Universul din nimic

Lawrence M. Krauss
Universul din nimic
Editura Trei, 2013
Traducere din engleză de Constantin Dumitru-Palcus

Citiţi prefaţa acestei cărţi.

*****
Capitolul 1. Un roman poliţist cosmic: începuturile

Misterul iniţial care însoţeşte orice călătorie este: cum a ajuns de fapt călătorul la punctul de pornire?
(Louise Bogan, Journey Around My Room)

Era o noapte întunecată şi furtunoasă.

La începutul lui 1916, Albert Einstein tocmai îşi terminase cea mai mare operă a vieţii sale, rezultatul unui deceniu de eforturi intelectuale intense dedicate dezvoltării unei noi teorii a gravitaţiei, pe care a denumit-o teoria generală a gravitaţiei. Totuşi, aceasta nu era doar o nouă teorie a gravitaţiei, fiind în acelaşi timp şi o nouă teorie a spaţiului şi a timpului. Şi a fost prima teorie ştiinţifică cu ajutorul căreia se putea explica nu doar cum se deplasează obiectele prin univers, ci şi cum ar putea să evolueze universul însuşi.

Exista însă un singur impediment. Când Einstein a început să-şi aplice teoria la descrierea universului ca întreg, a devenit limpede că aceasta nu descria universul în care aparent trăim.

Acum, după aproape o sută de ani, este greu să apreciem pe deplin cât de mult s-a schimbat imaginea noastră despre univers în intervalul de timp al unei vieţi de om. În perspectiva comunităţii ştiinţifice din 1917, universul era static şi etern şi consta dintr-o singură galaxie, Calea Lactee, înconjurată de un spaţiu vast, infinit, întunecat şi gol. La urma urmelor, asta ar fi ceea ce ai putea să deduci uitându-te la cerul nopţii cu ochiul liber sau cu un telescop mic, totodată existând puţine motive să bănuieşti altceva.

În teoria lui Einstein, ca şi în teoria gravitaţională anterioară a lui Newton, gravitaţia este o forţă de atracţie pură care se manifestă între toate obiectele.

Aceasta înseamnă că este imposibil să avem un set de mase localizate în spaţiu şi care să se afle în stare de repaus veşnic.

Atracţia gravitaţională reciprocă le va face în cele din urmă să colapseze spre interior, în dezacord manifest cu ideea de univers aparent static.

Faptul că relativitatea generalizată a lui Einstein nu părea compatibilă cu imaginea de atunci a universului a fost pentru el o lovitură mai puternică decât vă puteţi imagina, din motive care îmi îngăduie să mă dispensez de un mit legat de Einstein şi a sa relativitate generală, care întotdeauna m-a sâcâit. Se presupune în general că Einstein a lucrat izolat, într-o cameră închisă, ani de-a rândul, folosindu-se doar de raţiune şi de gândire pură, obţinând în final o teorie minunată, independentă de realitate (poate la fel ca unii dintre susţinătorii teoriei corzilor din zilele noastre!). Cu toate acestea, nimic nu este mai departe de adevăr.

Einstein a fost întotdeauna călăuzit la modul profund de experimente şi observaţii. Deşi a efectuat multe "experimente mentale" şi a trudit vreme de peste un deceniu, a învăţat matematicile noi şi a urmat numeroase indicii teoretice false în tot acest proces înainte de a produce în cele din urmă o teorie care era, într-adevăr, frumoasă din punct de vedere matematic. Totuşi, cel mai important moment în stabilirea poveştii lui de dragoste cu relativitatea generală a avut de-a face cu observaţia. În ultimele săptămâni febrile în care-şi definitiva teoria, concurând cu matematicianul german David Hilbert, el şi-a folosit ecuaţiile pentru a calcula predicţia unui fenomen astrofizic, care, altfel, poate părea obscur: o uşoară precesie la "periheliul" (punctul de maximă apropiere) orbitei lui Mercur în jurul Soarelui.

