Minuni cuantice: efectul Casimir (3)

"Din nimic, nimic va ieşi" o avertizează Regele Lear pe Cordelia în opera omonimă scrisă de Shakespeare. În lumea cuantică lucrurile se petrec într-un mod diferit: în acest microunivers aparte ceva ia naştere din nimic şi poate pune lucrurile în mişcare.

Concret, dacă punem două plăcuţe metalice neutre dpdv electric una alături de cealaltă în vid, se vor deplasa una spre alta, aparent fără motiv. Atenţie, nu se vor deplasa mult. Două plăci având o suprafaţă de un metru pătrat poziţionate la o miime de milimetru una de cealaltă vor resimţi o forţă echivalentă cu puţin peste o zecime de gram.

Fizicianul olandez Hendrik Casimir a remarcat pentru prima dată această minusculă deplasare în 1948. "Efectul Casimir este una dintre manifestările bizare de natură cuantică din lumea microscopică", afirmă fizicianul Steve Lamoreaux de la Universitatea Yale.

Efectul are de-a face cu una din normele ciudate ale lumii cuantice cunoscută sub numele de "principiul de nedeterminare al lui Heisenberg", care în esenţă afirmă următoarele: cu cât ştim mai multe despre unele lucruri aparţinând lumii cuantice, cu atât mai puţin cunoaştem despre alte lucruri. Nu putem deduce, de exemplu, poziţia exactă şi impulsul unei de particule în acelaşi timp. Cu cât suntem mai siguri că ştim unde este particula, cu atât mai puţin siguri suntem de locul spre care se îndreaptă.

O relaţie similară, de incertitudine, există şi în ceea ce priveşte energia şi timpul, cu o consecinţă dramatică. Dacă vidul ar fi cu adevărat gol, ar conţine zero energie la un moment precis definit în timp, un lucru pe care principiul de incertitudine ne interzice să îl cunoaştem.

Rezultă că, de fapt, vidul cuantic nu există. În conformitate cu teoria cuantică a câmpului, în vid iau constant naştere diverse "chestii" cu o durată foarte scurtă de viaţă care apar, privesc pentru foarte scurt timp în jur şi se decid că nu le place ceea ce văd, dispărând în neantul care le-a creat, toate acestea pentru ca Universul să respecte regulile impuse de principiul incertitudinii. În mare parte, e vorba de perechi alcătuite din fotoni şi antiparticulele lor, care se anihilează rapid. Minusculele câmpuri electrice generate de aceste particule care apar de nicăieri şi efectul lor asupra electronilor liberi din plăcile metalice ar putea explica efectul Casimir.

Sau poate lucrurile nu stau astfel. Datorită principiului incertitudinii, câmpurile electrice asociate cu atomii din plăcile de metal variază de asemenea. Aceste fluctuaţii dau naştere unor forţe de atracţie minuscule între atomi, numite forţe van der Waals. "Nu se poate atribui forţa Casimir exclusiv particulelor virtuale din vidul cuantic ori exclusiv minusculei deplasări a atomilor care formează plăcuţele", afirmă Lamoreaux. "Fiecare punct de vedere este corect şi conduce către acelaşi rezultat concret, fizic. "

Indiferent ce variantă îmbrăţişăm, efectul Casimir este suficient de intens pentru a reprezenta o problemă. În mecanisme realizate la scară nanometrică, de exemplu, efectul ar putea determina elementele componente aflate în imediată vecinătate să se lipească unele de altele.

O modalitate de a evita aşa ceva ar fi simpla inversare a efectului. În 1961, fizicienii ruşi au demonstrat teoretic că anumite combinaţii de materiale caracterizate de forţe de atracţie Casimir de valori diferite pot da naştere unor scenarii în care efectul total este unul de respingere. Dovada acestei aşa-numite şi stranii "flotabilităţi cuantice" a fost prezentată în ianuarie 2009 de fizicieni de la Universitatea Harvard, care au realizat un montaj din plăcuţe de aur şi de siliciu separate de bromobenzen lichid (Nature, vol. 457, p. 170).

Read More

Minuni cuantice: efectul Zeno cuantic (2)

Ibricele cuantice privite îndeaproape chiar refuză - uneori - să fiarbă. În alte cazuri, fierberea are loc mai repede. Există chiar şi cazuri în care, supravegheate fiind, ajung la o dilemă existenţială, neştiind dacă să fiarbă ori nu.


Această întreagă nebunie este consecinţa ecuaţiei lui Schrödinger, formula născocită de fizicianul austriac Erwin Schrödinger în 1926 pentru a descrie, de o manieră probabilistică, felul în care obiectele cuantice evoluează de-a lungul timpului.


