vineri, 20 iunie 2014

Misterele întunecate ale Universului

Frumusețea științei constă și în faptul că, pe măsură ce descifrăm mecanismele de bază ale ”funcționării” Universului, ne confruntăm cu mistere noi, care, la rândul lor, își așteaptă explicațiile cuvenite. Nu avem încotro. Poate că strivim corola de minuni a lumii lui Blaga. Dar, ori de câte ori găsim un mister, suntem nevoiți să îl lămurim. Cred că aceasta este principala resursă care se află în spatele succesului, aproape incredibil, al științei. În cazul Universului ne confruntăm cu un mare mister. Numai circa 5% din el este alcătuit din materie obișnuită. Restul este reprezentat de energia și materia întunecate, care sunt două enigme fundamentale ce încă își așteaptă elucidarea.
Planck-only_Cosmic recipe pie chart (1)
”Rețeta” Universului

Energia întunecată
Înainte de anul 1998 lucrurile păreau să fie clare. Universul nostru se află în expansiune, așa cum o demonstrase strălucit Edwin Hubble, încă din anii 1920. Privind către viitorul Universului, comunitatea științifică era în bună măsură de acord cu ipoteza conform căreia, sub acțiunea gravitației, această expansiune va încetini în timp, după care va începe un proces de contracție a Universului. Dar, așa cum se întâmplă adesea în știință, această ipoteză larg acceptată avea să primească o lovitură decisivă.

Pe la începutul anilor 1990, două echipe de cercetători au încercat să determine această încetinire a vitezei de expansiune a Universului. Prima echipă, numită Supernova Cosmology Project, era condusă de către Saul Perlmutter, de la Lawrence Berkeley National Laboratory iar cea de-a doua, High-Z Supernova Search, era condusă de către Brian Schmidt, de la Australian National University și de către Adam Riess, de la Space Telescope Science Institute. Ambele echipe și-au îndreptat atenția către un anumit tip de supernove, cele de tip Ia.
ia
Acest tip de supernove sunt adevărate jaloane în Univers, cu ajutorul cărora pot fi determinate distanțele până la galaxiile foarte îndepărtate. Ele se produc în sistemele stelare binare în care una dintre componente este o pitică albă, care atrage o parte din materia astrului companion. La un moment precis, atunci când masa piticei albe atinge 1,38 mase solare, aceasta ”explodează” transformându-se într-o supernovă. Aspectul cel mai interesant, legat de subiectul nostru, constă în faptul că luminozitatea lor este foarte bine determinată și aceste supernove pot fi luate ca surse etalon de lumină. Din momentul în care cunoaștem luminozitatea absolută a unui obiect este ușor să determinăm distanța până la el.
Acum cred că este ușor de înțeles de ce ambele echipe s-au bazat pe măsurători asupra supernovele de tip Ia. Cu ajutorul lor se pot măsura cu precizie distanțe în Univers. Dacă vom cupla aceste date cu viteza de îndepărtare de noi, măsurată pe baza deplasării spre roșu, putem evalua evoluția în timp a vitezei de expansiune a Universului.
În ianuarie 1998 echipa Supernova Cosmology Project a anunțat, în cadrul unei conferințe de presă organizate la Washington, că, în urma măsurătorilor asupra a 40 de supernove de tip Ia s-a ajuns la concluzia că asistăm la expansiune Universului accelerată. Un rezultat de-a dreptul surpinzător pentru acea vreme și, din acest motiv a fost primit cu o oarecare neîncredere.
În februarie 1998, cea de-a doua echipă, High-Z Supernova Search, a anunțat că a obținut rezultate similare cu cele date publicității în ianuarie de către Supernova Cosmology Project: asistăm la o expansiune accelerată a Universului. Din acest moment lucrurile au devenit clare și foarte greu de contestat. Ceva, o forță teribil de misterioasă, face ca expansiunea Universului, în loc să încetinească (așa cum era de așteptat), este accelerată! Un adevărat cutremur în lumea cosmologilor, dar, așa cum se întâmplă mereu în știință, faptele au întâietate în fața unor idei puternic înrădăcinate în mintea oamenilor de știință.
6a00d8341bf7f753ef0120a5ae531f970b
Ipoteze contradictorii
Ar putea exista mai multe explicații pentru această comportare stranie a Universului. Prima ne este oferită de însuși Einstein. Deși am mai vorbit și cu alte ocazii despre ceea ce el considera că a fost ”cea mai mare greșeală” a sa, cred că este bine să ne reamintim despre ce este vorba.