Astronomii observaseră de mult că orbita lui Mercur se abătea uşor de la cea prezisă de Newton. În loc să fie o elipsă perfectă care să revină în punctul de plecare, orbita lui Mercur avea o abatere datorată precesiei (ceea ce înseamnă că planeta nu revine exact în acelaşi punct după efectuarea unei revoluţii orbitale, orientarea elipsei modificându-se uşor după fiecare parcurs complet, descriind în cele din urmă un fel de model în spirală) cu o cantitate extrem de mică: 43 de secunde de arc (cam o sutime de grad) pe secol.

Când Einstein a efectuat calculele privind orbita folosindu-se de teoria relativităţii generale, a obţinut exact rezultatul scontat. După cum scrie un biograf al lui Einstein, Abraham Pais: "Această descoperire a fost, după părerea mea, de departe cea mai puternică trăire emoţională din viaţa de om de ştiinţă a lui Einstein, poate chiar din întreaga lui viaţă". A spus că a avut palpitaţii la inimă, de parcă "ceva ar fi plesnit" înăuntru. O lună mai târziu, când şi-a descris teoria unui prieten, spunând despre ea că este de o "frumuseţe incomparabilă", plăcerea lui faţă de forma matematică era, într-adevăr, vădită, dar nu au fost raportate niciun fel de palpitaţii.

Dezacordul aparent dintre relativitatea generală şi observaţia cu privire la posibilitatea unui univers static nu a durat mult totuşi. (Cu toate că l-a determinat pe Einstein să introducă o modificare în teorie, pe care ulterior a numit-o cea mai mare gafă a sa. Dar vom discuta mai departe în detaliu despre asta.) Toată lumea (exceptând anumite comitete de conducere ale unor şcoli din Statele Unite ale Americii) ştie acum că universul nu este static, ci se extinde, iar expansiunea a pornit de la un Big Bang incredibil de fierbinte şi de dens, cu aproximativ 13,72 miliarde de ani în urmă. La fel de important este faptul că ştim că galaxia noastră este doar una dintre cele probabil 400 de miliarde de galaxii din universul observabil. Suntem la fel ca primii cartografi tereştri, când abia începem să desenăm harta universului la scara sa cea mai mare. Aşa că nu e de mirare că ultimele decenii au adus schimbări revoluţionare în imaginea noastră asupra universului.

Descoperirea că universul nu este static, ci mai degrabă în expansiune, are o profundă importanţă pe plan filosofic şi religios, deoarece sugerează că universul nostru a avut un început. Un început înseamnă creaţie, iar creaţia stârneşte emoţii. Deşi a fost nevoie de câteva decenii, după descoperirea din 1929 a faptului că universul nostru se află în expansiune, pentru ca ideea de Big Bang să capete o confirmare empirică independentă, Papa Pius al XII-lea a anunţat-o în 1951 ca pe o dovadă în sprijinul Genezei:

S-ar părea că ştiinţa din zilele noastre, dintr-un singur salt înapoi în timp, peste secole, a reuşit să fie martoră la momentul august al primordialului Fiat Lux [Să fie lumină], când, împreună cu materia, a răbufnit din nimic o mare de lumină şi de radiaţie, iar elementele s-au divizat şi s-au învolburat, alcătuind milioane de galaxii. Astfel, cu acea concreteţe caracteristică dovezilor fizice, [ştiinţa] a confirmat contingenţa universului şi totodată bine fundamentata concluzie cu privire la epoca în care lumea a luat naştere din mâinile Creatorului. Prin urmare, creaţia a avut loc. Noi spunem: "Prin urmare, există un Creator. Prin urmare, Dumnezeu există!"

