Spărgătorul de protoni de la Geneva

Cel mai complex, cel mai mare şi cel mai scump experiment ştiinţific din toate timpurile de la CERN. Large Hadron Collider - cel mai mare accelerator de particule - a adus fizica particulelor din laboratoarele de cercetare în stradă şi în presa cotidiană. Multe voci au apreciat încercarea temerară a oamenilor de ştiinţă de a pătrunde tainele Universului, altele au avertizat asupra unui posibil sfârşit al lumii. În miezul dezbaterilor aprinse a pătruns un subiect nou: ce rol are ştiinţa şi dacă toate aceste căutări ale omului sunt legitime. Unii aşteaptă acum răspunsuri la câteva dintre marile întrebări ale omenirii, alţii, un sfârşit iminent. Tema sfârşitului omenirii într-o gaură neagră şi dorinţa fizicienilor de a găsi „particula lui Dumnezeu“ au adus repede în câmpul discuţiilor religia şi teologia creştină. Care ar putea fi perspectiva teologiei creştine asupra acestor cercetări ştiinţifice? Sunt ele utile omului? Oare descoperirea „particulei lui Dumnezeu“ înseamnă dovedirea existenţei Lui? Este relevantă această cercetare pentru viaţa spirituală a omului? E posibil ca sfârşitul lumii să fie cauzat de o gaură neagră ce va înghiţi Pământul? Într-un fel sau altul, zilele trecute s-au pronunţat toate aceste întrebări. În cele ce urmează, nu avem pretenţia unui răspuns complet, însă propunem o perspectivă.

Din ce este făcută lumea în care trăim? Cum este materia care intră în alcătuirea trupului nostru? Ce cărămizi fundamentale constituie obiectele naturii şi corpurile din Univers? Dar razele de lumină, din ce sunt făcute? Aceste câteva întrebări, alături de multe altele, pot fi trecute în lunga listă a întrebărilor legitime pe care orice om, din orice epocă şi din orice cultură, le formulează firesc.

La nivelul experinţei noastre directe, dacă vrem să cunoaştem ce este înăuntrul unui lucru, ne vine, firesc, ideea să-l despicăm. Tăiem un măr şi vedem înăuntrul lui că pulpa fructului are forma unei texturi fine de pori şi că există sâmburi. La fel, puşi în situaţia de a înţelege din ce este alcătuită o piatră, am fi tentaţi să o lovim de ceva dur, ca ea să se spargă. Aşchiile mici desprinse din ea şi crăpăturile apărute vor dezvălui ceva despre structura ei.

Chimia lumii şi tehnologiile

De-a lungul timpului, oamenii de ştiinţă au încercat să afle din ce sunt făcute lucrurile care ne înconjoară. Mostre de materie au fost „despicate“ tot mai mărunt, prin diferite procedee, iar lunga epopee a oferit nenumărate rezultate spectaculoase. Prima descoperire în structura obiectelor materiale a fost molecula. Miliarde de molecule alcătuiesc pietrele pe care le ţinem în mâini, apa pe care o înghiţim sau aerul pe care îl respirăm. Trupul nostru este alcătuit din sute de milioane de celule vii, care la rândul lor sunt agregate alcătuite dintr-o sumedenie de lanţuri foarte complexe de molecule. Însă moleculele nu sunt ultimele cărămizi ale materiei, căci şi ele sunt alcătuite din atomi. Aici au intervenit chimiştii, alcătuind o clasificare atentă a întregii lumi a substanţelor (Tabelul lui Mendeleev). Ei au arătat că, în toată diversitatea de structuri şi forme, există de fapt ceva mai mult de 100 de tipuri de atomi. Tot ceea ce putem atinge sau cântări, tot ceea ce a produs tehnologia ultimelor secole, adică diversitatea de materiale, texturi şi structuri, nu sunt decât rezultatul unor combinaţii între substanţe formate de fapt de aceste zece duzini de atomi. Iar omul a putut crea materiale noi, când a înţeles alcătuirea materiei din lumea în care s-a născut.

Frumuseţile microcosmosului şi utilitatea lor

Însă nici atomii nu sunt ultimii constituienţi ai materiei. Fizica a permis desfacerea lor în electroni şi nucleu, şi mai departe, spargerea nucleului care a dezvăluit în interior particule şi mai mici. Astăzi, se cunoaşte prea bine că protoni şi neutroni identici alcătuiesc nucleele tuturor atomilor catalogaţi de chimişti, în timp ce aceiaşi electroni se învârt pe diversele lor orbite. Mai mult, peste tot în Univers există protoni, neutroni sau electroni, similari cu cei pe care îi avem la îndemână în lumea terestră.

