Simfonia stelelor

[Perseida]

In anul 2005, intr-un singur grup de stele s-au descoperit 21 de noi pulsari. Aceste astre sunt adevarate laboratoare cosmice...


In inima Caii Lactee, o echipa de cercetatori canadieni si americani (program lansat de NASA) au descoperit o concentartie record de pulsari: corpuri ceresti care emit un semnal radio la fiecare rotatie...o muzica cosmica nemaiauzita inca pana acum. Unii dintre acesti pulsari se rotesc atat de repede incat "tic-tacul" lor este extrem de apropiat si se contopeste intr-o singura nota muzicala.
Cele 21 de sfarleze uriase au fost detectate intr-un singur grup de stele care a fost numit "Tarzan 5".
Pulsarii sunt o varietate de stele cu neutroni; resturi foarte dense provenite din stele masive care, la sfarsitul vetii lor, explodeaza formand supernove. Polii magnetici ai unui pulsar au proprietatea de-a emite unde radio, raze X si lumina concentrata in doua raze, care "matura" cosmosul la fiecare rotatie. Daca, traiectoria cestor raze de lumina este indreptata spre Terra, putem intercepta un semnal la intervale regulate de timp, cum interceptam semnalul luminos al unui far.
In galaxia noastra, aproximativ 1500 de pulsari au fost detectati pana acum. Majoritatea se invartesc in jurul axei proprii o data sau de doua ori pe secunda. Cei descoperiti in Tarzan 5 se rotesc de 100 de ori pe secunda si au fost denumiti " pulsari milisecunde". Exista si pulsari, mai rar, care se rotesc de 600 de ori pe secunda in jurul axei lor. Imaginati-va suprafata unui oras ca Bucurestiul care se roteste cu viteza unui robot culinar! Acesti pulsari se rotesc cu o zecime din viteza luminii.
Proprietatile lor fac din ei niste laboratoare cosmice unice, imposibil de reprodus artificial. Ca si celelalte stele cu neutroni, pulsarii sunt mai mici ca dimensiune comparativ Soarelui, dar masa lor este foarte compacta, o data si jumatate mai mare decat a acestuia. O lingurita de materie care alcatuieste o stea cu neutroni cantareste un miliard de tone. Este materia cea mai densa pe care o cunoastem in Univers, foarte apropiata gaurilor negre. De fapt, inima unei stele cu neutroni este mai densa decat nucleul unui atom si de aici si importanta aceste descoperiri: nu se cunosc inca proprietatile unei astfel de materii, fiind imposibil de fabricat in laborator.
Razele de lumina emise de pulsari sunt destul de slabe si rar detectate chiar si de catre cele mai sofisticate telescoape, in general, prezenta lor este "tradata" de catre undele radio pe care le emit. Cand primul pulsar a fost detectat, in 1967, cercetatorii au crezut ca este vorba de catre semnale radio emise de catre civilizatii extraterestre . Astazi, pulsarii sunt ascultati cu ajutorul unui puternic radiotelescop numit Green Bank, in Virginia Occidentala. Undele captate sunt analizate de ordinatoare foarte puternice care au la baza algorithme elaborate de catre matematicineii canadieni.
Aceste unde radio apar pe ecran sub forma unui grafic, care seamana foarte mult cu o electrocardiograma (sunt de fapt "curbe" interpretate cu ajutorul calculului integral). Acest semnal, amplificat intr-o boxa, se aude ca bataile unei inimi, ca ticaitul unui ceas sau ca un motor care merge continu (depinde de viteza de rotatie a pulsarului).
Printre cei 21 de pulsari recent descoperiti, 13 dintre ei formeaza cupluri cu o alta stea. Cele doua corpuri ceresti (steaua si pulsarul) sunt inseparabile si se rotesc unul in jurul celuilalt cu o viteza vertiginoasa, componand sisteme binare. Aceste perechi de astrii sunt foarte interesante, cu atat mai mult cu cat, putem sa schitam o demonstratie a Teorii Relativitatii Generale, emisa de Einstein si pe care dansul nu avut timp sa o demonstreze. Datorita tic-tacului emis cu regularitate de pulsari, putem observa ca aceste sunete parvin un pic mai tarziu sau un pic mai devreme, depinde de pozitia pulsarului fata de stea. Datorita acestei extreme precizii a timpului putem masura efectele cele mai infime ale relativitatii.
Deocamdata este doar un inceput...Echipa spera ca alti pulsari sa se adauge descoperirii si noi partituri ale aceste Simfonii celeste sa fie descifrate.
Datele culese de Green Bank, sunt transmise la Montreal (Canada) pentru a fi puse in diverse forme matematice. Sunt trimise apoi in Texas (sediul Nasa) si in Wisconsin, pentru a fi interpretate si catalogate.

“There is a lot that’s not known about matter at the highest densities, and with the strongest magnetic fields, I think of these neutron stars as the last stop before black holes, says Jean Swank, a NASA project scientist”

Denumirea algoritmului de baza (versiunea 2006) propus de cate un matematician canadian si aprobat, este Delphinus . Un infim omagiu unui mare prieten si a canalului #a&a, a colaboratorilor lui, iubitori de stele

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap020311.html
http://www.gb.nrao.edu/gallery/gbt/m...ope/gbt-3.html

In posturile urmatoare, voi incerca o scurta istorie si descriere a Universului.
Cei interesati cu intrebari sau informatii suplimentare sunt bineveniti.

[Perseida]

Materia


Nenumarate metode independente au demonstrat ca Universul nu a existat dintotdeauna, ci a aparut (aproximativ) acum 15 miliarde de ani. In acea epoca foarte indepartata, proprietatile Universului erau foarte diferite de cele actuale. De fapt, cum Universul este in expansiune, densitatea materiei sale (cantitatea de materie continuta intr-un volum anume), scade constant. Intr-un mod similar, densitatea energiei medii a Universului, scade si ea, ceea ce antreneaza o scadere de temperatura. Deci, cu cat ne intoarcem in trecut, cu atat densitatea Universului era mai mare, energia si temperatura era mai mari. In consecinta, primele timpuri ale Universului erau caracterizate prin densitati, temperaturi si energii foarte mari, conditii pe care nu le putem reproduce pe Terra. Singura speranta este aceea de-a recurge la teorii fizice, adica de-a supune legile fizicii la conditii extreme. Dar, ca sa putem intelege mai bine primele faze ale Universului, va trebui sa facem un mic ocol prin fizica particulelor


Constituantii materiei


Pana la mijlocul secolului trecut, fizica particulelor era relativ simpla. Singurele particule elementare cunoscute erau : electronul, protonul si neutronul. Dar ameliorarea mijloacelor de detectare a permis descoperirea a unui foarte mare numar de alte particule diferite. Cu timpul s-a descoperit ca protonii si neutronii erau de fapt sisteme cu structura complexa, alcatuiti la randul lor din particule si mai elementare, care au fost denumite "quarks" (cred ca in limba romana se numesc quanti). Exista cinci tipuri de quarks: down, up, strange, charm, bottom si top .
In conditii normale, acesti quarks nu exista in stare izolata ci îi gasim asociati in grupuri mici. Formeaza atunci o particula neelementara. Deci, trei quarks se pot grupa formand un baryon. Cei doi baryon pe care-i gasim in materie sunt: protonul (format din doi quarks : down si up) si neutronul (format din doi quarks down si unul up). Un alt tip de combinare este cea formata dintr-un quark si un antiquark ( meson). Toate asocierile formate din quarks poarta numele de hadrons.
In afara de quarks, mai exista inca o categorie de particule elementare care se numesc leptons. Leptons apar decat in procedee foarte energetice sau in aceeleratorii de particule. Leptons formeaza elecronii .


