Joseph Silk este unul dintre cei mai mari cosmologi ai prezentului. Este autor sau coautor a mai bine de 500 de articole științifice, publicate în revistele cele mai prestigioase de pe glob. Activitatea sa a fost răsplătită, printre altele, cu importantul Premiu Balzan, pentru studiile sale referitoare la Universul timpuriu. Joseph Silk a contribuit decisiv la transformarea cosmologiei într-o știință de precizie și are un rol important în efortul de înțelegere a materiei întunecate și a propus mai multe metode de detectare a ei.
Cu acest important om de știință am avut onoarea să mă întâlnesc la jumătatea lunii iunie, 2014, aici, în București. Întâlnirea a fost posibilă datorită prietenei noastre; Andreea Font, ”senior lecturer” la Institutul de Cercetări pentru Astrofizică, din cadrul Universitatății John Moores, din Liverpool. Cum data întâlnirii era bine stabilită, așa cum îmi stă în obicei, m-am apucat să mă documentez din timp, să adun cât mai multe date despre savantul cu care urma să mă întâlnesc. Am fost de-a dreptul copleșit. M-a cuprins teama. O căutare fugară prin bazele de date ale Internetului mi-au arătat o personalitate din vârful științei moderne, care, practic, scrie pagini fundamentale în cartea cosmologiei zilelor noastre. Eu sunt doar un umil jurnalist, un biet purtător de cuvinte, cu ajutorul cărora încerc să povestesc ce mai descoperă oamenii de știință. Îmi este ușor, câtă vreme stau la biroul meu, în fața calculatorului, pe care îl întreb, iar el îmi răspunde. Ce trebuie să fac, cum trebuie să formulez întrebările, atunci când mă aflu în fața unui om care, realmente, înfăpuiește știința? Nu aveam nici o idee. Numai gândul că voi discuta cu Joseph Silk îmi părea de-a dreptul imposibil!
Cu o zi înainte de interviu am avut onoarea să mă întâlnesc cu Andreea. Vă rog să mă credeți, a fost o întâlnire din acelea imposibil de uitat. Am discutat despre ea, am discutat despre mine, am discutat despre Univers. Mi-a spus și o poveste frumoasă, care m-a înduioșat. Nu știam că o stea pe cer a căpătat numele Mona, Mona cea din piesa ”Steaua fără nume” a lui Mihail Sebastian. Steaua asta, invizibilă, descoperită prin calcule, în 2010, în apropierea stelei Alcor, din Carul Mare, este tocmai steaua descoperită de profesorul Miroiu în piesa amintită.
Apoi am trecut la tema principală a întâlnirii noastre: interviul cu Joseph Silk. Am rugat-o pe Andreea să mă ajute, nu mă puteam descurca de unul singur. Vorbesc îngrozitor de prost limba lui Shakespeare, și aveam nevoie disperată de ea pentru traducerea întrebărilor pe care urma să le pun. A zâmbit frumos, foarte frumos, și mi-a spus că nu este nici o problemă. Unde urma să ne întâlnim? Inițial ne gândisem să ne vedem la redacția revistei, dar, dintr-o dată, mi s-a părut că nu acesta ar fi locul cel mai potrivit: era mult prea oficial pentru gustul meu. Chestiile oficiale mă stânjenesc teribil. Am sugerat să ne vedem la o berărie din Centrul Vechi al capitalei nostre. Nu îmi plac interviurile, în schimb îmi plac discuțiile, și un pub din Centrul Vechi ar creea atmosfera potrivită unei discuții libere, m-am justificat eu. Andreea a fost de acord. Urma ca a doua zi să stabilim detaliile.
A doua zi, ziua cea mare, m-a sunat Andrei Dorobanțu, care îl însoțea prin oraș pe Joseph Silk și pe care îl invitase, în aceeași zi, la emisiunea sa, ”Pașaport pentru știință” difuzată de Radio București. Mi-a sugerat un loc mai bun pentru întâlnire: sala de protocol a Ateneului Român. Locul era excelent, aveam liniștea necesară și puteam păstra caracterul nonformal al întâlnirii. Ce să vă mai spun? Au fost momente extraordinare, care, taranscrise pe hârtie s-au transformat în textul care urmează. Dar nu pot încheia această introducere, fără a mulțumi din toată inima prietenilor mei: Andreea Font și Andrei Dorobanțu, fără de care nu ar fi putut avea loc dialogul care urmează.
