Universul - atelierul de creaţie al omului

Oricine priveşte atent lumea, poate observa cu uşurinţă diversitatea ei. Există o bogăţie extraordinară de forme, texturi sau ţesuturi ce alcătuiesc obiectele, lucrurile, respectiv vietăţile ce ne înconjoară: formaţiunile galactice şi stelele gigantice, formele de relief şi milioanele de specii vii din regnul vegetal sau animal. Este de ajuns exemplul Pământului, cu diversitatea resurselor sale mineralifere - un adevărat laborator pregătit pentru spiritul creativ al omului. Spre deosebire de alte planete ale Sistemului Solar, cu rezerve minerale mai puţin diversificate, resursele Terrei au permis realizarea unui număr impresionant de substanţe, materiale, texturi, obiecte, dispozitive sau maşini cu proprietăţi şi funcţii specifice. Peste tot în lumea în care trăim există dispozitive şi construcţii în care întâlnim materiale şi substanţe, unele dintre ele, cum ar fi piatra, în stare naturală, altele artificiale, produse prin complexe procese tehnologice.

Cum este posibilă diversitatea lumii materiale

De-a lungul ultimelor trei secole, ştiinţa a încercat să pătrundă sursa acestei diversităţi a lucrurilor din lumea înconjurătoare. Cum este, deci, posibilă această impresionantă diversitate de forme şi texturi?

Chimia a pus în valoare un fapt interesant. În ciuda acestei diversităţi a materiei, în sol, în minerale, în formele de viaţă ale regnului vegetal sau animal, există totuşi ceva mai puţin de 120 de elemente chimice1 care o alcătuiesc. (Spunem că sunt 118 tipuri de atomi, însă, de fapt, esenţialul constă în cam tot atâtea tipuri de nuclee. Varietatea nucleelor atomice asigură varietatea elementelor chimice din natură.) Aşadar, materia ce compune cele cuprinse în lista lungă de ţesături, materiale, substanţe, dispozitive sau obiecte, este rodul combinaţiilor multiple dintre elementele unei alte liste, cu mult mai scurtă. S-ar putea spune că civilizaţia în care trăim este, în mare parte, opera chimiştilor, pentru colecţia impresionantă de materiale pe care au realizat-o, utilizând un potenţial fără îndoială nu mai puţin extraordinar, însă considerabil mai mic de elemente chimice pe care l-au găsit la dispoziţie în natură.

Atomul şi lumea misterioasă a electromagnetismului

Structura care intră în joc în realizarea acestei diversităţi de materiale este, desigur, atomul. Legăturile dintre atomi sunt posibile datorită interacţiunii electromagnetice.

Specialiştii în fizica particulelor au alcătuit, în ultimele decenii, o listă detaliată cu cea mai mare parte din constituienţii materiei din Univers. (Nu discutăm aici despre proprietăţile stranii ale acestor particule, ce nu se comportă nicidecum ca granulele de nisip.) Trebuie remarcat, însă, în demersul nostru, că unele particule cuprinse în lista constituienţilor fundamentali posedă o proprietate extraordinară: sarcina electrică.

Între particulele cu sarcină, se pot deosebi, chiar prin intermediul unor experimente destul de simple, unele ce se atrag între ele, şi altele care se resping. Pentru a fixa această situaţie, s-a stabilit, în mod convenţional, că există două tipuri de sarcină, pozitivă şi negativă, particulele care se atrag având sarcini opuse, iar cele ce se resping sarcini de acelaşi tip. (Evităm aici, de asemenea, îndreptăţita întrebare ce este, de fapt, sarcina electrică? Pare o întrebare simplă şi, tocmai de aceea, ea nu poate primi prea uşor un răspuns.) Ne restrângem la a spune că se cunoaşte de mai mult timp, şi chiar foarte precis, modul cum se manifestă interacţiunea dintre particulele cu sarcină electrică.

