De vorbă cu Stephen Hawking despre univers (II): Expansiunea universului şi „mâna nevăzută care le ţine pe toate”

       Descoperirea că universul se dilată a fost una dintre cele mai mari revoluţii intelectuale ale secolului XX. Privind înapoi se poate lesne întreba de ce nimeni nu s-a gândit la asta mai înainte.        Lui Newton şi altora le-ar fi trebuit să le fie clar că un univers static ar fi instabil: nu există nici-o forţă în stare să echilibreze forţele de atracţie, pe care stelele şi galaxiile le exercită unele asupra altora prin gravitaţie. Chiar dacă universul ar fi fost static cândva, această stare ar fi trebuit să fie numai provizorie, pentrucă sub influenţa atracţiei gravitaţionale reciproce a tuturor stelelor şi galaxiilor, ar fi început imediat să se contracte. Chiar dacă universul s-ar fi dilatat relativ încet, gravitaţia ar fi încetinit în cele din urmă expansiunea şi ar fi dus la o contractare a acestuia.

Acest comportament al universului ar fi putut fi prezis oricând în secolele 19,18, chiar şi 17. Dar credinţa într-un univers static a fost aşa de tare înrădăcinată, că a durat până în secolul 20. Chiar şi după ce Einstein şi-a formulat teoria relativităţii în 1915, credea încă atât de tare în natura statică a cosmosului încât a introdus în ecuaţiile sale o şmecherie, aşa numita constantă cosmică ca să-şi salveze convingerile. Această constantă cosmică acţiona ca o nouă forţă antigravitaţională care, spre deosebire de alte forţe, nu avea nici-o origine concretă, ci era întreţesută în textura spaţiu-timp. Ca urmare a acestei noi forţe, spaţiul şi timpul aveau acum o tendinţă naturală spre expansiune. Mai târziu s-a dezis de această constantă şi a numit-o cea mai mare „aberaţie”a sa... Dar aşa cum o să vedem mai târziu, este foarte posibil ca în fine şi la urma urmei să fi avut totuşi foarte mare dreptate.

       În timp ce Einstein şi alţi fizicieni continuau să caute după căi şi posibilităţi prin care să evite universul nestatic care reieşea din teoria relativităţii, fizicianul şi matematicianul rus Alexander Friedmann s-a pus pe treabă ca să explice fenomenul. El a plecat de la două concepţii simple despre univers: că acesta arată la fel în orice direcţie am privi şi că acest lucru ar fi valabil şi dacă am observa universul dintr-un oarecare alt punct decât pământul. Doar pe baza acestor două simple deducţii Friedmann a demonstrat, rezolvând ecuaţiile teoriei relativităţii, că universul s-ar putea să nu fie static. Deja în 1922, înaintea descoperirii lui Edwin Hubbles, el a prezis exact ceea ce acesta avea să confirme mai târziu pe baza obsevaţiilor cu telescopul său.

La prima vedere se pare că, datorită faptului că toate indiciile arată că universul este asemănător de oriunde te-ai uita la el, am fi într-un un loc privilegiat al universului. Mai ales pare ca şi cum ne-am găsi în mijlocul universului pentru că observaţiile arată clar cum galaxiile se îndepărtează de noi cu viteze uluitoare. Există totuşi şi o altă explicaţie: universul ar putea să apară la fel privindu-l din oricare altă galaxie. Aceasta a fost, aşa cum am spus, cea de-a doua teorie a lui Friedmann. Cu secole în urmă, biserica ar fi declarat această perspectivă ca o erezie, deoarece învăţătura bisericii punea valoare pe concepţia că în realitate pământul are o poziţie privilegiată în univers. Astăzi credem însă cu toţii în enunţul lui Friedmann chiar dintr-un motiv opus, dintr-un fel de umilinţă: am găsi chiar ciudat ca universul să arate la fel numai din punctul nostru de observaţie şi nu şi din altele...

         Remarcabil la primul model al lui Friedmann despre univers a fost aceea că dilatarea spaţială a universului nu este infinită, însă că spaţiul nu are limite. Dacă te roteşti încontinuu pe suprafaţa pământului, vei ajunge în cele din urmă de unde ai plecat. La fel se întâmplă şi în modelul cosmologic al spaţiului, numai că acesta are trei dimensiuni, şi nu două, ca pe pământ. Gândul că s-ar putea înconjura universul şi să ajungi acolo de unde ai plecat este pur science-fiction, dar fără prea mare importanţă practică, deoarece universul s-ar contracta iarăşi la dimensiunea 0, mai înainte ca să se fi terminat călătoria. Universul este atât de mare că ar trebui să ne mişcăm cu o viteză mult mai mare ca cea a luminii ca să ajungem din nou de unde am plecat mai înainte ca universul să înceteze să existe - ori aşa ceva este imposibil! Şi în al doilea model al lui Friedmann avem un spaţiu îndoit. Numai al treilea model al lui Friedmann corespunde unui univers a cărui geometrie este plată(deşi spaţiul în vecinătatea obiectelor cu masă mare este de asemenea îndoit sau deformat).

      Acum...care dintre aceste trei modele descrie universul nostru cu adevărat? Va înceta el în cele din urmă să se dilate începând astfel să se contracte sau se va dilata la nesfârşit?