Imaginaţi-vă de exemplu că efectuaţi un experiment folosind un atom radioactiv, iniţial nedescompus, aflat într-o cutie. Potrivit ecuaţiei lui Schrödinger, în orice moment de după începerea experimentului atomul se află într-un amestec, "o superpoziţie" de stări, dezintegrat ori nu.


Fiecare stare are asociată o anumită probabilitate descrisă matematic prin intermediul unei aşa-numite funcţii de undă. De-a lungul timpului, atâta vreme cât nu privim sistemul cuantic descris mai sus, funcţia sa de undă evoluează odată cu creşterea lentă a probabilităţii asociate stării dezintegrate a atomului. De îndată ce privim, atomul "alege", de o manieră conformă cu probabilităţile descrise de funcţia de undă, sub ce stare ni se înfăţişează, iar funcţia de undă "colapsează (se prăbuşeşte)" către o stare determinată, unică.


Acesta este mecanismul care a dat naştere faimoasei pisici a lui Schrödinger. Să presupunem că o pisică împreună cu un flacon de gaz otrăvitor sunt plasate într-o cutie închisă, în interiorul căreia dezintegrarea radioactivă a unui atom declanşează spargerea sticluţei cu otravă. Este pisica în acelaşi timp moartă cât şi vie, de vreme ce nu ştim dacă dezintegrarea atomului a avut loc?


Nu ştim. Tot ce ştim este că experimente care utilizează obiecte de dimensiuni din ce în ce mai mari, printre care recent s-a numărat şi o bandă de metal rezonantă suficient de mare pentru a putea fi văzută la microscop, par să indice că într-adevăr obiectele pot ajunge să adopte două stări simultan (Nature, vol. 464, p. 697).


Cel mai ciudat lucru despre cele afirmate mai sus este ideea că simpla observare a unui sistem cuantic poate modifica comportamentul acestuia. Să ne referim la atomul nedescompus de mai înainte: observarea sistemului şi constatarea că atomul nu s-a dezintegrat readuce "montajul" la o stare bine determinată, iar evoluţia ecuaţiei lui Schrödinger către starea de "dezagregare" trebuie să înceapă din nou de la zero.


Corolarul este că dacă continuaţi să "măsuraţi" sistemul suficient de des, acesta nu va fi niciodată capabil să se dezintegreze. Această posibilitate poartă numele de efect Zeno cuantic, după filozoful grec omonim din Elea, care a imaginat un paradox celebru care "dovedeşte" că dacă împărţim timpul în clipe din ce în ce mai mici, am putea face schimbarea ori mişcarea imposibile.


Şi efectul cuantic Zeno chiar se petrece în realitate. În 1990, cercetătorii de la National Institute of Standards and Technology din Boulder, Colorado, au demonstrat că ar putea menţine un ion de beriliu într-o configuraţie energetică instabilă, oarecum asemănătoare cu un creion care se balansează sprijinit de vârful său ascuţit, cu condiţia să măsoare în repetate rânduri energia acestuia (Physical Review O, vol. 41, p. 2295).


Efectul invers, "anti-Zeno" - metaforic spus, fierberea mai rapidă a unui "ibric cuantic" - are de asemenea loc. În cazul în care un sistem cuantic are la dispoziţie un aranjament complex de stări cuantice prin care poate trece, dezintegrarea către o stare cu energie mai scăzută poate fi accelerată prin măsurarea sistemului în ordinea corespunzătoare. Acest tip de comportament a fost, de asemenea, evidenţiat în laborator, în 2001 (Physical Review Letters, vol. 87, p. 040402).


Un al treilea truc poartă numele de "efect Hamlet cuantic", propus în cursul anului trecut de către Vladan Pankovic de la Universitatea din Novi Sad, Serbia. Acesta a descoperit că o anumită succesiune de măsurători deosebit de complicate pot afecta un sistem în aşa fel încât să facă ecuaţia lui Schrödinger pentru evoluţia ulterioară a acestuia practic imposibil de rezolvat. Aşa cum afirmă Pankovic: a fi sau a nu fi descompus, "aceasta este întrebarea de nerezolvat prin metode analitice".

Read More

Minuni cuantice: corpuscul şi undă (1)

De la pisici moarte şi vii în acelaşi timp până la particule care apar de nicăieri, de la fotoni care urmează două traiectorii simultan până la acţiuni ciudate la distanţă, fizica cuantică ne dărâmă intuiţiile legate de felul în care funcţionează lumea.

