Cine a hotărât cum să arate Universul?

Diac. Adrian Sorin Mihalache, 03 Noiembrie 2007

Soarele pe care îl vedem strălucind în timpul zilei pare a fi singurul astru de pe cer. Seara, însă, încep să apară, rând pe rând, tot mai multe stele. Într-o noapte senină de vară, putem vedea că numărul aştrilor este considerabil. Cineva cu ochi buni poate distinge pe bolta cerească câteva mii de stele, iar operaţia de numărare şi catalogare devine deja o întreprindere dificilă. Însă observaţiile precise, făcute prin intermediul telescoapelor, ne-au arătat că imensitatea Universului începe să se întindă abia dincolo de ceea ce noi putem vedea cu ochiul liber.

Soarele nostru este amplasat într-o galaxie, Calea Lactee. Potrivit estimărilor, în galaxia noastră sunt peste 100 de miliarde de stele. Cu anevoie este să ne închipuim cât de mare este acest număr! Experienţa noastră zilnică nu ne oferă sugestii despre astfel de numere. Putem să ne închipuim cât de cât un număr asemănător, dacă ne gândim că un om în vârstă de 30 de ani, încă nu a trăit 1 miliard de secunde! Aşadar, ca să numărăm doar un miliard de stele din galaxia noastră, ne-ar trebui mai bine de 30 de ani! Dar stelele din galaxia noastră nu sunt un miliard, ci mai mult de 100 de miliarde...

Galaxia noastră nu este singura din Univers. Puterea telescoapelor cu care se scrutează adâncul cerului a crescut tot mi mult, dezvăluind tot mai multe galaxii. Telescopul Hubble, plasat pe orbită terestră, vede cel mai adânc în Univers. Semnalele luminoase ce provin de la corpurile îndepărtate nu mai sunt diminuate de straturile atmosferei terestre, cum se întâmplă în cazul telescoapelor de la sol. Din acest motiv, cele mai bune estimări privind dimensiunile Universului s-au putut face pe baza imaginilor receptate de Hubble. Potrivit acestor estimări, în Univers sunt peste 125 de miliarde de galaxii.

Aşadar, cam câte stele sunt în galaxia noastră, cam tot atâtea galaxii pare să aibă Universul. Prin urmare, în Univers ar putea fi peste 100 de miliarde de miliarde de stele!

Cât de greu este Universul

Pământul nostru imens, este un grăunte minuscul şi preţios de viaţă în comparaţie cu un Soare de 300.000 de ori mai mare decât el. Dar galaxia noastră, în cele o sută de miliarde de stele câte are, posedă mulţi aştri de sute de ori mai mari şi mai grei decât soarele nostru... Masa totală a unei galaxii este imesă, adunând miliarde de corpuri gigantice. Dar dacă ar fi să ne închipuim masele care sunt depozitate în toate aceste aglomerări gigantice de stele şi galaxii din întreg Universul? Câtă materie s-ar aduna? Pe bună dreptate, am putea să ne considerăm copleşiţi...

Estimarea cantităţii de materie în Univers este una dintre sarcinile cele mai dificile ale cosmologiei actuale, mai ales în condiţiile în care alături de materia cunoscută, există antimaterie, materie întunecată, găuri negre şi energie întunecată. Contribuţiile acestora la densitatea de masă a Universului pot fi cel mult aproximate, însă nu vor fi niciodată cunoscute în mod exact.

Cine umflă Universul

Mulţi cercetători consideră că cea mai mare descoperire a secolului XX este una legată de acest imens: giganticul nostru Univers se mişcă! Paradigma Universului static şi etern, la care au subscris nenumăraţi filosofi şi oameni de ştiinţă de-a lungul mai multor secole, a fost schimbată profund de fizica secolului XX. Date şi măsuratori experimentale au confirmat de-a lungul ultimelor 8 decenii că Universul nostru este expansiune! El creşte cu fiecare zi, devenind tot mai mare. Cu fiecare miliard de ani care trece, Universul nostru este mai mare cu 5-10%. Iar expansiunea acestui imens număr de galaxii, însumând miliarde de stele cu mase enorme, se petrece din zorii lumii, fără întrerupere!

