A fost cândva nebunia legată de apocalipsa din 21 decembrie 2012. Bineînțeles că promotorii acesteia de pe la noi au tăcut sau au început să se plângă că au fost greșit înțeleși. Totuși au existat publicații din România, care până în ultima clipă ne-au vorbit despre cumplitele evenimente care se vor produce în 21.12.2012, atunci când se încheia calendarul maya.
Sub o formă sau alta, năzbâtiile apocaliptice revin an de an. Spre norocul nostru, toți cei care au susținut iminenta apocalipsă nu și-au aruncat privirile către texte științifiice serioase. De acolo ar fi putut afla că apocalipsa este inevitabilă. Ar fi fost de ajuns să răstălmăcească un pic teoriile privitoare la sfârșitul Universului și ar fi putut elabora scenarii care ar fi conținut măcar un sâmbure de știință. Vă propun să explorăm câteva dintre teoriile, mai bine zis ipotezele, privitoare la sfârșitul Universului.
Înainte de a ne gândi la Univers, cred că este bine să rămânem un pic acasă și să vorbim, pe scurt, despre…
Sfârșitul vieții pe Pământ
Nu este vorba despre vreo ipoteză: Soarele nostru, cel care a avut contribuția decisvă pentru apariția vieții pe Pământ, va ajunge la momentul în care ne va pârjoli planeta. Atunci când în nucleul său nu va mai fi suficient hidrogen, combustibilul care alimentează procesele de fuziune nucleară, Soarele nostru va trece printr-o etapă de contracție.
În urma contracției, presiunea și temperatura din interiorul său vor crește suficient de mult, astfel încât în stratul din imediata vecinătate a nucleului va începe fuziunea nucleară a hidrogenului rămas acolo. Din acest moment, energia generată prin noul proces de fuziune va face ca straturile exterioare ale Soarelui să expandeze foarte mult. Soarele nostru va deveni o gigantă roșie, al cărei strat exterior va ajunge la nivelul orbitei terestre.
Pământul va fi înghițit de atmosfera Soarelui, iar viața pe care el o adăpostește va fi distrusă în totalitate. Asta este sigur. Dar nu trebuie să vă temeți prea curând. Până ce Soarele va ajunge în această fază ucigașă vor trece circa 5 miliarde de ani. Putem spera că până atunci umanitatea își va fi găsit adăposturi sigure în alte sisteme stelare.
Acum îmi cer iertare. Vreau să îmi permiteți să mai fac foarte scurtă paranteză, înainte de a arunca o privire către ipotezele științifice referitoare la cea mai cumplită apocalipsă cu putință, prin care se va sfârși însuși Universul. Vom vorbi despre…
Apocalipsa lui Newton
Este mai puțin cunoscut acest aspect al lui Newton. El, cel care a construit o întreagă disciplină științifică, omul pentru care rigoarea era împinsă la extrem, cel care afirmase, în Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, că nu născocește ipoteze (Hypotheses non fingo), a avut preocupări legate de subiectul nostru.
Newton a calculat data sfârșitului lumii. Pentru asta nu s-a sprijinit pe metoda științifică ale cărei baze le pusese, ci pe… Biblie. În lucrarea ”Observations upon the Prophecies of Daniel, and the Apocalypse of St. John” (Observații asupra profețiilor lui Daniel și a Apocalipsei sf. Ioan) , Newton a calculat că apocalipsa va veni în 2060.
Pentru Newton apocalipsa nu era o catastrofă, ci mai degrabă sfârșitul unei lumi a păcatului. În 2060 pacea divină va pogorî pe Pământ. Nu vom comenta acum acest aspect al gândirii newtoniene. V-am promis că paranteza va fi una foarte scurtă.
Și iată că a sosit momentul să discutăm despre sfârșitul Universului. Voi trece în revistă câteva dintre ipotezele care mi s-au părut mai spectacoase. Voi începe cu…
Sfârșitul timpului
Da! Este posibil ca timpul să se fârșească! Cel puțin așa susține Raphael Bousso, fizician la Universitatea California, Berkeley, împreună cu colaboratorii săi, în articolul ”Eternal inflation predicts that time will end” (Inflația eternă prezice sfârșitul timpului), publicat de Physical Review D, în septembrie 2010.
