Undele gravitaționale şi raţionalitatea universului întunecat

În 14 septembrie 2015, patru premiere științifice au deschis o eră nouă în cercetarea spațiului cosmic! Datele privitoare la aceste evenimente s‑au dat publicității însă în 11 februarie 2016, după luni de calcule atente și verificări repetate.

Suntem martorii uneia dintre cele mai importante descoperiri astronomice din ultimele patru secole. Este vorba, mai întâi, despre detectarea undelor gravitaționale. În același timp s‑a realizat și înregistrarea primei coliziuni între două găuri negre - petrecută cu mai bine de un miliard de ani în urmă. Toate acestea pot constitui elementele care inaugurează o nouă eră în astronomie.

Este evident, pentru oricine, că omul nu poate călători, nu poate cerceta în mod direct structurile îndepărtate ale universului. Distanțele până la ele sunt colosale. Suntem nevoiți, de aceea, să recunoaștem că avem la dispoziție o arie foarte strâmtă de explorare a spațiului, chiar dacă includem aici și zonele atinse de cele mai îndepărate sonde spațiale.

Strălucirea celor câteva mii de stele, vizibile cu ochiul liber, ne oferă o primă mărturie despre distanțele imense din univers. Privindu‑le, suntem deja martorii unei condiții paradoxale: cât de mare, cât de adâncă și de veche este bolta cerească, și cum ea, privită o clipă mai mult, intră întreagă în reflecțiile noastre - făpturi plăpânde, trăind câteva decenii pe un Pământ mic, care pare insignifiant… Și, așa cum întreaga istorie a gândirii o poate dovedi, constatarea aceasta paradoxală răscolește întrebări grele, scoțând la lumină fațetele unei fenomenale condiții omenești.

O lectură electromagnetică a universului și limitele ei

Explorarea cerului nu s‑a limitat la pragul natural de sensibilitate vizuală. Acum mai bine de 400 de ani au început explorările spațiului prin intermediul unor ochi artificiali, lunete sau telescoape, dispozitive care au oferit imagini mult mai bune de pe bolta cerească. Au urmat decenii în care dispozitivele de observare cerească s‑au diversificat considerabil. Observarea bolții cerești s‑a extins dincolo de spectrul vizibil, prin intermediul radio‑astronomiei, al astronomiei în infraroșu și ultraviolet, în raze X și gamma, captând tot mai mult din „ploaia” continuă de radiații cerești.

Toate acestea s‑au bazat pe faptul că lumina poartă cu fiecare fărâmă (foton) date înregistrate fidel, despre condițiile în care a fost emisă, despre teritoriile pe care le‑a străbătut. Așa se face că o parte importantă din evenimentele cosmice la care au participat stelele, galaxiile și universul în ansamblu sunt întipărite în minuscule fărâme de lumină ce pot fi receptate de radiotelescoape și telescoape, putând fi apoi decodificate, ca pe baza datelor lor să alcătuim marea descriere a universului.

În ultimele decenii însă, în câmpul cercetării au apărut mai multe teme cosmologice greu, dacă nu imposibil de lămurit doar pe baza datelor oferite de lumină. De exemplu, radiația electromagnetică nu poate străbate, fără pierderi majore de informații, un nor de praf interstelar sau intergalactic dens. De asemenea, există corpuri care nu emit și nu reflectă lumina, cum sunt găurile negre, ceea ce le face dificil de detectat. Pe de altă parte, lumina nu poate dezvălui nici trecutul îndepărtat al universului. Se știe că, prin intermediul luminii, noi „călătorim” în trecut, vizualizând evenimentele cosmice petrecute cândva. În felul acesta s‑au putut identifica formațiuni cosmice foarte vechi, situate la distanțe foarte mari în spațiu, deci situate foarte aproape de momentul de început al universului. Până acum, cele mai îndepărtate structuri cosmice detectate sunt situate la aproximativ 300.000 de ani‑lumină după momentul Big Bang.

Însă și în privința aceasta, călăuzite doar de lumină, observa­țiile nu pot merge oricât de departe în trecut. „Urmele” radia­ției electromagnetice se opresc la acest zid, întrucât modelul cosmologic indică faptul că după explozia primordială a urmat o epocă întunecată (Dark Ages), în care fotonii nu au circulat liber prin spațiu, motiv pentru care din această epocă nu sunt accesibile reziduuri de radiații care să dezvăluie ceva.