Michael Brooks a făcut o trecere în revistă a bizareriilor şi efectelor din universul cuantic care în mod garantat ne vor surprinde.

Lumina are atât caracter corpuscular, cât şi ondulatoriu şi începem să demonstrăm că şi celelalte lucruri sunt la fel.

1. Ambele şi niciuna. Dualitatea corpuscul-undă.

Nu este necesar să ai cunoştinţe de fizică cuantică pentru a recunoaşte bizareriile lumii cuantice. Cea mai veche şi mai grandioasă dintre tainele cuantice face referire la o întrebare care a pus la încercare minţile cele mai geniale, cel puţin de pe vremea filozofului grec antic Euclid: din ce este compusă lumina? Este lumina undă sau particulă?

De-a lungul timpului părerile legate de această temă au fost împărţite. Isaac Newton credea că lumina este formată din particule minuscule, "corpusculi" în jargonul vremii. Nu toţi contemporanii săi au fost impresionaţi, iar în cadrul unor experimente devenite clasice efectuate la începutul anilor 1800 polivalentul Thomas Young a dezvăluit felul în care se propagă o rază de lumină la trecerea prin două fante înguste plasate în apropiere una de cealaltă, producând un tipar de interferenţă caracteristic undelor pe un ecran poziţionat în spatele fantelor.

Deci, despre ce este vorba de fapt, de particulă ori de undă? Nerăbdătoare să-şi stabilească o reputaţie de contestatar al ideilor fizicii clasice, teoria cuantică a oferit un răspuns la scurt timp după ce şi-a făcut apariţia pe scena ştiinţelor, la începutul secolului XX. Lumina are atât un caracter corpuscular (de particulă), cât şi unul ondulatoriu (de undă), reprezentând astfel, în fapt, cu totul altceva. O particulă izolată aflată în mişcare, de pildă un electron, poate suferi fenomenul de difracţie şi poate interfera cu ea însăşi, asemenea undelor şi, credeţi sau nu, un obiect de mărimea unui automobil are asociată şi o natură secundară, ondulatorie.

Acest lucru (natura duală a particulelor - n.tr.) a fost propus în premieră în cadrul unei curajoase teze de doctorat scrisă în 1924 de unul dintre deschizătorii de drumuri din teoria cuantică, fizicianul Louis de Broglie. El a arătat faptul că, prin descrierea particulelor aflate în mişcare ca fiind unde, am putea explica de ce acestea au asociate niveluri energetice discrete, cuantizabile, neputându-li-se asocia un spectru energetic continuu, aşa cum prezicea fizica clasică.

De Broglie a presupus la început că acest lucru este doar un concept abstract, de natură matematică, dar dualitatea undă-particulă este "dureros" de reală. Experimentul clasic de interferenţă a undelor luminoase efectuat de Thomas Young (1773-1829) a fost reprodus înlocuindu-se lumina cu electroni sau cu tot felul de alte particule.

Într-adevăr, trebuie spus că experimentul nu a fost realizat folosind un obiect macroscopic, cum ar fi un automobil în mişcare. Lungimea de undă de Broglie asociată unui asemenea obiect are o valoare de aproximativ 10^-38 metri, iar a supune o aşa entitate unor fenomene precum difracţia ar presupune construirea unor fante cu o deschidere de acelaşi ordin de mărime, o sarcină care depăşeşte cu mult posibilităţile noastre tehnologice. Experimentul a fost realizat, totuşi, folosind fulerene, molecule de forma unei mingi de fotbal formate din 60 de atomi de carbon, care, la un diametru de aproximativ un nanometru, sunt suficient de mari pentru a fi văzute la microscop (Nature, vol. 401, p. 680).

Toate acestea ridică o întrebare fundamentală: cum este posibil ca substanţele să fie unde şi particule în acelaşi timp? Poate pentru că nu sunt nici una dintre cele două, afirmă Markus Arndt de la Universitatea din Viena, Austria, care a efectuat în 1999 experimente utilizând compuşii menţionaţi mai sus. Ceea ce noi numim electroni sau fulerene s-ar putea dovedi, în cele din urmă, entităţi cu nimic mai reale decât un sunet produs de un detector ori decât imaginea reconstituită la nivel cerebral generată de câţiva fotoni care vin în contact cu retina. "Ne-am putea, aşadar, referi la unde şi particule ca fiind doar simple construcţii mentale ce au menirea să ne faciliteze conversaţiile cotidiene", afirmă el.