Dacă ar fi să ne oprim aici, toate aceste realizări ale ştiinţei au permis ca lumea să beneficieze de multe dintre realizările ei, din industria farmaceutică până la cea a construcţiilor. Pe măsură ce a cunoscut chimia lumii, omul a putut construi o parte din ceea ce astăzi avem la îndemână, în viaţa de fiecare zi. Însă cercetările fizicii nu s-au oprit aici. În ultimele decenii, dornic să pătrundă şi mai adânc în miezul lucrurilor, omul a ajuns chiar în miezul particulelor care alcătuiesc nucleul, în proton şi neutron, descoperind entităţi inimaginabil de mici, numite quarkuri. Astăzi sunt cunoscute 6 tipuri de quarkuri care, legate între ele, după diferite reguli, formează protonii, neutronii sau alte particule.

Lumea particulelor fundamentale

Dar oamenii de ştiinţă au văzut că şi radiaţiile luminoase sunt alcătuite din „cărămizi“ mai mici, particule numite fotoni, cu care este construită toată lumea undelor electromagnetice, de la curentul din prizele caselor noastre până la undele care fac posibilă recepţia unui post de radio, a unui canal de televiziune sau efectuarea unei radioscopii). Înafară de câmpul acesta electromagnetic, pe care îl putem vedea adesea în natură, în fulgere şi trăsnete, mai există şi alte trei forţe în Univers. Gravitaţia, cunoscută la nivelul experienţei directe şi în universul observabil, ţine planetele pe orbită şi stelele în galaxii. Forţa tare ţine legaţi protonii şi neutronii în nucleu şi face posibilă arderea stelelor, iar forţa slabă este activă, la fel ca cea tare, la scara foarte redusă a nucleului atomic. La fel ca şi interacţiunea electromagnetică, ce se transmite prin fotoni, celelalte interacţiuni au şi ele particulele lor fundamentale care le „transmit“ influenţa. Astăzi, utilizăm numeroase dispozitive construite pe baza acestor descoperiri, ele dovedindu-se, în multe privinţe, folositoare pentru om.

Mai departe, instrumente de mare precizie, construite în ultimul secol, au permis studierea radiaţiilor din univers. Au fost descoperite alte tipuri de particule (antiparticule), care nu există nicăieri pe terra. Practic, s-a observat că, înafara de fotoni, electroni, protoni şi neutroni, o listă întreagă de particule alcătuiesc lumea în care trăim.

În fine, toată această epopee de căutarea a elementelor din care sunt făcute lucrurile a dat naştere unei liste lungi de particule fundamentale (numită în fizică Modelul Standard). Există ceva mai mult de şaizeci de particule, cu diferite proprietăţi, care sunt aşezate în diferite forme de ordine şi simetrie. Ordinea aceasta, descoperită în microcosmos, prin care toate aceste particule se combină după reguli precise şi acţionează unele asupra altora prin forţele menţionate, este impresionantă. Ea face posibil ca minuscule cărămizi, precum protonii şi celelalte, să alcătuiască altele mai mari (atomii), acestea din urmă să compună elemente şi mai mari (moleculele) care, în fine, să formeze eşafodajele complexe ale materiei vii, celulele ce intră în alcătuirea vieţuitoarelor şi a trupului nostru.

Cum funcţionează acceleratoarele de particule?

Astăzi, pentru a pătrunde în miezul lucrurilor, nu se mai sparg pietre, desigur. Se despică protoni. Dar pentru ca protonii să fie sparţi şi să se „vadă“ ce se află înăuntrul lor, au fost necesare dispozitive speciale: acceleratoarele de particule. Jeturi de miliarde de protoni sunt accelerate în tunele circulare, până la viteze apropiate de viteza luminii. Două astfel de jeturi de miliarde de protoni acceleraţi timp de mai multe ore ajung să se mişte în tunelul acceleratorului în sensuri opuse. Când viteza atinge un nivel suficient de mare, ele sunt direcţionate, cu foarte mare precizie, unul spre celălalt, ca să se ciocnească între ele. Coliziunea lor e suficient de violentă încât desface legătura particulelor mai mici care îi alcătuiesc, iar rezidurile sunt înregistrate de detectoare de particule. Datele stocate sunt apoi analizate.

Procedeul pare simplu, însă necesită precizii foarte mari. Dimensiunile protonilor sunt foarte mici, încât direcţionarea jeturilor ce se deplasează în lungul tunelului circular lung de 30 km este o operaţie foarte dificilă. (Precizia necesară este mai mare decât cea care trebuie pentru a lovi două ace, vârf în vârf, de la 10.000 km distanţă unul de celălalt!). Poate fi folositor un astfel de experiment?