În 1915 Einstein publica o ecuație fundamentală pentru descrierea Universului și a evoluției sale. Numită tehnic, ”ecuația de câmp”, aceasta descria gravitația ca fiind rezultatul curbării spațiu-timpului în pezența materiei și energiei. Atunci când Einstein a aplicat această ecuație la scara întregului Univers a obținut un rezultat cu care nu putea fi de acord. Universul acesteia era unul dinamic, în timp ce Einstein pleca de la ideea unui Univers staționar. Pentru a face ca ecuația sa să descrie Universul pe care și-l imagina, Einstein a introdus, artificial, un termen suplimentar, care poartă numele de constantă cosmologică, notată cu lambda. Mai apoi, după ce ipoteza de la care plecase a fost infirmată prin observațiile lui Edwin Hubble, care demonstrau expansiunea Universului, Einstein avea să spună că această constantă lambda este ”cea mai mare greșeală” a vieții lui. (Am vorbit mai pe larg despre acest subiect în articolul Scurtă istorie a Big Bang-ului din aprilie 2013.) Ei bine, concluziile observațiilor asupra supernovelor de tip Ia, care ne arată imaginea unui Univers aflat în expansiune accelerată, vin să arate că regretul lui Einstein era unul neîntemeiat. Constanta cosmologică, lambda, își merită locul în ecuația care descrie evoluția Universului.
Putem interpreta această constantă ca fiind o proprietate a însuși spațiu-timpului. Este ceea ce se numește ”energia vidului”, care se manifestă, la scara foarte mare a Universului, ca o forță antigravitațională. Deoarece avem de-a face cu o proprietate intrinsecă a spațiu-timpului, densitatea de energie a vidului este constantă în timp și spațiu. Trebuie să mai remarcăm că datorită expansiunii Universului datorită ”diluării” materiei și energiei din Univers, forța gravitațională tinde să scadă. Din acest motiv, o dată cu trecerea timpului, contribuția energiei vidului (altfel spus: a constantei cosmologice lambda) la expansiunea Universului devine din ce în ce mai importantă. De aici rezultă fenomenul la care asistăm acum: o expansiune accelerată a Universului.
Toate bune și frumoase, numai că… Din păcate nu s-a găsit, cel puțin deocamdată, o explicație pentru constanta cosmologică și nimeni nu a putut explica de ce aceasta are valoarea pe care o putem determina pe baza observațiilor. Această energie a vidului este tocmai ”energia întunecată”, și reprezintă circa 68,3% din Univers.
Artwork_DarkEnergy
Deși explicarea accelerării expansiunii Universului cu ajutorul constantei cosmologice este larg acceptată de către cosmologi, ea nu este singura posibilă. Există și alte ipoteze, vehiculate prin publicațiile științifice, dintre care voi aminti doar două.
Prima dintre ele poartă un nume aproape ezoteric: chintesență (quintessence). După filozofii Greciei antice chintesența ar fi cel de-al cincelea și cel mai subtil element din care este alcătuită lumea, alături de pământ, aer, apă și foc. Din chintesență ar fi alcătuite corpurile cerești. În ipoteza prin care chitesența explică expansiunea accelerată a Universylui aceasta ar fi reprezentată de un câmp cuantic ipotetic, care are o evoluție dinamică în timp. Seamănă oarecum cu energia vidului despre care vă vorbeam mai sus, având ca efect, la scară mare, apariția unei forțe antigravitaționale, dar, spre deosebire de aceasta, câmpul produs de chintesență nu este constant, ci variază pe măsură ce ne îndepărtăm de Big Bang. O cale pentru a decide dacă ipoteza chintesenței este corectă ar fi determinarea vitezei de expansiune a Universului la diferite momente de timp dup Big Bang, deoarce cele două ipoteze prezentate până acum oferă rezultate diferite.

O altă ipoteză pentru expansiunea accelerată a Universului este una radicală. Ea pleacă de la ideea conform căreia teoria gravitației propusă de Einstein nu ar fi chiar una corectă. Eventual, ar trebui avut în vedere un spațiu-timp cu dimensiuni suplimentare. Această ipoteză nu ar afecta numai expansiunea Universului, ci și structura sa. Din acest motiv ipoteza poate fi testată. Ar trebui să fie descoperite structuri, la scară mare, în Univers, a căror dinamică să nu poată fi explicată pe baza teoriei gravitației a lui Einstein. În acest sens, la Telescopul Foarte Mare (Very Large Telescope, VLT) al ESO (European Southern Observatory) de la Paranal, Chile s-a lansat un program amplu de cercetare, care are drept obiectiv determinarea distribuției și mișcărilor galaxiilor din Universul timpuriu.
Este ușor de remarcat, tocmai din cele câteva ipoteze pe care le-am prezentat, că ne aflăm în fața unui mister fundamental. Știm că expansiunea accelerată a Universului este una accelerată, dar nu știm de ce este așa, și nu altfel. Știm că Universul este alcătuit în proporție de 68,3% din energie întunecată, dar nu știm ce este această energie întunecată.
Dar aceasta nu este singurul mister fundamental al Universului. Mai există unul, la fel de profund.
Materia întunecată
În anul 1933 astronomul elvețian Fritz Zwicky, care în acea vreme lucra la Caltech, SUA, făcea o descoperire importantă. El studia dinamica roiului de galaxii Coma. A estimat mai întâi masa galaxiilor din roi, pe baza luminozității lor. Apoi a mai efectuat o evaluare a masei totale a roiului, de data aceasta pe baza mișcărilor galaxiilor aflate în vecinătatea sa. Atunci când a comparat cele două rezultate a avut o mare surpriză. Masa determinată pe baza luminozității galaxiilor din roi era de circa 400 de ori mai mică decât cea determinată pe baza mișcărilor galaxiilor din vecinătatea lui. Discrepanța dintre cele două rezultate era mult prea mare pentru a putea fi atribuită unor simple erori de măsurare. Zwicky a presupus că există o formă invizibilă de materie, ”dunkle Materie” – materie întunecată. Astăzi, pe baza observațiilor realizate de către telescopul spațial Planck, se estimează că materia întunecată reprezintă circa 26,8% din Univers, în timp ce materia obișnuită reprezintă numai 4,9%.