Read More

Cronovizorul - uluitorul aparat de filmat trecutul

Acum 58 de ani, pe 15 septembrie, Padre Ernetti a inventat un dispozitiv care fotografia trecutul omenirii, el a fost denumit cronovizor - Un aparat extrem de interesant, care vede si chiar face poze ale unor evenimente din trecut.

Posibilitatea călătoriei în timp îi fascinează pe oameni din cele mai vechi timpuri. Oare cum ar fi să putem să ne întoarcem în trecut şi să anulăm evenimentele nedorite? Cum ar fi să aruncăm o privire în viitor? Oameni de ştiinţă demonstrează că saltul temporal nu e posibil. Alţii au încercat să găsească principiul de funcţionare al unui vehicul care să se deplaseze pe axa timpului.

Ca şi în cazul altor secrete ştiinţifice, se pare că planurile unui aparat care priveşte în trecut se află în posesia Vaticanului. Este vorba de cronovizorul inventat de călugărul Ernetti, dispozitiv care a funcţionat şi a reuşit să-i fotografieze pe Iisus şi Napoleon pe vremea cînd erau în viaţă.

Din punct de vedere istoric, scriitorii SF, precum H.G.Welles, au fost atraşi de posibilităţile unei maşini a timpului. Una dintre cele mai corecte descrieri şi coerentă din punct de vedere ştiinţific a unui mecanism de acest tip a fost oferit în 1980 de către astrofizicianul Gregory Benford, în romanul său Timescape, în care a descris un sistem pentru a trimite mesaje în trecut folosind tahioni, particule având viteza ipotetic mai mare decât cea a luminii.

Este interesant că prin anii ’50, perioada în care, se pare, Ernetti îşi începea experimentele, au fost publicate mai multe lucrări pe tema fotografierii evenimentelor trecute; apar termeni precum cronoscop sau cronotunel (“A Statue for Father” Isaac Asimov). Un alt exemplu poate fi găsit în “Other Days, Other Eyes” – Bob Shaw, care descrie un cronovizor ce folosea cristale special în măsură să încetinească viteza luminii, cu scopul de a observa trecutul.

Un călugăr şi 12 savanţi

Cronovizorul captează imagini din trecutul apropiat sau îndepărtat sub forma unor holograme proiectate într-un spaţiu cilindric. Aşa se poate descrie pe scurt invenţia călugărului benedictin Pellegrino Ernetti. A murit în 1994, ducînd cu el secretul celor văzute cu ajutorul cronovizorului, aparatul pe care l-a construit şi cu care a privit în trecutul omenirii. Padre Ernetti (foto medalion) era cunoscut în lumea clericală ca exorcist şi profesor de muzică prepolifonică la Universitatea din Veneţia. Dar absolvise şi facultatea de fizică, fiind pasionat de experimentele ştiinţifice.

Totul a început în 15 septembrie 1952, în Laboratorul Electroacustic al Părintelui Agostino Gemelli de la Universitatea Catolică din Milano. Redînd o înregistrare de muzică gregoriană, Ernetti şi părintele Gemelli (foto medalion) au descoperit cu uimire o voce străină. Gemelli era convins că e vocea tatălui său, ceea ce i-a şocat pe cei doi. Cu timpul, cercetărilor lui Ernetti li s-au alăturat 12 savanţi.

Numele lor au rămas necunoscute, dar călugărul a mărturisit totuşi că, printre cei cu care a lucrat la cronovizor, se numărau şi laureatul Premiului Nobel, Enrico Fermi, şi Wernher von Braun, specialist în rachete, doi dintre cei mai mari fizicieni ai lumii şi “părinţii” programului atomic american. Ceea ce au realizat aceşti oameni de ştiinţă avea să inflameze Biserica Catolică şi să atragă interesul experţilor de la NASA.

O maşinărie care vede trecutul

Nu se ştie exact cum s-a ajuns la prima experienţă reuşită. „S-a întîmplat accidental. Ideea de bază este foarte simplă. A fost doar o problemă de depăşire a piedicilor de pînă atunci“, a spus călugărul, evaziv. Întrebat cine a inventat cronovizorul, el a replicat: „Nimeni. A fost o creaţie colectivă“. Nici despre construcţia cronovizorului nu se ştiu prea multe, doar că era compus din trei părţi. Mai întîi, o mulţime de antene capabile să capteze lumina şi sunetul. Antenele au fost construite dintr-un aliaj de trei metale misterioase. A doua componentă era un tip de captator, activat şi dirijat de undele luminoase şi sonore.