O absenţă din Modelul Standard - „particula lui Dumnezeu“

Experienţa directă ne arată că unele obiecte sunt impenetrabile, se pot tăia, şi, dacă ele sunt mai grele, cad pe pământ. Aceste experienţe dezvăluie diverse caracteristici ale substanţelor, însă în toate noi avem de a face mai ales cu faptul că ele posedă masă. Fie că este vorba de pământul pe care călcăm, de aerul pe care îl respirăm sau de o piatră pe care o ţinem în mâini. Scriem aceasta pentru că una dintre particulele căutate prin intermediul experimentelor de la LHC este bosonul Higgs, supranumit şi „particula lui Dumnezeu“. Supranumele i s-a dat în mod neinspirat, într-o dispută polemică între doi cercetători, din dorinţa unuia de a sublinia importanţa ei. Desigur, fără a fi particula lui Dumnezeu într-un înţeles propriu, bosonul Higgs este important, fiind o piesă de bază în Modelul Standard şi încă nedescoperită experimental. Rolul ei este esenţial tocmai pentru că este singura prin care actualul model poate explica de ce particulele şi implicit lucrurile pe care le formează alcătuiesc ceea ce noi înţelegem a fi masa.

Date noi despre începutul Universului

Ciocnirile de la LHC vor oferi omului şansa să se apropie şi de primele fracţiuni de secundă de după momentul de început al Universului. Aceasta pentru că, spre deosebire de celelalte acceleratoare de particule, LHC va permite ciocniri ce vor da naştere unor temperaturi de sute de mii de ori mai mari decât cea din miezul Soarelui. Pentru prima dată în întreaga istorie a cercetării fundamentale, omul poate face observaţii cu privire la cum arătau fărâmele materiei (cum ar fi protonii), la aceste temperaturi foarte mari.

De ce ar fi relavante aceste observaţii? Astăzi, ştiinţa explică apariţia Universului prin modelul cosmologic cu Big Bang. Observaţiile din ultimul secol arată că Universul se află în expansiune. Toate galaxiile aflate la distanţe mari de noi se îndepărtează. „Derulat înapoi“, filmul acesta al Universului care creşte şi se extinde arată, dimpotrivă, un cosmos care se strânge. Galaxiile se apropie între ele. Pe măsură ce ne întoarcem tot mai adânc în trecutul lumii, ele vor fi tot mai apropiate. Aşadar, în trecutul Universului a existat un moment când toată această aglomerare a materiei din Univers era concentrată într-un singur punct, din care toate au ieşit.

Date culese în ultimii 70 de ani confirmă acest model. Totuşi, omul nu s-a apropiat prea mult de începutul Universului. Din punct de vedere fizic, chiar condiţiile de la Big Bang, din momentul exploziei iniţiale să-i spunem, nu vor putea fi create niciodată. Ar fi necesră o cantitate de energie similară cu cea care a dat naştere Universului, desigur imposibil de a fi obţinut în laborator. Începutul lumii fizice rămâne, într-un fel semnificativ pentru teologie, intangibil. Începutul lumii, ca şi sfârşitul ei sunt taine ascunse în Dumnezeu care le-a făcut! Totuşi, prin aceste experimente „mai mici“, de genul celor de la LHC, se pot deschide ferestre prin care oamenii de ştiinţă se apropie de Big Bang, văzând începutul Universului ca în ghicitură!

Materia întunecată şi antimateria

Experimentele de la LHC ar putea oferi date importante referitoare la originea şi structura materiei întunecate. Aceasta nu interacţionează în nici un fel cu lumina, însă prezenţa ei poate fi dedusă din efectele gravitaţionale. (Materia întunecată pare să alcătuiască 90% din masa totală a universului). O altă întrebare vizează cantitatea de antimaterie din Univers. Particule de antimaterie - cum ar fi pozitronul - nu există nicăieri pe Pământ. Ele au fost detectate însă în spaţiul cosmic. Antimateria este formată din particule ce au anumite proprietăţi diferite de cele de materie. (Spre exemplu, pozitronul are aceeaşi masă cu electronul, însă sarcina lui electrică este plus minus 1, şi nu minus 1 câtă este a electronului.) Observaţiile arată că în întreg universul observabil există mult mai multă materie decât antimaterie. Actualele teorii nu au reuşit să explice de ce.

Hadronoterapia şi alte tehnologii de vârf

LHC reprezintă o adevărată fortăreaţă în care vor fi căutate răspunsuri la unele dintre cele mai mari întrebări ale fizicii actuale, care fac referire la Universul în care trăim, la structura materiei care alcătuieşte lumea şi la proprietăţile pe care le au cărămizile ei fundamentale.