Fortele


Dupa aceasta scurta prezentare a materiei si a constituantilor ei, sa vedem care sunt fortele care creeaza interactiunea dintre aceste particule.
Toate fenomenele fizice pe care le observam in natura se pot explica prin intermediul celor patru forte fundamentale: forta gravitatiei, forta electromagnetica, forta nucleara slaba si forta nucleara puternica.
Ce este forta?
Un raspuns satisfacator la aceasta intrebare este dat cu ajutorul elecrodinamicii quantice : forta este de fapt un schimb de fotoni intre particule. In cazul fortei nucleare puternice este vorba de un schimb de trei diferiti vectori intermediari, intre particule.

Deci, teoria fortelor nucleare si dinamica quantica se aplica la materia ce se gaseste in conditiile posibile de observat, respectiv pe Terra. Dar primele clipe ale Universului sunt marcate de temperaturi si densitati enorme. La o temperatura de 10 la puterea 28 grade Kelvin, se presupune ca fortele se unifica. Teoria marii unificari a fortelor cunoscuta si sub numele de SU(5) spune ca intersectia unificarii se face prin intermediul a 24 particole diferite.
In afara de particulele cunoscute, s-a presupus ca mai exista inca 8, care au fost botezate: particole X. Aceste particole X se deosebesc de celelalte prin capacitatea lor de-a unii intre ei quarks si leptons. Aceasta teorie afirma ca, particulele X au capacitatea de-a transforma un quark intr-un lepton si invers, ceea ce nu este posibil cu nici o alta interactiune. Acest potential al particulelor X este la originea asimetriei dintre materie si antimaterie, ceea ce a permis un "avantaj" materiei.
Deci, aceasta posibilitate de unificare si transformare a quarks in leptons si invers ne demonstreaza ca protonul nu este etern. Un proton, cum am mai spus, este o grupare de trei qurks; este suficient ca unul din acesti quarks sa se transforme in lepton pentru ca aceasta grupare sa se dezintegreze. Dar aceasta probabilitate este foarte mica, ceea ce si explica durata de viata a unui proton: 10 la puterea 31 ani .


Particulele virtuale


Ca sa putem intelege fenomenele care s-au produs la Big Bang, mai trebuie explicat inca un fenomen straniu al mecanicii quantice. Conform relativitatii, energia este echivalenta cu masa. Mecanica quantica ne invata ca masa poate aparea din nimic, exista un timp foarte scurt si apoi dispare. Se poate calcula ca, un electron tasneste din neant, traieste aproximativ 10 la puterea - 22 secunde, si apoi se intoarce in neant. Putem spune ca atunci energia poate suferi de un moment de incertitudine, dar nu este cazul pentru ca, atunci cand un electron apare din vid, el este insotit de un antielectron, pentru ca incarcatura electrica a ansamblului sa ramana constanta si nula.
Parcticulele care apar si dispar astfel au o durata foarte mica de viata. Nu se pot observa si de aceea sunt numite particole virtuale. Prezenta lor este observata doar prin efectul pe care-l au asupra particulelor cunoscute. De exemplu, posibilitatea de-a avea un electron izolat in spatiu nu exista. Fiecare electron este inconjurat de un nor de particule si antiparticule virtuale care vor afecta unele dintre proprietatile sale.
Aceasta posibilitate de creatie si disparitie de materie schimba profund viziunea lumii microscopice. Notiunea de vid se schimba. Chiar si cel mai absolut vid este populat de-o multime de particule si antiparticule virtuale. Definim vidul prin absenta totala a materiei, dar la nasterea Universului, cand materia nu exista inca, era doar o agitatie si-o succesiune frenetica de creatie si disparitie a particulelor de tot felul. Datorita acestui fenomen a luat fiinta materia pe care o cunoastem astazi.

[Perseida]

Era Planck


Descrierea nasterii Universului nu o vom incepe chiar de la anul zero. Sa ne inchipuim putin, conditiile imediat dinainte: Universul se apropie de nastere, temperatura si densitatea sunt foarte ridicate...Conditiile sunt extreme iar conform teoriei unificarii, fortele tind sa se unifice/confunde, formand o ineractiune unica.
Fizica cunoscuta astazi ne permite sa demonstram ca aceste conditii extreme stapaneau cosmosul pana la varsta de 10 la puterea - 43 secunde a Universului. Toata perioada care precede acest timp, denumita si Era Planck, ne este inaccesibila.
Asta nu ne impiedica sa ne inchipuim putin cum era acea epoca. In timpul Erei Planck, conceptul nostru de spatiu-timp este complet depasit, caci forta de gravitatie trebuie sa se comporte la fel ca celelalte trei forte (vezi teoria unificarii explicata in postul precedent).
Inchipuiti-va spatiul in Era Plank ca o spuma quantica foarte agitata in care se formeza si se desfac neincetat, legaturi intre regiuni foarte indepartate. Este un dute-vino de particule virtuale care populeaza cosmosul. Aceasta succesiune neincetata de creatie si disparitie creaza importante fluctuatii in curbura spatiu-timp. Nu va imaginati spatiu sub forma obisnuita, ca un tesut elastic si neted ci mai degraba ca o un fel de curbura.
Adaugati la aceasta imagine si asa de dificil de vizualizat, faptul ca existau 6 dimensiuni. De fapt este un spatiu cu 6 dimensiuni in care particolele evolueaza in spatii "suplimentare" fiecare de cate 9 dimensiuni


Ce este momentul zero al Univesului?

Si aici exista mai multe teorii. Intr-o viziune mai veche se spune ca, cu cat ne apropiem de momentul zero, cu atat Universul devine mai dens si mai cald, pana atinge o stare de singularitate unde densitatea si temperatura au valori infinite.
Teoria lui Stephen Hawking este alta. El spune ca aceasta stare de singularitate nu este necesara, pentru ca daca ne intoarcem spre punctul initial, timpul pierde incet, incet caracteristicile cunoscute si se transforma intr-o dimensiune a spatiului. Astfel, apropiindu-ne de de clipa zero, notiunea de timp dispare, ceea ce elimina necesitatea unei singularitati initiale. Este greu de imaginat, dar nu imposibil.

http://nobelprize.org/physics/laurea...lanck-bio.html

http://www.hawking.org.uk/home/hindex.html


Era inflatiei

La timpul 10 la puterea -43 secunde, forta de garvitaie, care pana atunci era unificata cu celelalte forte, se disociaza. Universul este intr-o stare de vid quantic. Materia pe care o cunoastem astazi nu exista inca, dar era o formidabila agitatie provocata de crearea si disparitia unui numar infinit de particule si antiparticule virtuale... Totul ramane in suspans, in linistea dinaintea furtunii ... La timpul 10 la puterea - 35 secunde, suna ora creerii si disocierea intre interactiunile puternice si fortele electromagnetice asa zise slabe se produce! Big Bang! In acel moment precis incepe o faza cruciala numita Era Inflatiei, in timpul careia marimea Universului va fi multiplicata cu un factor gigantic.
Era inflatiei este o teorie noua si reprezinta partea cea mai speculativa in descrierea Big Bangului. Chiar daca multe eforturi vor fi depuse ca ea sa fie acceptata in unanimitate, este explicatia care raspunde satisfacator la multe dintre problemele cosmologiei moderne, care nu-si gasisera un raspuns pana acuma (exemplu: omogenitatea Universului, platitudinea Universului)


Faza de tranzitie

Ca sa intelegem bine aceasta faza, m-am gandit la o analogie. Comportamentul Universului in faza de inflatie ne duce cu gandul la fenomenul de solidificare a apei (transformarea apei in gheata). Cele doua forme, apa lichida si gheata au proprietati foarte diferite. De exemplu, sub forma lichida, apa nu are structura si ia forma recipientului in care o turnam.
Sub forma solida, ea devine un cristal, o aranjare foarte regulat de molecule a caror forma globala este fixa. O alta diferenta o observam la simetrie: apa lichida are proprietati identice in toate directiile, pe cand gheata este in functie de axele formate in timpul cristalizarii.
Din punct de vedere fizic, apa lichida si gheata sunt doua faze diferite, iar transformarea dintr-una in alta se numeste o faza de tranzitie. In conditii normale, cristalizarea apei se produce la zero grade Celsius. Aceasta cristalizare se produce lent, degajand o cantitate de energie pe care o numim caldura latenta. Exista insa un caz particular in care lucrurile se petrec diferit. Intr-un mediu foarte stabil cu apa foarte pura, ea poate fi racita la o temperatura negativa si nu ingheata. Din pacate, aceasta situatie este foarte instabila, este de ajuns ca apa sa fie agitata un pic, ca va ingheta instantaneu. In acest caz, eliberarea de caldura latenta se va produce foarte rapid.