Captatorul putea fi setat pe o anume locaţie, o dată anume şi chiar pe o anume persoană. A treia componentă era un sistem complicat de mecanisme de înregistrare a sunetelor şi imaginilor. „Principiul care stă la baza acestei maşini este foarte simplu şi cineva l-ar putea reproduce cu intenţii rele. Dar vă spun, am demonstrat că lungimile de undă vizibile şi audibile din trecut nu sînt distruse, nu dispar. Măreţia acestei invenţii a fost că am putut recupera acea energie pierdută care a recompus scene petrecute acum cîteva de secole“, a spus Padre Ernetti.

Martori la crucificarea lui Iisus

Ernetti a publicat încă din 1965 articole despre cronovizor, dar au fost trecute cu vederea. În data de 2 mai 1972, săptămînalul italian La Domenica del Corriere a publicat o fotografie care îl înfăţişa pe Iisus agonizînd pe cruce. În interviu, Ernetti declara că imaginea a fost captată cu cronovizorul. „Cînd am încercat să prindem imagini din ziua crucificării, am avut o problemă. Răstignirile pe cruce erau în acea vreme zilnice.

Nici faptul că Iisus trebuia să aibă pe frunte o coroană de spini nu ne-a fost de ajutor. Deoarece, contrar credinţei populare, şi aceasta era o practică frecventă“, a explicat călugărul. El a povestit cum au fost nevoiţi să se întoarcă înapoi cu cîteva zile, în seara Cinei cea de Taină. „Am văzut tot. Agonia din grădina Gheţimani, trădarea lui Iuda, procesul, calvarul. Echipa cronovizorului a filmat tot, dar fără amănunte, important era să păstrăm imagini, nu scenariul“. Acest articol a stîrnit curiozitate, optimism, chiar exuberanţă, nu atît în faţa unei descoperiri uluitoare, cît mai ales a perspectivelor deschise.

Un secret bine păzit

Pe 8 aprilie 1994, Padre Ernetti a murit în Veneţia, nu înainte de a avea parte pe patul de moarte o ultimă vizită din partea Vaticanului. Cronovizorul fusese deja distrus. „Aparatul poate intra în trecutul oricui. Cu el, orice secret e spulberat: secrete de stat, industriale, private. Uşa ar putea fi deschisă şi unui dictator. Am sfîrşit prin a cădea de acord că trebuie să dezasamblăm această maşină“, ar fi spus Ernetti, în 1993.

Alţi cercetători sînt sceptici în privinţa existenţei acestui dispozitiv. „Nimeni nu l-a văzut, nici măcar prietenii lui, Brune şi Senkowski. Nu a făcut niciodată publice numele colaboratorilor. Cu excepţia lui Wernher von Braun şi Enrico Fermi, care acum sînt morţi“, se plîngea Peter Krassa. În „Le nouveau mystere du Vatican“, părintele François Brune spune că, în 1955, călugărul mai lucra şi cu unul dintre discipolii lui Fermi, cu un alt laureat al premiului Nobel din Japonia şi cu un savant portughez, o dovadă că aceste mari personalităţi ale ştiinţei au lucrat cu Ernetti atrase de cercetările fără precedent.

Călugărul chiar a inventat ceva, dar Biserica Catolică nu ne spune ce. Dacă a existat vreodată cronovizorul, numai Vaticanul ştie. Cei mai mulţi se îndoiesc că o faţă bisericească, cu preocupări intelectuale remarcabile şi de o moralitate neîndoielnică, ar fi putut juca o farsă de asemena proporţii.

In loc de incheiere

In acest moment, cronovizorul se afla la Vatican, fiind unul dintre cele mai bine pazite secrete. Aceasta noua descoperire este prezentata si de Francois Brune, care este autorul cartii Noul mister al Vaticanului. O alta carte care trateaza acelasi subiect este The Creation and Disappearance of the World’s First Time Machine de Peter Krassa.

Daca acest aparat chiar exista, atunci principiile sale ar putea avea numeroase intrebuintari. Cu ajutorul acestui dispozitiv se va putea rescrie chiar si istoria. Evenimente care se vor fi prezentat suibectiv, vor putea fi analizate cu ajutorul cronovizorului. Pana cand va fi pus la dispozitia oamenilor de stiinta pentru a fi cercetat, dispozitivul care vede trecutul sta in pivintele incuiate ale Vaticanului, fiind un secret extrem de bine pazit.

Read More

Nimicul. 10 lucruri despre...nimic

V-aţi gândit vreodată la “nimic”? E o întrebare destul de ciudată, dar ce este “nimicul”? Nu poate fi ceva pentru că nu este, dar în acelaşi timp există. Destul cu filozofia. Să urmărim câteva date despre “nimic” şi poate reuşim apoi să îl explicăm.