O întrebare furată din cartea lui Leon Lederman, „Particula Dumnezeu”: dacă Universul este răspusul, atunci care este întrebarea?
Joseph Silk: Nu cred că Universul este răspunsul. Universul este încă plin de întrebări și avem prea puține răspunsuri.
Atunci, din punctul de vedere al cosmologiei, care ar fi întrebările pe care ar trebui să ni le punem?
Silk: Avem câteva modele de Univers, care se bazează pe un volum uriaș de date. Ne putem baza pe aceste modele, care ne ajută să ne apropiem foarte mult de începutul [Universului], atunci când condițiile erau extreme, în comparație cu tot ceea ce cunoaștem noi din fizica clasică. Pentru a putea înțelege acest început și, eventual, chiar ceea ce era înainte de el, avem nevoie de o teorie care să includă fizica clasică, gravitația și mecanica cuantică. Această teorie combinată ar fi gravitația cuantică. Problema noastră este că nu avem o teorie a gravitației cuantice și marele semn de întrebare legat de începutul [Universului] este legat de absența acestei teorii. Atunci când vom avea o asemenea teorie vom putea înțelege mai bine începutul Universului. Dacă suntem dispuși să renunțăm să ignorăm fracțiunea de secundă de la începutul Universului, care este dominată de gravitația cuantică, atunci începem să avem mai multă încredere în modelul nostru de Univers, care poate fi înțeles cu metodele clasice. Dar aici folosesc termenul de ”poate fi înțeles” într-un sens destul de larg.
Universul cunoscut are o „rețetă”. În această rețetă avem numai circa 5% materie și energie obișnuită, avem apoi circa 28% materie întunecată și restul este energia întunecată. Ce este această materie întunecată?
Silk: Prin observații s-a dedus contribuția materiei întunecate la [rețeta] Universului. Știm că materia întunecată este ceva care interacționează foarte puțin cu materia obișnuită. Mai știm că o găsim în mare parte în exteriorul galaxiilor, acolo unde se află puțină materie obișnuită. Știm asta deoarece ea produce efecte gravitaționale pe care le observăm. Dar încă nu avem o idee clară despre ceea ce este această materie întunecată. Putem specula despre ceea ce ar putea fi ea, avem mai multe experimente cu ajutorul cărora o căutăm, dar până acum nu am descoperit nimic concret.
Există niște candidați pentru materia întunecată? În ultima vreme o serie de candidați au fost eliminați.
Silk: Este adevărat, o parte dintre acești candidați au fost eliminați, dar aceștia sunt puțini. Au rămas [în continuare] un număr mare de candidați [pentru materia întunecată]. Totuși am un candidat preferat, cred că este cel mai simplu cu putință. El ne este oferit de către teoria supersimetriei, care este convingătoare și acceptată de majoritatea fizicienilor. Această teorie postulează existența unor noi particule, supersimetrice. Astfel, fiecare fermion și bozon are un corespondent supersimetric. Cele mai multe particule din acest Univers supersimetric sunt instabile și în urma [dezintegrării] lor rămâne o particulă stabilă. Prin definiție aceasta interacționează foarte slab cu materia [obișnuită]. Universul supersimetric, un fel de perfecțiune ”supremă” cu mult timp în urmă, atunci când se el afla la niveluri foarte mari de energie [la scurt timp după Big Bang]. Cel mai bun candidat [pentru materia întunecată] este o [particulă] relicvă a supersimetriei. Aceasta poartă numele de neutralino, care are o masă mult mai mare decât cea a protonului. Este o particulă care este căutată în multe experimente care se desfășoară în prezent. Această particulă este o alternativă foarte atrăgătoare, în primul rând, pentru că teoria care o prezice este foarte simplă și, în al doilea rând, pentru că masa totală totală a materiei întunecate din Univers este strâns legată de mărimea forței de interacțiune a acestei particule cu materia obișnuită. Această relație este testabilă, ceea ce motivează multe dintre experimentele actuale.
Care ar fi cele mai promițătoare experimente prin care se caută materia întunecată?