Ar fi poate de ajuns această listă de întrebări care nu şi-au primit încă un răspuns de mai multe decenii, pentru a explica eforturile de resurse financiare (aproape 5 miliarde de euro) şi de cercetare (peste 10.000 de specialişti din 50 de ţări), în acest proiect de peste un deceniu. Însă, dincolo de această încercare temerară, multe alte beneficii pot fi obţinute pe marginea rezultatelor. Hadronoterapia ar putea fi una dintre ele, o tehnică medicală ce permite distrugerea punctuală a celulelor tumorale, fără efecte distructive în ţesutul sănătos. Alte rezultate, legate de structura materiei, vor putea fi folosite în informatică şi în tehnologiile de vârf.

Asigurări de risc

Nici experimentul, nici efectele ciocnirilor ca atare nu sunt periculoase pentru om, şi cu atât mai puţin pentru Pământ. Până acum, în lume au funcţionat zeci de acceleratoare de particule, în care s-au produs ciocniri care nu s-au dovedit periculoase. În general, procedeul de ciocnire a particulelor este folosit de peste şapte decenii, în diverse laboratoare din lume.

Mai multe rapoarte pregătite de diverse grupuri de cercetători au fost publicate şi evaluate. Comitetul de Politici Ştiinţifice (SPC), un organism compus din 20 de oameni de ştiinţă independenţi, a confirmat că metoda de lucru de la LHC nu reprezintă nici un pericol.

De altfel, în natură se petrec permanent astfel de ciocniri. Universul întreg este plin de radiaţii de mare energie care traversează şi ciocnesc zone din spaţiu în care există praf cosmic sau radiaţii. Cu toate acestea, un au fost depistate nici găuri negre, nici efecte catastrofale.

Cu atât mai puţin, considerarea unui astfel de eveniment puţin probabil ca fiind sfârşitul lumii nu este potrivită. Din perspectivă teologică, sfârşitul lumii este un eveniment supranatural, o taină numai de Dumnezeu cunoscută. De un astfel de eveniment nu ne putem apropia prin investigaţii ştiinţifice.

O privire creştină asupra cercetării ştiinţifice

Din perspectivă creştină, încercarea de înţelegere a lumii este constitutivă omului. În ameţitoarea coborâre în abisul materiei, mult mai departe decât pot sesiza simţurile şi decât pot vedea ochii lui, omul a avut un singur instrument de cunoaştere: propria raţiune. Aceasta dezvăluie uimitoarele capacităţi ale minţii umane de a înţelege structuri ascunse în miezul cel mai adânc al materiei, departe de toate pragurile experienţei lui. Mintea omului se dovedeşte capabilă să proiecteze instrumente şi modele care descriu admirabil ordinea din aceste abisuri nevăzute. Cercetând lumea, omul nu descoperă doar ordinea ei extraordinară, ci şi proba că are o minte ce poate înţelege. Din perspectivă creştină, faptul că matematica minţii umane se aşează peste procesele din natura înconjurătoare, precum o mănuşă pe mână, dovedeşte că lumea este pentru om şi că el a fost făcut să o cunoască; că şi el, şi ea au acelaşi Autor, care a vrut ca, prin întâlnirea lui cu ea, el să descopere că potrivirea e prea miraculoasă pentru a fi întâmplătoare.

În năzuinţa spre cunoaştere sădit în noi, Dumnezeu vrea ca omul să înţeleagă tot mai bine şi mai deplin „gândurile Lui puse în lucruri.“ Astfel, ştiinţele ce caută să desfacă fenomenele lumii fizice, să sesizeze alcătuirea şi să numească diferitele lor forme de ordonare pot fi un capitol de teologie practică. „Dumnezeu aşteaptă ca omul să descopere nesfârşitele Sale gânduri puse în lucruri şi să exprime în cuvintele lui tot mai multe din indefinitele înţelesuri pe care voieşte ca el să I le pună prin lucrurile create pentru el.“ (pr. Dumitru Stăniloae, „Teologie Dogmatică Ortodoxă“). Până la urmă, orice experiment ştiinţific onest, care nu caută să distrugă armonia creaţiei, ci să o evidenţieze şi mai mult, este legitim. Privite curat, fără patimă, descoperirile ştiinţei arată că lumea este o operă imensă. Din frumuseţea ei putem înţelege frumuseţea Lui, din complexitatea şi ordinea ei, putem presupune nesfârşita Lui înţelepciune. Iar în cele frumoase şi bine rânduite din ea, pot fi tot atâtea îndemnuri spre viaţă frumoasă şi în bună rânduială, spre cultivarea virtuţilor.