Știința progresează prin descoperiri și prin dezvoltarea de idei noi. Numai câteva dintre ideile noi sunt dezvoltate fără a fi abandonate cele vechi. Max Planck scria că „un adevăr științific nou nu triumfă prin convingerea adversarilor, făcându-i să vadă lucrurile într-o nouă lumină, ci, mai degrabă, [el învinge] atunci când oponenții mor și apare o nouă generație care este familiarizată cu el”.
Altfel spus, știința avansează printr-o „serie de funeralii”, ca să folosesc o sintagmă din revista Edge. În acest articol voi căuta să trec rapid în revistă câteva dintre răspunsurile legate de o știință fundamentală, care poartă numele de fizică. Dar, înainte de orice, simt nevoia unei precizări. Nu îmi voi folosi propriile cuvinte, ci voi o voi cita pe Mary Catherine Bateson, profesoară la Universitatea George Mason.
Uneori, oamenii de știință se opun, cât pot de mult, ideilor noi. Dar adevărata problemă este incapacitatea publicului de a înțelege faptul că tocmai posibilitatea de a corecta sau de a respinge [o idee nouă] dă putere științei. […] Procesul prin care se rafinează cunoașterea științifică este, în mare măsură, invizibil pentru publicul larg. Valoarea de adevăr a cunoașterii științifice este dependentă de deschiderea ei față de eventualele corecții, în timp noi ne atașăm de idei care nu au mai fost revizuite de multă vreme și suntem dezorientați atunci când suntem obligați să le abandonăm. […] Retragerea conceptelor care nu mai sunt actuale nu este [numai] o problemă de corectare a erorilor, ci [și] de integrare a noilor informații în propria noastră înțelegere.
Și ar mai fi ceva de spus. Nu este obligatoriu ca o idee nouă, sau o ipoteză nouă, să reprezinte în mod real un nou adevăr sau să marcheze progres semnificativ în știință. Este o cale lungă care trebuie parcursă până când sunt confirmate ideile noi. Acceptarea de către susținătorii vechilor teorii reprezintă doar o ultimă etapă, care nici măcar nu este una obligatorie.
Teoria unificată
Una dintre marile așteptări ale fizicii este reprezentată de rezolvarea incompatibilității dintre teoria relativității – care oferă răspunsuri bune la scara macro a Universului și eșuează la scara atomică a lumii – și mecanica cuantică – care, prin Modelul Standard, ne explică satisfăcător fenomenele produse la scară atomică, dar care nu se poate aplica fenomenelor produse la scară macro.
Această incompatibilitate ar putea fi rezolvată printr-o nouă teorie, prin care să se reușească o unificare a tuturor forțelor fundamentale ale naturii. Fără a intra în explicații (am făcut-o cu alte ocazii), acestea sunt: gravitația, forța electromagnetică, forța tare și forța slabă.
Mecanica cuantică încearcă de mai bine de patru decenii să elaboreze o așa-numită teorie a marii unificări (GUT – Grand Unified Theory), prin care trei dintre forțele fundamentale ale naturii (forța electromagnetică, forța tare și forța slabă) să fie reprezentate ca manifestări diferite ale unei singure forțe fundamentale.
Marcelo Gleiser, fizician teoretician la Dartmouth College, este cât se poate de hotărât: „Venerabila noțiune care poartă numele de unificare trebuie să dispară”, deși de-a lungul secolelor ideea de unificare a dus la rezultate extraordinare.
Problema apare atunci când se merge prea departe, căutându-se o über-unificare, o noțiune superreducționistă prin care toate forțele [fundamentale ale] naturii sunt manifestări ale unei singure forțe. Această idee trebuie să dispară. O spun cu durere, având în vedere că la începutul carierei mele eram dominat de impulsul unificării. […] Acest impuls al unificării este adânc înrădăcinat în sufletele matematicienilor și fizicienilor […], dar aici este greșeala: matematica nu este fizică. Puterea matematicii vine tocmai din detașarea ei de orice realitate fizică. Un matematician poate crea orice univers își dorește, și se poate juca cu el. Un fizician nu poate face același lucru. Misiunea sa este să descrie Natura.
