Natura materiei întunecate

Materia întunecată este, în general vorbind, o formă foarte stranie de materie. Deşi are masă, nu interacţionează cu obiectele obişnuite din viaţa de zi cu zi şi trece direct prin corpurile noastre. Fizicienii o numesc întunecată deoarece este invizibilă.

 Da, ştim că există. Din cauză că materia întunecată are masă, ea exercită şi o atracţie gravitaţională. Materia întunecată permite galaxiilor şi grupurilor de galaxii să se dezvolte şi să rămână împreună. Dacă nu ar exista materia întunecată, galaxia noastră nu ar exista aşa cum o ştim noi şi civilizaţia umană nu s-ar mai fi dezvoltat.

Materia întunecată este de cinci ori mai numeroasă decât celelate forme de materie descoperite până acum. După cum spunea şi cosmologistul Sean Carroll, ”cea mai mare parte din Univers nici nu îşi pune problema să interacţioneze cu tine”.

Orice ar fi materia întunecată, ea nu este constituită din nici o particulă din cele ce au fost deja detectate în experimente. Materia întunecată poate avea, la un nivel subatomic, interacţiuni foarte slabe cu materia normală, dar fizicienii nu au reuşit încă să observe aceste interacţiuni.

Diverse experimente din întreaga lume încearcă să detecteze şi să studieze particulele materiei întunecate în diverse moduri directe. Acceleratoare precum Large Hadron Collider ar putea crea particule de materie întunecată.

În general oamenii de ştiinţă culeg informaţii despre Univers prin intermediul radiaţiei (adică lumină) care vine din Cosmos. Lumina pe care care o captăm este sub forma de emisii de unde radio, de raţiaţii infraroşii, de lumină vizibilă, de radiaţii ultraviolete, de radiaţii X şi de radiaţii gama. Dar dacă există în Univers şi materie care nu străluceşte (radiază)? Cum am putea noi şti că ea există? Cum am putea spune în ce cantitate se găseşte? Cum aflăm ce este de fapt?

Asemenea materie se numeşte “materie întunecată” şi astronomii cred că marea parte de materia din Univers se găseşte sub această formă. Este materie care nu emite suficientă lumină ca să o detectăm în mod direct. Totuşi, există o varietate de moduri prin care îi putem detecta prezenţa în mod indirect. Cea mai comună metodă implică faptul că materia întunecată exercită o atracţie gravitaţională asupra luminii şi asupra surselor de lumină pe care le putem vedea. Din efectele gravitaţionale “în plus” pe care le detectăm putem deduce ce masă trebuie să fie prezentă acolo.

Imaginea de alături arată unul dintre moduri în care această estimare a masei este facută. Sunt două imagini suprapuse a clusterului de galaxii Coma. Cu roşu sunt reprezentate radiaţiile X detectate şi înregistrate de satelitul Einstein.Cu albastru-verzui este reprezentată lumina vizibilă observată cu Palomar Sky Survey ( telescoape aflate pe solulu terestru). Oamenii de ştiinţă au folosit aceste observaţii pentru a determin cât de mare este gravitaţia necesară să ţină masele din imagine toate la un loc. În mod surprinzător, nu este nici pe departe destulă materie să poată explica gravitaţia presupusă existentă. Cumva, există “masă nedetectată”. Ce ar putea fi aceasta de fapt?

Tipul de materie cu care ne întâlnim zilnic este alcătuită din atomi, care sunt formaţi la rândul lor din protoni, neutroni şi electroni. Ne referim la acest tip de materie ca fiind “barionică”. Materia întunecată este oare facută tot din materie barionică? Sau este ceva diferit… un fel de materie nouă, exotică, pe care am numi-o nebarionică?

Deocamdată se pare că există ambele tipuri (barionică şi nebarionică) de materie întunecată. O parte poate fi alcătuită din materie obişnuită (barionică), care însă nu emite prea multă lumină. Obiecte astronomice precum stelele de tip pitică maro ar veni în această categorie. Alt tip de materie întunecată ar putea fi alcătuită din particule subatomice care nu sunt deloc parte din materia “normală”. Dacă aceste particule minuscule sunt în număr mare, ar putea alcătui mare parte din materia întunecată care credem că există.

Dacă este adevărat, atunci mare parte din materia din Univers este de o formă misterioasă, pe care încă nu o putem identifica.

1. Barion – particule subatomice cu număr barionic 1, de obicei alcatuită din 3 cuarci (ex: protonul şi neutronul)

2. Pitică maro – tip de stea care nu are destulă masă să intreţină procesul de fuziune nucleară a hidrogenului, avândaşadar luminozitate şi masă relativ redusă.

Read More

Şocul anului: a fost doborâtă bariera vitezei luminii!

