O nouă revoluţie în ştiinţa despre Univers?

O descoperire recentă sugerează faptul că multe dintre legile fizicii ar putea să nu fie valabile pretutindeni în Univers în forma lor cunoscută până acum. Observaţiile făcute de o echipă de cercetători de la Universitatea din New South Wales din Sydney (Australia) par să indice ceea ce ar putea fi o adevărată surpriză pentru fizica ultimului secol, anume că valorile constantelor fundamentale cunoscute în fizică ar fi diferite în regiunile îndepărtate din cosmos.

Fizica invocă adesea constante precum viteza luminii în vid (notată cu c), constanta gravitaţională (G) sau constanta lui Plank (h). Viteza luminii, de exemplu, reprezintă o constantă esenţială în abordarea fenomenelor fizice. În raport cu ea, de pildă, întreaga lume fizică este împărţită în două. Pe de o parte, fizica consideră "teritoriul" fenomenele în care intervin viteze comparabile cu cea a luminii, unde abordarea este relativistă. Aceasta presupune, între altele, faptul că dimensiunile corpurilor aflate în mişcare se contractă sau faptul că timpul se dilată! (chestiuni descrise de teoria relativităţii restrânse formulată de Albert Einstein). Pe de altă parte, fizica distinge şi "teritoriul" fenomenelor în care intervin viteze considerabil mai mici decât viteza de propagare a semnalului luminos, acestea fiind fenomenele ce corespund unui regim nerelativist, în care abordarea teoretică este cea obişnuită în descrierea clasică a mişcării.

Într-un mod asemănător, constanta lui Plank este o mărime ce caracterizează lumea microcosmosului, marcând şi ea o graniţă între "teritoriul" fizicii cuanticii şi macrocosmos. Fizica cuantică are în vedere particulele elementare ce alcătuiesc lucrurile şi sesizează caracterul discontinuu al fenomenelor fizice din "interstiţiile" spaţiului şi materiei, la dimensiuni foarte mici, în vreme ce reprezentările şi descrierile obişnuite ale materiei sau spaţiului, la niveluri mult mai mari în raport cu "borna" Plank, nu iau în nici un fel în consideraţie existenţa cuantelor şi a discontinuităţilor.

Tocmai pentru rolul pe care îl au, de "borne" teoretice în structurarea fenomenelor, constantele fundamentale sunt considerate esenţiale în descrierile ştiinţifice pe care le oferă fizica. Ele sunt "liniile de forţă" cu care fizicienii conturează "reprezentările" naturii înconjurătoare, ele marchează structura fizică a universului în care trăim, structurile micro- şi macrocosmosului.

Un rol esenţial pentru o "constantă" măruntă

Călăuziţi de teoria relativităţii restrânse formulată de Albert Einstein, lumea ştiinţifică a respins ideea că toate aceste constante ar putea varia în vreun fel. Descoperiri recente sugerează însă contrariul. În lista constantelor fundamentale, şi mai puţin cunoscută publicului larg, este şi constanta structurii fine ce caracterizează interacţiunea electromagnetică. Şi ea este o mărime esenţială a lumii microcosmosului. Mai întâi trebuie spus că, spre deosebire constanta c, care trimite la o valoare concretă a vitezei luminii, sau G - constanta gravitaţională, folosită de Newton şi mai apoi de Einstein în exprimarea atracţiei universale exercitată de corpurile înzestrate cu masă, constanta structurii fine este exprimată printr-o relaţie ce leagă mai multe constante fundamentale: sarcina electronului (e), constanta lui Plank (h) şi viteza luminii în vid (c), într-un anumit raport ce are o valoarea egală cu 1/137. Chiar dacă la prima vedere acest raport nu pare să spună nimic, el s-a dovedit a fi adânc imprimat în structura fizică a lumii în care trăim, fiind determinant în procesele ascunse ale microcosmosului. De exemplu, unele calcule arată că, ţinând seama de structura biochimică şi caracteristicile lumii vii, precum şi de proprietăţile fizice pe care trebuie să le aibă mediul ambiant favorabil vieţii, se poate spune că o altă valoare a acestei constante, mai mare cu patru procente decât cea actuală, ar face ca stelele să nu mai poată produce carbon - un element ce este esenţial pentru toate formele de viaţă, pentru mecanismele biochimice ce caracterizează lumea vie.

Pământul este situat într-o zonă privilegiată din cosmos

O echipă de cercetători de la Universitatea din New South Wales din Sydney (Australia) a analizat semnalele luminoase emise de quasari şi receptate pe Pământ prin intermediul Very Large Telescope (VLT, Chile). Ei au constatat că valoarea constantei de structură este diferită în unele regiuni ale cosmosului. După o serie de măsurători ce au vizat 300 de galaxii îndepărtate, cercetătorii au reuşit să strângă dovezi consistente în favoarea ideii că valoarea constantei de structură variază pe diferite direcţii în univers. Mai precis, datele existente sugerează că valoarea acestei "constante" era cu puţin mai mică la momentul emiterii luminii de către unii quasari îndepărtaţi, situaţi la 12 miliarde ani lumină, faţă de valoarea constantei de structură înregistrată în prezent, în laboratoarele de pe Pământ.

Implicaţiile acestei descoperiri pentru înţelegerea actuală a ştiinţei sunt profunde. Pe de o parte, s-ar putea înţelege de aici că legile fizicii, aşa cum le cunoaştem până acum, ar putea fi valabile doar local, ceea ce ar deschide o întreagă listă de probleme cu privire la forma în care ele ar trebui să arate în alte zone din cosmos. Pe de altă parte, descoperirea are şi o relevanţă într-un plan mai larg, ce priveşte modul în care omul se raportează la lumea în care trăieşte. Datele acestea indică faptul că Pământul este situat într-o regiune din Univers care favorizează existenţa vieţii, ce are o constantă a structurii fine adecvată condiţiilor necesare vieţii şi fiinţelor umane, chestiuni care nu mai sunt valabile în unele regiuni îndepărtate din cosmos.

Potrivit măsurătorilor făcute până acum, diferenţele între valorile constantelor de structură fină nu par să depăşească în mărime o parte din 100.000, în cea mai mare parte a universului observabil, însă cercetătorii cred că este posibil ca această constantă a structurii fine să înregistreze variaţii mai mari dincolo de orizontul universului observabil, în zone care nu pot fi receptate în nici un fel. Michael Murphy de la Universitatea Swinburne, coautor al acestei descoperiri, afirmă că, în cazul în care toate aceste rezultate se vor confirma, oamenii de stiinţă vor fi nevoiţi să regândească întregul mod de înţelegere a legilor naturii.

Creaţia nu şi-a istovit tainele

Cu toate descoperirile recente, proiectul ştiinţific de cuprindere a universului într-o descriere corectă, care să-i fixeze, fie şi în linii sumare, procesele şi fenomenele fizice, se află la început. În multe "locuri" din "şantierul cercetărilor" deschis de omenire în univers şi în lumea înconjurătoare stau ascunse rezultate care ar putea schimba semnificativ actualele teorii, care ar putea revoluţiona cunoaşterea ştiinţifică. Potenţialul de surprindere a lumii nu este nici pe departe epuizat. Bolta cerească, explorată neîntrerupt de secole, materia lumii disecată şi cercetată fără încetare în ultimele decenii, lumea înconjurătoare ascund multe surprize. Lumea fizică, surprinsă de căutările omeneşti, este departe de a-şi fi istovit tainele ei.

(Prelucrat după Laws of Physics May Vary Causing Stream of Galaxies to Move Towards Edge of the Universe, publicat în www.dailygalaxy.com, 24 decembrie 2010)