Foarte probabil, în anii ce vin nu vom mai privi cerul doar prin lumină. Pentru că îl putem sesiza și printr‑o „radiație” complet diferită, prin intermediul urmelor pe care le provoacă undele gra­vitaționale. Este vorba despre noua astronomie a undelor gravi­taționale, o manieră de lectură radical diferită a cosmosului, una care oferă o radiografie (o gravitono‑grafie) a universului, prin­tr‑un registru nou de observare.

Cvasi(ne)cunoscuta gravitație: două provocări majore

Deși s‑ar putea spune că gravitația este în fiecare zi la îndemâna experienței directe, ea a primit o descriere matematică doar prin Isaac Newton (1643‑1727), în 1687. Ulterior, după mai bine de 250 de ani, în 1915, Einstein (1879‑1955) a dat o descriere de factură geometrică gravitației, punând‑o în legătură cu deformarea spațiu‑timpului în vecinătatea corpurilor dense.

Chiar și așa, gravitația a rămas în continuare o interacțiune misterioasă. De ce? Se știe că fizica explică destul de bine aproape întreaga lume a fenomenelor și obiectelor observabile prin patru interacțiuni fundamentale. Pe lângă gravitație, e vorba despre trei interacțiuni a căror manifestare este observabilă în lumea dimensiunilor mici: forța electromagnetică, forța nucleară tare, care contribuie, între altele, la alcătuirea atomilor și moleculelor, și forța nucleară slabă, cea care este prezentă în fenomenul radioactivității. Potrivit rezultatelor de până acum, fiecăreia dintre aceste interacții îi corespunde un anumit `pachet” de energie (corpuscul), și o undă prin intermediul căreia ea se propagă, se manifestă la distanță. (Exemplul cel mai la îndemână ni‑l oferă lumina. În acest caz, sunt bine cunoscute particula luminii - fotonul - și unda electromagnetică ce transportă la distanță interac­ția electromagnetică. Ei bine, dacă pentru fiecare dintre cele trei interacții (electromagnetică, nucleară tare și slabă) se cunosc undele și corpusculii corespunzători, aceste elemente au lipsit pentru gravitație. Mai concret, gravitonul și undele gravitațio­nale nu au fost încă evidențiate.

Însă descoperirea anunțată recent ar putea reprezenta un pas semnificativ în acest demers.

Câteva evenimente cosmice și amprentele lor gravitaționale

Potrivit teoriei gravitației formulate de Einstein, orice modificare bruscă a densității de masă într‑un loc din spațiu determină schimbări bruște în manifestarea gravitației. Fiind extrem de dense, găurile negre de exemplu, exercită o puternică deformare a spațiului‑timp din vecinătatea lor. În al doilea rând, aceeași teorie prescria posibilitatea exis­tenței unor sisteme de black hole, în care găurile negre se rotesc una în jurul celeilalte. Mai mult, teoria prevede pentru situații de acest fel posibilitatea ca cele două găuri negre să se ciocnească. După ce, rotindu‑se multă vreme, se apropie una de cealaltă, găurile negre accelerează tot mai mult, atingând în momentul coliziunii jumătate din viteza luminii, dând naștere unui val de unde gravitaționale!

Totuși, deși prezisă în teorie, coliziunea a două găuri negre nu a fost niciodată observată.

Două premiere în astronomie: undele gravitaționale și fuziunea găurilor negre

În septembrie 2015, detectorul LIGO (Laser Interferometer Gravitational‑Wave Observatory), construit pentru detectarea undelor gravitaționale, a depistat un astfel de semnal ce pare să provină de la ciocnirea a două găuri negre!

Constituit din două tuneluri (având 4 km lungime, fiecare), dispuse perpendicular, LIGO utilizează laserul pentru observații. În principiu, LIGO măsoară perturbațiile în foaia de spa­țiu‑timp, prin intermediul unei raze laser care se deplasează înainte și înapoi, de‑a lungul celor două brațe ale tunelului (în realitate, tuburi cu diametru de aproximativ 1 metru, având în incintă vid aproape perfect).

