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

Încă din timpul vieţii marelui geniu, comunitatea ştiinţifică
împărtăşeşte credinţa că forţele fundamentale, observabile în
natură, au existat în primele momente ale Universului sub forma
uneia singure, din care au evoluat, treptat, celelalte. Această
teorie ambiţioasă, care a rămas, de peste o jumătate de secol, la
stadiul de deziderat, ar vrea să explice cum cele patru forţe
fundamentale pot fi exprimate că manifestări diferite ale aceluiaşi
fenomen. James Maxwell este cel care a făcut primul pas în sensul
acestei unificări, descoperind formule matematice care indicau că
electricitatea şi magnetismul sunt faţete – aparent diferite – ale
unui singur fenomen. La un secol după acel moment, s-a dovedit şi
că forţa electromagnetică şi cea nucleară slabă sunt, la rândul
lor, forme diferite ale aceleiaşi manifestări mai complexe.

Câte forţe guvernează
Universul?

• Telescopul Spațial James Webb și-a forțat limitele și a găsit cele mai timpurii galaxii din Univers
• Răcirea misterioasă a planetei Uranus, în sfârșit explicată! Ce se întâmplă cu gigantul de gheață?

Din nefericire – sau, cine ştie? poate spre binele umanităţii -,
cea de-a treia încercare a lui Einstein a eşuat. El şi-a petrecut
ultimii 30 de ani din viaţă pe urmele unei ecuaţii, probabil nu mai
lungă de câţiva centimetri, ce trebuia să explice TOATE fenomenele
fizice. Totul, de la Creaţie, la supernove, la atomi şi molecule,
poate chiar ADN-ul, oamenii şi dragostea ar fi urmat să fie
explicate de această ecuaţie. Dacă ar fi fost descoperită, ar fi
reprezentat realizarea supremă a peste 2.000 de ani de investigaţii
asupra naturii spaţiului, încă din vremurile când grecii se
întrebau deja care este cea mai mică particulă şi cea mai mică
unitate spaţială. Deşi există multe întrebări rămase fără răspuns,
astăzi, cea mai importantă şi, până la urmă, singura candidată
pentru poziţia de Teorie a Întregului este teoria
superstringurilor, definită în hiperspaţiu decadimensional (în 10
dimensiuni). Această teorie ar putea oferi, într-o zi, răspuns
unora dintre cele mai profunde întrebări despre Univers, ca de
exemplu:

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

Puterea acestei teorii nu numai că a cutremurat întreaga lume a
Matematicii şi pe cea a Fizicii, dar este şi cea mai nebunească
teorie propusă vreodată. Astăzi, cunoaştem că întregul nostru
univers este guvernat de patru forţe fundamentale:

– forţa gravitaţională, care ne împiedică să „cădem” de pe planetă
în spaţiul cosmic şi care previne explozia stelelor, gigantice
bombe cu hidrogen, impunându-le să facă implozie la sfârşitul
vieţii;
– forţa electromagnetică, responsabilă de transmiterea luminii şi a
celorlalte forme de radiaţie din spectrul electromagnetic; permite
iluminarea oraşelor noastre şi alimentarea laserelor şi a
computerelor de care ne folosim;
– forţa nucleară slabă, responsabilă pentru fenomenul de
dezintegrare radioactivă, o forţă resimţita atunci când două
particule elementare se află în contact sau la distanţă foarte mică
una de cealaltă;
– forţa nucleară tare, cea mai puternică dintre cele patru, care
ţine laolaltă, în nucleul atomic, protonii, neutronii şi alte
particule subatomice.

Gravitaţia poate fi descrisă prin teoria generală a relativităţii a
lui Einstein. Materia curbează spaţiul din jurul ei, creând, în
acest fel „forţa” gravitaţională. Să ne imaginăm o furnică ce merge
pe o bucată de hârtie mototolită. Insecta ar putea crede că există
o „forţă” misterioasă care o trage când spre stânga, când spre
dreapta. Dar noi ştim că acolo nu acţionează nicio forţă de natură
să tragă furnica: este numai o bucată de hârtie mototolită care o
împinge dintr-o parte în cealaltă. Nu este gravitaţia cea care
atrage, ci spaţiul gol cel care împinge.

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

Dar, după ani de încercări sterile şi după cheltuirea a miliarde de
dolari, fizicienii au unificat cele trei forţe cuantice în ceea ce
poartă astăzi denumirea de Model Standard, bazat pe o multitudine
de particule numite quarci, leptoni, bosoni Higgs, particule
Yang-Mills, gluoni, bosoni W. Toate fenomenele fizice cunoscute
pot, în principiu, să fie descrise prin aceste două mari teorii,
relativitatea şi mecanica cuantică. Totuşi, deşi ele reprezintă cei
doi piloni pe care toată cunoaşterea fizică se sprijină, diferă una
de cealaltă în aproape toate aspectele, iar motivul pentru care
acest lucru se întâmplă este un mister. Prima teorie se bazează pe
curbarea suprafeţelor line, ceea ce vizează lumea la scară uriaşa.
A două este fundamentată pe mici „pachete” discrete de energie,
numite cuante, şi explică lumea la scară infimă, lumea
atomică.