Un grup de cercetători europeni a produs un şoc în lumea fizicii, după ce au anunţat că au înregistrat particule subatomice de tip neutrino deplasându-se cu o viteză mai mare decât cea a luminii. Enunţată de Albert Einstein în 1905, viteza luminii constituie viteza maximă pe care o poate avea o particulă, fiind una dintre legile fundamentale ale universului. Infirmarea acestei legi ar schimba radical fizica şi ar face posibilă călătoria în timp.

În cadrul unui experiment efectuat la acceleratorul de particule al CERN, 15.000 de particule neutrino au fost lansate din apropiere de Geneva spre o peşteră subterană aflată în Italia, la Gran Sasso, la aproximativ 730 de kilometri depărtare. Conform cercetătorilor, particulele au ajuns la destinaţie cu 60 de nanosecunde (0,00000006 secunde) mai repede decât i-ar fi luat luminii să parcurgă aceeaşi distanţă, depăşind bariera vitezei luminii cu 0,0025%.

Cercetătorii care au efectuat studiul, aparţinând proiectului Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus, susţin că au verificat rezultatele în mod repetat, rezultatul fiind acelaşi. "Am verificat şi reverificat toate aspectele studiului şi nu am găsit nimic în neregulă. Acum aşteptăm ca rezultatele noastre să fie confirmate independent", au afirmat aceştia.

Fizicienii din întreaga lume au rămas şocaţi la aflarea acestor rezultate, care, odată confirmate, ar face posibilă călătoria în timp. Acest lucru a fost recunoscut în timpul vieţii chiar de către Albert Einstein, autorul teoriei relativităţii, acesta declarând că "dacă ar fi posibil să transmitem un mesaj mai repede decât lumina, ai putea să trimiţi o telegramă în trecut".

Un cercetător de la CERN, Alvaro de Rujula, a comentat rezultatele: "Dacă acest studiu se confirmă, atunci înseamnă că nu am înţeles nimic despre nimic. Acest rezultat pare de necrezut".

John Ellis, un alt fizician de la CERN, a adăugat: "Înainte să-l aruncăm pe Einstein pe rug, ar trebui efectuat un experiment independent".

Antonio Ereditato, unul dintre fizicienii care au luat parte la acest studiu, a mărturisit că a avut aceeaşi reacţie de şoc atunci când a văzut rezultatele. "După ce am discutat rezultatele timp îndelungat alături de colegii mei, am hotărât să le publicăm, pentru ca acestea să fie verificate de alţi cercetători. Visul meu este ca alt experiment să descopere acelaşi lucru, atunci m-aş linişti", a declarat acesta.

Un astronom de la Universitatea din Hawaii, John Learned, susţine că acest studiu ar putea fi primul indiciu asupra existenţei unor alte dimensiuni, folosite de particulele neutrino ca "scurtătură".

Majoritatea fizicienilor, însă, susţin că este vorba aproape sigur despre o greşeală de măsurătoare. Alan Kostelecky, teoretician la Universitatea din Indiana, a comentat: "o veche zicală a fizicii spune că «afirmaţiile extraordinare necesită dovezi extraordinare»". Acesta a fost completat de un alt fizician, Chang Kee Jung de la Universitatea Stony Brook din New York: " Pot să pun pariu că este vorba despre o greşeală sistematică a studiului. Nu aş pune ca miză soţia sau copiii mei, pentru că probabil s-ar supăra, dar mi-aş paria casa că despre asta este vorba ".

Doar două laboratoare din întreaga lume pot încerca să reproducă rezultatele - Fermilab, situat în apropiere de Chicago, şi un alt laborator aflat în Japonia afectat de tsunami-ul şi cutremurul din martie. Cercetătorii de la Fermilab au început deja pregătirile pentru un experiment similar. Rob Plunkett, cercetător la Fermilab, nu crede că rezultatele vor fi aceleaşi: "Este periculos să pariezi împotriva lui Einstein. Teoriile sale au fost testate în mod repetat şi confirmate mereu".

Read More

Ce este realitatea? (partea 2): lumea din interiorul nostru nu exista

Immanuel Kant credea ca intuitiile lui despre natura perceptiei si distinctia dintre realitatea fizica si realitatea pe care fiecare o experimenteaza ar putea fi baza pentru „o revolutie copernicana in filosofie”. Acum, dupa 200 de ani, se pare ca a fost aproape de tinta. In revolutia copernicana, intuitia-cheie a fost realizarea ca Pamantul se invarte in spatiu. Distinctia lui Kant dintre cele doua realitati este de asemenea intuitia – cheie care deschide usa spre o noua metaparadigma.

In ambele cazuri intuitia-cheie contrazicea simtul comun. Pe vremea lui Copernic parea absolut evident faptul ca Pamantul e stationar. Astazi pare la fel de evident ca percepem lumea fizica in mod direct. Chiar atunci cand intelectualii accepta faptul ca intreaga noastra lume a experientei este o constructie din mintea noastra, asa cum va trebui sa acceptam la un moment dat, noi continuam sa vedem lumea ca fiind „in afara”, in jurul nostru.