Nu dorim să prezentăm detaliat această interacţiunine, însă este important de spus faptul că două din cele trei particule ce compun atomii, protonul din nucleu şi electronii de pe orbite, au sarcini electrice. Primul are sarcină pozitivă, celălalt negativă. În ansamblu, sarcina atomului este dată de suma totală a acestor sarcini din structura lui.

(Omitem detalierea unor chestiuni extraordinare, spre exemplu faptul că sarcina protonului este exact aceeaşi cu sarcina electronului, diferind doar prin semnul lor, pozitiv, respectiv, negativ. Egalitatea mărimii sarcinilor protonului şi electronului este verificată în prezent până la a douăzecea zecimală! Toate datele conduc la considerarea lor ca fiind perfect egale ca mărime! Faptul acesta este extraordinar, pentru că protonul este de peste 1.800 de ori mai greu decât electronul! Omitem, la fel, faptul că Universul este neutru din punct de vedere al sarcinii electrice! Aceasta chiar dacă în Universul vizibil sunt, să spunem, 1.080 de particule, şi deci, miliarde de miliarde de miliarde - repetiţia ar putea continua de zeci de ori ! - de particule cu sarcină electrică! Foarte probabil, numărul sarcinilor pozitive şi al celor negative este egal! Egale, din nou, în mod precis! O parte dintre aceste aspecte au fost abordate într-unul din articolele anterioare.)

Când numărul protonilor din nucleu este mai mare decât cel al electronilor, avem de-a face cu atomi încărcaţi pozitiv (numiţi şi ioni pozitivi). La fel, putem avea de-a face cu ioni negativi, atomi cu mai mulţi electroni pe orbite decât protoni în nucleu. În mod consecvent, dacă într-un atom numărul celor două tipuri de particule este egal, avem de-a face cu un atom neutru.

Combinaţiile dintre substanţe, ce fac posibile diversitatea de care vorbeam, sunt posibile tocmai pentru că atomii sau structurile moleculare se pot lega între ele. Ei bine, legăturile dintre atomi sunt hotărâte de sarcinile lor. Alianţele sunt acceptate sau refuzate în funcţie de modul în care ele contribuie la diminuarea surplusului de sarcină al fiecăruia dintre participanţi, indiferent de ce anume le prisoseşte. Spre exemplu, ionii pozitivi au tendinţa să realizeze legături puternice cu ionii negativi, tocmai pentru că acestea sunt convenabile reciproc, întrucât fiecare aduce şi oferă ceea ce-i lipseşte celuilalt. Dimpotrivă, atomii neutri nu au nici un fel de surplus şi, prin urmare, nu au, să spunem aşa, nici intenţii şi nici motive să participe la alianţe.

Civilizaţia începe în chimia atomului

Am precizat aceste date, pentru a încerca să arătăm că aceste legi simple ale legăturilor de natură electrică fac posibile substanţele compuse. Faptul că, în anumite condiţii, doi atomi diferiţi se leagă într-o moleculă, face posibilă combinaţia substanţelor pe care ei le alcătuiesc (reacţia chimică), dând naştere unuia sau mai multor produşi, cu diferite proprietăţi. Asta este cam tot ceea ce putem face, prin tehnologia actuală. Şi natura desfăşoară procese pe baza aceloraşi mecanisme, în apă sau în sol, în magma terestră sau în ţesuturile vii! Toată diversitatea texturilor şi formelor de materie, din milioanele de specii sau sutele de mii de materiale, produse de noi sau rezultate din proceselor naturale, se sprijină pe imensa capacitate de asociere a zece duzini de elemente chimice! Toate câte le vedem şi tot ceea ce construim sau utilizăm se bazează exclusiv pe capacitate uimitoare a ceva mai mult de 100 de tipuri de atomi de a se lega între ei.