Dacă o coliziune a două găuri negre ar avea loc, atunci valurile (perturbațiile) câmpului gravita­țional ar putea fi puse în evi­dență la trecerea lor prin detectorul LIGO. Cu alte cuvinte, unda gravitațională comprimă și dilată spațiul‑timp, afectând prin aceasta și distanța pe care raza laser o traversează în lungul celor două brațe de tuneluri. Este ceea ce a detectat LIGO în septembrie 2015, însemnând, potrivit anunțurilor oficiale, o detectare a undelor gravitaționale.

A treia noutate: o precizie extraordinară

Mai mult însă, prin procedura folosită la detectorul LIGO, s‑a dovedit că undele gravitaționale, asemeni luminii, conțin date foarte prețioase despre univers. Pe baza frecvenței semnalului receptat, calculele au arătat că unda înregistrată provine de la ciocnirea a două găuri negre care au avut 29 și respectiv 36 de mase solare, și care s‑au ciocnit la o viteză comparabilă cu viteza luminii! Mai mult chiar, ciocnirea lor a fost atât de violentă încât, într‑o fracțiune de secundă, 3 mase solare au fost convertite în energie gravitațională, atingând o putere de vârf de aproximativ 50 de ori mai mare decât întregul univers vizibil!

Calculele arată că unda gra­vitațională a traversat o distanță imensă, peste un miliard de ani lumină (echivalentul unui șirag de 5000 de galaxii Calea Lactee așezate una lângă cealaltă), putând apoi să fie depistată în tunelurile LIGO. Urmele acelei gigantice coliziuni s‑au imprimat în spațiu‑timp și s‑au propagat până la noi, în forma unei per­turbații extrem de fine. Și, după o distanță inimaginabilă, datele prețioase despre evenimentul care le‑a născut încă nu s‑au șters! Concret, în cei 4 km (cât are fiecare din cele două tuneluri), distorsiunea spațiu timp apărută în lungimea traversată de raza laser a fost cât a zecea mia parte din diametrul unui proton (10^‑19 m)! Printr‑o comparație poate mai sugestivă, s‑ar putea spune că LIGO a avut o precizie în măsurare echivalentă cu aceea care ar calcula distanța de la Soare până la cea mai apropiată stea (Proxima Centauri), adică la 4 ani‑lumină, cu o eroare mai mică decât grosimea unui fir de păr!¹

A patra noutate: explorarea universului întunecat prin unde gravitaționale

Sesizând și decodificând undele gravitaționale, astrofizica intră într‑o nouă eră, care dezvăluie partea întunecată din univers, invizibilă în mod obișnuit pentru telescoape ce folosesc doar senzori adecvați radiației electromagnetice. Aceasta este o șansă extraordinară, știind că materia întunecată (dark matter) și energia întunecată (dark energy) - foarte dificil de investigat prin intermediul luminii, înseamnă 96% din întreg Universul observabil! Se constată acum că undele gravitaționale sunt „reflectoare” noi, care fac lumină și în acest univers întunecat.

Cum era de așteptat, pentru o descoperire de asemenea anvergură, au apărut și primii contestatari. Este vorba despre nume consacrate din câmpul cercetării universului, persoane care afirmă că avem de‑a face doar cu câteva potriviri de ordin numeric, date care nu dovedesc încă, prin evidențe fizice de netăgăduit, existența undelor gravi­taționale². Însă știința nu are alt drum mai bun către validarea unei descoperiri decât prin șirul contestărilor care solicită iar și iar dovezi, din ce în ce mai bune. În lunile ce vin, tot mai multe măsurători și date vor fi colectate, pentru a verifica dacă această descoperire crucială se sus­ține, împreună cu toate cele câte s‑au spus aici. Însă, indiferent cum se vor petrece lucrurile, un pas considerabil s‑a făcut în direcția detectării undelor gravitaționale.

O posibilă reflecție privind fenomenala inteligibilitate a universului

Când privirea noastră întâl­nește un teritoriu pe care nu‑l putem cuprinde, suntem împinși către o reflecție esențială, legată de lume și de viață. E minunat că nu avem parte de un an întreg înnorat, care să acopere permanent strălucirea aștrilor. Pentru că în orice petic de cer senin, bolta își împlinește rostul, ademenindu‑ne cu o dispoziție metafizică rară, împingându‑ne la o reflecție privind cele situate dincolo de pragul ei.