Se speră că teoriile de dincolo de actualul model standard al mecanicii cuantice ne-ar putea duce către marea unificare. Gleiser: „Date experimentale recente au distrus această credință. Nicio urmă de particule supersimetrice, nici urmă de dimensiuni suplimentare, nici urmă de materie întunecată, toate îndelung așteptate indicii pentru unificare. Poate că mai trebuie să așteptăm, poate că mai trebuie să experimentăm. Problema cu unificarea din fizica energiilor înalte este că ea ne împinge mereu dincolo de limitele experimentale. «Marele accelerator de la Geneva a atins 7 TeV și nu a găsit nimic? Nicio problemă! Cine poate spune că Natura a optat pentru cea mai simplă formă de unificare? Probabil că răspunsul îl vom găsi la energii mult mai înalte, dincolo de ceea ce putem atinge noi»”. Pentru Gleiser, marea unificare nu are nicio șansă:”Perfecțiunea este o povară prea grea pentru Natură”.
Geoffrey West, profesor emerit la Institutul Santa Fe, merge chiar mai departe. V-am vorbit cu alte ocazii despre una dintre marile speranțe ale fizicii: Teoria Totului (ToE – Theory Of Everything), care ar unifica într-o singură reprezentare mecanica cuantică și teoria relativității. Nimeni nu știe cum ar trebui să arate o asemenea teorie, dar se crede că ea ar trebui să fie următorul pas, următoarea revoluție, în fizică. West pare a fi tranșant, lui îi displace profund sintagma „Teoria Totului”, care ar semnifica un soi de teorie supremă.
Totul? Stați o clipă. Teoria Totului ar putea fi un pariu pe un cal mort. Cu siguranță nu sunt primul deranjat de această hiperbolă. Teoria Totului îmi pare plină de aroganță și naivitate. Deși ideea este relativ tânără, ea este deja pe moarte […] și, cu siguranță, ar trebui să fie retrasă din literatura științifică serioasă”. West continuă: „O asemenea teorie ar trebui să se bazeze pe un minimum de principii universale matematizabile care ar trebui să explice forțele fundamentale ale naturii, de la gravitație și electromagnetism, până la forța tare și cea slabă. Ar trebui să încorporeze și legile lui Newton, mecanica cuantică și teoria generală a relativității. Mărimi fundamentale, cum ar fi viteza luminii, numărul de dimensiuni ale spațiu-timpului și masele particulelor ar trebui să rezulte direct din această teorie.
Asta ține de fizică și de obiectivele ei de cercetare. Să ne aducem aminte, vorbim de Teoria Totului, iar această sintagmă poate avea un sens atotcuprinzător. „Dar totul? Unde este viața, unde sunt celulele și animalele, unde este creierul și conștiința, unde sunt orașele și corporațiile, iubirea și ura etc? Răspunsul simplist este că toate acestea sunt rezultatul inevitabil al interacțiilor și dinamicilor cuprinse în Teorie”.
O Teorie, care, în cazul extrem, ar trebui să se bazeze pe o singură ecuație, lucru, evident, imposibil. West încheie propunând un alt mare program de cercetare pentru întreaga comunitate științifică. „Cu siguranță, pentru secolul XXI, marea provocare este dezvoltarea unui cadru cantitativ, analitic și predictiv pentru a înțelege sistemele complexe adaptive. Ca oricare altă mare sinteză, ea va fi inevitabil incompletă, dar, fără îndoială va inspira idei, concepte și tehnici noi, posibil revoluționare”.
Universul
Andrei Linde, fizician teoretician, Universitatea Stanford, este de părere că ar trebui să renunțăm la ideea unui „Univers unic și uniform”. Despre Linde am mai discutat cu alte ocazii. El este unul dintre fondatorii teoriei inflației, un moment foarte scurt de timp, imediat după Big Bang, în care expansiunea Universului a fost extrem de rapidă. Una dintre consecințele acestei teorii ar fi existența unor universuri paralele.
