Marginea Universului există? Are timpul un început şi un sfârşit? – sunt întrebări la care ştiinţa, de multă vreme, caută un răspuns şi care suscită în continuare interesul cercetătorilor, dar şi al oamenilor, în general, ca fiinţe dotate cu inteligenţă, care aparţin acestei planete, a cărei existenţă nu poate fi gândită altfel decât în relaţie cu marele cosmos.
În pofida excepţionalului progres ştiinţific şi tehnologic şi a tot ce am aflat şi învăţat despre Univers, există încă atât de multe incertitudini. Nu știm dacă Universul nostru este finit sau infinit ca întindere, știm doar că dimensiunea sa fizică este cu mult mai mare decât ceea ce se poate observa (inclusiv cu mijloacele tehnice trimise în spaţiu).
Nu știm dacă Universul nostru cuprinde tot ceea ce există sau dacă este doar unul dintre multele Universuri care formează un multivers. Și rămânem într-o zonă de ambiguitate când este vorba despre ceea ce s-a întâmplat în primele momente de după Big Bang sau când se incearcă explicaţii legate de cauza exploziei primordiale, deoarece lipsesc dovezile necesare pentru a trage o concluzie solidă.
Chiar dacă s-au făcut progrese enorme în cercetarea spaţiului, orice tentativă a oamenilor de a-şi reprezenta Universul rămâne însoţită încă, inevitabil, de întrebarea: “Cum să-ţi imaginezi inimaginabilul?”. În plus, pentru a se reuşi un salt semnificativ în acest domeniu al cunoaşterii, probabil că ar fi necesară renunţarea, în lumea ştiinţifică, la o mulţime de stereotipii şi condiţionări referitoare la legi, principii, teorii formulate de-a lungul timpului, valoroase la vremea lor, dar care nu mai corespund sau corespund parţial noilor adevăruri intuite sau abia întrezărite în lumina noilor cercetări.
Marginea Universului există?
La momentul actual, când telescopul spațial James Webb (JWST), cel mai mare şi mai performant din lume, a fost lansat în spaţiu (în decembrie 2021), la 1,5 milioane de kilometri de Pământ, se pun din ce în ce mai multe întrebări despre finit şi infinit, despre cum s-au născut stelele, cum s-au format galaxiile, despre marginea Universului, dacă Universul poate fi “măsurat”, despre expansiunea cosmosului, suntem sau nu singuri în Univers etc.
Telescopul spațial James Webb a fost “parcat” mai întâi în punctul Lagrange (L2), situat la 1,5 milioane de kilometri de Terra, de unde se pot observa cele mai îndepărtate obiecte din Univers (mai îndepărtate de opt miliarde de ani-lumină), primele stele și galaxii, care au apărut după Big Bang, la cateva milioane de ani distanță de Marele Inceput.
Universul, în sens cosmologic, desemnează tot ce există, descris din observaţii ştiinţifice şi guvernat de legile fizice, aşa cum au fost formulate de gândirea umană – spațiu, timp, energie și materie. Când se pune în discuţie “marginea Universului”, acest concept este greu de definit în sens fizic, deoarece existența unei “margini” ar presupune prezența a ceva în afara Universului, ceea ce este/ pare imposibil. Ar putea fi însă finit, spun unii oameni de ştiinţă, dar fără margini, cu un spațiu care se închide în sine.
Alţii susţin că “marginea Universului” există – nu în spaţiu, ci în timp. Deoarece Big Bang-ul a avut loc într-un timp finit și cunoscut, în trecut – acum 13,8 miliarde de ani, cu o incertitudine de mai puțin de 1% – există o “margine” în sensul de cât de departe putem vedea. Chiar și la viteza luminii – limita maximă de viteză cosmică – există o barieră fundamentală pentru cât de departe putem vedea.
O hartă logaritmică, de la Pământ, la marginea Universului vizibil
S-a întocmit recent o hartă logaritmică a Universului, orientată vertical, care se întinde pe aproape 20 de ordine de mărime şi care reprezintă spaţiul cosmic, de la planeta Pământ, până la marginea Universului vizibil. Dacă au trecut 13,8 miliarde de ani de la Big Bang, în Universul în continuă expansiune acest lucru înseamnă că cele mai îndepărtate obiecte pe care le putem “vedea” sunt acum la 46,1 miliarde de ani lumină distanță de noi.
Chiar dacă nu există “marginea Universului”, în sensul că spațiul trece cu mult dincolo de regiunea pe care o putem “vedea”, o graniță este orizontul nostru cosmic – limita a ceea ce putem accesa.
Dacă ar fi să ne “apropiem” de această limită, ce am vedea și cum ar părea Universul în comparaţie cu felul în care îl percepem astăzi ar fi un exercițiu științific fascinant, spun la unison astronomii şi astrofizicienii.
La momentul actual, cele mai multe dintre galaxiile care pot fi văzute sunt grupate în grupuri galactice, separate de regiuni enorme ale spațiului, în mare parte goale, cunoscute sub numele de “goluri cosmice”. Galaxiile din grupurile galactice sunt un amestec de spirale și elipse, regiuni în care o galaxie tipică, asemănătoare Căii Lactee, formează în medie, pe an, o nouă stea asemănătoare Soarelui. Unele galaxii formează în mod activ stele, altele au găuri negre active, altele nu au format stele noi de miliarde de ani.
Simulările pe computer arată că, în zonele dinspre ceea ce convenţional am numi “marginea Universului”, cosmosul este mai puţin “aglomerat” şi mai puţin uniform, galaxiile sunt mai mici ca masă și mai puțin evoluate, sunt mai multe galaxii în spirală și mai puține eliptice, mai mici spaţiile dintre acestea.
Are timpul un început?
Descoperirea expansiunii cosmice a schimbat percepţia asupra fenomenelor din Univers şi înţelegerea acestora şi a însemnat, pentru cosmologi, o provocare foarte dificilă – poate știința să reunească istoria cosmică până la începutul timpului?
Expansiunea Universului este un fenomen care constă în îndepărtarea treptată a galaxiilor unele de altele. Martin Gardner, un cunoscut scriitor american, pasionat de popularizarea ştiinţei, pentru a explica expansiunea Universului, făcea o analogie cu o bucată uriaşă de aluat (spaţiul), în care sunt încorporate stafide (galaxiile). Dacă aluatul este pus în cuptor, acesta va creşte, păstrând proporţiile, distanţele dintre stafide crescând însă tot mai mult, pe măsura trecerii timpului.
Pentru a măsura cât de repede are loc expansiunea Universului, astrofizicienii utilizează “constanta Hubble” (70 km/s/Mpc) , o constantă de proporționalitate între distanța și viteza de recesiune aparentă a galaxiilor în Universul observabil, cu ajutorul căreia se calculează rata de expansiune actuală a Universului, ceea ce înseamnă că, la fiecare milion de ani, distanţele dintre galaxii se extind cu aproximativ 0,007%.
Această descoperire a pus în lumină un continuum spațiu-timp, care a fost piatra de temelie a relativității generale şi care a generat o serie de alte întrebări – A avut timpul un început? Cât de vechi este Universul? Va avea un sfârşit? Şi dacă a avut un început, ştiinţa îl poate explica?
Big Bang-ul s-a întâmplat peste tot deodată?
Teoria Big Bang-ului, atât de cunoscută, trimite “explozia” iniţială la aşa numitul moment zero, care determină punctul de pornire egal cu 10 la puterea minus 43 secunde, după ce a avut loc explozia iniţială, însă nimeni nu ştie cu exactitate care a fost cauza exploziei care a dus la declanşarea Universului.
În urmă cu circa 14 miliarde de ani, aşadar, la numai o sutime de secundă după “explozia primordială” (Big Bang), au apărut particulele atomice (protoni, neutroni şi electroni). Nucleele de deuteriu (izotop stabil al hidrogenului) s-au format la capătul unei secunde, cele de heliu (doi protoni, doi neutroni), după un sfert de oră, apoi “Creaţia” şi-a încetinit ritmul. După un milion de ani şi sub influenţa gravitaţiei, s-au născut primele galaxii, ulterior primele proto-stele (la aproximativ o sută de milioane de ani după Big Bang). Stelele şi planetele s-au format la capătul a miliarde de ani, iar Terra a apărut în urmă cu peste 4,6 miliarde de ani, adică la 10 miliarde de ani după Big Bang.
Misterul “Marelui Început”
Dacă ne-am putea imagina evoluția Universului ca pe un film pe care îl putem da înapoi și înainte, spun unii oameni de ştiinţă, redarea lui înapoi ne-ar conduce la un moment în trecut, cu un timp finit în urmă, când galaxiile trebuie să fi fost grupate într-o zonă a cosmosului în care ne aflăm şi noi astăzi.
Într-un astfel de context, termenul “explozie” face referire la caracterul rapid şi impetuos al “Marelui Început” şi nu trebuie înţeles în sensul propriu (că s-a produs într-un anume loc din Univers), pentru că, la acel moment, Universul nu exista. “Spaţiul” s-a născut dintr-o dată, amplificându-şi treptat dimensiunile.
Constatarea cercetătorilor, cu ajutorul simulărilor pe calculator, că rapiditatea “exploziei” primordiale nu ar fi putut permite ca semnalele luminoase dintr-un anumit punct să ajungă şi în regiunile învecinate stă la baza uneia dintre cele mai mari enigme ale ştiinţei actuale – aceea că diferitele părţi ale Universului, la momentul formării lor, erau total independente, iar omogenizarea proprietăţilor fizice nu ar fi fost posibilă. Numai că, explorarea spaţiului, cu mijloacele tehnice actuale, arată că diversele regiuni ale Universului prezintă caracteristici asemănătoare.
În astfel de condiţii, se pune întrebarea cum spaţii cosmice între care nu a existat iniţial nicio conexiune sunt atât de asemănătoare. În ce constă “identitatea Universului”? Cum poate fi descifrat marele “mister”?
Suntem în centrul sau la “marginea Universului”?
Ar fi foarte tentant să ne imaginăm că noi suntem centrul Universului. Dar nu suntem, Universul nu are centru, toate punctele spațiale sunt echivalente. Ceea ce vedem din locul nostru din Univers este ceea ce alți observatori ar vedea din orice alt punct al Universului. În derularea filmului cosmic, și ei ar vedea toate galaxiile apropiindu-se de ei, ducând la o “criză” finală, care a fost realitatea cosmosului cu un timp finit în urmă. Big Bang-ul s-a întâmplat peste tot deodată.
La mijlocul secolului trecut, o parte dintre cosmologi au susţinut teoria potrivit căreia timpul începe cu Big Bang-ul, în vreme ce, în opinia altora, nu există timp cosmic și nici Big Bang.
Timpul este o iluzie?
La mijlocul secolului trecut, fizicianul englez Julian Barbour susţinea că, la nivelul realităţii profunde, nu există timp, ceea ce contează este modul în care obiectele interacţionează, pe diversele tranşe de spaţiu. Timpul este o iluzie creată de creierul nostru, care asamblează respectivele interacţiuni, ca atunci când succesiunea unor fotografii, la viteza de 24 imagini/secundă, creează impresia de mişcare.
Nu cu mult timp în urmă, italianul Carlo Rovelli, specialist în gravitaţia cuantică, formula teoria potrivit căreia fiecare obiect are timpul propriu, care nu se “scurge” în acelaşi fel, dacă obiectul se află, de pildă, în interiorul sau în afara galaxiei, depinzând deci de câmpul gravitaţional în care se găseşte.
Cele mai recente cercetări din fizica cuantică afirmă, de asemenea, că timpul nu există, nu a existat şi nu va exista vreodată, teorie care contrazice percepţiile noastre, contrariază, atâta vreme cât felul nostru de a fi, de a gândi, obişnuinţele noastre, tot ce am învăţat – toate duc la ideea de timp măsurabil.
Recent, o prestigioasă revista ştiinţifică, făcând referire la conceptul de “Multivers” şi la teoria fizicianului David Deutsch, profesor la Oxford , declara această ipoteză (a inexistenţei timpului) ca fiind una dintre “cele şapte minuni ale lumii cuantice”.
Multiversul sau teoria lumilor multiple, pe de altă parte, ar însemna că este posibil ca o infinitate de universuri în patru dimensiuni să (co)existe asemenea paginilor unei cărţi, fără a se condiţiona sau intersecta. Fiecărui foton vizibil din lumea noastră, susţine fizicianul David Deutsch, i-ar corespunde o replică invizibilă într-o altă lume. Aşadar, din perspectiva fizicii cuantice, există doar un timp universal, al simultaneităţii. Consecinţa ar fi că, poate, fiecare dintre noi există simultan în nenumărate universuri paralele, iar viaţa noastră nu este altceva decât suma alegerilor pe care le facem din ceea ce există deja.
“Marginea Universului” este, de fapt, “sfârşitul timpului”?
Descoperirea, în 2012, a particulei elementare numite “Bosonul Higgs” (“Particula lui Dumnezeu“), de către cercetătorii de la CERN (European Organization for Nuclear Research), a deschis o perspectivă nouă în înţelegerea “exploziei iniţiale” şi a Universului – aceea că existenţa acestuia ar avea o durată de viaţă limitată şi ar putea dispărea în câteva miliarde de ani.
Fizicianul american Joseph Lykken, implicat în activitatea de cercetare de la CERN, afirma că este foarte posibil ca, la un anumit moment, un alt Big Bang să se producă, să dea naştere unui Univers “alternativ”, care îl va distruge pe cel existent. Totul s-ar întâmpla cu viteza luminii şi, deci, ar fi imposibil de observat, constatat sau simţit.
“Marginea Universului” şi alte “margini”…
Marginea Universului, în sensul de spaţiu finit, spun fizicienii, nu există. Există, în schimb, multe alte “margini” – marginea transparenței, marginea stelelor și a galaxiilor, marginea atomilor neutri, marginea orizontului nostru cosmic de la Big Bang.
Telescoapele performante de astăzi oferă imagini incredibile din diverse etape ale evoluţiei Universului. De exemplu, imagini corespunzătoare vremurilor în care Universul avea o vechime de 700 – 800 de milioane de ani (adică la distanțe de aproximativ 29 de miliarde de ani-lumină sau mai mult) oferă prima “margine a Universului” – marginea transparenței.
Se ştie în prezent că spațiul este transparent pentru lumina vizibilă, dar acest fapt este adevărat doar pentru că nu este plin de “material” care să blocheaze lumina, cum ar fi praful sau gazul neutru. Dar la începuturi, înainte de a se forma suficiente stele, Universul era plin de gaz neutru și nu devenise complet ionizat de radiația ultravioletă de la stele. Drept urmare, o mare parte din lumina pe care o vedem era ascunsă de atomii neutri și doar odată ce s-au format suficiente stele, Universul a devenit complet reionizat.
Acesta este, în parte, motivul pentru care telescoapele în infraroșu sunt esențiale pentru investigarea Universului timpuriu – există o „margine” în care se poate vedea în lungimile de undă cu care suntem familiarizați.
La distanțe de 31 de miliarde de ani-lumină, corespunzătoare unui timp de doar 550 de milioane de ani după Big Bang, se ajunge la limita a ceea ce se numeşte reionizare, unde Universul este, în cea mai mare parte, transparent la lumină.
Marginea Universului, așa cum ni se pare, este unică pentru perspectiva noastră, a celor de pe Terra. Putem vedea înapoi cu 13,8 miliarde de ani, în toate direcțiile, o situație care depinde de locația observatorului.
O „margine” pe care nu o vom putea vedea niciodată
Putem privi cât de departe ne pot duce telescoapele, dar va exista întotdeauna o limită fundamentală. Chiar dacă spațiul în sine este infinit, timpul care a trecut de la Big Bang-ul fierbinte nu este, iar “săgeata timpului”, aşa cum ne-o reprezentăm noi, pământenii, rămâne orientată spre viitor. Indiferent cât de mult așteptăm, oricât ne-am strădui să înţelegem, să cunoaştem, va exista întotdeauna o „margine” din trecut pe care nu o vom putea vedea niciodată, iar dacă există una şi în viitor, deocamdată suntem în imposibilitatea şi incapacitatea de a ne-o imagina.
