Sfârşitul Universului: cum se va termina totul?

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.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

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 Freeze (vezi mai jos). 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.

Prin urmare, pentru oamenii de ştiinţă, scenariul sfârşitului lumii nu este o problemă de imaginaţie, ci mai degrabă una de calcule. Abordând matematicile complexe ale fenomenului prin prisma a ceea ce se ştie până acum despre forma universului (alte calcule complexe), despre materia neagră (despre care mai e foarte mult de aflat), despre expansiune şi despre densitatea Universului, oamenii de ştiinţă au elaborat o serie de scenarii care se vor preciza ori infirma pe măsură ce aflăm mai multe despre marile necunoscute ale cosmosului. Şi iată, mai jos, câteva dintre aceste scenarii.

Big Freeze: expansiunea continuă a universului va face ca el, în cele din urmă, să se apropie asimptotic (adică să se tot apropie, dar fără a o atinge vreodată) de temperatura de zero absolut (minus 273 grade Celsius, după cum am învăţat la fizică). Ar fi necesare anumite condiţii legate de geometria universului, dar, una peste alta, e vorba despre faptul că, pe măsură ce s-ar extinde, universul s-ar tot răci, până când ar deveni atât de rece încât n-ar mai putea găzdui viaţă.
Un scenariu înrudit este moartea termică a universului: acesta ar evolua spre o stare – numită stare de entropie maximă – în care energia ar fi uniform distribuită, n-ar mai exista diferenţe de energie de la o zonă la alta, iar în absenţa unor astfel de diferenţe, nicio formă de mişcare, de transfer al informaţiei, n-ar mai fi posibilă. E ca şi când am pune în contact două obiecte care au aceeaşi temperatură: nu se întâmplă nimic, din punct de vedere termodinamic. Dacă unul dintre obiecte are o temperatură diferită de a celuilalt, atunci are loc un transfer de căldură, de energie, de la un corp la altul. Dar, în lipsa oricărei diferenţe, totul rămîne nemişcat, inert, mort. Transpus la scara cosmică, acest comportament ilustrează unul dintre destinele posibile ale universului: moartea termică.

Big Rip: acesta este un scenariu recent elaborat (2003) care introduce în ecuaţie o formă specială de energie, energia neagră fantomă. (Sună absolut înfricoşător. Bine că n-o să se întâmple prea curând.)
Termenul de energie fantomă desemnează o formă ipotetică de energie înzestrată cu o particularitate surprinzătoare: densitatea ei în univers ar creşte pe măsură ce universul se extinde, ceea ce contrazice, aparent, legile fizici, ba chiar şi pe cele ale logicii bunului-simţ. Dar, cum la scara nemăsurată a cosmosului nu se aplică întotdeauna legile logicii bunului-simţ, ba nici chiar ale fizicii cunoscute la un moment dat (să ne amintim că Einstein a inventat o fizică nouă pentru a descrie ceea ce se întâmplă la scara universului), şi acest scenariu, deşi încalcă vreo câteva principii acceptate până în prezent (şi de aceea e considerat de mulţi cam.. speculativ), ar putea, peste o vreme, să devină mai larg acceptat, pe măsură ce aflăm mai multe despre cosmos, inclusiv despre misterioasa energie fantomă.
Energia neagră fantomă, dacă există, ar fi responsabilă de accelerarea expansiunii universului, care, aşadar, nu s-ar extinde cu viteză constantă, ci din ce în ce mai repede, mai ameţitor, mai nebuneşte, apăsând din ce în ce mai tare pe acceleraţie… iar toată materia din univers, toate corpurile cereşti, mari şi mici, apoi moleculele şi atomii, toate s-ar îndepărta progresiv unele de altele, cu viteze şi la distanţe imposibil de măsurat, până când totul s-ar disloca, s-ar sfărâma, s-ar distruge complet sub acţiunea forţei colosale, de neoprit, care le-ar smulge pe unele de lângă celelalte.