     După cum s-a constat, răspunsul este mai dificil decât au crezut savanţii la început. Analiza depinde de două lucruri: de rata prezentă de expansiune a universului şi de densitatea medie prezentă. Cu cât este mai rapidă expansiunea, cu atât este mai mare forţa gravitaţiei necesară ca să oprească expansiunea şi cu atât mai mare densitatea materiei. Dacă densitatea medie depăşeşte o anumită valoare critică, gravitaţiei pe care o exercită materia îi reuşeşte să oprească expansiunea şi conduce inevitabil la colaps - în conformitate cu primul model al lui Friedmann. Dacă densitatea medie nu depăşeşte valoarea critică, atracţiei gravitaţionale nu îi este suficient ca să oprească dilatarea universului, şi astfel universul îşi continuă mişcarea de expansiune la nesfârşit – în conformitate cu al doilea model al lui friedmann. În cele din urmă, dacă densitatea medie ajunge exact cifra critică corespunzătoare, universul îşi încetează constant expansiunea şi se apropie tot mai mult de o stare statică, fără însă ca s-o atingă vreodată. Aceasta corespunde celui de-al treilea model despre univers al lui Friedmann.

    Care model este acum cel corect? Nesiguranţa noastră despre densitatea medie actuală a universului este mare. Dacă am aduna masa tuturor stelelor pe care le putem vedea în galaxia noastră şi în alte galaxii, am putea ajunge în general numai la a suta parte din suma necesară, chiar şi la cea mai scăzută apreciere a vitezei de expansiune, pentru a opri expansiunea universului.

Galaxia noastră cât şi alte galaxii ar trebui să conţină adiţional enorme cantităţi de materie neagră, pe care n-o putem vedea direct, dar care trebuie să existe pentru că gravitaţia exercitată de ea influenţează orbitele stelelor în galaxii. În realitate cantitatea de materie neagră depăşeşte enorm pe cea a materiei vizibile în univers. Dacă socotim cantitatea de materie neagră din univers, ajungem numai la o zecime din cantitatea de materie care ar fi necesară ca să oprească dilatarea universului.

       De exemplu, există o anumită particulă elemantară, neutrinul, care interacţionează foarte slab cu materia şi care este incredibil de greu de descoperit( de curând s-a folosit pentru localizarea neutrinilor un detector sub pământ care a fost umplut cu peste 50 000 de tone de apă). Înainte se credea ca neutrinul nu are masă şi ca atare nu are nici-o forţă gravitaţională sau de masă. Acum experimentele ultimilor ani au demonstrat că neutrinul posedă totuşi masă, care scăpase desigur măsurătorilor anterioare. Pentru că neutrinii au masă, ar putea să formeze foarte bine materia întunecată. Dar chiar şi dacă acceptăm existenţa materiei întunecate a neutrinilor, e prea puţină materie în univers ca să-i oprească expansiunea. Ca urmare, majoritatea fizicienilor au crezut până de curând că trebuie să plecăm în calcule de la cel de-al doilea model al lui Friedmann.

Deodată au apărut însă noi observaţii. În ultimii ani mai multe grupe de savanţi au detectat microscopice fluctuaţii în radiaţia microundelor. Mărimea acestor fluctuaţii a lăsat să se concluzioneze că univesul ar putea fi totuşi plat!!!( ca în al treilea model al lui Friedmann). Pentru că nu există suficientă materie şi materie neagră ca să explice asta, savanţii au propus existenţa unui alt element încă nedescoperit: energia întunecată!

          Ca lucrurile să se complice şi mai mult, alte observaţii ulterioare au determinat concluzia că viteza de expansiune a universului nu numai că nu se încetineşte, ba dimpotrivă se accelerează! Iar acest lucru nu se potriveşte cu nici-unul dintre modelele lui Friedmann! Şi este exterem de ciudat, deoarece materia, fie că este mai densă sau mai puţin densă, acţionează încetinind expansiunea universului, şi nu accelerând-o. Acceleraţia expansiunii universului este ca şi cum energia eliberată de o bombă ar creşte din ce în ce mai mult în intensitate după explozie, decât să scadă, cum este normal. Ce fel de energie este răspunzătoare pentru aceea că universul se dispersează şi mai repede? Nimeni nu ştie încă precis, însă reiese că Einstein cu „aberaţia” lui despre constanta universală ar fi putut avea dreptate mai mult decât el însuşi a crezut.

      Până aici au fost cuvintele savantului.Nu mă pot abţine să nu închei al doilea capitol despre univers în viziunea lui Stephen Hawking cu o declaraţie a unei doamne din secolul 19 care nu era deloc o savantă, dar a ajuns prin revelaţie divină la concluzii asemănătoare despre Constanta universală, chiar înainte de Einstein şi Hawking. Ascultaţi:

        „Amprenta Divinităţii se vede asupra tuturor lucrurilor create. Natura mărturiseşte despre Dumnezeu. Mintea deschisă, adusă în contact cu miracolul şi taina universului, nu poate face altceva decât să recunoască lucrarea puterii infinite. Nu prin propria sa putere îşi dă pământul bunătăţile şi îşi continuă an după an mişcarea în jurul soarelui. O mână nevăzută conduce planetele în circuitul lor ceresc. O viaţă misterioasă însufleţeşte întreaga natură -, o viaţă care susţine nenumăratele lumi din spaţiul necuprins; care întăreşte insecta minusculă, ce pluteşte în adierea de vară; care dă putere aripilor rândunicii în zborul ei şi îi satură pe puii de corb care plâng; care desface bobocul şi preschimbă floarea în fruct.”

      Sau:

       „Ei(cei salvaţi) se împărtăşesc din comorile de cunoştinţă şi înţelegere câştigate prin veacuri şi veacuri din contemplarea lucrărilor mâinilor lui Dumnezeu. Cu o viziune neumbrită, ei privesc slava creaţiunii - sori, stele şi sisteme, toate în ordinea rânduită lor înconjurând tronul Dumnezeirii. Numele Creatorului este scris pe toate lucrurile, de la cea din urmă şi până la cea mai mare, şi în toate se manifestă bogăţiile puterii Sale.”