De unde această imensă putere de expansiune, care nu s-a epuizat nici după 14 miliarde de ani? Energia care păstrează în expansiune acest gigant copleşitor trebuie să fie inimaginabilă! Cosmologia actuală explică expansiunea Universului prin ceea ce este numit în mod curent Big Bang. Aşa cum în orice explozie, fragmentele unui obiect se îndepărtează cu repeziciune unele de altele, la fel, galaxiile se îndepărtează unele de altele în toate direcţiile, după Big Bang. (Evităm aici subiectul, de altfel important, că Big Bangul nu este o explozie propriu-zisă, întrucât nu doar materia a apărut atunci, ci şi spaţiul însuşi. Trebuie de asemenea, menţionat că, privit la scară mică, în Univers există porţiuni unde unele galaxii se apropie unele de altele. Evităm însă şi aceste detalii.) Ceea ce dorim să subliniem aici este faptul că explozia care a dat naştere Universului continuă şi azi. S-ar putea spune că ea nu s-a încheiat, întrucât „fragmentele“ de pe urma ei, miliardele de galaxii, se depărtează încă unele de altele. Iar cosmologia actuală mai afirmă ceva important cu referire la expansiune. Ea a permis suficienta rarefiere a materiei, făcând posibilă construcţia galaxiilor prin ceea ce este numit procesul de acreţie, strângerea gazului în nori, rotirea lor continuă, aglomerarea particulelor de gaz în nori mai mici, care dau naştere stelelor şi celorlalte corpuri cereşti.

Din acest motiv, expansiunea este esenţială pentru felul în care arată Universul nostru astăzi. Fără această caracteristică, nici Calea Lactee, nici Soarele şi nici Pământul nostru nu ar fi fost posibile.

Miraculoasa gravitaţie

În Univers însă, există gravitaţie. Iar aceasta este o forţă atractivă, ce tinde să strângă laolaltă, să adune materia, nicidecum să o disperseze. Cosmologia explică formarea galaxiilor sau a sistemelor asemănătoare sistemului Solar, prin aglomerarea gravitaţională. De fapt, toată arhitectura Universului, cu diversele forme de galaxii, găuri negre sau sori, planetele şi traiectoriile lor eliptice, toate sunt determinate în bună parte de gravitaţie.

Fiind atât de mult populat cu sori şi galaxii, ce însumează mase gigantice, Universul aflat în expansiune tinde, în acelaşi timp, să fie strâns de gravitaţie. Aceasta se opune expansiunii lui (determinată de impulsul exploziei numite Big Bang). Raportul dintre cele două forţe (impulsul iniţial, care îl umflă, şi gravitaţia, care tinde să îl comprime, aglomerând materia) este esenţial în evoluţia Universului. Unele calcule arată că, dacă densitatea de masă a Universului ar fi depăşit cu puţin valoarea actuală, atunci gravitaţia ar fi fost mai puternică decât impulsul Big Bang-ului. În acest caz, Universul nu s-ar mai fi extins atât de mult timp. Cu alte cuvinte, dacă stelele, planetele sau galaxiile ar fi fost mai multe, sau dacă materia întunecată ar fi fost mai multă, foarte probabil că expansiunea Universului nostru s-ar fi oprit de mult timp. Pe cât de mare ar fi fost masa totală a Universului, pe atâta de scurtă i-ar fi fost expanisunea lui. Or, aceasta ar fi însemnat că nici galaxia noastră, nici celelalte nu ar fi fost posibile, pentru că oprit prea devreme din expansiune, el s-ar fi comprimat rapid, până la o densitate nedefinit de mare. Pe de altă parte, dacă densitatea Universului ar fi fost mai mică, expansiunea lui ar fi fost prea rapidă, diminuând şansele gravitaţiei de a strânge materia în nori protogalactici care să permită formarea galaxiilor, stelelor şi a celorlalte corpuri cereşti.