Fenomenul care s-a produs la varsta de 10 la puterea -35 secunde a Universului este similar. La acest moment fortele se disociaza si se trece de la o stare simetrica (unde fortele erau echivalente) la o stare asimetrica, unde fortele devin distincte. Universul, ca si apa care se solidifica, trece prin faza de tranzitie. In principiu, aceasta faza ar trebui sa fie instantanee, dar nu se produce asa simplu, caci Universul trece mai intai printr-un stadiu de suprafuziune. Mai simplu, intr-un timp foarte scurt, Universul este intr-o simetrie instabila (vidul fals) si deabia pe urma trece la faza asimetrica satbila, numita si vidul real.
Vidul fals este asemanator apei topite, caracterizat printr-o foarte mare densitate de energie. Chiar daca Universul este complet vid, el are o mare cantitate de energie si conform teoriei relativitatii generale, aceasta energie omniprezenta va crea o forta de respingere extrem de puternica, intre toate punctele din el. Consecinta? Universul va cunoaste o expansiune foarte rapida si brutala, faza care a fost numita Inflatie. Faza de inflatie va dura pana acesta va atinge o stare stabila, eliberand continu o foarte mare cantitate de energie. Starea stabila se estimeaza ca ar fi fost atinsa la 10 la puterea -30 secunde.

In timpul inflatiei, talia Universului a fost multiplicata cu un factor de 10 la puterea 50, ceea ce este un numar enorm, comparat cu ritmul actual de expansiune. De la aparitia atomilor, talia Universului s-a marit cu un factor doar de 1000 si aceasta in 15 miliarde de ani

Este de remarcat ca, chiar daca inflatia s-a produs intr-un ritm rapid, ea nu contrazice relativitatea care spune ca nimic nu se poate deplasa mai repede ca viteza luminii. Intr-adevar, spatiul se supune inflatiei; distanta intre doua particule se mareste intr-un ritm nebunesc, dar se datoreaza de fapt expansiunii spatiului. Si daca aceste particule se deplaseaza real in spatiu, viteza lor trebuie as fie inferioara vitezii luminii.



Nasterea materiei

La sfarsitul erei inflatiei apare materia.
Din punct de vedere quantic, Universul era vid : un loc unde o multitudine de particule si antiparticule virtuale tasneau din neant si se rentorceau foarte repede. Ceea ce lipsea acestor particule sa devina reale era Energia.
Intervine inflatia, iar in faza de tranzitie universul elibereaza o foarte mare cantitate de energie. Este vorba de o energie reala pe care particulele virtuale si-o vor apropria si cu ajutorul careia vor intra in lumea reala.
Sfarsitul inflatiei marcheaza creerea materiei pe care o cunoastem astazi.

Acum, sa incercam sa explicam de ce "avantajul" materiei asupra antimaterie.
La sfarsitul inflatiei apare asimetria intre materie si antimaterie.
Cum am vazut mai sus, perioada de unificare este caracterizata prin prezenta particulelor X capabile sa transforme leptons in quarks si vice-versa. La sfarsitul inflatiei, fortele se disociaza si particulele X incep sa dispara.
De fapt, particulele X care se dezintegreaza dand nastere la un quark nu o fac in acelasi fel ca antiparticulele X. Astfel, egalitatea intre numarul de quarks si antiquarks nu mai este respectata. Exista deci in Univers un miliard si un quarks si numai un miliard de antiquarks, diferenta care se va rasfrange si la nivelul protonilor, neutronilor, permitant Universului sa se dezvolte sub forma pe care o cunoastem astazi.

Dupa inflatie, expansiunea Universului se va producve intr-un ritm mult mai lent, similar celui din zilele noastre. Temperatura este mai scazuta, iar fortele nu se mai pot reunifica. Fazele urmatoare ale Universului sunt mult mai lente si fara schimbari majore. Din acel moment, Universul va fi stapanit de cele patru forte pe care le cunoastem.


Va urma... (formarea galaxiilor, universuri paralele, etc )

[Perseida]

Pisica lui Schrodinger

Experienta pisicii lui Schrodimger este imaginara si are ca scop de-a scoate in evidenta presupusele lacune ale lumii in care traim.
In mecanica quantica, lumea microscopica este descrisa in termeni de probabilitate; nu putem vorbi de pozitia unei particule ci numai de probabilitatea ca ea se afla intr-un loc anume. Acest concept poate pare straniu si diferit de experientele noaste cotidiene, dar cum mecanica quantica a trecut cu succes toate testele expermentale inventate pana acum, suntem obligati sa o acceptam ca parte a realitatii.

Experienta pisicii lui Schrodinger a fost imaginata pentru a demonstra nedeterminarea microscopica in lumea macroscopica in care traim. Ideea lui Schrodinger consta in a plasa o pisica intr-o cutie inchisa. Aceasta cutie este prevazuta de un sistem capabil sa omoare pisic (este o experienta imaginara ). Deci, sistemul este alcatuit dintr-o fiola cu otrava, o mica cantitate de substanta radioactiva si un contor Geiger. Cand se produce prima dezintegrare a unui nucleu radioactiv, contorul Geiger declanseaza un mecanism care sparge flaconul cu otrava. Astfel, prin dezintegrarea unui nucleu radioactiv, care este un fenomen microscopic se produce moartea pisicii, care este un fenomen macroscopic.
Dezintegrarea nucleului radioactiv este un fenomen quantic care poate fi descris in termeni de probabilitate. Este imposibil de determinat care nucleu se va dezintegra primul sau cand prima dezintegrare se va produce. Singurul lucru pe care il putem calcula este probabilitatea ca un anumit numar de nuclee se vor dezintegra, intr-un timp anume.
Daca alegem o substanta radioactiva care se dezintegreaza dupa cinci minute, exista 50% de sanse ca un nucleu sa se dezintegreze si 50% sanse ca sa nu se produca nimica. Sa inchidem cutia si sa asteptam 5 minute. Avand in vedere ca dezintegrarea radioactiva este probabila, atunci si soarta pisicii este tot probabila: dupa 5 minute, pisica are 50% sanse sa fie moarta si 50% sanse sa fie vie. Dupa interpretarea quantica, in aceasta situatie, pisica nu este nici vie, nici moarta, ci intr-o stare de suspensie intre cele doua stari.
Numai cand deschidem cutia, una dintre posibilitati devine reala.
Este posibil sa imaginam ca o particula se gaseste intr-o stare de suspensie, fiecare stare fiind afectata de-o anumita probabilitate, dar foarte dificil de-a imagina ceva macroscopic, cum ar fi pisica din experienta.
Ideea despre un animal nici viu nici mort ca si "suprapunerea" acestor doua stari se imagineaza greu.
Si astfel, teoria Universurilor paralele lua nastere, propunand o solutie eleganta .