Linde: „La început, teoria inflației părea a fi rezultatul exotic al imaginației. Dar, în urma muncii entuziaste a mii de oameni de știință, multe dintre predicțiile teoriei au fost confirmate”. Teoria inflației ar trebui să explice de ce trăim într-un Univers care are aceleași caracteristici, oriunde ne-am îndrepta privirea, sau, mai bine zis, un Univers care este guvernat de aceleași legi ale fizicii în oricare punct al său. Teoria inflației spune că uniformitatea universului (remarcați că am folosit „u” mic) nu este obligatoriu să se extindă dincolo de universul observabil, care este Universul nostru.
Linde vine cu o analogie:
Să presupunem că universul este reprezentat de suprafața unei uriașe mingi de fotbal, alcătuită din hexagoane negre și albe. Dacă o umflăm, suprafața fiecărei zone, albe sau negre, va crește exponențial. Dacă o vom umfla suficient de mult, cei care trăiesc pe zonele negre nu vor vedea niciodată zonele albe și, în consecință, vor considera că întreg universul este negru și vor căuta o explicație științifică pentru absența altei culori. Cei care trăiesc în zona albă nu vor vedea niciodată zonele negre și vor considera că întreaga lor lume trebuie să fie albă. Dar ambele [descrieri, cu] zone albe sau negre pot coexista într-un univers inflaționar, fără a contrazice observațiile.
Exemplul cu mingea este unul simplu, există doar două stări, exprimate prin culoarea albă sau neagră, care se modifică. Dar atunci când vorbim despre univers (din nou am folosit „u” mic), există nenumărate stări care se pot modifica. Linde: „Cel mai bun candidat pentru Teoria Totului [Linde nu crede că această teorie ar trebui scoasă la pensie] este teoria stringurilor. Această teorie se formulează cu succes într-un spațiu cu 10 dimensiuni (9 dimensiuni spațiale și una temporală). Dar noi trăim într-un Univers cu numai trei dimensiuni spațiale și una temporală. Unde sunt celelalte șase? Răspunsul este că aceste dimensiuni suplimentare sunt compactificate, curbate foarte mult, astfel încât nu ne putem deplasa pe aceste dimensiuni suplimentare, și din acest motiv constatăm că Universul nostru are trei dimensiuni spațiale”.
Există multe feluri în care se pot compactifica dimensiunile suplimentare ceea ce duce, în teoria stringurilor, la posibilitatea descrierii unui număr mai mare de 10 la puterea 500 tipuri de Univers. Linde: „În contextul teoriei inflației asta duce la ideea că lumea, [multiversul], ar fi alcătuită dintr-un număr incredibil de universuri, cu 10 la puterea 500 tipuri de materie”. O imagine plastică, dar care, o recunoaște și Linde, nu poate fi verificată direct prin experiment sau observație.
Linde apără ideea unui Multivers: „Ne-am putea întoarce înapoi către imaginea unui singur Univers? Acest lucru este posibil, dar pentru aceasta trebuie îndeplinite trei condiții: ar trebui inventată o teorie cosmologică mai bună, o teorie mai bună a interacțiilor fundamentale și ar mai trebui găsită o explicație alternativă pentru coincidențele miraculoase din Univers”. Aici, în ultima parte a frazei, Linde face referire la faptul că mulți dintre, să le zicem, parametri Universului nostru au exact valoarea necesară pentru a permite existența vieții. O mică modificare a numai unuia dintre ei (de exemplu masa electronului) ar face viața o imposibilitate.
Gordon Kane, profesor de fizică și cosmologie la Universitatea Michigan, este de partea lui Linde și consideră că teoria care ar trebui scoasă la pensie este cea a unui univers 3D, un univers cu trei dimensiuni spațiale. El crede că teoria stringurilor (care alături de teoria inflației – o teorie care a fost confirmată prin observațiile efectuate de telescoapele spațiale WMAP și Planck – conduc inevitabil la ideea de Multivers) ar putea fi, și este deja, testată.
Teoria stringurilor a prevăzut cu succes masa și proprietățile bozonului Higgs, înaintea măsurătorilor efectuate în 2012 la CERN. [Tot teoria stringurilor] face previziuni asupra existenței unor particule partenere supersimetrice, care ar trebui să fie produse la CERN după 2015, dacă acceleratorul va fi repus în funcțiune așa cum este planificat.
