Cred că teoria începutului de Univers este cea mai bună dovadă a puterii inteligenței umane. Pentru a înțelege locul și destinul omului în Univers au trebuit să fi depășite multe obstacole, ce țineau atât de neștiința noastră, cât și de concepte adânc înrădăcinate, de-a lungul unui timp îndelungat, în modul nostru de a vedea lumea.
A fost nevoie ca omul să învețe, mai întâi, să formuleze corect întrebările, pentru ca apoi să caute, și să verifice, răspunsurile. Deși a trecut jumătate de veac de la confirmarea teoriei Big Bang-ului, încă mai avem întrebări de pus, încă mai căutăm răspunsuri.
Mitologia
Ori de câte ori se vorbește despre teoria Big Bang-ului, a devenit un obicei, la cei mai mulți autori de cărți de popularizare a științei, să fie prezentate câteva dintre miturile legate de începuturile Universului. Dintre toate cele pe care le-am citit până acum, mie mi-au plăcut cel mai mult unele despre care se vorbește prea puțin. Este vorba despre legendele cosmogonice românești. Și asta nu din patriotism. Ele sunt cu adevărat fermecătoare și pline de mister. Uitați una dintre ele, în care dracul, (necuratul sau Nefărtate), contribuie decisiv la facerea lumii.
”Cică dintru început nu era pământ, soare, lună şi stele, nici lumină ca acuma, ci oriîncotro te-ai fi întors şi te-ai fi uitat, era numai o apă tulbure, care plutea ca un nor încolo şi-ncoace. Iar pe valurile acestei ape, nemărginit de mare şi adâncă, umblau Dumnezeu şi dracul, singurele fiinţe de pe timpul acela.” Dumnezeu și dracul s-au plimbat pe valurile acelei ape timp de 7 ani, până când Dumnezeu a obosit, ”pentru că nu se culcase, nici nu dormise defel în răstimpul acesta”, i-a cerut dracului: ”Repezi-te degrabă în adâncimea apei şi adă o mână de lut, ca să ne facem pe întinderea acestor valuri nemărginite un pătişor, ca să avem unde ne odihni, căci eu unul nu mă mai pot mişca acuma de ostenit ce sunt!”
Pe fundul apei dracul nu a găsit lut și ”s-a întors înapoi şi a spus lui Dumnezeu, că în adâncul apei nu se află lut, ci numai nisip.” ”Adă-mi nisip! zise Dumnezeu.” Dracul aduce de pe fundul apei numai ”vreo câteva fire de nisip sub unghii, toate celelalte i s-au strecurat printre degete. Trei din firele ce i-au rămas i le-a dat lui Dumnezeu, iară celelalte le-a păstrat pentru dânsul.” Din firele de nisip Dumnezeu face o turtiță pe care a pus-o pe apă și ”s-au culcat Dumnezeu şi Necuratul pe dânsa, ca să se odihnească.”
Dar Necuratul tot cu răutatea. ”Dracul, când cugeta acum că Dumnezeu doarme dus, l-a apucat de un picior şi a început a-l trage în dreapta şi în stânga de pe turtiţă, voind numaidecât să-l arunce în apă şi să-l înece. Însă cu cât îl trăgea el mai tare, cu atât şi turtiţa de nisip se întindea mai mult şi se făcea mai mare şi în care parte îl trăgea, într-aceea se lăţea mai tare. Şi tot aşa muncindu-se Necuratul, de-i curgeau sudori de pe nespălata-i faţă, se făcu din turtiţa aceea pământul pe care locuim noi astăzi.”
Dintr-o altă legendă cosmogonică românească voi cita doar două fraze sugestive: ”La facerea lumii, cerul era foarte aproape de pământ; însă omul, cum e nesinchisit din fire, nu şi-a dat seamă de această bunătate dumnezeiască, că nu era puţin lucru pentru om să aibă pe Dumnezeu în preajma lui, ca să-i poată cere sfatul ca unui bun părinte, oricând avea vreo nevoie. Nesinchiseala a ajuns aşa de departe, că într-o zi o femeie a aruncat spre cer o cârpă murdărită a unui copil, cârpă cu care era cât pe-aici să mânjeasc ă cerul. Şi atunci Dumnezeu s-a mâniat foc şi a depărtat cerul atât de mult, că nu degeaba zicem noi: departe ca cerul de pământ“.