Detalii minuscule într-un proiect gigantic

Am afirmat deja că estimarea cantităţii de materie din Univers este dificilă. Ea poate fi cel mult aproximată, însă foarte probabil, nu va fi niciodată cunoscută în mod precis. Cu alte cuvinte, este greu de estimat cât de intensă este forţa care tinde să frâneze expansinea Universului. De asemenea, este greu de estimat puterea exploziei iniţiale, de la momentul Big Bang, pentru a se putea aproxima cât de tare împinge ea astăzi Universul în expansiune. Un fapt este însă remarcabil: după mai bine de 14 miliarde de ani, expansiunea nu s-a oprit, şi nici nu a fost foarte rapidă. În confruntarea celor două tendinţe, de expansiune şi respectiv de contracţie, nu a câştigat, în mod categoric, nici una. Raportul lor este foarte apropiat de valoarea unu! Este evident că puterea exploziei iniţiale, forţa cu care ea continuă să împingă Universul în expansiune, şi forţa gravitaţională care tinde să strângă materia la un loc au fost foarte bine alese. Atât cât să asigure evitarea colapsului prematur, dar şi expansiunea lui rapidă. Doar raportul foarte exact dintre impulsul iniţial şi densitatea totală a permis lumea în care trăim. Potrivit calculelor, acest raport, datorită căruia Universul este aşa cum îl vedem astăzi, este este dimensionat cu o precizie de o parte la 1060. Asta ar însemna că „aceeaşi precizie ar trebui să aibă un trăgător de tir, care ar vrea să nimerească cu o puşcă o monedă şcu diametru de 2,5 centimetriţ aflată la marginea Universului observabil, la circa 15 miliarde de ani-lumină“.

Naşterea galaxiilor, programată cu miliarde de ani mai devreme

Plecând de la o explozie ca cea considerată a fi existat la Big Bang, Universul ar fi trebuit să aibă mai degrabă un aspect omogen. Ar fi trebuit să fie mult mai probabilă distribuţia uniformă a materiei, exact ca în cazul unei incinte cu praf. Totuşi, la o scară bine aleasă, Universul, nu arată deloc omogen. Materia nu e distribuită ca vaporii dintr-un nor. Universul nu are aspectul unei incinte cu praf (materie) uniform distribuit. El prezintă peste tot neregularităţi, existând zone cu mari aglomerări de materie (galaxiile), dar şi porţiuni extrem de largi, în care densitatea materiei este foarte aproape de vidul absolut, cum ar fi spaţiile intergalactice. La fel, la scară mai mică există mari aglomerări de materie în corpuri cereşti, precum stelele sau planetele.

Cercetătorii s-au întrebat cu privire la originea acestor neregularităţi care au permis formarea galaxiilor. De unde provin ele? Cum a fost posibil ca materia să se organizeze în aceste formaţiuni de diverse mărimi, care să poată da naştere stelelor şi planetelor? Ei au arătat că răspunsul la această întrebare vizează condiţii foarte apropiate momentului iniţial (Big Bang). Pentru că o dată ajuns omogen, Universul nu mai putea să-şi dobândească statutul de operă de artă, cu forme stelare sau galactice... Dacă undeva în trecut, Universului ar fi atins statutul de omogenitate la care ne-am referit, atunci cu siguranţă nu ar fi existat vreun motiv ca el să îşi schimbe structura, pentru a deveni ceea ce este astăzi. Aceasta din cauză că galaxiile şi celelalte formaţiuni se nasc tocmai în puncte sau zone unde există neomogenitate.

Neregularitatea care a determinat diversitatea

Cum a ajuns Universul nostru să arate aşa? Care au fost cauzele ce au determinat formarea şi mărimea galaxiilor? Care a fost forma condiţiilor speciale de la începutul Universului şi în ce mod aceste trăsături sunt condiţionate de procese fizice din trecutul recent? Unii autori consideră acestea ca fiind unele din remarcabilele probleme ale cosmologiei. Teoriile afirmă că, la început, în primele fracţiuni infime de timp ce au urmat Big Bang-ului, au existat unele fluctuaţii (sau neregularităţi), în forma unor turbulenţe, care au marcat definitiv distribuţia ulterioară a materiei în spaţiu.