Suntem în hotarul chimiei clasice. Putem vedea că sarcina electrică şi interacţiunea electromagnetică corespunzătoare au făcut posibilă chimia lumii în care trăim. Iar chimia lumii noastre a făcut posbilă civilizaţia, cu oraşele ei, electronica, industria farmaceutică şi toate celelalte. Chimia arătă că materia are proprietăţi ce permit combinaţii şi compuşi, iar civilizaţia s-a clădit pe aceste mecanisme simple. Ele nu sunt în puterea noastră; aşa le-am găsit în lumea în care trăim!

Din perspectivă teologică, acest lucru este deosebit de semnificativ. Omul se naşte într-o lume care nu are toate potenţialităţile consumate. Dumnezeu ne-a lăsat un important bagaj de posibilităţi, încât putem dispune în mod creativ de... Creaţia Lui!

Mai adânc, în structura nucleului

Una e varietatea elementelor chimice depozitate în natură într-o formă sau alta, şi altceva este diversitatea substanţelor rezultate din combinaţiile lor. În privinţa elementelor existente în natură, nu putem schimba prea multe. Este imposibil să facem un munte de fier din apa dulce a unui lac. Putem extrage dintr-o moleculă de apă hidrogen şi oxigen, pentru că ele sunt deja acolo. Însă este foarte dificil şi costisitor, chiar şi cu tehnologia actuală, să fabricăm numai şi un simplu atom de fier din câteva picături de apă! În combinaţii sau nu, noi avem din natură elementele chimice (sunt cele ce alcătuiesc tabelul lui Mendeleev, 118 tipuri de atomi). Sunt în toate cele văzute, şi în corpul nostru. Dar dacă nu ar fi, ne-ar fi imposibil să le producem, cu atât mai puţin în cantităţile pe care le avem la dispoziţie în natură. Prin reacţii chimice nu vom putea obţine alte elemente atomice (cu un nucleu nou). Nucleul atomilor nu se schimbă în reacţiile la care participă substanţa, indiferent prin ce procese chimice trece ea! Nici reacţiile nucleare nu ne-ar putea ajuta să construim o lume ca cea pe care o avem, dacă este să plecăm de la natura mai săracă în elemente chimice. Tehnologia ne ajută să facem multe, însă construirea din temelii a naturii în care trăim este prea mult! Chiar dacă unele elemente chimice noi au fost produse în reactoarele nucleare, mare parte dintre ele sunt instabile şi, oricum, procesele sunt costisitoare şi catităţile de materie obţinută sunt extrem de mici. Aşadar, ceea ce putem face este doar să diversificăm un patrimoniu natural, combinând ceea ce găsim.

Este firesc atunci să ne întrebăm, de unde vin aceste cărămizi ale materiei adunate în tabelul lui Mendeleev? De unde provin elementele chimice ale naturii înconjurătoare, de vreme ce ele nu pot fi obţinute prin combinaţii chimice? Potrivit modelului cosmologic cu Big Bang, elementele primordiale în Universul timpuriu au fost Hidrogenul şi Heliul. O lume cu atât de puţine elemente, ar fi fost un deşert arid. Toate combinaţiile chimice posibile ale acestor două elemente nu ar depăşi nici măcar un procent din diversitatea de substanţe prezente în cel mai sărac deşert terestru! Şi atunci, cum s-au născut celelalte elemente? Cosmologia afirmă că atomii grei, de care noi dispunem astăzi au apărut mai târziu, prin fuziunea nucleară din miezul dens şi fierbinte al stelelor.2