De fapt, întreaga poveste este ceva mai interesantă. Prima persoană care a propus ipoteza Big Bang a fost un preot şi fizician belgian pe nume Georges Lemaître. Lamaître era o combinaţie remarcabilă de competenţe. Şi-a început studiile ca inginer, a fost artilerist decorat în Primul Război Mondial, apoi a trecut la matematici, când a început studiile teologice la începutul anilor 1920. Şi-a mutat apoi sfera de interes asupra cosmologiei, studiind mai întâi cu celebrul astrofizician britanic Sir Arthur Stanley Eddington, înainte de a pleca la Harvard, pentru ca ulterior să îşi ia al doilea doctorat, în fizică la MIT.

În 1927, înainte de a-şi lua al doilea doctorat, Lemaître a rezolvat ecuaţiile lui Einstein pentru relativitatea generalizată şi a demonstrat că teoria prezice un univers non-static şi că, de fapt, sugerează că universul în care trăim se află în expansiune. Ideea a părut atât de scandaloasă încât Einstein însuşi a obiectat în stilu-i colorat: "Matematica dumitale este corectă, dar interpretarea fizică este abominabilă".

Cu toate acestea, Lemaître a mers mai departe şi, în 1930, a propus ideea că universul nostru în expansiune a început, de fapt, ca un punct infinitezimal, pe care l-a numit "Atomul Primar", şi că acest început a reprezentat, probabil într-o aluzie la Geneză, o "Zi fără de ieri".

Astfel, Big Bangul, pe care l-a anunţat cu atâta fală Papa Pius, a fost prima oară propus de un preot. Ne-am aştepta ca Lemaître să fi fost emoţionat de această validare papală, dar el deja se dispensase în mintea sa de ideea conform căreia această teorie ştiinţifică ar avea consecinţe teologice şi, în cele din urmă, îndepărtase din ciorna articolului său publicat în 1931 paragraful care remarca tocmai acest aspect.

La drept vorbind, Lemaître şi-a exprimat obiecţiile faţă de această adjudecare de către papă a dovezii Creaţiei via Big Bang (nu mai puţin şi pentru că şi-a dat seama că, dacă teoria sa avea să se dovedească ulterior incorectă, atunci ar putea fi contestate şi pretenţiile romano-catolicilor vizavi de Geneză). Între timp, fusese ales în Academia Pontificală a Vaticanului, instituţie al cărei preşedinte avea să devină ulterior. Aşa cum s-a exprimat:

"După părerea mea, o astfel de teorie rămâne întru totul în afara oricărei interpretări metafizice sau religioase". Iar papa nu a mai vorbit niciodată în public despre acest subiect.

O lecţie preţioasă se desprinde de aici. După cum a recunoscut Lemaître, dacă Big Bangul a avut sau nu loc este o chestiune ştiinţifică, nu una teologică. Mai mult, chiar dacă Big Bangul a avut loc (lucru confirmat acum în mod covârşitor de toate dovezile), putem alege să interpretăm acest eveniment în diferite moduri, în funcţie de predilecţiile noastre religioase sau metafizice. Poţi alege să vezi în Big Bang dovada existenţei unui creator, dacă simţi nevoia, sau să argumentezi că aparatul matematic al relativităţii generale explică evoluţia universului până la începuturile sale, fără intervenţia vreunei divinităţi. Dar o astfel de speculaţie metafizică este independentă de valabilitatea fizică a Big Bangului însuşi şi irelevantă pentru înţelegerea de către noi a fenomenului. Desigur, pe măsură ce trecem dincolo de simpla existenţă a unui univers în expansiune pentru a înţelege principiile fizice care i-ar putea explica originea, ştiinţa poate arunca mai multă lumină asupra acestei speculaţii şi, după cum voi argumenta, chiar o face.

În orice caz, nici Lemaître, nici Papa Pius n-au convins comunitatea ştiinţifică de faptul că universul se află în expansiune. Ca în toate cazurile de ştiinţă adevărată, dovezile au venit ca urmare a unor observaţii minuţioase, făcute în acest caz de Edwin Hubble, care continuă să-mi dea o mare încredere în omenire, pentru că a început ca avocat şi apoi a devenit astronom.