Extraordinare legende, nu-i așa? Ambele citate le-am preluat din volumul ”Legende populare românești”, editura Litera, 2002. Ați remarcat că diavolul participă din la facerea lumii și că, la un moment dat, am asistat la o îndepărtare a cerului de Pământ. Azi am vorbi despre energie negativă și despre expansiunea accelerată a Universului… Desigur, unii ar putea spune grăbit că cei din vechime, strămoșii noștri, descoperiseră lucruri de care noi abia acum devenim conștienți. Dar asta ar fi o abordare de-a dreptul naivă.
Eu v-am dat aceste citate pentru a vă ilustra altceva, un lucru foarte important. Printre nevoile fundamentale ale oamenilor există și necesitatea explicării lucrurilor și fenomenelor. Omul are nevoie măcar de iluzia înțelegerii a celor ce ne înconjoară. Ne puteam opri la nivelul miturilor. Toate popoarele lumii au legende minunate, referitoare la facerea lumii. Avem astfel explicații ușor de înțeles de către oricine. Trebuie doar să le accepți ca fiind purtătoare de adevăr. Dar legendele, oricât de frumoase ar fi, au un neajuns major: ele pun capăt căutării. Mereu vom găsi o poveste, o legendă, un basm, care să explice cutare sau cutare lucru, câtă vreme suntem conștienți de el. Miturile nu ne dezvăluie lucruri noi, ele nu ne poartă în adâncirea cunoașterii, ele nu ne ajută să dezvăluim mistere.
Umanitatea și-a construit, în timp, un instrument formidabil, care ne-a ajutat în drumul către cunoaștere, despre care știm că, probabil, este un drum fără sfârșit. Mereu va rămâne un fenomen care încă nu este explicat cum se cuvine. Iar acest instrument poartă numele de știință.
Începuturile
Nu îmi propun să fac o istorie a științei, nici măcar una pe scurt. Vreau doar să marchez câteva dintre momentele cele mai importante care au dus la formularea și confirmarea teoriei Big Bang-ului. Așa cum veți vedea, adesea a fost nevoie să fie depășite concepte adânc înrădăcinate, a fost vorba despre o adevărată aventură a cunoașterii umane.
Primul dintre cei care a marcat trecerea de la mit către știință cred că a fost Galiei. Alături de celelate mari contribuții la dezvoltarea științei, Galilei este primul om care și-a dat seama că, pentru a înțelege Universul, trebuie să folosim matematica drept instrument principal de lucru. Fizica, pentru el, era o matematică aplicată fenomenelor din natură.
Azi ne pare banală această idee, deși ne întrebăm în continuare, așa cum o făcea și Einstein, cum de se întâmplă ca matematica, o creație abstractă a intelectului uman, este capabilă să modeleze toate fenomenele fizicii? Dar, în timpul lui Galilei, această idee era aproape de neînțeles pentru cei mai mulți dintre intelectualii vremii, care preferau argumentele filosofice, în locul formulării lor în limbajul abstract al matematicii.
A urmat Kepler. Astrolog fiind, credea cu tărie în perfecțiunea naturii. Universul însuși era obligat să oglindească această perfecțiune. Planetele ar fi trebuit, își imagina el, să aibă orbitele circumscrise celor cinci corpuri geometrice. Astfel, el ar fi putut să determine distanțele dintre planetele cunoscute la acea vreme și Soare. Mai credea că orbitele planetelor trebuie să fie și ele perfecte, adică niște cercuri. Iar planetele trebuiau să se miște de-a lungul lor cu viteză constantă.
Putea să se mulțumească cu atât. Imaginea era foarte frumoasă și bine elaborată logic. Dar lumea se schimba. Intuiția trebuia confirmată prin măsurători. Kepler a înțeles bine acest lucru și s-a folosit de măsurătorile lui Tycho Brahe, după o lungă bătălie pentru a intra în posesia lor. Atunci când a trecut datele pe hârtie, pentru planeta Marte, Kepler a fost profund dezamăgit. Perfecțiunea platonică, pe care el o căuta în cer, dispăruse cu brutalitate. Orbita planetei era ovală (eliptică, spunem noi acum) iar Marte o parcurgea cu viteză variabilă.
Poate că altcineva, lipsit de geniul și onestitatea lui Kepler, ar fi aruncat măsurătorile care îi tulburau intuiția. Kepler nu a făcut asta. Kepler s-a înclinat în fața dovezilor, ca orice adevărat om de știință. De atunci încoace aceasta este cea mai importantă trăsătură a științei: este de ajuns un singur experiment, o singură măsurătoare, pentru a infirma o teorie, oricât de atrăgătoare ar fi ea.