S-ar putea obiecta, în grabă, faptul că aceste mici neregularităţi nu pot avea efecte pe o perioadă atât de lungă (de ordinul zecilor de miliarde de ani), cu atât mai mult cu cât sunt luate în consideraţie şi dimensiunile enorme ale galaxiilor. Însă fizicienii ştiu bine că timpul şi gravitaţia păstrează şi amplifică aceste neregularităţi. Însă, „(...) chiar şi cea mai mică neregularitate, în fazele primare, schimbă total lucrurile, deoarece diferenţele de densitate se amplifică în timpul expansiunii. Orice porţiune un pic mai densă decât media e încetinită mai mult, deoarece simte o gravitaţie suplimentară; dilatarea ei rămâne tot mai mult în urma dilatării unei regiuni medii. (...) Gravitaţia amplifică micile «ondulaţii» ale unui glob de foc aproape amorf, mărind diferenţele de temperatură până când regiunile ultradense se opresc din expansiune şi se condensează în structuri ţinute laolaltă prin efectul gravitaţiei“.

Estimări ameţitoare

Estimările arată că valoarea fluctuaţiilor iniţiale (care a primit notaţia Q) este de ordinul ordinul 0,00001(!) iar modelul inflaţionar apreciază că ele au avut loc la momentul 10-35 secunde după Big Bang! Aşadar, potrivit acestui rezultat, structura Universului s-a hotârât în timpul unor procese care au avut loc la o scară de timp şi la dimensiuni inimaginabil mai mici!

Cu cât valoarea lui Q scade, şansele de formare a galaxiilor, şi chiar a stelelor, sunt din ce în ce mai mici. Dimpotrivă, în situaţia când valoarea lui Q este prea mare, galaxiile şi aglomerările lor devin medii ostile vieţii, întrucât evenimentele cosmice antenează enorme cantităţi de materie, fiind violente şi reprezintă, în acest fel, o sursă de perturbaţii foarte puternice pentru ambientul oricărei planete.

Ştiinţa, un argument în favoarea religiei

Cu toate rezultatele semnificative obţinute până acum, teoria nu lămureşte pe deplin cauzele care au determinat apariţia acestor fluctuaţii. Dificultăţile persistă, întrucât producerea fluctuaţiilor se situează foarte aproape de momentul Big Bang, un punct cu caracteristici speciale, pentru a cărui descriere nu este suficient de bună nici o teorie fizică actuală.

Caracteristicile Universului par că au fost stabilite chiar foarte precis şi foarte devreme în istoria lui. Neregularităţile iniţiale au avut repercusiuni fundamentale asupra structurii materiei, însă aceste procese s-au petrecut foarte aproape de momentul iniţial al Big Bang-ului, când Universul avea dimensiunile unui proton. Nu doar că explozia şi evoluţia Universului nu au fost întâmplătoare. Mai mult chiar, toate aceste date sugerează că explozia şi evoluţia lui s-au desfăşurat după ceva asemănător unui plan.

Revine aşadar întrebarea: Din multitudinea de Universuri posibile (evidenţiate desigur doar teoretic), cum oare a fost ales Universul nostru? „Se pare că există un singur răspuns posibil la această întrebare. Ceva extern (s.n.) Universului a făcut alegerea. Dacă aşa stau lucrurile, atunci am ajuns exact în punctul în care (...) va fi raţional să folosim ştiinţa ca un argument în favoarea religiei“.5

1. Steven Weimberg, Primele trei minute ale Universului. Un punct de vedere modern asupra originii Universului, 1984, p. 51;

2. Cecil Folescu, Din enigmele microcosmosului, Editura Albatros, Bucureşti, 1986, p. 95;

3. Martin Rees, Numerical Coincidences and „Tuning“ in Cosmology, în Astrophysics and Space Science, 285, Kluwer Academic Publisher Netherlands, 2003, p. 378;

4. Până acum, acest scenariu despre felul în care s-a dilatat Universul în primele momente rămâne doar la stadiul de teorie bună. John D. Barrow, Originea universului, Editura Humanitas, Bucureşti, 1994, p. 93.

5. Lee Smolin, Spaţiu, Timp, Univers, Trei drumuri către gravitaţia cuantică, Editura Humanitas, Bucureşti, 2002, 235


Lasa un comentariu

Arhivă ediții

Contactează-ne!