[Perseida]

Teoria Universurilor paralele sau Universuri multiple, lua nastere in 1957 (Hugh Everett, fizician american). De fapt este o reinterpretare a mecanicii quantice care incearca sa elimine problemele conceptuale din experienta cu pisica lui Schrodinger. Dupa teoria lui Everett, pisica din cutie nu se afla intr-o stare de suspensie ci exista doua pisici: una vie si una moarta, pisici care fac parte din universuri paralele. Este foarte posibil, caci, in momentul in care ne impunem alegerea intre o pisica vie si una moarta, Universul se divide in doua, dand nastere la doua Universuri paralele, care sunt absolut identice si unul va contine pisica vie iar celalalt pisica moarta. In fiecare din aceste Universuri, pisica este intr-o stare bine definita, iar conceptul care parea absurd (animal nici viu nici mort) nu mai este necesar.
Deci, cand deschidem cutia si observam starea pisicii, nu facem altceva decat sa alegem unul din Universuri, care devine lumea noastra reala. In acel moment, cele doua Universuri se desprind devenind total independent unul de altul. Daca descoperim ca pisica este moarta, ne putem reconforta la gandul ca exista un Univers paralel in care pisica este vie

Teoria Universurilor paralele explica multe dintre problemele intalnite in studiul Universului. Sunt multe si este mult de explicat. Cazurile alese sunt cele mai simple si general cunoscute. De exemplu "alegerea constantelor universale."

In momentul nasterii sale, Universul este pus in fata mai multor "alegeri".
De exemplu el trebuie sa decida de valoarea fortei gravitationale, masa elecrtonului, etc. Conform teoriei enuntate mai sus, concludem ca, Universul se divide in functie de fiecare alegere, dand nastere la o multitudine de Universuri paralele, fiecare fiind caracterizata prin ansambulu propriu de date si constante fundamentale.
Marea majoritate a acestor Universuri sunt incapabile de a genera viata. Unele au o forta de gravitatie prea puternica, altele au fotza electromagnetica prea slaba si asa mai departe. Din fericire, o mica fractiune din acest ansamblu de Universuri a creat viata, ceea ce fu si cazul nostru.
Bref, adoptand acest punct de vedere, putem afirma ca aparitia constantelor universale nu este deloc miraculoasa iar viata in Universul nostru nu a aprut in mod magic. Au aparut pur si simplu pentru ca ne aflam intr-unul din rarele Universuri paralele cababile sa le nasca.

Cu toate ca teoria Universurilor paralele este un subiect captivant, ea nu a reusit sa convinga majoritatea lumii stintiifice. Experientele efectuate in laboratoare (la sfarsitul sec XX) au reusit sa explice experienta pisicii lui Schrodinger fara sa recurga la Universurile paralele.
Un sistem fizic, chiar microscopic, nu este niciodata izolat, ci intotdeauna in contact cu mediul exterior. Interactiunea cu acest mediu exterior (de exemplu, frecarea), perturba starea de suspensie quantica initiala si o transforma, incet, incet, intr-o stare clasica.Cu cat sistemul studiat este mai mare cu atat aceasta transformare intr-o stare clasica este mai rapida, chiar instantanee.
Deci putem raspunde acum experientei cu pisica. Nu o sa putem observa niciodata pisica din cutie intr-o stare de suspensie quantica, pentru ca mediul in care se afla o va face sa alunece intr-o stare clasica: moarta sau vie...Astfel, teoria universurilor paralele pierde deodata principalul motiv de-a exista...


Despre Universuri sunt foarte multe de spus
Voi urma cu: Viitorul galaxiilor, disparitia gaurilor negre, disparitia materiei si Big Crunch...

[Perseida]

Ar fi foarte greu sa se construiasca o teorie complet unificata pentru tot ce exista în univers. În schimb, am progresat elaborand teorii partiale care descriu un domeniu limitat de fenomene si neglijeaza alte efecte sau le aproximeaza prin anumite numere. (De exemplu, chimia ne permite sa calculam interactiile atomilor, fara a cunoaste structura interna a nucleului atomului.) În cele din urma însa, se spera gasirea unei teorii unificate, consistente, complete care ar include ca aproximatii toate aceste teorii partiale si care nu are nevoie sa fie ajustata pentru a se potrivi cu faptele, prin alegerea unor valori arbitrare în cadrul teoriei. Cautarea unei teorii de acest fel se numeste "unificarea fizicii". Einstein si-a petrecut majoritatea ultimilor ani cautand fara succes o teorie unificata, dar nu era înca timpul: existau teorii partiale pentru gravitatie si forta electromagnetica, dar se stia foarte putin despre fortele nucleare. In plus, Einstein refuza sa creada în realitatea mecanicii cuantice, în ciuda rolului important pe care l-a jucat în dezvoltarea sa. Si totusi, se pare ca principiul de incertitudine este o caracteristica fundamentala a Universului în care traim. Prin urmare, o teorie unificata reusita trebuie sa contina acest principiu.
Perspectivele gasirii unei astfel de teorii par a fi mult mai bune acum deoarece stim mult mai multe despre Univers. Dar trebuie sa nu fim prea încrezatori am mai avut sperante false!
La începutul acestui secol, de exemplu, s-a crezut ca totul putea fi explicat în functie de proprietatile materiei continue, cum sunt elasticitatea si conductia caldurii. Descoperirea structurii atomice si a principiului de incertitudine a pus categoric capat acestei idei. Apoi, în 1928, fizicianul laureat al premiului Nobel, Max Born a spus unui grup de vizitatori ai Universitatii Göttingen: "Fizica, asa cum o cunoastem astazi, va fi depasita peste sase luni." Încrederea sa se baza pe descoperirea recenta de catre Dirac a ecuatiei care guverna electronul. Se credea ca o ecuatie similara ar guverna protonul, care era cealalta particula cunoscuta în acel moment, ceea ce ar fi fost sfarsitul fizicii teoretice. Totusi, descoperirea neutronilor si a fortelor nucleare a contrazis si aceasta parere. Spunand aceasta, eu tot cred ca exista motive sa speram ca ne aflam aproape de capatul cautarii legilor finale ale naturii.
Relativitatea generalizata, teoria partiala a gravitatiei si teoriile partiale care guverneaza interactiile tari, interactiile slabe si fortele electromagnetice… Ultimele trei se pot combina în asa-numitele mari teorii unificate, sau MTU, care nu sunt foarte satisfacatoare deoarece nu includ gravitatia si deoarece ele contin mai multe marimi cum sunt masele relative ale diferitelor particule, care nu pot fi prezise de teorie, ci a trebuit sa fie alese astfel încat sa se potriveasca observatiilor.
Principala dificultate în gasirea unei teorii care uneste gravitatia cu celelalte forte este ca relativitatea generalizata este o teorie "clasica" , adica ea nu contine principiul de incertitudine din mecanica cuantica. Pe de alta parte, celelalte teorii partiale depind în mod esential de mecanica cuantica. Prin urmare, un prim pas necesar este de a combina relativitatea generalizata cu principiul de incertitudine. Asa cum am vazut, acesta poate avea consecinte remarcabile cum sunt faptul ca gaurile negre nu sunt negre si Universul nu are singularitati, ci este complet independent si fara limite. Problema este, ca principiul de incertitudine înseamna ca si spatiul "gol" este plin cu perechi de particule si antiparticule virtuale. Aceste perechi ar avea o cantitate infinita de energie si deci, conform faimoasei ecuatii a lui Einstein, E = mc2, ele ar avea o masa infinita. Atractia lor gravitationala ar curba Universul catre o dimensiune infinit mica.
Infinitati similare, aparent absurde, se produc în celelalte teorii partiale, dar în toate aceste cazuri infinitatile pot fi anulate de un proces numit renormalizare. Aceasta implica anularea infinitatilor prin introducerea altor infinitati. Desi aceasta tehnica este cam dubioasa din punct de vedere matematic, ea pare sa fie buna în practica si a fost utilizata în aceste teorii pentru a face preziceri care concorda cu observatiile cu un grad de precizie extraordinar. Renormalizarea, însa, are un neajuns serios din punctul de vedere al încercarii de a gasi o teorie completa, deoarece ea înseamna ca valorile reale ale maselor si intensitatilor fortelor nu pot fi prezise din teorie, ci trebuie sa fie alese astfel încat sa se potriveasca observatiilor.
În încercarea de a îngloba principiul de incertitudine în relativitatea generalizata, exista numai doua marimi care pot fi ajustate: intensitatea gravitatiei si valoarea constantei cosmologice. Prin urmare, exista o teorie care pare sa prezica faptul ca anumite marimi, cum este curbura spatiu-timp sunt într-adevar infinite si totusi aceste marimi se pot observa si masura ca fiind perfect finite! Aceasta problema care apare la combinarea relativitatii generalizate si principiului de incertitudine a fost banuita de catva timp, dar a fost în final confirmata de calcule detaliate prin anii 70 .Mai tarziu a fost sugerata o solutie posibila, numita "supergravitatie". Ideea era de a combina particula de spin 2 numita graviton, care poarta forta gravitationala, cu anumite particule noi de spin 3/2, 1, 1/2 si 0. Într-un fel, toate aceste particule ar putea fi considerate ca aspecte diferite ale aceleiasi "superparticule", unificand astfel particulele de materie de spin 1/2 si 3/2 cu particulele purtatoare de forta de spin 0, 1 si 2. Perechile particula/antiparticula virtuale de spin 1/2 si 3/2 ar avea energie negativa si ar tinde, deci, sa anuleze energia pozitiva a perechilor virtuale de spin 2, 1 si 0. Aceasta ar determina anularea multor infinitati posibile, dar se suspecta ca ar mai ramane unele infinitati. Totusi, calculele necesare pentru a afla daca exista sau nu infinitati ramase ,erau atat de lungi si grele încat nimeni nu era pregatit sa le efectueze. Chiar cu un computer, s-a calculat ca ar fi necesari cel putin patru ani si ar exista mari sanse de a face cel putin o greseala, daca nu mai multe. Astfel, raspunsul corect s-ar cunoaste numai daca altcineva ar repeta calculul si ar obtine acelasi raspuns, iar acest lucru nu pare foarte probabil!