Aşa cum atomii se leagă prin intermediul interacţiunii electromagnetice, nucleele se leagă, în fuziunea nucleară, prin intermediul altei interacţiuni, numită nucleară sau tare. La fel, interacţiunea tare acţionează numai între anumite particule, ce posedă acest tip de sarcină, sarcină tare. Cel mai important rol al interacţiunii tari este acela de a păstra nucleul atomilor în stare legată. Ştim că în nucleul atomilor sunt puşi laolaltă protoni încărcaţi pozitiv. Având aceiaşi sarcină, protonii se resping între ei. Cu cât sunt mai aproape, cu atât se resping mai tare! Totuşi, se întâmplă un fapt extraordinar. Imediat ce protonii se află la o distanţă suficient de mică, între ei apare o atracţie foarte puternică! Respingerea de care vorbeam nu dispare, însă atracţia nou apărută este atât de puternică, încât ei rămân legaţi! Fuziunea lor dă naştere unui nucleu mai greu şi eliberează o cantitate de energie colosală! Această alipire stranie, apare tocmai pentru că, pe lângă sarcina electrică, există o alta, ce acţionează la o distanţă mică, interacţiunea tare (de 137 de ori mai puternică decât cea electromagnetică!).

Designul lumii noastre, cel mai bun între cele posibile...

Unele studii şi calcule teoretice arată că varietatea elementelor chimice, dar şi diversitatea combinaţiilor lor depinde foarte strict de raportul acestor două interacţiuni, forţa tare şi cea electromagnetică. Dacă, spre exemplu, prima ar fi cu puţin mai slabă sau cea de-a doua ar fi cu puţin mai puternică, atunci nucleele elementelor chimice esenţiale în structurile vii, precum carbonul, nu ar mai putea exista în natură. Dacă forţa nucleară ar fi cu 50% mai slabă, elementele chimice din componenţa materiei vii ar deveni instabile, iar viaţa ar fi imposibilă.3 Cum ar arăta lumea, în aceste condiţii? Nucleele atomilor de oxigen spre exemplu, ar putea fi instabile, apa ar fi radioactivă, aerul la fel...

Dacă, dimpotrivă, interacţiunea tare ar fi fost mai intensă, cantitatea de hidrogen din Univers ar scădea semnificativ, reducând şi durata de viaţă a stelelor. Mai mult, absenţa hidrogenului ar face imposibilă şi existenţa apei şi, implicit, a vieţii.4 Reacţiile nucleare cu mare degajare de căldură nu ar mai fi posibile decât la presiuni şi temperaturi mai mari, ceea ce ar antrena necesitatea unor mase mult mai mari pentru fuziunea nucleară din stele. Or, stelele mari au durate de viaţă mult mai scurte, tocmai pentru că arderea lor e mai intensă. Prin urmare, durata de supravieţuire pentru formele vii, dependente de lumină, ar fi mult mai scurtă.

Cât de mari pot fi obiectele lumii fizice

Există oare o limită de mărime a obiectelor mari din Univers? Întrebarea poate fi pusă, pentru că Universul observabil conţine suficientă materie cât să permită formarea unor stele gigantice, de dimensiunea unei galaxii. Totuşi, potrivit observaţiilor, gravitaţia nu strânge la un loc, nicăieri în Univers, atât de multă materie. De ce nu sunt posibile corpuri de mărimea galaxiilor? Ei bine, interacţiunea tare are un rol determinant. Pe măsură ce obiectele cosmice sunt mai mari, gravitaţia le va comprima tot mai mult. Dincolo de o valoare critică a intensităţii compresiei gravitaţionale, se va declanşa autoconsumul corpului, prin fuziune nucleară. În miezul dens al stelelor, nuclee uşoare se ciocnesc violent, înfrâng respingerea electrică dintre protoni, ajungând suficient de aproape cât să fie „prinse“ de interacţiunea tare.5 Corpul începe reacţiile de fuziune şi eliberarea unei imense cantităţi de energie. Dintr-un gaz comprimat, se naşte o stea.

Mărimea corpurilor din Univers este dată, deci, de interacţiunea tare ce le consumă din interior, imediat ce gravitaţia lor este suficient de intensă. Când întreg materialul nuclear s-a epuizat, fuziunea încetează. Contracţia gravitaţională nu mai este compensată de presiunea internă întreţinută până atunci de temperaturile mari ale reacţiilor nucleare. Are loc implozia şi apoi explozia, ce aruncă la mari distanţe în spaţiu nucleele grele din miezul stelei. Aceste reziduri constituie suportul nuclear pentru viitoarele elemente chimice...