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

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

Teoria superstringurilor combină relativitatea şi mecanica cuantică
într-un mod elegant şi intuitiv. În primul rând, descrie milioanele
de particule cuantice ale naturii ca reprezentând, fiecare, o
„notă” pe o coardă (string) vibrantă. Este suficient să ne gândim
la corzile unei viori. Nimeni nu susţine că A sau B ar fi mai
importante decât C. Ceea ce contează este coarda în sine. Conform
teoriei superstringurilor, dacă am avea un supermicroscop şi ne-am
uita la un electron, am putea vedea o coardă ce vibrează într-un
anumit fel. Coarda este extrem de mică (10-33 centimetri), aşa
încât electronul pare doar ca un punct pentru noi. Dacă agităm
coardă, astfel încât să vibreze într-un mod diferit, atunci
electronul s-ar putea transforma în altceva, că de exemplu un
quark, elementul fundamental al protonilor şi neutronilor. O mai
agităm o data şi coarda ar putea vibra în modul caracteristic
fotonilor (quante de lumină). Încă o scuturare poate o va
transforma într-un graviton (quanta gravităţii).

În fapt, setul colectiv de vibraţii corespunde întregului spectru
de particule cunoscute. În loc să se postuleze milioane de
particule diferite, este suficientă postularea unui singur obiect,
şi anume superstringul. Particulele sub-atomice sunt note pe
„supercoardă”. Trupurile noastre însele sunt simfonii de stringuri,
iar legile fizicii sunt legile armoniei superstringului. Teoria
superstringurilor poate explică chiar şi gravitaţia. Atunci când
supercoarda se mişcă prin spaţiu şi timp, fragmentându-se şi
reunindu-se în alte stringuri, forţează continuumul spaţiu-timp din
jurul sau să se curbeze, întocmai cum aveau să prezică ecuaţiile
lui Einstein. Cu alte cuvinte, chiar dacă Einstein nu ar fi visat
măcar la teoria relativităţii, am fi putut-o descoperi prin recenta
premisă a superstringurilor.

Unii pentru, alţii
împotrivă

Desigur, această teorie are şi detractori. Mulţi evidenţiază faptul
că ea susţine ideea conform căreia Universul este definit printr-un
hiperspaţiu format din 10 dimensiuni, ceea ce sună mai degrabă
ştiinţifico-fantastic decât… fizic. Faptul că Universul pe care
noi îl conştientizam există în patru dimensiuni (trei spaţiale şi
una temporală ) este indiscutabil. Orice obiect din Univers, de la
vârful nasului oricăruia dintre noi până la cea mai îndepărtată
stea, poate fi localizat prin numai trei coordonate: lungime,
lăţime şi înălţime. De asemenea, dacă ar fi să facem şi o încadrare
temporală, atunci putem descrie orice eveniment din Univers în
numai patru rubrici de numere.

Totuşi, teoria superstringurilor descrie Universul în 10 dimensiuni
şi nu în patru. Pentru a explica unde sunt celelalte 6 dimensiuni
nepercepute, fizicienii spun că numai la origini Universul a fost
decadimensional. În momentul consumării Big Bang-ului, din raţiuni
pe care nu le putem înţelege, şase dimensiuni au colapsat, în timp
ce restul de patru s-au extins. Într-un fel, Universul nostru, cel
cunoscut, s-a expandat în detrimentul unui univers geamăn, redus la
dimensiuni microscopice.

Alţi critici ai teoriei superstringurilor susţin că un accelerator
de particule suficient de puternic încât să o testeze şi să o
confirme ar trebui să fie de dimensiunea galaxiei. Dar, în cea mai
mare măsură ştiinţa se face şi se deduce în mod indirect, nu
direct. Nimeni nu a fost vreodată pe Soare şi nici nu a văzut o
gaură neagră, şi totuşi ştim din ce este făcut cel dintâi şi am
descoperit 20 dintre cele din urmă. În mod similar, am putea fi
capabili să detectăm ecouri ale celei de-a zecea dimensiuni cu
ajutorul lui Large Hadron Collider. Există şi unele păreri cum că
problema va fi rezolvată pur matematic. Odată ce teoria va fi
completată, ar trebui să reflecte nu doar originea Universului, dar
sa si incadreze perfect în peisaj masele de quarci, leptoni,
particule Higgs şi altele.