Silk: Până în prezent, cele mai promițătoare experimente sunt cele realizate cu ajutorul telescoapelor spațiale. Mă refer aici la Telescopul Spațial Fermi, care este un telescop sensibil în domeniul radiațiilor gamma. Ideea este că particulele de materie întunecată se concentrează în centrul Galaxiei. Atunci când două particule de materie întunecată [neutralino] se ciocnesc, se produce anihilarea lor, rezultând radiație gamma, așa cum prezic modelele teoretice. Din centrul Căii Lactee am putea avea un semnal gamma [produs în urma anihilării materiei întunecate]. Telescopul Spațial Fermi studiază sursele de radiații gamma de pe cer, care pot fi stele, pulsari etc. O mare parte din fluxul de radiații gamma detectat de către Telescopul Spațial Fermi este rezultat în urma interacțiunii radiațiilor cosmice cu norii de gaz. Interacțiile dintre radiațiile cosmice și atomi duc la producerea de radiații gamma. Cunoaștem poziția acestor nori de gaz în galaxie, deoarece, tot sub acțiunea radiațiilor cosmice, ei emit și unde radio. Astfel putem face o evaluare [teoretică] a fluxului de radiații gamma care vine din centrul galaxiei și să o comparăm cu datele transmise de către telescopul spațial Fermi. Făcând asta am avut o mare surpriză: fluxul de radiații gamma este mai mare decât cel prevăzut teoretic. Nimeni nu cunoaște deocamdată care este sursa acestui dezechilibru, dar cea mai bună explicație de până acum ar fi materia întunecată, prezisă de modelele teoretice. Bănuim că ea se găsește în centrul galaxiei noastre și dacă ținem seama de cantitatea de materie întunecată prezisă de modelele actuale și de interacțiile dintre particulele neutralino prevăzute de teorie, am obține [în total] exact valoarea observată a fluxului de radiații gamma. Totuși există o îngrijorare: acesta este cel mai bun model de care dispunem acum, dar el nu reprezintă singura explicație posibilă. În prezent nu avem nici o dovadă clară că acesta este modelul corect. Este doar cel mai bun indiciu pentru materia întunecată: o particulă prezisă de modelul supersimetriei ale cărei urme le găsim în centrul galaxiei.
Acceleratorul de la Geneva ar putea avea o contribuție la detectarea materiei întunecate?
Silk: Cu ajutorul LHC-ului se poate căuta materia întunecată, dar până în prezent nu s-a descoperit nimic. La LHC sunt ciocniți protoni la viteze foarte mari. În principiu, în urma ciocnirilor rezultă particule de materie și, eventual, foarte rar, particule nedetectabile de materie întunecată, invizibile. Cum am putea detecta aceste particule invizibile? Le putem „vedea” deoarece, conform unui principiu clasic din fizică, impulsul se conservă. Calculând impulsul particulelor care se ciocnesc și pe cel al particulelor rezultate în urma ciocnirii am putea constata un dezechilibru. Acest dezechilibru ar putea fi atribuit prezenței unui jet de particule invizibile care ar fi alcătuit din particule de materie întunecată rezultate în urma coliziunilor. Astfel, acest dezechilibru ar putea fi o dovadă pentru existența materiei întunecate. Până acum așa ceva nu a fost observat, dar sunt optimist, experimentul de la Geneva se desfășoară în continuare.
Cum a influențat materia întunecată apariția primelor stele în Univers?
Silk: La început, materia întunecată reprezenta doar o altă formă de materie. La începutul Big Bang-ului particulele de materie întunecată se deplasau cu viteze relativiste, apropiate de cea a luminii. Apoi, pe măsură ce Universul se răcea, deoarece aceste particule aveau masă, ele au încetinit și au început să aibă o contribuție tot mai mică la energia cinetică totală a Universului. Deoarece densitatea de radiații din Univers a scăzut tot mai mult, materia întunecată a încetinit în continuare începând să domine Universul în ceea ce privește densitatea. Desigur, exista și materie obișnuită, care contribuia la densitatea Universului, dar materia întunecată era mult mai abundentă în raport cu materia obișnuită. Au apărut și mici fluctuații de densitate, regiuni în care densitatea era mai mare față de altele, în care densitatea era mai scăzută. Au apărut „nori” din materie întunecată, iar aceștia erau suficient de mari pentru a forma halourile din materie întunecată, pe care astăzi le vedem în jurul galaxiilor. În centrul acestor halouri, sub acțiunea gravitației, singura forță prin care materia întunecată interacționează cu materia obișnuită, au început să apară ”condensări” de materie din care au apărut stelele. Halourile de materie întunecată au fost ”rezervoare de gravitație” care au ajutat la apariția primelor stele. Acesta ar fi scenariul general al apariției primelor stele.