Kane ne dă și un exemplu în ceea ce privește bozonul Higgs și masa lui, care vine să confirme teoria stringurilor: „Modelul Standard nu a putut face nicio predicție în ceea ce privește masa bozonului Higgs. Varianta extinsă a Modelului Standard, numită Model Standard Supersimetric poate ajuta la calcularea limitei superioare a masei bozonului Higgs, dar nu poate ajuta la calculul masei [propriu-zise a bozonului]. Teoria M [teoria extinsă a stringurilor] a permis acest calcul (efectuat de mine împreună cu câțiva colegi și studenți) prin care am stabilit masa bozonului Higgs, în 2011, înainte de măsurătorile de la CERN, cu o precizie de numai câteva procente”.
Și Kane încheie la fel de hotărât cum a început: „Dacă vrem să înțelegem și să explicăm lumea, chiar dincolo de o completă descriere matematică, trebuie să luăm în serios și să lucrăm mai mult asupra teoriei stringurilor.[…] [deoarece] aceasta ar putea cuprinde și integra toate fenomenele din lumea fizică într-o singură teorie matematică”.
Este de remarcat faptul că atât Linde, cât și Kane, consideră că programul de căutare a unei Teorii a Totului este unul viabil, spre deosebire de Marcelo Gleiser și Geoffrey West, care consideră că această teorie ar trebui scoasă la pensie, fiind o căutare în van. Este o mare dispută în fizica modernă asupra acestei teme. Este fascinant să o urmărești, măcar ca spectator. Bătăliile acestea intelectuale, în care unica armă este rațiunea, sunt mai palpitante decât bătăliile purtate cu sulițe și săbii.
Teoria Stringurilor
Să mai scoatem la iveală un luptător pe frontul teoriilor ce ar trebui scoase la pensie. Subiectul acesta, al unei teorii unificatoare, se învârte mai ales în jurul teoriei stringurilor. Kane, mai sus, considera că deja avem o primă dovadă care o suține și că într-un viitor nu prea îndepărtat vom avea și altele.
Peter Woit, fizician la Universitatea Columbia, este de o cu totul altă părere: „Postularea unor corzi (strings) care se mișcă într-un spațiu cu 10 dimensiuni a apărut în 1974 și a devenit paradigma dominantă din 1984 încoace. După patruzeci de ani de cercetări și după publicarea a zeci de mii de lucrări științifice știm că aceasta este o idee goală. [Teoria stringurilor] prezice nimic despre nimic, câtă vreme se alege cu grijă felul în care sunt compactificate cele șase dimensiuni suplimentare, astfel încât să devină invizibile”.
Woit continuă, cu mare asprime: „Conform teoriei stringurilor trăim într-un colț obscur al unui Multivers în care se poate întâmpla orice, iar acest «se poate întâmpla orice» se potrivește foarte bine cu teoria stringurilor, care este atât de fundamentală încât a ajuns la punctul său final”. Detectarea bozonului Higgs la CERN a produs multă bucurie, în timp ce absența particulelor supersimetrice, absența superpartenerilor, a „produs consternare în rândul teoreticienilor”, arată Woit.
S-a întâmplat ceva ce nu ar fi fost posibil conform raționamentelor, vechi de patru decenii, prezentate în manualele de fizică. Sunt enunțate argumente în favoarea existenței unui Multivers. În acest Multivers se poate întâmpla orice […] dar vedem ceva nefiresc de simplu în propria nostră bulă de univers, deoarece altfel nu am mai fi aici.
Acest tip de argumente, crede Woit, trimit către pensie Multiversul, împreună u teoria stringurilor.
Sper că deja aveți o imagine, măcar parțială, nu asupra ideilor care ar trebui scoase la pensie, ci asupra disputelor din fizica zilelor noastre. O fizică despre care îndrăznesc să afirm că are mare nevoie de o revoluție. Nu știu cât mai avem de așteptat până când ea se va produce…