În ciuda acestor probleme si a faptului ca particulele din teoria supergravitatiei nu par sa se potriveasca cu particulele observate, majoritatea oamenilor de stiinta credeau ca supergravitatia era probabil raspunsul corect la problema unificarii fizicii. Parea modul cel mai bun de unificare a gravitatiei cu celelalte forte. Totusi, în 1984, a avut loc o schimbare remarcabila de opinie în favoarea a ceea ce se numeste teoriile corzilor (String Theories). În aceste teorii obiectele de baza nu sunt particulele, care ocupa un singur punct în spatiu, ci corpuri care au lungime dar nu au alta dimensiune, ca o bucata de coarda infinit de subtire. Aceste corzi pot avea capete (asa-numitele corzi deschise) sau pot fi unite cu ele însele în bucle închise (corzi închise) .
O particula ocupa un punct în spatiu în fiecare moment. Astfel, istoria sa în spatiu-timp poate fi prezentata printr-o linie ,« linia de Univers ». Pe de alta parte, o coarda ocupa o linie în spatiu în fiecare moment. Astfel, istoria sa în spatiu-timp este o suprafata bi-dimensionala numita « suprafata de Univers ». Orice punct de pe aceasta suprafata de univers poate fi descris de doua numere: unul care specifica timpul si celalalt pozitia punctului de pe coarda. Suprafata de univers a unei corzi deschise este o banda, marginile sale reprezinta traiectoriile în spatiu-timp ale capetelor corzii . Suprafata de univers a unei corzi închise este un cilindru sau un tub ,o sectiune în tub este un cerc, care reprezinta pozitia corzii într-un anumit moment.
Doua bucati de coarda se pot uni formand o singura coarda, în cazul corzilor deschise ele se unesc pur si simplu la capete, în timp ce în cazul corzilor închise ele sunt ca doua picioare care se unesc pe o pereche de pantaloni .In mod asemanator, o singura bucata de coarda se poate împarti în doua corzi. In teoria corzilor, ceea ce înainte erau considerate particule acum sunt imaginate ca unde care se propaga de-a lungul corzii, ca undele de pe coarda vibranta a unui zmeu. Emisia sau absorbtia unei particule de catre alta ,corespunde divizarii sau unirii corzilor. De exemplu, forta gravitationala a soarelui asupra pamantului a fost imaginata în teoria particulelor ca fiind cauzata de emiterea unui graviton, de o particula din soare si absorbtia sa de o particula de pe pamant .
In teoria corzilor acest proces corespunde unui tub sau unei conducte de forma H (într-un fel teoria corzilor este ca o lucrare de instalatii). Cele doua laturi verticale ale H-ului corespund particulelor din soare si din pamant si bara orizontala corespunde gravitonului care se deplaseaza între ele.

Teoria corzilor are o istorie curioasa. Ea a fost emisa initial la sfarsitul anilor 1960 în încercarea de a gasi o teorie care sa descrie interactia tare. Ideea era ca particule ca protonul si neutronul ar putea fi considerate ca undele dintr-o coarda. Interactiile tari dintre particule ar corespunde bucatilor de coarda care trec prin celelalte bucai de coarda, ca în panza unui paianjen.
Pentru ca aceasta teorie sa dea valoarea observata a interactiei tari între particule, corzile trebuie sa fie ca benzile de cauciuc cu un efort de întindere de circa zece tone.
În 1974 Joël Scherk de la Paris si John Schwarz de la Institutul de Tehnologie din California au publicat o lucrare în care au aratat ca teoria corzilor ar putea descrie forta gravitationala, dar numai daca tensiunea în coarda ar fi mult mai mare, de circa o mie de milioane de milioane de milioane de milioane de milioane de milioane de tone (1 urmat de treizeci si noua de zerouri). Prezicerile teoriei corzilor ar fi exact aceleasi cu cele ale relativitatii generalizate la scari de lungime normale, dar ele ar diferi la distante foarte mici, mai mici decat o mie de milioane de milioane de milioane de milioane de milionimi dintr-un centimetru (un centimetru împartit la 1 urmat de treizeci si trei de zerouri). Lucrarii lor nu i s-a acordat însa prea mare atentie deoarece chiar atunci majoritatea oamenilor de stiinta abandonasera teoria initiala a corzilor pentru interactia tare, în favoarea teoriei bazate pe quarci si gluoni, care parea sa se potriveasca mult mai bine cu observatiile. Scherk a murit în împrejurari tragice (el suferea de diabet si a intrat în coma într-un moment cand nu era nimeni în preajma sa-i faca o injectie cu insulina). Astfel Schwarz a ramas singurul sustinator ale teoriei corzilor, dar acum cu o valoare mult mai mare propusa pentru tensiunea în coarda.
În 1984, interesul fata de corzi a înviat brusc, aparent din doua motive. Unul era ca oamenii nu progresasera prea mult pentru a arata ca supergravitatia era finita sau ca ea ar putea explica tipurile de particule pe care le observam. Celalalt era publicarea lucrarii lui John Schwarz si Mike Green de la Queen Mary College, Londra, care arata ca teoria corzilor putea explica existenta particulelor care aveau rotatie intrinseca spre stanga, la fel cu unele particule pe care le observam. Indiferent care au fost motivele, curand un mare numar de persoane au început sa lucreze la teoria corzilor si a fost elaborata o noua versiune, asa-numita coarda heterotica, ce parea ca ar putea sa explice tipurile de particule pe care le observam.

Si teoria corzilor conduce la infinitati, dar se crede ca ele se vor anula toate în versiuni cum este coarda heterotica (desi acest lucru nu este înca sigur). Teoriile corzilor însa au o problema mai mare: ele par sa corespunda numai daca spatiul-timp are zece sau douazeci si sase de dimensiuni, în loc de cele patru obisnuite! Desigur, dimensiunile suplimentare ale spatiului-timp reprezinta ceva obisnuit în literatura stiintifico-fantastica, într-adevar, ele sunt aproape o necesitate, deoarece altfel faptul ca relativitatea implica imposibilitatea de a calatori mai repede decat lumina înseamna ca deplasarea între stele si galaxii ar dura prea mult. Ideea literaturii stiintifico-fantastice este ca ar putea fi posibil sa o iei pe scurtatura printr-o dimensiune mai mare. Acest lucru se poate ilustra astfel: Imaginati-va ca spatiul în care traim are numai doua dimensiuni si este curbat ca suprafata unui inel sau tor .Daca ati fi pe o parte interioara a inelului si ati dori sa ajungeti într-un punct de pe cealalta parte ar trebui sa mergeti de jur împrejur pe partea interioara a inelului. Totusi, daca v-ati putea deplasa în a treia dimensiune, ati putea s-o luati de-a dreptul.