Big Crunch: acesta ar reprezenta un fel de fenomen invers Big Bang-ului: ajuns la o anumită densitate, universul ar începe să se contracte treptat, pînă când… ar cădea în el însuşi; întreaga materie – stele şi planete, asteroizi de piatră şi comete de gheaţă, nori de praf cosmic şi misterioasa materie neagră -, dimpreună cu continuumul spaţiu-timp, s-ar reduce la o singularitate adimensională, cu alte cuvinte, la ceva infinit de mic, de unde fusese ceva infinit de mare. Cum ziceam, invers decât Big Bang-ul, în care s-a trecut de la ceva infinit de mic la ceva fără seamăn de mare şi care se tot extinde şi în momentul de faţă. Nu se ştie cum ar arăta rezultatul final al unui Big Crunch, dar acest scenariu aduce în vizor posibilitatea teoretică a unui scenariu ciclic, repetat la nesfîrşit: contractarea extremă a universului ar fi urmată de o nouă destindere şi expansiune… şi tot aşa, o succesiune infinită de evenimente Big Bang şi Big Crunch, care ne mulţumeşte cel puţin speranţa, adânc înrădăcinată în mentalul colectiv, că de fapt, nu se termină niciodată, că viaţa este o succesiune fără sfârşit de creare, distrugere şi re-creare, că totul merge în cerc, totul se repetă, ceea ce a fost va mai fi, iar moartea este totodată sfârşit al unei vieţi şi premisa alteia. Este vorba, deci, de un model ciclic, numit de fizicieni universul oscilant.

În această viziune, evenimenul Big Bang care a dat naştere universului cunoscut (ăsta al nostru) a fost rezultatul morţii, colapsului, sau cum vrem să-i spunem, unui univers precedent. În acest model teoretic, numit Big Bounce, Universul nostru de azi a luat locul altuia, în ciclul infinit al naşterii şi morţii lumii. (Şi uite-aşa fizica cosmologică şi filosofia se întâlnesc şi devin una, precum spaţiul şi timpul în nemărginirea Universului.)

Multiversul: acesta e un alt scenariu optimist, dintre cele care spun că nu se termină niciodată „de tot”. Universul nostru, cel în care trăim azi, ar fi doar unul dintr-o infinitate de astfel de alcătuiri, de „versuri” diferite, toate la un loc formând multiversul. Fiecărui „vers” (hai să-i zice, totuşi, univers, că vers prea sună a altceva) alcătuit din materie îi corespunde unul similar din antimaterie; dacă presupunem că toate aceste universuri se comportă la fel ca al nostru, adică se extind, atunci pe măsură ce se extind ajung, la un moment dat, să se ciocnească îmtre ele, materia şi antimateria se neutralizează, se anihilează reciproc, iar respectivul ansamblu vremelnic de două universuri dispare, eliberând, în proces, o uriaşă cantitate de energie. În termenii acestei ipoteze, Big Bang-ul „nostru”, cel ce a dat naştere universului în care vieţuim în prezent, a fost doar unul dintr-o succesiune fără sfârşit de Big Bang-uri, ce se desfăşoară fără încetare într-un spaţiu de asemenea nesfârşit – o reacţie în lanţ, în care moartea unor universuri vechi e urmată de naşterea unora noi, în veci vecilor. Deci, nu se termină nicicând; multiversul, în ansamblul său, nu are sfârşit.

Deci, pe acestă notă optimistă, să ne amintim că înainte de a putea şti cum va fi soarta din urmă a Universului nostru, trebuie să mai aflăm multe despre el – dacă vom putea. Trebuie să aflăm ce e cu misterioasa materie neagră, cu la fel de misterioasa energie neagră, cu antimateria, cu ameţitoarea geometrie implicată de forma universului şi cu multe alte elemente, pentru a putea aduna într-o ecuaţie – care să pară simplă măcar specialiştilor – uriaşa cunoaştere pe care o presupune prevederea destinului final al acestei lumi. Suntem încă departe de acea cunoaştere şi poate că nu e întâmplător faptul că universului e şi el el departe de a se sfârşi. Poate că, într-adevăr, în tot şi între toate există o legătură, iar noi mai avem treabă de făcut în acest Univers care, de aceea, mai durează.