Autorii pleacă de la o premisă importantă: Universul este etern și se va extinde la nesfârșit. Plecând de aici, ei adaugă că, în aceste condiții, orice eveniment care se poate întâmpla se va întâmpla, chiar dacă el el are o probabilitate infinitezimală. Mai mult decât atât, un eveniment infinit de puțin probabil să se producă, se va întâmpla de un număr infinit de ori.
Bănuiesc că autorii au plecat de la faimosul ”principiu totalitar” al lui Murray Gell-Mann, cel care a postulat existența cuarcilor și care, referindu-se la nivelul cuantic al Universului, afirma că: ”Tot ceea ce nu este interzis este obligatoriu”.
Altfel spus, în lumea mecanicii cuantice, principiul totalitar afirmă numai ceea ce este complet interzis de legile fizicii nu se poate produce într-un sistem cuantic, restul, oricât de improbabil ar fi, se va produce cu necesitate. Nu putem intra în detaliile articolului lui Bousso, este mult prea tehnic.
Dar calculând probabilități, el ajunge la o concluzie interesantă pentru subiectul nostru. Timpul sau, cred că este mai bine zis, spațiu-timpul, se va sfârși peste… 5,3 miliarde de ani! Cu o probabilitate de 50%, timpul se va sfârși peste numai… 3,7 miliarde de ani!
”Ideea că timpul se poate sfârși nu este una complet nouă. Spațiul și timpul dispar în singularitățile care apar în urma colapsului gravitațional [produs în găurile negre]. Dar concluzia noastră este una mult mai radicală: lumea se poate sfârși, în orice regiune a spațiu-timpului, inclusiv în regiunile cu densitate și curbură scăzute, deoarece spațiu-timpul este incomplet”, se explică în articol.
Nu pot evalua cât de plauzibilă este această ipoteză. Dar am unele semne că, deși a fost publicată într-o revistă serioasă, ea nu prea a fost preluată și dezvoltată de alți autori. Probabil ipoteza aceasta este mult prea speculativă. Nici măcar Bousso nu și-a dezvoltat mai departe punctul de vedere din articolul despre care am vorbit.
Așa că, deocamdată, doar vom consemna această ipoteză, care are cel puțin calitatea de a avea un anume farmec, menit să ne stârnească imaginația. Gândiți-vă. Un observator ipotetic, aflat pe Pâmânt, dacă ar putea supraviețui sfârșitului timpului, ar vedea cum întreg Universul se stinge într-o clipită.
Să mergem mai departe în călătoria noastră înspre sfârșitul Universului. Vom vorbi despre…
Un Univers metastabil
Pot bănui că acest subtitlu este unul misterios pentru mulți dintre dv. Să îl explicăm un pic. Luați cazul unui pendul. Centrul de greutate al întreg sistemului se află plasat foarte jos. Dacă pendulul este scos din poziția de echilibru, el va tinde în mod natural să revină la ea. Avem de-a face cu un sistem stabil.
Un exemplu de sistem instabil ar fi acela al unei bile plasate pe un vârf ascuțit. Ea poate sta acolo în echilibru, dar îndată ce este scoasă din această poziție ea va cădea, și niciodată nu se va mai putea întoarce la poziția inițială. Putem spune că un sistem mecanic este stabil, câtă vreme energia sa potențială este minimă. Acesta este cazul pendulului.
Pe de altă parte, vidul cuantic, care nu este deloc un spațiu gol, așa cum ne-am imagina, este locul unei imense agitații, în care apar perechi de particule-antiparticule virtuale, care ”trăiesc” un timp infinitezimal înainte de a se anihila. Putem spune că toate proprietățile Universului se nasc aici, în vidul cuantic. Ei bine, pentru ca Universul să fie stabil, acest vid cuantic trebuie să se afle la energie potențială minimă, cum ar fi cazul unui pendul. Dar lucrurile pot să nu stea chiar așa.