De ce nu observam toate aceste dimensiuni suplimentare, daca ele chiar exista? De ce vedem doar trei dimensiuni spatiale si una temporala? Exista ipoteza ca celelalte dimensiuni sunt curbate într-un spatiu cu dimensiunea foarte mica, ceva cam ca un milion de milioane de milioane de milioane de milionimi dintr-un centimetru. Aceasta este atat de mica încat pur si simplu nu o observam, vedem numai o dimensiune temporala si trei spatiale în care spatiul-timp este destul de neteda. Este ca suprafata unei portocale: daca va uitati de aproape, este toata curbata si încretita, dar daca o priviti de la distanta, nu vedeti umflaturile si pare a fi neteda. La fel este si cu spatiu-timpul: la scara foarte mica el are zece dimensiuni si este puternic curbat, dar la scara mai mare nu vedeti curbura dimensiunilor suplimentare. Daca aceasta imagine este corecta, ea înseamna vesti proaste pentru calatorii în spatiu: dimensiunile suplimentare ar fi mult prea mici pentru a permite trecerea navei spatiale. Totusi, ea ridica o alta problema majora. De ce ar trebui sa fie curbate într-o sfera mica doar unele dimensiuni si nu toate? Probabil, în Universul foarte timpuriu toate dimensiunile ar fi fost foarte curbate. Dar ce a determinat ca o dimensiune temporala si trei spatiale sa se îndrepte, în timp ce celelalte au ramas foarte curbate?

Un raspuns posibil este principiul antropic. Doua dimensiuni spatiale nu par a fi suficiente pentru a permite dezvoltarea unor fiinte complicate ca noi. De exemplu, animalele bi-dimensionale care ar trai pe un pamant unidimensional ar trebui sa se catere unul peste celalalt pentru a trece unul de altul. Daca o creatura bi-dimensionala mananca ceva ceea ce nu poate digera complet, ar trebui sa elimine resturile pe aceeasi cale pe care le-a înghitit pentru ca daca ar exista o trecere prin corp, ea ar împarti creatura în doua jumatati separate, fiinta noastra bi-dimensionala s-ar desface în bucati. In mod asemanator, este dificil de vazut cum ar arata circulatia sangelui într-o creatura bi-dimensionala.

Ar fi si alte probleme pentru mai mult de trei dimensiuni spatiale. Forta gravitationala dintre doua corpuri ar descreste mai rapid cu distanta decat o face în trei dimensiuni. (În trei dimensiuni, forta gravitationala scade la 1/4 daca se dubleaza distanta. În patru dimensiuni ea ar scade la 1/8, în cinci dimensiuni la 1/16 s.a.m.d.) Semnificatia acestui fapt este ca orbitele planetelor (cum este pamantul) în jurul soarelui ar fi instabile: cea mai mica perturbatie de la o orbita circulara (cum este aceea cauzata de atractia gravitationala a altor planete) ar avea ca rezultat deplasarea în spirala a pamantului departandu-se sau apropiindu-se de soare. Noi am îngheta sau ne-am arde.
De fapt, aceeasi comportare a gravitatiei cu distanta într-un spatiu cu mai mult de trei dimensiuni înseamna ca soarele nu ar putea sa existe într-o stare stabila în care presiunea echilibreaza gravitatia. El s-ar desface în bucati sau ar suferi un colaps formand o gaura neagra. În oricare din aceste cazuri, el nu ar mai fi util ca sursa de caldura si lumina pentru viata de pe Pamant. La o scara mai mica, fortele electrice care determina electronii sa se deplaseze pe orbite în jurul nucleului unui atom s-ar comporta în acelasi fel cu fortele gravitationale. Astfel, electronii ar iesi din atom sau s-ar deplasa în spirala spre nucleu. În orice caz, nu ar exista atomi asa cum si stim.
Este clar ca viata, cel putin asa cum o stim, poate exista numai în regiuni ale spatiului-timp în care o dimensiune temporala si trei dimensiuni spatiale nu sunt foarte mult curbate. Aceasta ar însemna ca principiul antropic slab se poate utiliza cu conditia sa se arate ca teoria corzilor permite cel putin existenta unor astfel de regiuni ale Universului …se pare ca într-adevar teoria corzilor face acest lucru. Pot exista si alte regiuni ale Universului sau ale altor Universuri (orice ar însemna acestea) în care toate dimensiunile sunt foarte curbate sau în care sunt aproape întinse mai mult de patru dimensiuni, dar acolo nu ar exista fiinte inteligente care sa observe numerele diferite ale dimensiunilor efective.

[Perseida]

În afara de problema numarului dimensiunilor pe care le are spatiu-timpul, teoria corzilor mai are si alte cateva probleme care trebuie rezolvate înainte de a fi aclamata ca teoria unificata finala a fizicii. Nu stim înca daca toate infiniturile se anuleaza reciproc sau modul exact în care undele din corzi se leaga de tipurile de particule pe care le observam. Oricum, este probabil ca raspunsurile la aceste probleme se vor gasi în urmatorii ani, si ca spre sfarsitul secolului vom sti daca teoria corzilor este într-adevar teoria unificata mult cautata a fizicii.
Dar poate exista cu adevarat o teorie unificata de acest fel? Sau poate alergam dupa un miraj? Par sa existe trei posibilitati:

1) Exista într-adevar o teorie unificata completa, pe care o vom descoperi într-o zi daca suntem destul de destepti.

2) Nu exista o teorie finala a Universului, ci doar o succesiune infinita de teorii care descriu Universul din ce în ce mai exact.

3) Nu exista o teorie a Universului, evenimentele nu pot fi prezise decat într-o anumita masura, ele se produc în mod întamplator si arbitrar.

Unii ar sustine a treia posibilitate bazandu-se pe faptul ca daca ar exista un set complet de legi aceasta ar încalca libertatea lui Dumnezeu de a-si schimba parerea si a interveni în Univers. Este ca un vechi paradox: Poate Dumnezeu sa faca o piatra atat de grea încat el sa nu o poata ridica? Dar ideea ca Dumnezeu ar putea dori sa-si schimbe parerea este un exemplu de erezie, mentionat de Biblie, de-a imagina pe Dumnezeu ca pe o fiinta care exista în timp: timpul este numai o proprietate a Universului pe care Dumnezeu l-a creat. Probabil, el stia ce intentiona atunci cand l-a facut!