Pasager în Maşina
Timpului

Deşi teoria cuantică are aplicaţii practice imediate, există şi o
ramură fizică a acestei regiuni devotată unei aplicaţii mai degrabă
fantastice: călătoriile temporale. În mod surprinzător, ecuaţiile
lui Einstein admit posibilitatea acestui gen de mişcare prin timp.
Dar ar putea fi nevoie de întreaga putere a teoriei câmpului
unificat pentru a calcula dacă acest lucru este, într-adevăr,
posibil sau nu. În 1949, colegul de la Institutul de Studii
Avansate al lui Einstein, marele matematician Kurt Goedel, a
demonstrat că propriile ecuaţii ale lui Einstein permiteau
călătoria în timp. Dacă Universul s-ar roti, iar un individ s-ar
roti în jurul Universului, el ar putea să ajungă înapoi înainte de
momentul plecării sale. Totuşi, în memoriile lui, Einstein a
menţionat că soluţia lui Goedel ar putea fi uşor demontată pe
temeiuri fizice. Universul nostru se extinde, nu se învârte. Dar
această menţiune nu face, la urma urmei, decât să confirme că, dacă
Universul nostru într-adevăr s-ar roti, călătoriile temporale ar fi
un fenomen comun. De atunci, au fost descoperite în ecuaţiile lui
Einstein sute de soluţii referitoare la acest fel de activitate.
Între ele se număra:

– un cilindru rotitor infinit, care ar permite călătoria în timp
dacă cineva ar putea călători în jurul cilindrului;
– corzile cosmice, care ar permite călătoria temporală dacă s-ar
ciocni între ele;
– o gaură neagră învârtindu-se, care ar deveni un inel rotitor,
astfel încât oricine ar trece prin el să cadă printr-o gaură de
vierme (podul Einstein-Rosen), care ar conecta două regiuni
diferite ale spaţiului şi timpului;
– materia negativă, care, găsită în cantitate suficientă, ar putea
deschide o gaură de vierme suficient de mare încât o excursie
înapoi în timp să nu presupună complicaţii mai mari decât zborul cu
un avion;
– energia negativă, care, în mod similar materiei de acelaşi fel,
într-o concentraţie mare, ar deschide o gaură de vierme. O versiune
a „vitezei warp” s-ar putea obţine dacă cineva ar putea lărgi
spaţiul dinaintea sa şi l-ar comprima pe cel din spate prin acest
tip de energie.

O teorie a întregului, a tuturor lucrurilor, ar putea susţine şi
explica paradoxurile întâlnite în poveştile despre călătorii în
timp: ce se întâmplă atunci când îţi ucizi un strămoş înainte că tu
să te fi născut? Pentru că, teoretic şi logic, dacă cineva ar putea
face acest lucru, ar însemna că el nu se va mai fi născut şi nu ar
avea, deci, cum să comită crima. Este posibil că Universul să se
rupă pur şi simplu în două atunci când cineva modifică trecutul.
„Râul timpului” se bifurca în două cursuri diferite. Dacă cineva
s-ar întoarce în timp şi l-ar salva pe preşedintele Kennedy de la
asasinare, spre exemplu, atunci îl va fi salvat pe preşedintele
Kennedy al altcuiva, deoarece propriul sau trecut nu poate fi
schimbat; în lumea din care vine, Kennedy va fi în continuare
mort.

Dar nu e cazul să ne facem prea multe procese de conştiinţă pe
marginea problemei, deoarece nu va inventa nimeni foarte curând
maşina timpului. Materia negativă nu a fost văzută niciodată (ea
cade în sus, nu în jos) şi este nevoie de o cantitate fantastică de
energie atât pozitivă, cât şi negativă, denumită energia Planck (de
miliarde de ori mai mare decât energia LHC-ului) pentru a înfăptui
teoriile Şi, chiar dacă am dispune de energia necesară unei
călătorii în timp, tot nu am avea de unde să ştim dacă maşinăria
creată ne-ar putea transporta în siguranţă înainte şi înapoi prin
vremuri.

În prezent, teoria superstringurilor a evoluat de la stadiul de
teorie de nişă a Fizicii la statutul de arie dominantă de
cercetare, generatoare de zeci de mii de lucrări scrise. Edward
Witten, de la Institutul de Studii Avansate, unul dintre
principalii cercetători ai teoriei stringurilor, a făcut recent o
altă descoperire, conform căreia ar putea exista şi o a 11-a
dimensiune ascunsă. Dar astăzi probabil că nimeni nu are
capacitatea de a stabili implacabil şi definitiv teoria şi de a
formula răspunsuri – sau măcar întrebări corecte -referitor atât la
ceea ce a fost înainte de Big Bang, cât şi la chestiunea călătoriei
temporale – dacă este un fenomen măcar posibil, nu neapărat la
îndemâna omului.