Revenind la exemplul nostru cu bila am să vă rog să apelați la imaginația dv. Să zicem că bila noastră este tocmai vidul cuantic. Să ne imaginăm un peisaj cu dealuri și văi.
În primul moment bila se află în vârful unuia dintre dealuri. Aceasta este o poziție instabilă. Bila noastră va cădea înspre fundul unei văi. (Echivalentul real al acestei ”căderi” este Big-Bangul, nașterea Universului nostru) O dată ce a ajuns pe fundul văii bila se află într-un echilibru stabil. Bila noastră are energia potențială minimă.
Această din urmă afirmație nu este tocmai corectă. Valea în care a căzut bila ar putea să nu fie cea mai adâncă dintre toate văile din peisaj. Spunem că avem un minimum local. Este de ajuns ca bila noastră să primescă o energie suplimentară, care să o scoată definitiv din poziția de echilibru și să o trimită către unele dintre vârfurile învecinate de unde să cadă către o vale mai adâncă, către un alt punct de energie potențială minimă. În acest caz bila se va afla într-o poziție de echilibru metastabil.
Ceva asemănător s-ar putea întâmpla și cu Universul nostru. Pentru aceasta ar fi nevoie o cantitate uriașă de energie, care nu este disponibilă în Univers.
Dar să nu uităm că discutăm la nivelul mecanicii cuantice. Aici există așa numitul efect de tunel. Bila noastră nu trebuie să depășească vârful învecinat, pentru a ajunge într-o nouă poziție instabilă. Este suficientă o fluctuație locală de energie, pentru ca bila să treacă prin deal pentru a ajunge la o vale mai adâncă, deci cu o energie potențială mai mică decât cea corespunzătoare văii din care a plecat.
Poate că este dificil să vă imaginați succesiunea de evenimente pe care am încercat să vi-o expun. Permiteți-mi să v[ dau o analogie macroscopică.
Dacă aveți o sticlă cu apă pură, puteți, în anumite condiții, să o răciți sub punctul de îngheț și ea să rămână lichidă. Dar este de ajuns o mică perturbație, un fir de praf sau să agitați un pic sticla pentru ca această apă suprarăcită să înghețe instantaneu. Apa trece foarte rapid din faza lichidă în cea slolidă, ceea ce seamănă foarte bine cu trecerea de la un vid cuantic metastabil către un altul, cu energie potențială și mai mică.
Universul nostru s-ar putea să se afle tocmai într-o situație de echilibru metastabil. O perturbație în vidul cuantic ar putea să îl transforme instantaneu într-un alt univers, guvernat de alte legi ale fizicii, în care, eventual, viața noastră nu ar mai fi posibilă… îngrozitor, nu-i așa?
Este Universul nostru în situația de a se afla într-un echilibru metastabil? Nu avem un răspuns sigur la această întrebare, dar avem indicii bune, măcar pentru a evalua parțial această posibilitate. Indiciul ne vine de la… LHC.
Așa cum știți acolo s-a descoperit în 2012 bozonul Higgs. Cu trei ani mai devreme, în 2009, J.Ellis, cercetător la CERN, și colaboratorii au publicat, în Physical Letters B, articolul intitulat ”The probable fate of the Standard Model” (Soarta probabilă a Modelului Standard). În articol se arata că, dacă masa bozonului Higgs este mai mică de 126 MeV, atunci vidul cuantic, implicit Universul, se află într-o stare de echilibru metastabil.
Pe 4 iulie 2012 s-a anunțat că masa bosonului Higgs identificată la LHC este cuprinsă (atenție!) între… 125 și 126 MeV. Suntem deci chiar la limita pragului de metastabilitate! Dar să nu ne grabim către concluzii. Suntem în marginea de eroare. Ar fi nevoie de măsurători suplimentare, de o evaluare mai precisă a masei bozonului Higgs, pentru a avea un răspuns mai bun la problema metastabilității vidului cuantic din Universul nostru.