O data cu aparitia mecanicii cuantice, am ajuns sa recunoastem ca evenimentele nu pot fi prezise exact, ci exista intotdeauna un anumit grad de incertitudine. Daca se doreste, se poate atribui aceasta caracteristica de întamplare interventiei lui Dumnezeu, dar ar fi un fel foarte ciudat de interventie: nu exista vreo dovada ca ea are un scop. Intr-adevar, daca ar exista, prin definitie ea nu ar fi întamplatoare. În timpurile moderne, am eliminat efectiv cea de a treia posibilitate de mai sus redefinind scopul stiintei: scopul nostru este de a formula un set de legi care sa ne permita sa prezicem evenimentele numai pana la o limita determinata de principiul de incertitudine.
A doua posibilitate, ca exista o succesiune infinita de teorii din ce în ce mai rafinate, este în concordanta cu toata experienta noastra de pana acum. În multe ocazii am marit sensibilitatea masurarilor noastre sau am facut o noua clasa de observatii, numai pentru a descoperi noi fenomene care nu erau prezise de teoria existenta si pentru a le explica a trebuit sa dezvoltam o teorie si mai avansata. Prin urmare, nu ar fi foarte surprinzator daca generatia actuala de mari teorii unificate ar gresi pretinzand ca nu se va întampla nimic nou esential între energia de unificare electroslaba de circa 100 GeV si energia marii unificari de circa o mie de milioane de milioane de GeV. Ne putem astepta într-adevar sa gasim cateva straturi noi de structura, mai fundamentale decat quarcii si electronii pe care îi consideram acum particule "elementare".
Totusi, se pare ca gravitatia poate da o limita acestui sir de "cutii în cutii". Daca exista o particula cu energia peste ceea ce se numeste energia Planck, zece milioane de milioane de milioane de GeV (1 urmat de nouasprezece zerouri), masa sa ar fi atat de concentrata încat s-ar desprinde singura de restul universului si ar forma o gaura neagra mica. Astfel, se pare ca sirul de teorii din ce în ce mai rafinate trebuie sa aiba o limita pe masura ce trecem la energii din ce în ce mai înalte, astfel ca ar trebui sa existe o teorie finala a Universului. Desigur, energia Planck reprezinta un drum lung de la energiile în jur de o suta de GeV, valoarea cea mai mare pe care o putem produce în laborator în prezent. Nu vom putea sari aceasta distanta cu acceleratoarele de particule din viitorul previzibil! Totusi, etapele foarte timpurii ale Universului reprezinta un loc unde trebuie sa se fi produs aceste energii. Cred ca exista o sansa buna ca studiul Universului timpuriu si cerintele consistentei matematice sa ne conduca la o teorie unificata completa în timpul vietii unora dintre noi care traim astazi, presupunand întotdeauna ca nu ne distrugem mai înainte.

[Perseida]

Ce ar însemna daca am descoperi într-adevar teoria finala a Universului? …nu am fi niciodata destul de siguri ca am gasit cu adevarat teoria corecta, deoarece teoriile nu pot fi dovedite. Dar daca teoria este consistenta matematic si face întotdeauna preziceri care concorda cu observatiile, putem avea încredere ca ea este cea corecta. Ea ar duce la sfarsit un capitol lung si glorios din istoria luptei intelectuale a umanitatii de a întelege Universul. Dar ea ar revolutiona, de asemenea, întelegerea de catre persoanele obisnuite ,a legilor care guverneaza Universul. În timpul lui Newton era posibil ca o persoana educata sa stapaneasca întreaga cunoastere umana, cel putin în linii mari. Dar de atunci, viteza dezvoltarii stiintei a facut acest lucru imposibil. Deoarece teoriile se schimba întotdeauna pentru a explica noile observatii, ele nu sunt niciodata corect sistematizate sau simplificate astfel încat sa poata fi întelese de oamenii obisnuiti. Trebuie sa fii specialist, si chiar si atunci puteti spera sa aveti numai o stapanire corecta a unei parti mici din teoriile stiintifice. In plus, rata progresului este atat de rapida încat ceea ce se învata la scoala sau la universitate este întotdeauna putin depasit. Doar putini oameni pot tine pasul cu avansul rapid al frontierelor cunoasterii si ei trebuie sa îi dedice tot timpul si sa se specializeze într-o problema restransa. Restul populatiei are prea putina idee despre progresele facute sau despre interesul pe care ele îl genereaza. Acum saptezeci de ani, daca îl credem pe Eddington, numai doua persoane întelegeau teoria generala a relativitatii. Astazi, zeci de mii de absolventi de universitate o înteleg si multe milioane de oameni cunosc cel putin ideea. Daca s-ar descoperi o teorie unificata completa, ar fi doar o chestiune de timp înainte de a fi sistematizata si simplificata în acelasi fel si predata în scoli, cel putin în linii mari. Atunci am putea avea o oarecare întelegere a legilor care guverneaza Universul si sunt raspunzatoare de existenta noastra.
Chiar daca descoperim o teorie unificata completa nu înseamna ca am putea sa prezicem evenimentele în general, din doua motive.
Primul este limitarea pe care o impune principiul de incertitudine din mecanica cuantica asupra puterilor noastre de prezicere. Nu putem face nimic pentru a ocoli aceasta. In practica însă aceasta prima limitare este mai putin restrictiva decat a doua. Ea provine din faptul ca nu putem rezolva exact ecuatiile teoriei, cu exceptia unor situatii foarte simple. (Nu putem rezolva exact nici macar problema miscarii a trei corpuri în teoria gravitatiei a lui Newton si dificultatea creste cu numarul de corpuri si complexitatea teoriei.) Cunoastem deja legile care guverneaza comportarea materiei în toate conditiile cu exceptia celor extreme. În special, cunoastem legile de baza care stau la baza chimiei si biologiei. Si totusi nu am redus aceste subiecte la stadiul de probleme rezolvate, pana acum, nu am avut mare succes în prezicerea comportamentului uman din ecuatiile matematice!
Astfel, chiar daca gasim un set complet de legi fundamentale, ar mai trebui ani de activitate intelectuala sustinuta pentru a elabora metode mai bune de aproximare, încat sa putem face preziceri utile ale rezultatelor probabile ale unor situatii complicate si realiste. O teorie unificata completa, consistenta, reprezinta numai primul pas: scopul nostru este întelegerea completa a evenimentelor din jurul nostru si a propriei noastre existente.