Materia întunecată va influența viitorul Universului?
Silk: Materia întunecată nu influențează viitorul Universului. Evoluția, expansiunea viitoare a Universului este influențată de către energia întunecată. Universul se va extinde pentru totdeauna, indiferent de natura materiei întunecate.
Acum ieșim din zona materiei întunecate. Aș vrea să comentați anunțul făcut pe 17 martie 2014 de către echipa BICEP2, referitor la detectarea undelor gravitaționale primordiale. Ce părere aveți de spectacolul mediatic din jurul acestui anunț?
Silk: Dacă datele sunt corecte, dacă rezultatele științifice sunt corecte, atunci ne aflăm în fața unui mare rezultat în domeniul cosmologiei, iar anunțul prin presă este potrivit. Vreau să explic importanța acestui rezultat. Undele gravitaționale produse la începutul Universului, imediat după [perioada] numită inflație, sunt singura cale pentru a observa acele momente. Fondul cosmologic de radiații, cea mai veche lumină pe care o putem observa, ne arată Universul așa cum era la 380.000 de ani după Big Bang. Dintr-o dată avem un nou mod de a vedea Universul, deoarece undele gravitaționale pot străbate materia incredibil de densă de la începutul Universului, până la 10 la puterea minus 35 secunde după Big Bang. Este un moment extrem de important pentru cunoașterea umană. Din păcate avem o mare problemă cu acest experiment, iar anunțul a fost făcut un pic prematur. Atunci când s-a făcut anunțul, s-a plecat de la ideea că au fost eliminați factorii care ar fi putut contamina măsurătorile, cum ar fi praful din Calea Lactee. Datele cu privire la praful interstelar ar fi trebuit să fie furnizate de către alți cercetători, dar cei de la BICEP2 s-au grăbit și au folosit date încă nepublicate. Mai mult decât atât, au folosit date prezentate la o conferință, deci nici măcar nu au folosit datele originale. Din acest motiv au fost criticați aspru în ultimele luni. Datele pe care le-au folosit ar putea introduce erori, putând exista o contribuție mult mai mare, decât s-a luat în calcul, a prafului din galaxia noastră, astfel încât ar putea fi vorba despre un semnal fals și să nu mai putem fi siguri că acesta provine de la începutul Universului. Este prea devreme să spunem că semnalul BICEP2 a fost interpretat corect sau nu.
Puteți evalua momentul în care vom ști că BICEP 2 a detectat cu adevărat undele gravitaționale primordiale?
Silk: Există mai multe experimente care ne vor putea arăta dacă semnalul obținut de BICEP2 a fost, sau nu, identificat corect. Primul dintre ele este telescopul spațial Planck. BICEP2 a efectuat măsurători pe o singură frecvență, dar pentru a determina mai bine influența prafului din galaxie asupra măsurătorilor este nevoie de măsurători pe mai multe frecvențe. Telescopul spațial Planck face asemenea măsurători și, peste câteva luni vom avea informații mai bune asupra prafului din galaxie. Un alt experiment va fi lansat cu ajutorul unui balon în decembrie. Balonul va sta la mare înălțime timp de câteva săptămâni și va folosi aceleași metode ca BICEP2. Există și alte experimente, amplasate pe sol. Unul la Polul Sud, unul în Chile, în deșertul Atacama. Și, în final, echipa BICEP2 desfășoară un alt program de măsurători, folosind instrumentul Keck Array, cu ajutorul căruia se colectează date pe două frecvențe diferite. Așa cum vedeți, există mai multe experimente care vor putea ajuta la lămurirea problemelor legate de undele gravitaționale primordiale.
Să trecem într-o altă zonă: se vorbește despre așa-numitul principiu antropic. Ce credeți: principiul antropic ține de filosofie sau de știință?
