Sfarsitul universului: ipoteza si imaginatie


„Nimic nu poate fi veşnic, odată ce s-a născut” zicea cândva Cicero. Se gândea, desigur, în primul rând la fiinţele vii, a căror existenţă era urmată, invariabil, inevitabil, de moarte. Apoi, treptat, am aflat că şi entităţi lipsite de viaţă şi a căror existenţă părea cu adevărat veşnică trec printr-un şir de prefaceri ce culminează cu nimicirea lor. Stelele şi planetele, şi ele, se nasc şi pier. Şi atunci, dacă modelul apariţie-existenţă-dispariţie constituie soarta imanentă a tot ce există în Univers, ce se va întâmpla cu Universul însuşi?

Că s-a format cândva, o ştim; că există, iarăşi ştim. Se va sfârşi oare vreodată? Şi dacă da, când şi cum? Religiile lumii au, fiecare, variante proprii de răspuns la această tulburătoare nelămurire a omului.Dar religia e doar una dintre modalităţile de cunoaştere şi înţelegere a lumii; o alta e ştiinţa.Iar oamenii de ştiinţă s-au aplecat şi ei asupra neliniştitorului subiect, încercând să explice, în termenii astrofizici, ce se va întâmpla cu universul dacă şi când existenţa sa va ajunge la final.

Studiul teoretic al sfârşitului universului a devenit posibil odată cu elaborarea, în 1916, de către Albert Einstein, a teoriei generale a relativităţii, capabilă să descrie fenomene fizice la scară foarte mare, la scară cosmică. Elaborarea acestei teorii a însemnat un uriaş salt în fizică şi astronomie; ipoteze care înainte nu puteau fi formulate în termeni matematico-fizici au devenit explicabile şi au permis un progres fantastic al acestor ştiinţe. Idei îndrăzneţe privind evoluţia cosmosului au prins astfel viaţă.

În termenii ecuaţiilor relativităţii generale, sunt posibile mai multe soluţii, mai multe scenarii privind soarta universului.

  • Un număr de soluţii/scenarii au fost propuse de fizicianul rus Alexandr Friedmann, în 1922.
  • Altele au fost elaborate în 1927, de către Georges Lemaître, autorul teoriei privind expansiunea universului şi al celei mai cunoscute şi larg acceptate ipoteze ştiinţifice privind naşterea universului. Numită de el ipoteza “atomului primordial”, avea să capete mai târziu numele sub care este cunoscută în prezent: teoria Big Bang.
  •  În 1931 un alt renumit astronom – americanul Edwin Hubble – a publicat o serie de concluzii bazate pe studiul stelelelor variabile numite Cefeide, din galaxii foarte îndepărtate de a noastră. Observaţiile l-au dus la concluzia că universul se află în expansiune şi reprezentau astfel un argument în favoarea teoriei lui Lemaître.

Şi, din acest moment, o mare parte a comunităţii ştiinţifice a acceptat ideea că universul se extinde, că un univers static este o imposibilitate teoretică, aşadar starea lui actuală nu este staţionară, ci evoluează spre… altceva – orice ar fi acel ceva – iar de aici au izvorât, firesc, preocupările legate de ceea ce a fost şi de ceea ce urmează să fie.

Soarta universului, cred numeroşi savanţi la ora actuală, depinde de câţiva factori, intens studiaţi, dar încă puţin cunoscuţi: forma Universului (v-aţi întrebat vreodată ce formă are imensitatea cosmică înconjurătoare? Nu e uşor de răspuns, e un subiect dificil, ameţitor de complicat, pe care fizica cosmologică încă nu l-a elucidat), materia neagră – asupra căreia se concentrează un mare număr de studii – şi aşa-numita ecuaţie de stare, care descrie matematic modul în care materia neagră răspunde la expansiunea universului.

Combinând factorii de mai sus, rezultă că elementul principal în determinarea modului în care vor evolua lucrurile îl constituie densitatea Universului. Până în acest moment, măsurătorile legate de densitate şi de rata de expansiune a universului conduc la ideea unui univers care se va extinde la nesfârşit, ducând la un scenariu de final în care universul se va apropia de temperatura de zero absolut – ipoteza Big Freez. Dar această teorie e complicată de existenţa materiei negre, despre care ştim realmente foarte puţine lucruri. Cercetările recente privitoare la natura materiei negre, la relaţia acesteia cu masa şi gravitaţia sugerează posibilitatea unor scenarii alternative, oferind o nouă perspectivă asupra sfârşitului lumii (?!)