Exercitiu de perceptie a realitatii

S-ar putea sa o vedem mereu asa. Chiar si acum, la cinci secole dupa Copernic, tot vedem soarele apunand, chiar daca acum stim ca de fapt Pamantul se invarte. Cu toate acestea, este posibil sa vedem problema in alt fel. Tot ce trebuie sa faceti este sa mergeti undeva unde sa aveti o perspectiva buna asupra orizontului. Apoi, in loc sa ganditi despre voi ca sunteti stationari, priviti-va ca stand pe aceasta minge uriasa de piatra pe care o numim Pamant, care se intoarce incet in spatiu de la vest la est. In timp ce se intoarce, noi parti de cer apar in campul vizual la est in timp ce altele dispar din vedere la vest. Acum, in loc sa vedeti soarele apunand, puteti vedea orizontul ridicandu-se si ascunzandu-l. Intr-un mod similar, Luna plina „rasare” in timp ce orizontul opus coboara, deschizand noi panorame. Schimbandu-va perceptia astfel, schimbarea copernicana devine o realitate experimentata.

Nu tu esti in lume, ci lumea e in tine

Este cu mult mai dificil totusi sa faceti un exercitiu similar cu perceptia lumii din jurul nostru. Oricat am incerca, nu putem experimenta faptul ca totul este o imagine din mintea noastra. Cu toate acestea, nu este imposibil sa vedeti lucrurile diferit. Cativa adepti spirituali, care au facut investigatii proprii in natura constiintei, pretind ca ar fi ajuns la aceasta noua perceptie.

Poate una dintre cele mai clare si succinte descrieri ale acestui mod alternativ de constiinta vine de la profesorul indian contemporan Sri Nisargadatta Maharaj, care a spus, descriind propria trezire spirituala:
„Realizezi dincolo de orice urma de indoiala ca lumea e in tine, nu tu esti in lume.” Swami Muktanada, un alt intelept contemporan, a spus: „Tu esti intregul univers. Tu esti in tine si totul este in tine. Soare, luna si stele se invart in tine.” Si Ashtavakra Gita, un foarte venerat text indian, spune: „Universul a produs fenomenal in mine, este cuprins de mine … Din mine s-a nascut lumea, in mine exista, in mine se dizolva.”

Acesti oameni par sa se fi trezit din visul maya — halucinatia cum ca percepem direct lumea fizica. Ei stiu ca o experienta personala directa, nu doar ca o idee teoretica, ca intreaga lume este o manifestare in cadrul mintii. Ei sunt aceia – cei iluminati, ii numim uneori – care au facut personal trecerea la o noua metaparadigma.

Realitatea cu susul in jos

In aproximativ acelasi mod ca acela in care intuitia lui Copernic a rasturnat cu susul in jos modelul cosmosului, distinctia dintre lumea fizica si experienta noastra despre lume rastoarna relatia dintre constiinta si lumea materiala, in metaparadigma actuala, constiinta se presupune ca ia nastere din lumea spatiului, a timpului si a materiei. In noua metaparadigma, tot ceea ce stim ia nastere din constiinta.

Lumea din jurul nostru nu e reala

Credem ca lumea pe care o vedem in jur este compusa din materie. In ceea ce priveste realitatea fizica, acest lucru poate fi adevarat- oricat am fi de nesiguri in privinta naturii ultime a acestei materii. Dar lumea pe care o percepem in jurul nostru nu este lumea fizica. Lumea pe care o stim de fapt este lumea care capata forma in mintile noastre; aceasta lume nu este facuta din materie, ci din lucruri ale mintii. Tot ceea ce stim, percepem, ne imaginam, fiecare culoare, sunet, senzatie, gand si sentiment este o forma pe care a adoptat-o constiinta. In ceea ce priveste lumea, totul este structurat in constiinta.

Kant sustinea ca acelasi lucru este valabil si in ceea ce priveste spatiul si timpul. Pentru noi, realitatea spatiului si a timpului pare de necontestat. Ele par a fi dimensiuni fundamentale ale lumii fizice, complet independente de constiinta noastra. Acest lucru, a spus Kant, se datoreaza faptului ca nu putem vedea lumea in alt fel. Mintea umana este astfel constituita incat este fortata sa-si construiasca experienta in cadrul tiparului spatiu-timp. Spatiul si timpul nu sunt totusi dimensiuni fundamentale ale realitatii. Ele sunt dimensiuni fundamentale ale constiintei.

La vremea respectiva aceasta a fost o afirmatie uimitoare – si probabil ca si astazi pare uimitoare multora dintre noi – dar fizica contemporana acorda greutate acum acestei idei extraordinare.

Read More