcut cel dintâi şi amdescoperit 20 dintre cele din urmă. În mod similar, am putea ficapabili să detectăm ecouri ale celei de-a zecea dimensiuni cuajutorul lui Large Hadron Collider. Există şi unele păreri cum căproblema va fi rezolvată pur matematic. Odată ce teoria va ficompletată, ar trebui să reflecte nu doar originea Universului, darsa si incadreze perfect în peisaj masele de quarci, leptoni,particule Higgs şi altele.

Pasager în MaşinaTimpului



Deşi teoria cuantică are aplicaţii practice imediate, există şi oramură fizică a acestei regiuni devotată unei aplicaţii mai degrabăfantastice: călătoriile temporale. În mod surprinzător, ecuaţiilelui Einstein admit posibilitatea acestui gen de mişcare prin timp.Dar ar putea fi nevoie de întreaga putere a teoriei câmpuluiunificat pentru a calcula dacă acest lucru este, într-adevăr,posibil sau nu. În 1949, colegul de la Institutul de StudiiAvansate al lui Einstein, marele matematician Kurt Goedel, ademonstrat că propriile ecuaţii ale lui Einstein permiteaucălătoria în timp. Dacă Universul s-ar roti, iar un individ s-arroti în jurul Universului, el ar putea să ajungă înapoi înainte demomentul plecării sale. Totuşi, în memoriile lui, Einstein amenţionat că soluţia lui Goedel ar putea fi uşor demontată petemeiuri fizice. Universul nostru se extinde, nu se învârte. Daraceastă menţiune nu face, la urma urmei, decât să confirme că, dacăUniversul nostru într-adevăr s-ar roti, călătoriile temporale ar fiun fenomen comun. De atunci, au fost descoperite în ecuaţiile luiEinstein sute de soluţii referitoare la acest fel de activitate.Între ele se număra:

- un cilindru rotitor infinit, care ar permite călătoria în timpdacă cineva ar putea călători în jurul cilindrului;
- corzile cosmice, care ar permite călătoria temporală dacă s-arciocni între ele;
- o gaură neagră învârtindu-se, care ar deveni un inel rotitor,astfel încât oricine ar trece prin el să cadă printr-o gaură devierme (podul Einstein-Rosen), care ar conecta două regiunidiferite ale spaţiului şi timpului;
- materia negativă, care, găsită în cantitate suficientă, ar puteadeschide o gaură de vierme suficient de mare încât o excursieînapoi în timp să nu presupună complicaţii mai mari decât zborul cuun avion;
- energia negativă, care, în mod similar materiei de acelaşi fel,într-o concentraţie mare, ar deschide o gaură de vierme. O versiunea "vitezei warp" s-ar putea obţine dacă cineva ar putea lărgispaţiul dinaintea sa şi l-ar comprima pe cel din spate prin acesttip de energie.

O teorie a întregului, a tuturor lucrurilor, ar putea susţine şiexplica paradoxurile întâlnite în poveştile despre călătorii întimp: ce se întâmplă atunci când îţi ucizi un strămoş înainte că tusă te fi născut? Pentru că, teoretic şi logic, dacă cineva ar puteaface acest lucru, ar însemna că el nu se va mai fi născut şi nu aravea, deci, cum să comită crima. Este posibil că Universul să serupă pur şi simplu în două atunci când cineva modifică trecutul."Râul timpului" se bifurca în două cursuri diferite. Dacă cinevas-ar întoarce în timp şi l-ar salva pe preşedintele Kennedy de laasasinare, spre exemplu, atunci îl va fi salvat pe preşedinteleKennedy al altcuiva, deoarece propriul sau trecut nu poate fischimbat; în lumea din care vine, Kennedy va fi în continuaremort.

Dar nu e cazul să ne facem prea multe procese de conştiinţă pemarginea problemei, deoarece nu va inventa nimeni foarte curândmaşina timpului. Materia negativă nu a fost văzută niciodată (eacade în sus, nu în jos) şi este nevoie de o cantitate fantastică deenergie atât pozitivă, cât şi negativă, denumită energia Planck (demiliarde de ori mai mare decât energia LHC-ului) pentru a înfăptuiteoriile Şi, chiar dacă am dispune de energia necesară uneicălătorii în timp, tot nu am avea de unde să ştim dacă maşinăriacreată ne-ar putea transporta în siguranţă înainte şi înapoi prinvremuri.

În prezent, teoria superstringurilor a evoluat de la stadiul deteorie de nişă a Fizicii la statutul de arie dominantă decercetare, generatoare de zeci de mii de lucrări scrise. EdwardWitten, de la Institutul de Studii Avansate, unul dintreprincipalii cercetători ai teoriei stringurilor, a făcut recent oaltă descoperire, conform căreia ar putea exista şi o a 11-adimensiune ascunsă. Dar astăzi probabil că nimeni nu arecapacitatea de a stabili implacabil şi definitiv teoria şi de aformula răspunsuri - sau măcar întrebări corecte -referitor atât laceea ce a fost înainte de Big Bang, cât şi la chestiunea călătorieitemporale - dacă este un fenomen măcar posibil, nu neapărat laîndemâna omului.