Unii astrofizicieni pun sub semnul întrebării teoria spațiului-timp. S-ar fi înșelat Albert Einstein?

La început, omenirea a crezut că Pământul era în centrul Sistemului Solar, iar această idee a persistat timp de peste 1.000 de ani. Apoi, Copernicus a îndrăznit să spună că întregul sistem ar fi mult mai simplu dacă noi am fi doar încă o planetă care orbitează Soarelui. În ciuda opoziției inițiale, vechea teorie geocentrică a pierdut în fața dovezilor obținute cu telescopul recent inventat.

Apoi, Newton a explicat că gravitația este motivul pentru care planetele orbitează Soarele. Potrivit ideilor sale, Pământul orbitează Soarele pentru că este atras de forța sa gravitațională, iar Luna orbitează Terra pentru că este atrasă de forța noastră gravitațională. După aceea, Albert Einstein a apărut în 1915 cu Teoria Relativității Generale. Această nouă idee a explicat discrepanțele din orbita lui Mercur și a fost confirmată prin observațiile unei eclipse solare de pe coasta Africii în 1919.

Însă, spre deosebire de o forță, Einstein a considerat gravitația un rezultat al spațiului curbat. Einstein a spus că toate obiectele din Univers sunt așezate pe o structură netedă și cvadridimensională numită spațiu-timp. Obiectele masive precum Soarele curbează spațiul-timp din jur, astfel că orbita Pământului este pur și simplu rezultatul faptului că planeta noastră urmează această curbură. Această imagine a spațiului-timp a persistat timp de peste 100 de ani și nicio altă teorie nu a reușit să o detroneze. Descoperirea undelor gravitaționale din 2015 a fost o victorie decisive, însă, la fel ca predecesorii săi, teoria ar putea în curând să fie înlăturată. Asta pentru că este profund incompatibilă cu o altă bestie a fizicii, mecanică cuantică.

„Nimeni nu are un răspuns la această întrebare. Este destul de rușinos”

Lumea cuantică este deosebit de ciudată. Spre exemplu, particule individuale pot fi în două locuri în același timp. În anii 1930, Erwin Schrödinger a pus la cale un mod inedit prin care să expună cât de perfidă este ideea aceasta. Schrödinger și-a imaginat o pisică într-o cutie sigilată alături de o fiolă cu otravă atașată de un ciocan. Ciocanul este atașat de un dispozitiv care măsoară starea cuantică a particulelor. Fie că ciocanul zdrobește sau nu fiola și ucide pisica depinde de acea măsurătoare. Însă, fizica cuantică dictează că până când o astfel de măsurătoare este efectuată, particular este simultan în ambele stări, ceea ce înseamnă că fiola este spartă și intactă și că pisică este vie și moartă.

O astfel de imagine nu poate fi reconciliată cu țesătura netedă și continuă a spațiului-timp. „Un câmp gravitațional nu poate fi în două locuri în același timp”, a spus Sabine Hossenfelder, fizician la Institutul pentru Studii Avansate din Frankfurt, Germania. Potrivit spuselor lui Einstein, spațiul-timp este curbat de materie și energie, însă fizica cuantică spune că materia și energia există în multiple stări simultan.

„Așadar, unde este câmpul gravitațional? Nimeni nu are un răspuns la această întrebare. Este destul de rușinos”, a adăugat Hossenfelder, citată de Live Science.

Spațiul-timp, un artefact al lumii cuantice

Putem încerca să folosim teoria relativității generale și mecanica cuantică, însă nu va funcționa. „Peste o anumită energie, obținem probabilități care sunt mai mari de 1”, a precizat Hossenfelder. Aceasta este cea mai mare probabilitate posibilă și înseamnă că rezultatul este cert. Pur și simplu, cele două teorii sunt inconsecvente din punct de vedere matematic. Așadar, la fel ca mulți alți monarhi din istorie, fizicienii încearcă să realizeze o căsnicie între facțiuni rivale pentru a asigura pacea. Cercetătorii caută o teorie a gravitației cuantice, exercițiul diplomatic suprem în încercarea de a convinge cele două rivale să împartă același tron.

Potrivit lui Einstein, spațiul timp este precum o scenă care rămâne în același loc indiferent dacă actorii pășesc pe suprafața sa. Cu toate acestea, fizicienii Laurent Freidel, Robert Leigh și Djordje Minic cred că această imagine ne împiedică să facem progrese. Cei trei cred că spațiul-timp nu există independent de obiectele din interiorul său. Spațiul-timp este definit de modul în care interacționează obiectele. Asta ar face spațiul-timp un artefact al lumii cuantice, nu ceva combinat cu aceasta. „Ar putea părea nebunesc, însă este un mod foarte precis de abordare a problemei”, a explicat Minic.

Fenomenul care l-a tulburat foarte tare pe Albert Einstein

Atracția acestei teorii, numită spațiul-timp modular, este că ar putea ajuta la rezolvarea unor probleme vechi din fizica teoretică în privința unei idei numite principiul localității și a unui fenomen celebru din fizica cuantică numit inseparabilitate. Fizicienii pot reuni două particule conectate prin proprietăți cuantice. Apoi, particulele pot fi separate printr-o distanță lungă, însă fizicienii ar observa că acestea încă sunt conectate. Dacă proprietățile uneia se schimbă, la fel se întâmplă și cu proprietățile celeilalte, de parcă informația a călătorit de la una la alta mai repede decât viteza luminii astfel încălcând în mod direct relativitatea. Einstein a fost atât de tulburat de acest fenomen încât l-a numit „acțiune înfricoșătoare de la distanță”.

Teoria spațiului-timp modular poate împăca un astfel de comportament prin redefinirea a ceea ce înseamnă separare. Dacă spațiul-timp apare din lumea cuantică, apoi apropierea la nivel cuantic este mult mai fundamentală decât la nivel fizic.

Freidel, Leigh și Minic lucrează la ideea lor de cel puțin cinci ani. „Dorim să fim prudenți și să facem totul pas cu pas, însă este cu adevărat palpitant”, a explicat Minic. Cu siguranță, strategia este inedită, însă, la fel ca oricare altă teorie științifică, trebuie testate. Momentan, cei trei cercetători încearcă să afle cum pot include timpul în modelul lor.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Celofanul și o operație chirurgicală bizară i-au prelungit lui Einstein viața pentru câțiva ani

Vocea lui Albert Einstein a fost recreată și îi poți adresa întrebări

Einsteiniu, al 99-lea element din tabelul periodic, studiat pentru prima oară în ultimele decenii

Hubble a surprins unul dintre cele mai spectaculoase inele ale lui Einstein observate vreodată