Ar putea datele cunoașterii științifice să împlinească viața, dacă nu ar stârni astfel de reflec­ții despre ea? Urmând un demers familiar Sfinților Părinți, sugerat astăzi și de abordarea fenomenologiei franceze, am putea căuta dincoace și dincolo de fiecare întrebare irezistibilă, referitoare la lume și viață, ceva esențial omenesc. Am putea examina, dincoace și dincolo de fiecare strădanie ce însoțește găsirea unui răspuns, sau în partea ascunsă matematicilor construite mental, sau dedesubtul miraculoaselor intuiții omenești confirmate uneori până la detaliu în structurile ordonate din universul fizic, am putea căuta în acestea ceva esențial privind condiția vieții în lume.

Putem formula întrebări și căuta răspunsuri, putem imagina procedee de verificare a celor descoperite și putem transmite descoperirile către generațiile ce vin, ca înaintarea lor în cunoaș­tere să continue. Chiar dacă acestea par lucruri obișnuite pentru oricine, ele compun un fond fascinant, insuficient reflectat al condiției omenești.

Cele „bune foarte” sunt menite să îmbuneze pe om

Descoperirea undelor gravita­ționale și utilizarea lor în sesizarea și înțelegerea universului dezvăluie o fațetă nouă a rațio­nalității lumii. Universul nu e povestit doar prin lumină, ci prin toate manifestările interacți­unilor sale. Raționalitatea lumii se face evidentă în toate manifestările lumii sensibile, în fiecare dintre ele putând fi descoperite înțelesuri edificatoare pentru om.

Nu doar fărâmele de lumină transportă în ele informații prețioase despre lumea în care trăim, luminând universul, făcându‑l inteligibil pentru lumina minții omenești. Și undele gra­vitaționale îl dezvăluie, într‑o formă nouă, complementară, încurajând înaintarea explorărilor omenești în abisul lui. Universul nu este doar imprimat în lumină, evenimentele gravitaționale lasă și ele semne specifice în foaia de spațiu‑timp, ca o scriitură codificată, inteligibilă pentru om. Partea universului insesizabilă prin lumină nu rămâne complet inaccesibilă. Ea este imprimată, ca cea vizibilă în fărâmele de lumină, în forma unor broderii fixate în țesătura spațiu‑timpului.

Și, în mod tainic, lumina este prezentă și aici, pentru că firavul fascicul laser, înregistrând deformările spațiului, anunță trecerea discretă a undelor gravita­ționale!

Am putea întrevedea aici, pe urmele reflecției filosofice și patristice, o „vorbire” a universului, cu fenomene fizice, adresată omului, o invitație pentru căutarea unor răspunsuri privind raționalitatea lui, pentru înălța­rea spiritului spre căutări și înțelegeri tot mai cuprinzătoare, ce vizează sensul vieții.

Înălțând privirea spre cerul deschis, cugetarea se înalță către cerul inteligibil, deschis și el spiritului omenesc. Ridicând ochii, cugetul urcă spre vârful unor reflecții mai cuprinzătoare, și ne ridică, prin lumea sensibilă, din orizontala ei, la altitudinea mai mare a înțelesurilor existențiale, unde se întrevăd darul minunat al vieții și minunata putință a cunoașterii.

Toate acestea merită măcar o clipă de uimire. Fie și numai dacă ne gândim că uimirea sau admirația sunt benefice pentru om, nu doar spiritual³. Situându‑ne într‑un raport adecvat cu universul, dând răgaz ființei noastre să recepteze spectacolul vieții și să trăiască fiorul marilor întrebări ce se nasc în noi la întâlnirea cu el și cu ea, nu e departe constatarea că și lumea și viața prezintă evidente valențe terapeutice! De aceea, constatarea frumuseții universului și înălțarea cugetului spre întrebările mai cuprinzătoare ale vieții se împlinesc odată cu înăl­țarea persoanei înseși către o viață tot mai deschisă spre semeni. Pentru că și cunoașterea celor create, și uimirea care se naște de pe urma sesizării lor se împlinesc abia în bunătatea noastră arătată unii altora, întrucât toate cele create au fost „bune foarte” (Geneză 1, 31) și au fost încredințate omului!