După Kepler i-a venit rândul lui Newton. O dată cu publicarea, în 1687, a revoluționarei sale lucrări, Principia Mathematica, problema tuturor formelor de mișcare, inclusiv cele ale corpurilor cerești, a primit o primă rezolvare. Newton a descoperit mecanismul fizic care explica Legile descoperite, empiric, de Kepler și a rezolvat problemele legate de mișcarea planetelor. Dar marele merit al lui Newton cred că este altul.
El a reușit să facă un salt uriaș, impunând principiul că aceleași legi fizice fundamentale sunt valabile pentru întregul Univers. Aceasta a permis așezarea primei cărămizi a cosmologiei moderne. Newton a fost cu adevărat un gigant, un om care a schimbat o lume. Contribuțiile sale din fizică și din matematică sunt imposibil să fie supraestimate. Ele au dus la prima mare revoluție din știință, o revoluție care a însemnat trasarea primelor jaloane către găsirea explicațiilor legate de ”funcționarea” Universului.
Din momentul în care s-a înțeles că noi aici, lipiți de Pământ, putem studia legile fundamentale care guvernează întregul Univers omul a putut spera că va găsi o cale prin care rațiunea să îl ajute să răspundă. Nu am reușit să aflu dacă Newton îl citise pe Descartes, dar programul lui de înţelegere a lumii era unul cât se poate de cartezian: ”A explica natura în totalitate, este o sarcină mult prea dificilă pentru un singur om sau chiar pentru o întreagă generaţie. Este mult mai bine să descoperi câte puţin, dar să ai o certitudine, şi să laşi restul pentru cei care vor veni după tine, decât să explici toate lucrurile prin presupuneri, fără a fi sigur de nimic.”, scria Newton într-o notă, nepublicată, la prefața volumului Optica.
Acesta este drumul care trebuia urmat în căutarea explicării lumii: pași mici, dar bine fundamentați. Poate că din acest motiv, Newton nu a încercat să vadă care sunt implicațiile teoriei lui atunci când încerci să cuprinzi dintr-o dată întreg Universul într-un singur model matematic, într-un singur set de ecuații. Era nevoie să apară Einstein pentru ca acest pas să fie făcut.
O mică problemă
Dar înainte de a trece la Einstein trebuie să vorbesc un pic despre un paradox. Astăzi îl cunoaștem sub numele de paradox al lui Olbers, astronom și fizician german, care, în 1826 și-a pus o întrebare simplă. Se întâmplă adesea ca întrebările simple să nu capete repede răspunsurile. Iar întrebarea lui Olbers era cât se poate de simplă. De ce este cerul întunecat noaptea?
Dacă Universul este infinit, atunci, oricât de departe ar fi o stea, măcar o cantitate infinitezimală de lumină ar trebui să ajungă la noi. Iar dacă avem un număr infinit de mare de stele, dacă vom însuma toate aceste cantități extrem de mici de lumină, atunci ar trebui să nu mai existe diferență între noapte și zi. Cerul nopții ar trebui să fie extrem de luminos. Evident, constatăm cu toții că acest lucru nu se întâmplă. Trebuie să vă mai spun că nu Olbers este părintele paradoxului care îi poartă numele. Înaintea sa Edmund Haley își pusese aceeași întrebare.
La vremea enunțării lui, paradoxul Olbers, nu putea să își primească un răspuns. Se puteau găsi doar niște presupuneri. Era posibil ca între noi și stelele foarte îndepărtate să existe un ecran din praf interstelar, care să obtureze lumina. Sau, poate, Universul are un număr finit de stele. S-ar mai putea întâmpla ca stelele din Universul infinit să nu fie distribuite uniform, ci ele să fie aliniate cumva, astfel încât ele să se obtureze una pe alta.
Vă rog să remarcați că avem încă o confirmare a afirmației pe care am făcut-o la începutul acestui text: este în firea omului necesitatea găsirii de explicații pentru lucrurile, fenomenele, pe care le observăm. În ceea ce privește paradoxul lui Olbers, a fost nevoie să treacă un secol, mai înainte de a fi găsită adevărata explicație. Trebuiau parcurși pași importanți în înțelegerea mecanismulelor fundamentale care guvernează funcționarea Universului.
Noua eră în fizică
Timp de mai bine de două veacuri, mecanica lui Newton părea a fi fundamentul de neclintit al fizicii. Fizica newtoniană părea să explice toate fenomenele fizice. Dar, pe măsură ce se acumulau date experimentale, teoria lui Newton începea să intre în contradicție cu rezultatele.