1. În Univers există mai mult „nimic” decât „ceva” : 74% din Univers este „nimic” sau energie întunecată, 22% este materie întunecată şi doar 4% este materie, ceea ce am putea numi „ceva”. Cel puţin asta afirmă cercetătorii. Existenţa energiei întunecate este dovedită doar teoretic, termenul fiind introdus în 1998 de Michael Turner. Şi materia întunecată reprezintă încă un mister pentru noi.

2. Putem spune că nu există solid, lichid sau gaz şi că totul este doar o convenţie de-a noastră. Ce vedem noi sunt atomii şi legăturile dintre ei. Dacă atomii şi moleculele vor fi compact împachetate, atunci vor forma ceva solid. Dacă distanţa dintre molecule este mare, atunci vorbim despre gaz, iar lichidul este o combinaţie dintre solid şi gaz.

3. În fiecare secundă apare tot mai mult „nimic”! În 1998, astronomii au măsurat expansiunea Universului, determinând că energia întunecată stă la baza acestuia.

4. Paradox! Deşi materia întunecată este, deocamdată, imposibil de detectat, deci am putea-o include la categoria „nimic”, totuşi acest nimic are o anumită masă. În spaţiu, într-un cub cu latura de aproximativ 400,000 de km, există materie întunecată ce ajunge la 0,45 kg. Cel puţin asta au spus fizicienii.

5. De ce e linişte în spaţiul cosmic? Pe Pământ, sunetul se aude deoarece unda sonoră se propagă prin ceva, aer sau apă. În schimb, în spaţiu este vid: unda sonoră nu are prin ce se propaga, deci e linişte deplină.

6. Credeţi în expresia „nimic nu e imposibil”? Atunci să-mi explice şi mie careva cât e „0 x ∞”! Ce iese dacă înmulţeşti nimicul, adică 0, cu infinitul, adică ∞ ?

7. Deşi erau civilizaţii înfloritoare, nici grecii antici, nici romanii nu cunoşteau existenţa lui „0” ca cifră. Se presupune că cifra 0 a apărut, ca şi concept matematic, în India.

8. Care este opusul „nimicului”? Găurile negre! Ele sunt concentraţii de masă foarte dense şi cu o gravitaţie atât de mare, încât nimic nu poate ieşi din interiorul acestor suprafeţe, odată ce depăşeşte „graniţa” invizibilă a acesteia, numită orizontul evenimentului. Nici măcar lumina nu reuşeşte să scape.

9. Unii cercetători nu sunt de acord cu „nimicul”. Ei afirmă că spaţiul gol este, de fapt, plin de particule şi anti-particule. Ele se formează rapid şi tot la fel de rapid se anihilează reciproc. Acest fenomen îi dă dreptate lui Aristotel, care nega existenţa vidului sau a spaţiului gol.

10. În religiile şi miturile străvechi se credea că lumea a fost creată din „nimic”. Oare câtă dreptate au aceste poveşti?

Acum, la sfârşitul acestui articol, putem defini mai bine „nimicul”? Eu nu.

Read More

Ce a fost inainte de Big Bang

Sa fie oare raspunsul mai departe decat ne asteptam? In prezent, unii oameni de stiinta nu considera absurd sa te intrebi ce s-a intamplat inainte de Big Bang.

Fara indoiala ca ipoteza potrivit careia Universul ar avea un inceput, la un moment de timp estimat la acum circa 15 miliarde de ani, printr-un eveniment de tip exploziv al unei singularitati spatio-temporale este atat de neobisnuita, cat si uluitoare prin implicatiile pe care le contine. In completarea acestei idei vin si numeroasele observatii care nu lasa nici un dubiu asupra faptului ca Universul are un caracter dinamic si ca evolutia sa este caracteristica unui proces de expansiune, avand originea intr-o stare superconcentrata.

Conform teoriei generale a relativitatii, Big Bangul reprezinta inceputul, evenimentul in care a aparut materia si spatiul-timpul. Problema este ca teoria lui Einstein nu se aplica pana la momentul Big Bang-ului, datorita starii de condensare maxima a Universului.

Insa mai exista o teorie, cel putin interesanta. Stephen Hawking propune ideea existentei unei evolutii in sens invers a unei gauri negre, sau mai bine spus, a evenimentelor care s-au petrecut in interiorul acesteia, ce a facut ca spatiul si timpul sa se concentreze intr-o singularitate, care la randul sau, a suferit o expansiune permanenta in spatiul-timpul nostru.