Silk: Aș putea spune că ține de domeniul filosofiei. Spun asta deoarece principiul antropic a fost introdus pentru a explica observații pe care nu le putem înțelege altfel. Acest principiu afirmă că parametri fundamentali ai Universului sunt compatibili cu apariția observatorilor într-un anumit stadiu de evoluție al acestuia. Fizicienii ar putea contracara spunând că, deocamdată, nu avem o teorie mai bună. Îndată ce vom avea o teorie a gravitației cuantice, sau o teorie echivalentă, vom putea explica aceste paradoxuri. Poate că atunci vom asista la un salt, ca atunci când s-a înțeles că grecii se înșelau atunci când considerau că planetele se mișcă pe niște sfere de cristal, la fel cum Kepler care a elaborat un model al Sistemului Solar bazat pe corpurile platonice. Toate aceste idei, care adânc înrădăcinate, sunt acum de domeniul istoriei științei. Este posibil ca și noi să trecem printr-o criză de idei similară și încercăm să folosim principiul antropic în așteptarea unei teorii mai bune. Bineînțeles, asta este opinia mea.
În același context, se vorbește mult despre „fine tuning”, despre acel „reglaj foarte fin” al constantelor fundamentale ale Universului. Puteți detalia acest concept?
Silk: În primul rând, este vorba doar despre o singură constantă fundamentală care pune probleme. Este adevărat, există mai multe constante, mai mulți parametri, despre care credem că sunt „fine tuned”. Dar pentru ele există o marjă mai mare de variație posibilă pentru ca Universul să fie locuibil. Altfel spus, ele sunt „reglate” mai grosier. Ar fi cu adevărat o problemă, dacă marja lor de variație ar fi mai fină, de exemplu, dacă ea ar fi 1/10 sau 1/100 sau 1/1000. Având o marjă mai mare de variație, este ca și cum am da la zaruri, odată și odată o să iasă valoarea potrivită. Singura problemă reală este constanta cosmologică. Ea este fin reglată, cu o precizie egală cu o parte din zece la puterea minus 120. Din punctul de vedere al teoriei stringurilor, se nasc Universuri cu toate valorile posibile ale constantei cosmologice. Faptul că noi măsurăm o valoare extrem de mică a constantei cosmologice implică un nivel foarte înalt de „fine tuning”. Asta înseamnă că Universul nostru îndeplinește niște condiții foarte speciale. Din punctul meu de vedere, aceasta este o problemă care ține de condițiile inițiale ale Universului. Nu cred că problema „fine tuning” este pusă corect, deoarece în absența unei teorii cuantice a gravitației nu putem înțelege condițiile inițiale ale Universului. Încă nu cunoaștem toate stările inițiale ale Universului, deci această problemă, deocamdată, nu are sens.
Este la modă teoria Multiversului. Puteți să o comentați un pic?
Silk: Teoria Multiversului este o altă cale pentru a scăpa de probleme „fine tuning”-ului. Din păcate această teorie este netestabilă, deci nu este cu adevărat o teorie științifică. Prin definiție, nu putem observa un al Univers. Putem imagina diferite Universuri dar, pentru mine, aceasta nu este știință.
Cum vedeți viitorul cosmologiei?
Silk: Avem de gând să construim telescoape din ce în ce mai mari. De exemplu, radiotelescopul SKA va avea o suprafață de o mie de kilometri pătrați. Va fi extrem de important pentru cosmologie. În următorii ani vom avea noi telescoape amplasate în spațiu. Ideea de plecare este construirea de telescoape din ce în ce mai mari și de a explora Universul pe cât mai multe domenii de frecvență ale undelor electromagnetice (adio, infraroșu, optic, X, gamma etc.). Cu telescoapele actuale nu putem vedea mai departe de epoca marilor galaxii, când Universul nostru era de aproximativ 6-7 ori mai mic decât Universul actual. În principiu nimic nu ne oprește să vedem mai departe, de exemplu, să vedem primele stele din Univers. Exploziile acestor stele au generat fluxuri de radiații gamma care pot fi observate. Dar avem nevoie de telescoape mult mai mari, pentru a observa Universul la câteva milioane, până la un miliard de ani, după Big Bang, care este epoca primelor stele. Universul avea atunci circa 1% din dimensiunea actuală. Este posibil să observăm și perioada imediat premergătoare primelor stele, așa numita „dark age”, epoca întunecată, când în Univers erau numai nori de gaz. Putem face acest lucru, deoarece aceștia sunt mai reci decât fondul cosmologic de radiații. Îi putem observa ca pe niște umbre pe acest fond cosmologic de radiații. Acesta ar fi un progres uriaș față de ceea ce ne stă în putință acum. Toate aceste experimente ne vor duce din ce în ce mai aproape de Big Bang, care acum pentru noi este Necunoscutul.