Pe de altă parte, ca să ne liniștim un pic, vă spun că știm că Universul nostru există de 13,72 miliarde de ani. Oricum am lua-o, este vorba despre un interval foarte lung de timp. Dacă Universul nostru ar fi metastabil, atunci ar fi trebuit ca Universul să fi dispărut deja, plecând în căutarea unui nou punct de energie potențială minimă.
De altfel, autorii citați sugerează că ar fi posibil ca, în cazul în care bozonul Higgs are o masă mai mică de 126 MeV, să fim nevoiți să elaborăm un nou model al particulelor elementare, tocmai pentru a pune în acord teoria cu observațiile.
Mai este un aspect legat de dezintegrarea Universului. Este vorba despre…
Energia întunecată
În 1998, măsurând distanțele până la supernovele de tip Ia, oamenii de știință au ajuns la concluzia că expansiunea Universului nostru, în loc să încetinească, accelerează. Datele actuale indică faptul că cea care stă în spatele expansiunii accelerate este energia întunecată, care reprezintă acum circa 71,3 % din conținutul Universului.
Se poate ca viteza de expansiune să crească în ritm exponențial (deci din ce în ce mai repede) în viitorul Universului. Ce s-ar putea întâmpla în acest caz? Un răspuns ne oferă Robert R. Caldwell (Dartmouth College, Hanovra) și colaboratorii în articolul ”Phantom Energy and Cosmic Doomsday” (Energia fantomă și Apocalipsa Cosmică), publicat în anul 2003 în Physical Review Letters.
Conform modelului de evoluție al energiei întunecate (autorii o numesc energie fantomă) prezentat în articol, la 35 de miliarde de ani de la Big Bang Universul nostru va fi dominat puternic de aceasta. Forța repulsivă asociată energiei întunecate va deveni atunci mai mare decât oricare altă forță fundamentală din Univers și va avea loc evenimentul numit Big Rip (marea sfărâmare)
Scenariul propus de autori ar fi următorul:
- Cu un miliard de ani înainte de Big Rip vor dispărea clusterele de galaxii.
- Cu 60 de milioane de ani înainte de Big Rip va fi distrusă Calea Lactee.
- Soarele (presupunând că va ”trăi” 35 miliarde de ani) nu va mai putea să își țină planetele orbitând în jurul său, cu 3 luni înainte de Big Rip.
- Pamântul va exploda, cu 30 de minute înainte de marea sfărâmare.
- Cu o zecime de miliardime de miliardime de secundă înainte de Big Rip atomii vor înceta să mai existe.
Un scenariu fără scăpare, am putea spune. Numai că lucrurile nu sunt chiar atât de sigure. Modelul pleacă de la presupunerea că forța repulsivă, corespunzătoare energiei întunecate, va crește neîncetat. Dacă această presupunere s-ar dovedi falsă, atunci întreg modelul se prăbușește. Suntem nevoiți să mai așteptăm, să vedem dacă nu cumva această premisă este greșită.
Oricum, până la Marea Sfărâmare avem foarte mult de așteptat, așa că nu merită să ne îngrijorăm chiar de pe acum.
Concluzie
Vreau să sublinez: scenariile pe care vi le-am prezentat sunt unele puternic speculative. Asupra lor, deși este vorba despre niște ipoteze științifice, planează umbra incertitudinii. Mai sunt și altele, dar le-am preferat pe acestea, deoarece mi s-au părut cele mai spectaculoase dintre toate.
Dar trebuie să fim conștienți de un lucru. Cu siguranță Universul nostru va avea un sfârșit. Nu știm cum va arăta el, dar el este de neevitat. Vă rog să meditați asupra unui singur aspect. Stelele au nevoie de combustibil pentru a întreține reacțiile de fuziune nucleară din nucleul lor.
Ei bine, calculele arată că peste circa o sută de mii de miliarde de ani nu va mai exista material pentru a se forma stele noi… Chiar dacă Universul va evita alte catastrofe, cum sunt cele prezentate în acest articol, stelele vor începe să dispară, unele după altele. Universul se va stinge încet, încet…