Se presupune ca inainte de Big Bang a existat un Univers care se contracta cu o geometrie a spatiu-timpului, similara cu cea a Universului nostru, aflat in prezent in expansiune. In momentul Big Bang-ului, Universul anterior a ajuns sa colapseze, iar proprietatile cuantice ale spatiu-timpului au facut ca gravitatia sa devina repulsiva, lucru ce a cauzat Big Bang-ul.

Directorul Institutului de Geometrie si Fizica Gravitatiei de la Penn State spune ca “teoria generala a relativitatii poate fi folosita pentru a descrie Universul inapoi pana la un anumit punct dincolo de care materia devine atat de densa incat ecuatiile nu mai functioneaza, iar dincolo de acest moment trebuie sa aplicam uneltele mecanicii cuantice care nu ii erau disponibile lui Einstein.”
Astfel, cercetatorii au ajuns la concluzia ca inainte de Big Bang a existat un Univers care se contracta cu o geometrie a spatiu-timpului similara cu a Universului nostru. Pe masura ce fortele gravitationale au facut universul anterior sa colapseze, el a ajuns la un punct in care proprietatile cuantice ale spatiu-timpului au facut ca gravitatia sa devina repulsiva, lucru ce a cauzat ulterior Big Bang-ul.

Ashtekar a folosit modificarile cuantce ale ecuatiilor cosmologice ale lui Einstein si a aratat ca in locul unui Big Bang clasic a existat un Bounce cuantic. Descoperirea faptului ca a existat un alt univers pre-Big Bang a fost uluitoare, din acest motiv, au repetat simularile cu diferite valori ale parametrilor timp de cateva luni, scenariul Big Bounce ramanand acelasi.

Ideea unui alt Univers inainte de Big Bang nu este noua, aceasta este o descriere matematica ce stabileste in mod sistematic existenta sa si deduce proprietatile geometriei spatiu-timpului in acel Univers.

Cercetatorii spun ca Universul pare a fi ca un fel de tesatura facuta din fire foarte fine care – cuantice unidimentionale – devin evidente doar cand ne uitam la ele foarte de aproape. In apropierea Big Bang-ului, structura tesaturii Universului devine importanta si este cea care face ca gravitatia sa devina repulsiva. In apropierea Big Bang-ului, acest material este rupt in mod violent si natura cuantica a geometriei devine importanta. In acest fel gravitatia devine puternic repulsiva, generand Big Bounce-ul.

Datorita teoriei “loop quantum gravity”, geometria spatiu-timpului are o structura “atomica”, fiind asemenea unei foi de matematica cu patratele. Conform acestei teorii, continuitatea nu este decat o aproximare care apare din cauza ca distantele si timpii experimentati sunt mult mai mari decat distantele si duratele elementare.

Sa fie vorba oare de acel inceput, precum gasim in miturile cosmogonice, facerea lumii, creatia prin excelenta, si de un sfarsit prezis in miturile eshatologice, sfarsitul unei lumi si aparitia alteia noi? Haosul urmat distrugerii, urmat de aparitia unui nou teritoriu fiind o regresiune catre haosul primordial, asadar catre cosmogonie. Majoritatea acestor mituri aduc si convingerea ca lumii distruse ii va urma o alta, gratie unei noi creatii.

Read More

Teoria totului - numărătoarea inversă

Nu numai că timpul este unul din marile mistere, dar în acelaşi timp deţine cheia pentru rezolvarea celei mai ambiţioase provocări din fizica teoretică, aceea de a cuprinde complexa lucrare a acestui vast Univers într-o singură şi elegantă teorie: teoria totului.

Teoria totului ar trebui să unească teoria relativităţii generalizate, teoria gravitaţiei a lui Einstein, care descrie alcătuirea spaţiului şi timpului, cu teoria mecanicii cuantice, această stranie, dar atât de cuprinzătoare teorie care descrie fizica materiei. Şi aici se dă lupta de mai bine de un secol.

Teoria relativităţii generalizate şi mecanica cuantică oferă descrieri diferite ale timpului şi această diferenţă este o primă sursă a unei aparente ireconcilieri dintre cele două teorii. Dacă ar fi să facem un progres, ceva în concepţia noastră ar trebui să se modifice, iar mulţi au convingerea că tocmai ideea noastră despre timp este cea care ar trebui să se schimbe.

Timpul în teoria relativităţii generalizate

Acum aproape un secol, Einstein a arătat că timpul nu este ingredientul fundamental al realităţii, aşa cum noi credeam cândva că ar fi. Teoria acestuia, a relativităţii generalizate, a unificat spaţiul şi timpul într-o singură entitate numită spaţiu-timp, care poate să se contracte şi să se dilate în prezenţa materiei sau a energiei, producând curbura spaţiu-timpului pe care noi o simţim ca fiind forţa gravitaţională. Dar problema în ceea ce priveşte spaţiul-timp este faptul că acest concept nu mai poate fi dezvoltat. Spaţiul-timp, ca un întreg, nu poate evolua în timp pentru că este el însuşi timp - nici un ceas nu poate exista în afara Universului.

Potrivit relativităţii generalizate, ceea ce noi experimentăm ca fiind curgerea timpului este un fel de iluzie generată de drumurile ”peticite” în care diferiţi observatori taie spaţiul-timp unificat în spaţiu şi timp, cu diferitele lor puncte de vedere.

Timpul în teoria mecanicii cuantice

În mecanica cuantică situaţia se schimbă în mod radical. Spre deosebire de relativitatea generalizată, unde timpul este conţinut în sistem, mecanica cuantică are nevoie ca în afara sistemului să existe un ceas care să măsoare secundele Universului în exact acelaşi mod pentru fiecare observator. Aceasta deoarece sistemele cuantice sunt descrise de funcţiile de undă care cuantifică probabilitatea ca măsurătorile efectuate să dea anumite rezultate, iar aceste funcţii se dezvoltă independent de timp.

O regulă fundamentală a mecanicii cuantice spune că probabilităţile rămân aceleaşi chiar dacă timpul trece. Pentru a întări această regulă, timpul în care fiecare funcţie de undă evoluează trebuie să fie unul şi aceleaşi pentru tot şi pentru oricine.

Către o abordare unitară a timpului

Pentru a face un progres în încercarea lor de a uni teoria relativităţii generalizate cu cea a mecanicii cuantice, este nevoie să se lucreze cu o singură viziune asupra timpului. Dar care ar fi cea corecta?

Depinde pe cine întreabă. Mulţi cred că Einstein a avut dreptate şi teoria cuantică ar trebui să fie modificată. Carlo Rovelli, un fizician de la Centrul De Fizică Teoretică din Marsilia, Franţa, a rescris regulile mecanicii cuantice în aşa fel încât ele să nu facă nici o referire la timp.

“Pentru mine, soluţia la această problemă este aceea că la un nivel profund al naturii nu există timp deloc”, spune Rovelli. În viziunea sa, mecanica cuantică nu trebuie să descrie felul în care evoluează sistemele fizice în timp, ci doar cum evoluează ele relativ la alte sisteme, cum ar fi observatorii sau aparatele de măsură. “Fizica nu este despre “cum se mişcă Luna pe cer în timp?”, ci mai degrabă despre “cum se mişcă Luna pe cer în raport cu Soarele?”", spune acesta. “Timpul există doar în mintea noastră şi nu în realitatea fizică care ne înconjoară”.

Alţii nu sunt de acord cu acest punct de vedere. Fiziciana Fotini Markopoulou de la Institutul de Fizică Teoretică Perimeter din Waterloo, Ontario, Canada, a argumentat că timpul există la cel mai profund nivel al realităţii - dar pentru a putea încorpora timpul în teorie, spaţiul trebuie să dispară. În modelul ei, numit şi “desen cuantic” ("quantum graphity") ingredientele de bază ale realităţii sunt evenimentele cuantice ordonate în timp, iar din aceste eveniment, de la nivelul acesta, sunt aşteptate să emeargă spaţiul, gravitaţia şi teoria lui Einstein, la o scară mai mare şi la energii mai joase. În acest scenariu, teoria cuantica câştigă bătălia pentru timp şi teoria relativităţii generalizate este cea care ar trebui să se adapteze la noua viziune.

Pentru alţii însă nu este suficient să declari mecanica cuantică sau teoria relativităţii generalizate câştigătoare în bătălia pentru timp. Potrivit lui Dean Rickles, un filozof al ştiinţei de la Universitatea din Sydney, New South Wales, Australia, nici una din ultimele teorii nu ar fi cea corectă. “Este foarte posibil ca ceea ce noi numim timp să rezulte dintr-o structură atemporală profundă şi mult mai primitivă”, spune el.

În ceea ce priveşte teoria totului, spune Rickles, “mai este un drum lung de parcurs până acolo, dar cu siguranţă conceptul de timp va juca un rol crucial în definirea acesteia”.

Read More