Cel mai faimos experiment în acest sens a fost efectuat de către fizicienii Michelson și Morley. Aceștia încercau să demonstreze existența eterului, ca suport pentru propagarea undelor luminoase. În 1881 și 1887 cei doi au realizat faimosul lor experiment prin care voiau să detecteze mișcarea relativă față de acest eter considerat ca fiind în repaus absolut.
Rezultatul lor a venit în contradicție cu regula de compunere a vitezelor. Cunoașteți și dumneavoastră această regulă. Dacă sunt într-un vagon al unui tren care se deplasează cu, să zicem, 50 km/h și mă deplasez cu, să zicem din nou, 10 km/h, atunci, un observator staționar, aflat în afara trenului, va constata că eu mă mișc cu 50+10=60 km/h. Dar experimentele celor doi fizicieni veneau să contrazică acest calcul plin de bun simț, atunci când este vorba despre lumină.
Nu conta dacă fasciculul luminos se deplasa în sensul de rotație al Terrei (cele două viteze se adună) sau în sens contrar (din viteza luminii trebuie să scădem viteza de deplasare a suprafeței Pământului), observatorul staționar constata că ambele fascicule se deplasează cu aceeși viteză. Suntem în fața unei probleme grave. Așa cum vă spuneam mai pe la începutul acestui text, este de ajuns un singur experiment pentru a infirma o întreagă teorie, oricât de veche și larg acceptată ar fi ea.
Problema avea să fie rezolvată de către Einstein în 1905, prin publicarea teoriei speciale a relativității. El impunea un principiu care sfida logica vremii. Viteza luminii este viteza limită în Univers. Plecând de a acest principiu simplu el a pus bazele teoriei care avea să schimbe din temelii fizica. Ea poartă numele de teoria relativității. În 1916 el publică o a doua lucrare fundamentală în care descria teoria generalizată a relativității. Din nou Einstein provoacă o nouă revoluție în gândire, probabil cea mai profundă din întreaga istorie a fizicii. De la Newton și până la el gravitația era văzută ca o forță de atracție între două corpuri.
Einstein vede gravitația ca pe un fenomen ce ține de geometria spațiu-timpului. Un corp masiv va provoca deformarea geometriei spațiu-timului. Cum corpurile se mișcă între două puncte astfel încât să parcurgă distanța minimă. În cazul spațiu-timpului plan, distanța minimă este linia dreaptă. În cazul general, atunci când spațiu-timpul este deformat, vom vorbi despre geodezică. Planetele se mișcă în jurul Soarelui, de exemplu, tocmai pe niște geodezice, pe care noi le numim orbite.
Teoria generalizată a relativității reprezintă tocmai punctul de cotitură care a dus la la o profundă înțelegere a Universului în ansamblul său. Acum cei mai mulți dintre noi știu foarte bine asta. Dar pe vremea lui Einstein prea puțini oameni înețelegeau adevăratele consecințe ale teoriei lui Einstein.
În mai 1919, astronomul britanic Arthur Stanley Eddington, a adus dovada clară a interpretării geometrice a gravitației propuse de către Einstein. El a observat o eclipsă totală de Soare și a constatat că lumina venită de la o stea îndepărtată era deviată de Soare, ceea ce reprezenta o dovadă clară, și ușor de înțeles, că masa uriașă a Soarelui duce la deformarea spațiu-timpului. V-ați aștepta ca această confirmare strălucită să fi provocat o mică furtună în presa vremii. Nu a fost să fie chiar așa.
De exemplu, New York Times din 9 noiembrie expedia știrea, foarte pe scurt, pe numai câteva rânduri, abia în pagina a șasea a ziarului. Nu erau mulți la vremea aceea care să înțeleagă teoria relativității. Einstein însuși atrăgea atenția editorilor publicației britanice Times că numai o duzină de oameni de pe planetă i-ar putea înțelege teoria.
Einstein nu s-a oprit aici. Spre deosebire de Newton el a avut marele curaj, sau marea intuiție, să aplice teoria relativității pentru întregul Univers.
O încheiere provizorie
Mă voi opri deocamdată aici. În episodul viitor voi prezenta următorii pași pe care a trebuit să îi parcurgă știința în căutarea începutului de Univers. Vom vorbi despre alți giganți ai gândirii umane: Lemaitre, Hubble, Friedman, de Sitter, Gamow, Hoyle, Penzias, Wilson, Linde, Hawking…
Universul așa cum îl știm acum, datorită lor, nu mai seamănă deloc cu cel pe care îl puteam intui pe baza simțurilor noastre limitate. Rațiunea l-a extins dicolo de cea mai fantastică imagine posibilă. Dar despre toate aceastea… în episodul următor al scurtei istorii a Big Bang-ului.