Încă o noţiune importantă care apare în viziunile fizicienilor asupra soartei universului este singularitatea gravitaţională (sau singularitatea spaţiu-timp), descrisă ca o zonă a continuumului spaţiu-timp în care măsurile cantitative ce descriu câmpul gravitaţional devin infinite. Descrierea acestor zone nu este posibilă în cadrul relativităţii generale, care poate totuşi prezice – în termeni matematici – formarea unor asemenea regiuni în univers. De exemplu, formarea unei găuri negre este însoţită de apariţia unei singularităţi gravitaţionale în interiorul ei. Mai pe înţeles, câmpul gravitaţional aici ar fi atât de puternic, încât nici n-ar putea fi măsurat. Ar exista, pur şi simplu, la o intensitate ce depăşeşte nu doar scala de măsuri utilizată la ora actuală, ci însăşi imaginaţia noastră.

Nu e uşor de operat mintal cu asemenea noţiuni, ce depăşesc mult sfera normală în care se mişcă gândirea noastră în viaţa de zi cu zi. E dificil de închipuit un univers în care geometria nu înseamnă linii, puncte, figuri şi corpuri geometrice, ci ceva prea vast pentru a fi cuprins cu mintea şi în care distincţia – de obicei destul de clară pentru noi, intuitiv -, între timp şi spaţiu se şterge, iar timpul devine el însuşi o (a patra) dimensiune a ceea ce există în univers. De aceea se şi vorbeşte despre spaţiu-timp, despre continuumul spaţiu-timp, văzut ca un ansamblu de dimensiuni care, împreună, în mod indisociabil unele de celelalte, descriu starea universului la un moment dat, la scara colosală pe care o presupune o astfel de descriere. E, într-adevăr, greu de cuprins cu mintea.

Dar să nu disperăm. Chiar dacă sfârşitul universului nu este câtuşi de puţin aproape şi este, de fapt (cel puţin pentru moment) o problemă de fizică teoretică, pare totuşi interesant să încercăm să înţelegem cum văd savanţii, în termenii complicatei lor viziuni matematico-fizice, acest sfârşit.

Advertisements

Posted on June 27, 2013, in Stiinta si Tehnologie and tagged , , , , , , , . Bookmark the permalink. 2 Comments.