Ne gasim într-o lume uimitoare. Dorim sa gasim un sens pentru ceea ce vedem în jurul nostru si întrebam: Care este natura Universului? Care este locul nostru în Univers si de unde a aparut el? De ce este asa, cum este?
Pentru a încerca sa raspundem la aceste întrebari adoptam unele "imagini ale universului". Teoria string-urilor este la fel ca un turn infinit de broaste testoase care sustin pamantul plat. Ambele sunt teorii ale Universului desi prima este mult mai matematica si mai precisa decat ultima. Pentru nici una nu exista dovezi experimentale: nimeni nu a vazut o broasca testoasa gigantica ce duce pamantul în spate, dar nici nu a vazut o supercoarda. Totusi, teoria broastelor testoase nu este o teorie stiintifica buna, deoarece prezice ca oamenii pot cadea de pe marginea lumii. Acest lucru nu este în concordanta cu experimentul, în afara de cazul persoanelor care se presupune ca au disparut în Triunghiul Bermudelor!
Primele încercari teoretice de a descrie si explica Universul contineau ideea ca evenimentele si fenomenele naturale erau controlate de spirite cu emotii umane, care actionau într-o maniera foarte umana si imprevizibila. Aceste spirite locuiau în lucrurile naturale, cum sunt raurile si muntii, inclusiv pe corpuri ceresti, ca soarele si luna. Ele trebuiau îmbunate si trebuia ceruta bunavointa lor pentru a se asigura fertilitatea solului si trecerea anotimpurilor. Treptat însa trebuie sa se fi observat ca existau anumite regularitati: soarele rasarea întotdeauna la est si apunea la vest, indiferent daca se faceau sacrificii zeului soare. În plus, soarele, luna si planetele urmau pe cer traiectorii precise, care puteau fi prezise cu o precizie considerabila. Soarele si luna puteau înca sa fie zei, dar erau zei care ascultau de legi stricte, aparent fara exceptii, daca nu se tine cont de povesti de felul celei în care Iosua a oprit soarele.
La început, aceste regularitati si legi erau evidente numai în astronomie si în alte cateva stiinte. Totusi, pe masura ce civilizatia a evoluat si în special în ultimii 300 de ani, au fost descoperite din ce în ce mai multe regularitati si legi. Succesul acestor legi l-a condus pe Laplace la începutul secolului al nouasprezecelea sa postuleze determinismul stiintific, adica el a sugerat ca ar exista un set de legi care ar determina precis evolutia Universului .Determinismul lui Laplace era incomplet în doua moduri. El nu spunea cum trebuie alese legile si nu preciza configuratia initiala a Universului. Acestea erau lasate lui Dumnezeu. Dumnezeu ar alege modul în care a început Universul si legile pe care le respecta acesta, dar el nu ar interveni în Univers o data ce a fost pornit. De fapt, Dumnezeu era limitat la zonele pe care stiinta secolului nouasprezece nu le întelegea.
Stim acum ca sperantele lui Laplace privind determinismul nu pot fi realizate, cel putin asa cum le-a crezut el. Principiul de incertitudine din mecanica cuantica implica faptul ca anumite perechi de marimi, cum sunt pozitia si viteza unei particule, nu pot fi ambele prezise precis.
Mecanica cuantica trateaza aceasta situatie printr-o clasa de teorii cuantice în care particulele nu au pozitii si viteze bine definite, ci sunt reprezentate de o unda.
Aceste teorii cuantice sunt deterministe în sensul ca dau legi pentru evolutia undei în timp. Astfel, daca se cunoaste unda la un moment dat, ea poate fi calculata în orice alt moment. Elementul imprevizibil, întamplator apare numai atunci cand încercam sa interpretam unda în functie de pozitiile si vitezele particulelor. Dar poate ca este greseala noastra: poate nu exista pozitii si viteze ale particulelor, ci numai unde. Iar noi doar încercam sa potrivim undele la ideile noastre preconcepute despre pozitii si viteze. Nepotrivirea care rezulta este cauza aparentei lipse de predictibilitate.
De fapt, am redefinit sarcina stiintei ca fiind descoperirea legilor care ne vor permite sa prezicem evenimente pana la limita stabilita de principiul de incertitudine. Ramane însa întrebarea: Cum sau de ce au fost alese legile si starea initiala a Universului?
Legile gravitatiei erau incompatibile cu parerea mentinuta pana destul de recent ca Universul nu se schimba cu timpul: faptul ca, gravitatia este întotdeauna o forta de atractie înseamna ca Universul trebuie sa se extinda sau sa se contracte. Conform teoriei generale a relativitatii, trebuie sa fi existat în trecut o stare de densitate infinita, Big Bang-ul, care ar fi fost un început efectiv al timpului. În mod asemanator, daca întregul Univers suferea din nou un colaps, trebuie sa existe o alta stare de densitate infinita în viitor, Big Crunch, care ar reprezenta un sfarsit al timpului. Chiar daca întregul Univers nu sufera un nou colaps, ar exista singularitati în regiuni localizate care ar suferi colapsul formand gaurile negre. Aceste singularitati ar reprezenta un sfarsit al timpului pentru orice cade în gaura neagra. La Big Bang si la alte singularitati, toate legile ar fi încetat sa functioneze, astfel ca Dumnezeu ar fi avut deplina libertate de a alege ce s-a întamplat si modul în care începea Universul.
Atunci cand combinam mecanica cuantica cu teoria relativitatii, se pare ca apare o noua posibilitate care nu exista înainte: ca spatiul si timpul sa formeze împreuna un spatiu cvadri-dimensional, finit, fara singularitati sau limite, ca suprafata pamantului, dar cu mai multe dimensiuni. Se pare ca aceasta idee ar putea explica multe dintre caracteristicile observate ale Universului, cum sunt omogenitatea sa la scara mare si abaterile de la omogenitate la scara mica, ca galaxiile, stelele si chiar fiintele umane. Ea ar putea chiar sa explice sensul timpului pe care îl observam. Dar, daca Universul este complet independent, fara singularitati sau limite si descris complet de o teorie unificata, aceasta are implicatii profunde pentru rolul de Creator al lui Dumnezeu.

Einstein a pus odata întrebarea: "Cat de mult a avut Dumnezeu de ales cand a construit Universul?" Daca ipoteza "fara limite" este corecta, el nu a avut deloc libertatea de a alege conditiile initiale. Totusi, el ar fi avut înca libertatea de a alege legile de care asculta Universul. Aceasta însa poate sa nu fi fost chiar o alegere, poate exista doar una, sau un numar mic de teorii unificate complete, cum este teoria corzilor heterotice, care sunt independente si permit existenta unor structuri complicate cum sunt fiintele umane care pot cerceta legile Universului si care pot pune întrebari privind natura lui Dumnezeu.

Chiar daca exista o singura teorie unificata posibila, ea este doar un set de reguli şi ecuatii. Ce este ceea ce anima ecuatiile si le face sa descrie Universul? Abordarea obisnuita a stiintei constructiei unui model matematic nu poate raspunde la întrebari de genul: de ce trebuie sa existe un Univers pe care sa-l descrie modelul?
De ce exista Universul? Teoria unificata este atat de restrictiva încat determina propria lui existenta? Sau el a avut nevoie de un creator si daca da, a avut acesta un efect asupra Universului? Si cine l-a creat pe el?
Pana acum majoritatea oamenilor de stiinta au fost prea ocupati cu elaborarea noilor teorii care descriu ce este Universul, pentru a pune întrebarea de ce. Pe de alta parte, oamenii a caror treaba este sa întrebe de ce, filozofii, nu au putut tine pasul cu progresul teoriilor stiintifice. În secolul al optsprezecelea, filozofii considerau întreaga cunoastere umana, inclusiv stiinta, ca fiind domeniul lor si discutau întrebari ca: A avut Universul un început? Totusi, în secolele al nouasprezecelea si al douazecilea, stiinta a devenit prea tehnica si matematica pentru filozofi, sau pentru oricine altcineva cu exceptia catorva specialisti. Filozofii au redus atat de mult obiectul cercetarilor lor, încat Wittgenstein, cel mai faimos filozof al acestui secol, a spus: "Singura sarcina ramasa filozofiei este analiza limbajului." Ce decadere de la marea traditie a filozofiei de la Aristotel la Kant!
Totusi, daca descoperim într-adevar o teorie completa, ea trebuie sa poata fi înteleasa în mare, cu timpul, în principiu de oricine, nu numai de cativa oameni de stiinta. Atunci noi toti: filozofi, oameni de stiinta si oameni obisnuiti, ar trebui sa putem lua parte la discutarea problemei: de ce existam noi si Universul. Daca gasim raspuns la aceasta întrebare, el ar reprezenta triumful final al ratiunii umane pentru ca atunci am cunoaste gandirea lui Dumnezeu.

Bibliografie : Stephen Hawking

Va urma

[Perseida]

Daca cineva priveste cerul intr-o noapte senina, fara luna, obiectele cele mai stralucitoare care se vad sunt probabil planetele Venus, Marte, Jupiter si Saturn. Vor mai fi si un numar mare de stele exact la fel ca soarele nostru, dar mult mai departe de noi. De fapt, unele din aceste stele fixe par a-si schimba foarte lent pozitiile una fata de cealalta atunci cand pamantul se misca pe orbita in jurul soarelui: in realitate ele nu sunt deloc fixe. Aceasta deoarece ele sunt relativ aproape de noi. Pe masura ce pamantul se misca in jurul soarelui le vedem din diferite pozitii pe fondul stelelor mult mai indepartate. Din fericire, aceasta ne permite sa masuram direct distanta dintre stele si noi: cu cat sunt mai aproape, cu atat par ca se deplaseaza mai mult. Steaua cea mai apropiata, numita Proxima Centauri, este la o distanta de circa patru ani lumina (lumina care vine de la ea are nevoie de circa patru ani sa ajunga la Pamant), sau aproape treizeci si sapte de milioane de milioane de kilometri. Majoritatea celorlalte stele care sunt vizibile cu ochiul liber se gasesc in limitele a cateva sute de ani lumina de noi. Pentru comparatie, soarele nostru este la numai 8 minute lumina departare! Stelele vizibile apar imprastiate pe tot cerul noptii, dar sunt concentrate in special intr-o banda pe care o numim Calea Lactee. In anul 1750, unii astronomi sugerau ca aparitia Caii Lactee poate fi explicata daca majoritatea stelelor vizibile se gasesc intr-o singura configuratie in forma de disc, un exemplu de ceea ce numim galaxie spirala. Numai cativa zeci de ani mai tarziu, astronomul Sir William Herschel a confirmat ideea, catalogand minutios pozitiile si distantele unui mare numar de ste