Aşadar, potrivit cosmologiei, varietatea elementelor chimice de care dispunem pe Pământ a fost fabricată în altă parte! Odiseea combinaţiilor de substanţe pe care omul o continuă de secole, a permis dezvoltarea tuturor civilizaţiilor. Premisele ei însă, au fost stabilite foarte departe de noi în spaţiu şi timp, în miezul unei stele care astăzi nu mai există... În cuptorul ei natural s-a pregătit tezaurul extraordinar al elementelor chimice care alcătuiesc corpul nostru, viaţa biologică, natura. Prin combinaţia acestor elemente chimice, noi sintetizăm materiale pentru ridicarea civilizaţiei!

Omul, creat de Dumnezeu cu menirea de a deveni creator

Din perspectivă teologică, toate aceste mecanisme arată cât de miraculoasă este alcătuirea lumii în care trăim! În ce fel extraordinar, lumea a fost pregătită cu resurse şi capacităţi destinate creativităţii umane, cu miliarde de ani înainte de a apărea noi... Părintele Stăniloae scrie că „lumea, în fapt, prezintă nesfârşite virtualităţi care pot fi potenţate şi actualizate de lucrarea omului. Materia are o structură raţională statornică, ce permite combinarea şi prelucrarea ei, permite intervenţia omului în ea şi lucrarea lui. Caracteristicile ei sunt cele care permit unui subiect să lucreze ceea ce ea nu a făcut încă, pe baza unor proprietăţi pe care le are. Natura are virtualităţi! Acest lucru este extraordinar, întrucât ele permit manifestarea omului în natură, cu ceea ce este al naturii însă dincolo de ceea ce are ea.“

Mai mult, această alcătuire a lumii este adânc legată de destinaţia ei. Părintele Stăniloae afirmă că „acest tip de activitate a omului, de actualizare a potenţialităţilor şi virtualităţilor naturii, folosind lumea, dar depăşindu-o, este proprie unui subiect înzestrat cu trup - alcătuit asemănător cu lumea - şi cu suflet personal, înrudit cu Dumnezeu.“ „Lucrarea omului în lume devine conlucrarea cu Dumnzeu, iar acţiunea omului în lume mişcă lumea spre comuniune cu El. Lumea devine spaţiul de întâlnire al persoanelor umane cu Treimea Persoanelor divine care l-a făcut.“

Note

1 Ultimul element al tabelului lui Mendeleev (Ununoctium, denumit şi eka-radon, cu simbolul Uuo) are cel mai mare număr atomic - 118, fiind cel mai greu element cunoscut până în prezent. El a fost obţinut, ca şi ultimele patru elemente care îl preced, la Dubna, la un institut recunoscut în întreaga lume pentru cercetările în fizica materialelor, Join Institute for Nuclear Research, în colaborare cu Lawrence Livermore National Laboratory, în 2006. Mai multe date la adresa http://www.jinr.ru/

2 Totuşi, trebuie precizat că procesul nucleosintezei, nu poate explica formarea nucleelor mai grele decât cel al atomului de Fier. Aceasta este una dintre marile probleme ale fizicii nucleare.

3 John D. Barrow şi Frank Tipler, „Principiul Antropic Cosmologic“, Editura Tehnică, Bucureşti, 2001, p. 374

4 În condiţiile unei interacţiuni tari mai intense, surplusul de protoni din perioada primară a formării Universului s-ar fi combinat în perechi, dând naştere heliului şi nicidecum hidrogenului. Cecil Folescu, „Ce este Universul?“, Editura Albatros, Bucureşti, 1988, p. 106

5 Reacţia eliberează multă energie, creşte temperatura şi favorizează alte reacţii nucleare similare.