  1. Viorel Mitrofan

    Exercitiu de imaginatie logica : infinitul mic sau mare se refera la ordine de marime imposibil de exprimat cu un sir de cifre, rezumat la semnul matematic consacrat. Asta nu inseamna inexistenta unei limite, infinit de mici sau mare. Despre o particula infinit de mica intr-un spatiu infinit de mare, nu se poate sti daca sta sau se misca, in lipsa oricarui reper. Deasemeni nu se poate sti in cazul miscarii, viteza si traseul ei, din acelasi motiv, lipsa reperului. Intr-un spatiu infinit, liniile aparent drepte ar putea fi segmente ale unui cerc infinit ca diametru. Daca presupunem si viteza deplasarii ca infinita, rezulta o particula infinit de rapida, inscrisa pe un cerc infinit ca diametru. Raportul intre doi parametri infiniti, este imposibil de stabilit. In aceste conditii, se poate atinge starea unei particule prezente instantaneu oriunde pe traiectoria sa, implicit prezenta instantanee in pozitii diametral opuse. Ar fi ca si cum particula s-ar vedea pe sine in pozitia diametral opusa, adica un dualism instantaneu, indiferent de pozitie. Conform teoriei relativitatii, cand viteza tinde spre infinit, masa tinde si ea spre infinit, astfel ca o masa infinit de mica, tinde sa devina infinit de mare. Cand o masa si opusul sau instantaneu egal ca masa tinde spre infinit, logic, conform aceleiasi teorii, apar forte de interactiune reciproce, cu posibile tendinte de apropiere, posibil echilibrate de alte forte egale ca marime, dar de sens vectorial contrar. Teoretic, intr-un spatiu infinit de mare, exista un sistem de forte, implicit de energii asociate, ce tind spre infinit. Rezultatul fortelor de interactiune cu tendinte de apropiere, ar fi reducerea diametrului traseului circular, simultan cu cresterea vitezei particulei, ca raspuns al fortei opuse, ajungandu-se la un raport minim diametru / maxima viteza de rotatie, la limita contopirii particulei cu cea diametral opuse. Se poate merge cu presupunerea ca un astfel de sistem forte / energii se deplaseaza la randul sau pe o traiectorie aparent dreapta, reluandu-se procesul descris anterior la alta scara si asa mai departe, pana se ajunge la mase, forte si dimensiuni exprimabile matematic, capabile sa influenteze mediul inconjurator. O astfel de prezenta suficient de puternica de la un punct incolo, poate initia procese asemanatoare in jur si coagulari cand apar replici asemanatore. Evolutia continua pana cand apar primele particule si forte capabile sa alcatuiasca sisteme stabile, de sine statatoare, atomii de hidrogen, prima forma de materie auto-echilibrata, capabila sa ramana in acest stadiu pe termen nedefinit. Chiar daca ar dispare totul subit, procesele descrise anterior se pot relua de infinite ori, cu potentiale infinite rezultate. Prin astfel de posibile concretizari, infinitul va genera orice forma de univers evolutiv. Universul concretizat nu apare o data si dispare pe veci, se recreaza la infinit prin sine insusi. Procesele descrise anterior se pot manifesta grupat la distante infinit de mari in comparatie cu dimensiunea ” infinita ” a unei grupari intr-o forma stabila evolutiva auto-creativa, precum universul nostru partial cunoscut. Exista infinite posibile evolutii ale altor infinite grupari evolutive, intr-un spatiu infinit de mare in comparatie cu ele. In universul nostru, prima forma de materie auto-organizata stabila pe termen nedefinit, atomul de hidrogen, continua trendul evolutiv prin coagularea gravitationala in stele. Uriasa forta de atractie intre atomii de hidrogen, obliga la fuziunea nucleelor, generandu-se atomii de heliu si un surplus de energie. Fuziunile cu eliberare de energie continua pana la atomul de fier. De aici incolo fuziunile continua catre elementele mai grele ale materiei cunoscute, cu absorbtia energiei inconjuratoare din nucleul stelei. Cu cat steaua are o masa mai mare, cu atat va avea resursele necesare in generarea unei cantitati mai mari de elemente grele, raspandite apoi in univers, dupa dilatarea, colapsul si explozia finala, la epuizarea fuziunilor generatoare de energie, dincolo de fuziunea in atomi de fier. Din materia expulzata dupa explozie rezulta materia grea coagulata sau nu, fara stralucire proprie. Conform stiintei, dupa explozia unor superstele, colapsul gravitational al nucleului ramas, continua dincolo de oprirea la faza de stele pitice, neutronice, quasari, devenind gauri negre cu efectele cunoscute in jurul lor. Oare intamplator gaurile negre, urmasele superstelelor se afla cam in centrul galaxiilor ?. Din abundenta initiala a unui nor de hidrogen este normal sa apara superstele, restul creatiilor fiind in jur. De ce se rotesc galaxiile ?, o fi rezultanta generala a miscarii particulelor sub-atomice, urmasa miscarii particulelor primordiale. Oare intamplator apar cam tot in centrul galaxiilor stele noi ?. Chiar daca resursele de hidrogen initial ne par infinite, ele tot se vor epuiza candva, nemaifiind posibila aparitia altor stele, generatoare de lumina, energie si materie grea. Asta ar insemna dupa stingerea ultimei stele, un univers intunecat, blocat in stadiul evolutiei din acel moment, situatie ilogica in contextul evolutiei anterioare. Pentru continuare este nevoie de hidrogen proaspat, materia de baza in perpetuarea universului material, precum lutul in creatia olarului. Daca olarul are la dispozitie doar oale finite si cioburi, poate reconstrui oale noi fara lut proaspat ?. Se pare ca lutul proaspat, atomii de hidrogen pentru stelele tinere din centrul galaxiilor, apare de undeva, pe fundalul unei masive prezente a asazisei materii intunecate, poate proto-materia in fazele evolutive descrise anterior, in cursul evolutiei spre hidrogen. Revenind la metafore, cum ar putea olarul sa obtina materia prima pentru lut proaspat din oale si cioburi, decat macinandu-le fin undeva. Unde se pare ca dispare orice urma cunoscuta din materia prezenta deja, ca intr-o uriasa si puternica rasnita ?. Se pare ca in gaurile negre, unde stim ce intra, dar nu stim ce iese, decat probabil misterioasa materie intunecata omniprezenta in univers, cu energia de baza la 3 grade kelvin, avand si un palier intermediar la 1,3 grade kelvin. In univers nu exista 0 grade kelvin, temperatura absoluta. Aceasta materie intunecata fara proprietati gravitationale, se dovedeste ca scapa uriaselor forte de atractie din gaurile negre, deci ar fi logic sa consideram ca este prima rezultanta a ” macinarii ” materiei, capabila sa evadeze liber si sa reia evolutia catre ce a fost. Se poate ca stiinta sa fi dedus varsta universului cunoscut si dupa raportul intre hidrogenul disponibil in norii intergalactici si materia coagulata deja in galaxii. Oare nu suntem in faza cand gaurile negre contribuie deja de mult la convertirea materiei grele in proto-materia intunecata, sporindu-i treptat densitatea catre cotele anterioare aparitiei hidrogenului ?. Judecand dupa varsta universului evaluata de stiinta, ar fi logic posibil. Logic ar fi si ca materia intunecata sa fie ultima in ciclul evolutiv inaintea aparitiei primelor particule cu proprietati gravitationale, asa cum le cunoastem acum, fiind posibila interactiunea dintre ele. Orice forma de radiatie cunoscuta, de la radiatiile gamma, X, radio, la lumina ultraviolet, vizibila si infrarosu, trec prin materia intunecata omniprezenta ca un ” abur ” in univers. Logic, se poate presupune ca orice tip de radiatie, implicit energia asociata ei, se pierde treptat pe traseu in interactiunea cu ” aburul “, materia intunecata cu densitate progresiva, ca rezultat al gaurilor negre active din tineretea universului. Pierderea treptata a energiei radiatiilor in regim accelerat direct proportional cu densitatea progresiva a materiei intunecate, inseamna si cresterea treptata nelineara a lungimii de unda a radiatiilor. Prin comparatie condensata, orice lumina artificiala terestra, chiar si laserul nu se propaga la infinit, pierde energie pana devine imperceptibil. Prin banala experienta cu o lumina clasica puternica, stabila ca intensitate si pozitie, observatori stabili plasati la intervale regulate, vor percepe culorile de la alb stralucitor aproape, apoi galbui, portocaliu si-n final rosiatica la distanta. Cresterea progresiva a lungimii de unda a radiatiilor, este perceputa ca o tendinta, o ” virare ” spre rosu a spectrului receptionat si analizat intr-o perioada infima de timp, imposibil rational de luat in consideratie comparativ cu varsta universului. Aceasta informatie, scaderea lungimii de unda adica virarea spre rosu a spectrului radiatiilor primite a fost interpretata unilateral la inceputul secolului 20, ca o distantare intre structurile materiei vizibile, fiind denumit ” Efect Doppler “, plecand de la o presupusa explozie initiala, ” Big Bang “, ce ar justifica concluzia expansiunii universului. Efectului ” Doppler ” i s-a gasit o aplicatie practica in radarul bazat pe acest efect. Acesta poate avea doua cauze, distantarea intre sursa si observator ( singura luata in consideratie ) sau densitatea progresiva dinamic in timpul observatiei fenomenului ( cauza ignorata ), rezultatul fiind acelasi. Opinia nu este adoptata integral in lumea stiintei, fiind doar cea mai popularizata intre novici. Pentru confirmarea teoriei ca efectul ” Doppler ” apare prin simpla interactiune a luminii cu mediul inconjurator in vid, fara modificarea distantelor in timpul observatiei, propun un experiment. Plasarea pe orbita geostationala a unor mici sateliti oglinda, suficient de multi ca raza de lumina reflectata de la unul la altul sa nu intersecteze atmosfera terestra. Satelitii se vor roti pe orbita pastrand o distanta constanta intre ei. Chiar daca aceste distante vor suferi mici schimbari, pe total distanta parcursa va fi aceeasi. De pe statia orbitala sau o nava cosmica pe aceeasi orbita cu satelitii, se trimite o raza laser spre unul din satelitii vecini, raza reflectata de la un satelit la altul, inconjurand pamantul, va ajunge inapoi la sursa ei. Se va constata daca exista o diferenta intre lungimea de unda a razei trimise si a celei primite. Experimentul la acesta scara este necesar pentru ca raza sa parcurga o distanta cat mai mare posibil si in conditii de vid, in incercarea de a indeplini un minim de conditii similare universului, realizabile acum. Cred ca ar fi un experiment ce ar oferi o minima incurajare sau descurajare teoriei expansiunii universului, bazata pe o concluzie cam veche. Cred ca stiinta merita un asemenea efort. S-au facut altele pentru mai putin. Sper ca nu v-am plictisit prin solicitarea imaginatiei si lungimea mesajului. Cu bine.

    Like

  2. Viorel Mitrofan

    Erata : Aceasta informatie, cresterea lungimii de unda in loc de scaderea lungimii de unda adica virarea spre rosu a spectrului radiatiilor …………………………………………..

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: