Avem dovezi concludente conform cărora trăim într-un Univers
euclidian. Așa cum spuneam într-un alt articol, această concluzie este
valabilă la scară foarte mare. Local, de exemplu, în vecinătatea
corpurilor foarte masive, avem o altfel de geometrie prin care descriem
spațiu-timpul. Acum vreau să pun o întrebare: înțelegerea geometriei
spațiu-timpului ne-ar putea ajuta să călătorim prin Univers?
Vă mărturisesc că atunci când am aflat de această posibilitate, cu
mai bine de un deceniu în urmă, am rămas o vreme mut de uimire. Desigur,
romanele și filmele SF, folosindu-se de găuri de vierme sau salturi
prin hiperspațiu, mă pregătiseră pentru această idee. Dar acolo era
vorba mai degrabă de magie, de un vis frumos al călătorului prin
Univers. Citisem într-un număr al
Almanahului Anticipația explicația lui
Asimov. Nu găsesc acum almanahul cu pricina, dar ideea mi-a rămas în minte. Spunea ceva de genul acesta Asimov:
se
ia o coală de hârtie, desenăm pe ea două puncte, A și B. Cum putem
ajunge de la A la B? Există varianta trasării unei drepte între cele
două puncte. Asta este varianta banală, plicticoasă și lipsită de geniu.
Dar mai putem face și altceva, vom îndoi hârtia astfel încât punctul A
să se suprapună peste punctul B. În felul acesta distanța dintre puncte o
putem reduce până către zero. Cam așa explica Asimov călătoria
prin hiperspațiu. Pur și simplu, pentru a scurta durata călătoriei,
trebuie să modificăm cumva geometria locală a Universului, adică să ”îl
îndoim”. Asimov nu avea cum să intre în detalii. Cred că era prea
devreme, fizicienii încă nu se gândiseră să aștearnă formule pe hârtie,
pentru a vedea dacă acest lucru este posibil. Vă spun de pe acum: între
timp lucrurile s-au schimbat foarte mult. Să vedem repede despre ce este
vorba.
Găuri de vierme
În 1985,
Carl Sagan îl roagă pe
Kip Thorne,
pe atunci profesor la Caltech, să vadă dacă există posibilitatea
teoretică de realizare a unor scurtături prin spațiu-timp, care să poată
fi folosite de o civilizație avansată. Altfel spus, dacă există vreo
posibilitate de realizare a unor găuri de vierme pe care să le
traverseze o navă spațială. Thorne a fost interesat de subiect așa că,
împreună cu studentul său,
Mike Morris, s-au pus pe treabă. Apoi, în 1988, a venit răspunsul:
da, este posibil, dar este foarte greu. Avem nevoie de o materie stranie. Kip Thorne, în cartea
”Carl Sagan’s Universe” (o puteți găsi, ca și mine, pe Google Books), prefera să o numească
”materie exotică”. De ce exotică? Pentru că este foarte neobișnuit să îți imaginezi ”ceva” care să aibă
masă negativă.
Vă dați seama de ce avem nevoie de așa ceva? Am convingera că știți
deja: masa și energia deformează local geometria spațiu-timpului. Am
văzut asta și experimental, când am constatat că raza de lumină care
vine de la o stea îndepărtată este curbată atunci când trece prin
apropierea Soarelui. Materia asta exotică ne-ar ajuta și ea să controlăm
local geometria spațiu-timpului, astfel încât să putem realiza
”scurtătura” despre care ne vorbea Asimov.
Materia cu masă negativă există în realitatea sa fizică, sau este
doar un concept care există numai în teorie? Din păcate, trebuie să o
spunem: această ”materie exotică” cu masă și energie negative, deși nu contrazice legile fizicii, nu există, deocamdată, decât în teorie.
Nu trebuie să fiți dezamăgiți prea tare. Despre energia negativă putem
face o afirmație. Ea ar trebui să existe. Aveți destul curaj pentru un
experiment imaginar foarte simplificat? Sper că da.
Să ne imaginăm o gaură neagră. În jurul ei există o suprafață
imaginară, numită orizontul evenimentelor. Atunci când ea este
traversată nu mai există nici o posibilitate de evadare de sub acțiunea
gravitațională a găurii negre. Pe de altă parte mai știm că ”vidul
cuantic flucuează”, altfel spus, acolo apar în permanență perechi
particulă-antiparticulă, care ”supraviețuiesc” un timp extrem de scurt
până când se anihilează reciproc și dispar. Vidul cuantic fluctuează și
în vecinătatea orizontului evenimentelor. Numai că acolo se întâmplă
ceva deosebit. Este posibil ca un membru al perechii
particulă-antiparticulă să treacă dincolo de orizontul evenimentelor,
iar celălalt să scape. Dar aici apare o problemă legată de conservarea
energiei totale. Este neapărat nevoie ca particula care trece de
orizontul evenimentelor să aibă o energie negativă. Prin acest proces
gaura neagră pierde din masă (se evaporă) iar un observator extern va
vedea cum gaura neagră emite radiații. Este vorba despre faimoasa
radiație Hawking. Acesta a fost micul nostru experiment imaginar.
Rezumăm: modificând local geometria Universului, am putea construi
niște scurtături, sub forma unor găuri de vierme. Ar mai fi ceva de spus
în acest moment. Scurtătura se realizează în spațiu și în timp. Altfel
spus, o gaură de vierme ar putea fi și o mașină a timpului…
Sună foarte frumos și sunt extrem de atrăgătoare aceste găuri de
vierme. Mai ales în filme ele arată foarte promițător. Dar să nu uităm…
ele au nevoie de această ”materie exotică”. Am putea scăpa de ea și
totuși să realizăm călătorii prin Univers? Poate că un răspuns a început
să fie schițat. Dar pentru vi-l oferi trebuie să ne întoarcem la
geometrie. O geometrie complicată, cea de la scara mică a Universului.
Dimensiuni suplimentare
Acest subiect l-am mai abordat, atunci când v-am povestit despre
geometria Universului la scară cuantică.
Acum voi prezenta numai acele lucruri care ar putea deschide larg
poarta către Univers, într-un viitor îndepărtat pe care fizicienii îl
construiesc deja.
Bănuiesc că știți deja, în Știință și tehnică s-a vorbit adesea
despre asta, fizica modernă are o mare problemă. Avem două teorii
fundamentale în fizcă. Una este
teoria relativității, care descrie foarte bine ce se întâmplă la scara mare a Universului. A doua este
mecanica cuantică,
un instrument formidabil pentru a descrie universul la scara
submicroscopică a Universului. Problema gravă, care încă nu are o
soluție clară, vine din faptul că cele două teorii nu se împacă una cu
alta, ele fiind principial diferite. Ar fi nevoie de o teorie, una
singură, în cadrul căreia teoria relativității și mecanica cuantică să
fie numai niște cazuri particulare. Aceasta are deja un nume: Teoria
Totului
(Theory of Everything,
ToE). Teoria Totului, așa cum îi spune și numele, ar trebui să poată
explica toate fenomenele din fizică, indiferent de scara la care se
produc.
Deocamdată nu avem așa ceva. Avem în schimb speranțe, tentative
promițătoare în această direcție. Una dintre ele este teoria
stringurilor. Extrem de simplificat putem spune că în teoria
stringurilor, cuarcii, electronii, gravitonii etc., nu sunt niște
obiecte punctiforme, ci niște corzi unidimensionale care vibrează
într-un spațiu 11-dimensional. Îmi dau seama că este greu de vizualizat
așa ceva, că este dincolo de bunul nostru simț o geometrie în care să nu
mai avem obișnuitele noastre trei dimensiuni spațiale ci 11! Noi nu
vedem aceste dimensiuni suplimentare, nici măcar nu le putem intui. Asta
deoarece suntem niște oameni obișnuiți. Dar, atunci când se încearcă a
se explica lumea fizică, suntem împinși adesea către concluzii pe care
nu le putem înțelege numai cu simțurile. Un exemplu în acest sens l-am
mai dat. Nici unul dintre noi nu percepe curbarea spațiu-timpului, nici
unul dintre noi nu vede direct cum se curbează raza de lumină atunci
când trece pe lângă o masă mare. Einstein a introdus această idee în
teoria generală a relativității pentru o descriere mai bună a
gravitației. Până la el avansul de periheliu al planetei Mercur era de
neexplicat. Aplicând teoria lui Einstein acest avans de periheliu poate
fi calculat cu precizie. Gândind că spațiu-timpul se curbează, Einstein a
reușit să rezolve o problemă veche. Apropo, analogia cu foaia de
cauciuc pe care pui o bilă grea pentru a sugera cum este curbat
spațiu-timpului îi aparține chiar lui Einstein. El știa să își popularizeze știința.
Același lucru este valabil și în teoria stringurilor. Dacă adăugăm
spațiu-timpului dimensiuni suplimentare, reușim să rezolvăm multe
probleme și, se speră, se va reuși elaborarea unei ToE, o Teorie a
Totului. Vom mai vorbi și cu altă ocazie despre aceste dimensiuni
suplimentare, ele țin de geometria universului mic. De ce nu le vedem?
Nu le vedem pentru că ele sunt ”compactate”, va supune un fizician.
Credem că v-ar putea ajuta o analogie. Imaginați-vă o mică insectă care
merge pe un fir lung de ață. Ea vede că se poate deplasa înainte și
înapoi. Pentru ea spațiul este unidimensional, pentru că firul este
infinit de subțire. Simțurile nu o pot ajuta să vadă grosimea firului.
Aceasta, pentru spațiul ei fizic, este o dimensiune suplimentară,
compactată. Dacă veți extinde această analogie la spațiul în care trăim
noi, atunci veți avea o imagine a acestor dimensiuni suplimentare.
Apropo… există o întreagă geometrie a acestui spațiu fizic al teoriei
stringurilor. Ea poarta numele de varietate Calabi Yau. Nu vă temeți, nu
voi mai vorbi acum despre asta, pentru că v-am povestit deja despre
acest obiect matematic în articolul
Spuma cuantică – geometria la scara Planck a Universului.
Poate că, până atunci LHC-ul ne-ar putea aduce dovada existenței
acestor dimensiuni suplimentare, o confirmare care, cel puțin pentru
mine, este echivalentă cu confirmarea existenței bozonului Higgs.
Știu deja ce vă spuneți în minte. Îmi reproșați că m-am abătut de la
subiectul găurilor de vierme. Poate că aveți dreptate dar mă tem că,
fără explicațiile fugare de mai sus, mi-ar fi fost tare greu să vă
vorbesc despre cele ce urmează.
Teoria gravitației extinsă
La începutul acestui an am descoprit pe arxiv (o bază de date foarte
importantă care conține articole din fizică și nu numai) o lucrare care
avea un titlu foarte atrăgător pentru mine, cel ce visează să
hoinărească prin Univers. Cred că și pentru dumneavoastră
”Stable Lorentzian Wormholes in Dilatonic Einstein-Gauss-Bonnet Theory”
(Găuri de vierme lorentziene stabile în teoria dilatonică
Einstein-Gauss-Bonnet) sună foarte atrăgător. Lucrarea, semnată de
Panagiota Kanti, Burkhard Kleihaus și Jutta Kunz, care a fost publicată
între timp în Physical Review Letter D, în 6 februarie 2012, trata
tocmai subiectul pe care îl abordez în acest articol. Desigur, este
vorba despre un text plin de formule și de exprimări greu de înțeles
pentru mine. Dar eu am un mic truc, pe care vi-l mărturisesc și
dumneavoastră. Orice lucrare științifică are câteva secțiuni care uneori
pot fi accesibile și nouă, muritorilor. În primul rând este vorba
despre rezumatul articolului (abstract-ul), apoi urmează capitolul
introductiv și, în cele din urmă, concluziile. În aceste zone ale unui
articol științific oricare dintre dv pot găsi lucruri extrem de
digerabile.
În articolul despre care vă vorbesc se începea cu enunțarea
problemei. Se vorbea, printre altele, de găurile de vierme ale lui Kip
Thorne, care au nevoie de acea ”materie exotică” pentru a fi construite astfel încât să putem călători prin ele. Apoi autorii suțineau că au găsit o altă cale pentru a realiza aceste găuri de vierme traversabile. Mai
bine zis, ei spuneau că aceste găuri de vierme traversabile nu trebuie
construite, ele există deja în Univers. Pentru a le demonstra existența
autorii au folosit ” teoria dilatonică Einstein-Gauss-Bonnet”. Aici
m-am încurcat. De aici încolo, oricât m-am străduit, nu am putut merge
mai departe. Cum dădeam căutare pe Google, pentru respectiva teorie,
nimeream în locuri în care prima formalismul matematic, iar explicațiile
pentru omul de rând lipseau cu desăvârșire.
Norocul meu a fost că și colegii noștri de la
New Scientist s-au ocupat de acest subiect, în numărul din 10 martie 2012.
Așa am putut să am confirmarea că teoria dilatonică
Einstein-Gauss-Bonnet reprezintă teoria gravitației a lui Einstein
modificată în așa fel încât să ia în calcul efectele existenței
dimensiunilor suplimentare. Este vorba despre o extensie a teoriei
gravitației care poate fi folosită în cadrul mai general al teoriei
stringurilor. Așa cum vă spuneam mai devreme această teorie încearcă o unificare între mecanica cuantică și teoria relativității.
Mai aveam o problemă, care mi-a dat mult de furcă.
Ați remarcat că avem o
”teorie dilatonică”. Ce vrea
să însemne asta? Aici New Scientist nu mi-a mai fost de nici un ajutor. A
trebuit să caut eu prin diferitele surse de informare. Prea puține
lucruri am găsit. Pe site-ul revistei britanice, singura referire era
tocmai articolul din 2012. În alte locuri, pe care le frecventez pentru a
înțelege lucrurile complicate din fizică, nu găseam nici măcar o
referire la dilaton. Pe Wikipedia era ceva de neînțeles… dar să nu vă
rețin prea mult cu neliniștile mele. Am descoperit, în cele din urmă, un
articol publicat în aprilie 2004 de către revista Scientific American.
Articolul avea titlul
”The Myth of the Beginning of Time”
(Mitul începutului timpului) și era semnat de Gabriele Veneziano, unul
dintre întemeietorii teoriei stringurilor. El vorbește acolo, printre
altele, despre constantele fundamentale ale fizicii și despre
”[…]
este dilatonul, cheia de boltă a teoriei stringurilor. El determină
valoarea tuturor interacțiilor [fundamentale]. Dilatonul îi fascinează
pe fizicieni deoarece el poate fi reinterpretat ca o cauză pentru unele
dimensiuni suplimentare ale spațiului, dând spațiu-timpului 11
dimensiuni.” Altfel spus, dilatonul este o particulă ipotetică care produce un așanumit
”câmp dilatonic”. Acest câmp face ca dimensiunile suplimentare ale spațiului să se
”compacteze”,
făcându-le invizibile pentru noi. Încă o remarcă: acest câmp dilatonic
ar putea fi responsabil de expansiunea accelerată a Universului, el
fiind cel care se află ”în spatele” energiei întunecate.
Acum, cu aceste lămuriri, putem merge mai departe.
Tuneluri prin Univers
Cei de la New Scientist au mai făcut ceva. Au discutat cu Burkhard
Kleihaus, unul dintre autorii lucrării despre care vă vorbeam mai
devreme. În primele momente de existență a Universului nostru, în
momentul declanșării Big Bang-ului, Universul nostru era dominat de
legile care guvernează mecanica cuantică. La scara cuantică a lumii,
dacă am putea vedea cu un microscop, am putea vedea, spune teoria, nu
numai apariția și dispariția perechilor particulă-antiparticulă, ci și
cum apar și dispar găuri de vierme. Kleihaus spunea, pentru New
Scientist, că o parte din aceste găuri de vierme au expandat o dată cu Universul, de la Big Bang încoace.
Ele sunt stabile și, așa cum se demonstra în lucrarea publicată în
Physical Review Letters D, ele ar putea fi traversate de către niște
călători ipotetici. Ar fi extraordinar, spun eu, să cartografiem cumva
aceste găuri de vierme, pentru ca viitorul mai mult sau mai puțin
îndepărtat să ne transforme în călători prin spațiu-timp.
Dar să nu uităm un lucru. Avem de-a face cu niște concluzii
teoretice. Oricât de corect ar fi folosită matematica, asta nu ne
îndreptățește să afirmăm că aceste găuri de vierme, prezise pe baza
teoriei dilatonice Einstein-Gauss-Bonnet, există cu adevărat. Încă nu
putem afirma despre ele că ar constitui vreo realitate fizică. Mai este
nevoie de ceva, de o dovadă, pe care să o putem obține acum sau mai
târziu. În absența unei dovezi nu doar o ipoteză care, oricât de
frumoasă ar fi, nu poate face mai mult decât să ne stârnească
imaginația. Care ar fi dovada existenței acestor găuri de vierme
traversabile și cum am putea să o obținem?
Răspunsul îl avem tot de la Kleihaus. El povestea celor de la New
Scientist că efectele din jurul intrării unei găuri de vierme
traversabile sunt foarte asemănătoare cu cele produse în jurul unei
găuri negre. Și acolo apare așanumitul disc de acreție, o zonă în care
materia, accelerată de forța grvitațională uriașă a găurii negre, se
rupe până la nivel de particule elementare. Iar cum căderea spre gaura
neagră se face pe o traiectoria spiralată, particulele încărcate vor
emite radiații X, așa numita radiație sincrotron. Putem detecta cu
telescoape care pot ”vedea” aceste radiații X, discul de acreție din
jurul unei găuri negre și, mai apoi, putem afirma că în centrul lui se
găsește o gaură neagră. Dar, spune Kleihaus, dacă rezoluția
telescoapelor în radiații X ar fi suficient de mare, am putea face
diferența dintre o gaură neagră și una de vierme. În primul caz, în
centrul discului de acreție vom avea o zonă întunecată, din care nu ne
vine nimic. În cel de-al doilea caz, al găurii de vierme, am avea și
acolo o sursă de radiații. Ea este reprezentată de către fotonii care
traversează gaura de vierme și care vin dintr-un cu tot alt loc din
Univers.
Ar mai fi și alte efecte care ar marca existența unei găuri de vierme traversabile, spune Kleihaus. Ele ar trebui să producă efecte de tip lentilă gravitațională, care ar putea fi detectate de pe Pământ.
Tocmai am spus că dacă rezoluția telescoapelor noastre este scăzută nu am putea deosebi o gaură neagră de una de vierme. În
ambele cazuri apare un disc de acreție, în ambele cazuri forțe
gravitaționale uriașe vor fărâma materia până la ultimele sale
componente. Nu prea este convenabil așa ceva pentru viitorii
călători intergalactici. Poate că sunt traversabile aceste găuri de
vierme, dar nu putem face călătorii cu ajutorul lor. Kleihaus spune că
și în acest caz avem o speranță. Atunci când diametrul intrării este
suficient de mare forțele gravitaționale sunt suportabile pentru oameni
și mașinile lor de călătorit. Cât de mari ar trebui să fie aceste
intrări? Pentru o călătorie confortabilă intrarea într-o gaură de vierme
traversabilă ar trebui să aibă un diametru de câteva sute de
ani-lumină. De aici concluzia vine singură. Găurile de vierme pentru
călătorit prin spațiu-timp nu le vom găsi în interiorul galaxiei, ci în
uriașele spații goale dintre galaxii. Acolo va trebui să le căutăm.
O concluzie
Trebuie să vă spun încă o dată. Suntem în lumea ipotezelor.
Ne aflăm în zona în care măsurători, experimente sau teorii viitoare ar
putea dărâma toate cele pe care le-am enunțat în cuvintele din acest
articol. Dar se cuvine a fi precizat faptul că avem de-a face cu ipoteze
bine ancorate în argumente științifice. Iar asta ne dă voie
să ne imaginăm viitoare călătorii prin spațiu-timp, chiar dacă
concluzii viitoare le vor interzice definitiv. Dar și atunci, sunt
sigur, alte vise, la fel de fascinante, vor ieși la iveală. Știința –
oricât de sceptică ar fi – ne oferă deseori asemenea ocazii.
În
ceea ce privește latura financiară și profesională, insomniacii au un
risc cu până la 42% mai mare de a fi șomeri, în raport cu ceilalți.
Totodată, ei au cu până la 40% mai multe șanse de a câștiga un venit mai
mic de 25.000 de dolari anual. Cu toate acestea, insomniacii au cu 32%
mai multe șanse de a ocupa o poziție de manager senior în compania unde
lucrează, arată infograficul realizat de Resonate.
Statele
Unite vor continua să fie lider în ceea ce privește averea agregată, cu
un total net de circa 100 de trilioane de dolari, estimat pentru 2018.
Japonia va continua să rămână a doua mare economie a lumii, până când
China îi va depăși volumul de avere - de așteptat să se întâmple în
2016. Până în 2018, averea chinezilor va ajunge să echivaleze nivelul
din 1993 al averii americanilor, arată același raport. Averea din Zona
Euro, estimată la o cotă de 24% din averea globală, va scădea ușor la
23%, însă în termeni absoluți va crește cu peste 29% pe parcursul celor 5
ani, zona ajungând la nivelul din 2011 al Statelor Unite.
Cercetătorii
de la Universitatea Tallinn din Estonia au rugat 256 de femei să
răspundă unor întrebări legate de greutatea lor, de dietele pe care le
urmează, de modul în care își autopercep imaginea corpului, de gradul de
discernământ asupra propriei persoane și de nivelul stimei de sine.
Participantele aveau vârste cuprinse între 20 și 45 de ani. Majoritatea
(71,5%) trăiau în concubinaj cu partenerul, iar 28,5% dintre ele erau
căsătorite. 
Aceasta
este ceea ce povestesc Carla Bronner Spletzer şi Peggy Chappell, două
femei de afaceri din Statele Unite, într-un interviu pentru Christian Post. 