heic0602a-640x500
Din ce este alcătuită această materie întunecată? Nu știm, deocamdată. Despre ea putem spune că nu interacționează decât gravitațional cu materia obișnuită. Și ar mai trebui să spun ceva: materia întunecată nu este… întunecată, ci, mai degrabă, perfect transparentă. Ea nu absoarbe fotonii. Ca și în cazul energiei întunecate, există mai multe ipoteze prin care se încearcă explicarea ei.
Câteva ipoteze de lucru
Dintre toate, cea mai populară în rândul fizicienilor se referă la WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, particule masive cu interacțiune slabă). Acestea sunt particule care posedă masă, dar care, cu excepția interacțiunii gravitaționale, nu interacționează, decât foarte puțin cu materia obișnuită. Ipoteza este atrăgătoare, deoarece este legată de o altă ipoteză importantă din fizică, cea a supersimetriei (am descris-o pe larg în articolul ”Ce urmează după bozonul Higgs?”, în numărul din ianuarie 2013 al revistei noastre). Pe scurt supersimetria vorbește parteneri, ipotetici, ai particulelor elementare cunoscute. Astftel, fiecare fermion are ca partener un nou bozon și fiecare bozon are ca partener un nou fermion. Partenerii bozoni ai fermionilor sunt numiți punând un ”s” în fața numelui fermionului (avem astfel selectron, scuark etc.). Pentru partenerii fermioni ai bozonilor, se adaugă sufixul ”ino” (fotino, gluino etc). Se crede că unul dintre acești parteneri supersimetrici ar putea fi un foarte bun candidat pentru WIMPs.

Pentru a se verifica această ipoteză, încă din anii 1980 au fost realizate detectoare cu ajutorul cărora să fie surprinse extrem de rarele momente în care o particulă WIMP interacționează cu materia obișnuită. Până în prezent nu a fost obținut nici un rezultat. Mai mult decât atât, spre sfârșitul anului 2013, echipa de cercetători de la Large Underground Xenon, LUX, cel mai sensibil detector de particule WIMPs, a anunțat că nu a detectat nici un semn al materiei întunecate. În anunțul dat publicității s-a arătat că astfel au putut fi eliminate mai mult de jumătate dintre modelele referitoare la WIMPs, dar că se impune continuarea căutării, pentru a fi verificate modelele rămase. Se speră că în următorii cinci, până la zece, ani vom avea un răspuns clar, pozitiv sau negativ, referitor la WIMPs.
Dar dacă WIMPs nu ar reprezenta explicația pentru materia întunecată, unde am mai putea căuta? Un alt candidat este reprezentat de axioni, care au o masă mult mai mică decât WIMPs și care interacționează mult mai puțin cu materia decât acestea. Nu voi intra în detalii referitoare la aceste particule ipotetice, subiectul este mult prea dificil pentru a fi expediat în doar câteva paragrafe. Voi spune doar că și pentru căutarea axionilor se întreprind cercetătri asidue. Cel mai important experiment pentru detectarea lor este Axion Dark Matter eXperiment (ADMX), care a fost inițiat încă din 1995. Până acum nu a fost obținut nici un indiciu, dar se speră că în circa trei ani vom avea un răspuns privitor la existența, sau inexistența, lor.
Există și alți candidați pentru materia întunecată, unii foarte exotici. De exemplu, se poate presupune că materia întunecată este reprezentată de găurile negre primordiale. Acestea nu s-au format prin colapsul gravitațional al stelelor masive, ci în condițiile extreme de la începutul Universului. Au fost întreprinse mai multe căutări, pentru detectarea acestor găuri negre primordiale, dar nici una nu a dat un rezultat pozitiv. Cea mai recentă a fost realizată de către o echipă de cercetători de la Universitatea California, condusă de către astrofizicianul Kim Griest, s-a folosit de datele transmise de către telescopul spațial Kepler. Acest telescop a fost proiectat pentru a detecta planete extrasolare prin măsurarea variației de luminozitate a unei stele, atunci când o planetă trece prin fața sa. Telescopul spațial Kepler monitorizează simultan circa 150.000 de stele. Atunci când o, ipotetică, gaură neagră primordială trece prin fața unei stele, se produce efectul de lentilă gravitațională, care, în acest caz, s-ar manifesta printr-o creștere bruscă a luminozității stelei. Concluzia acestei căutări? Nu a fost identificată nici o gaură neagră primordială. Deocamdată putem elimina ipoteza găurilor negre primordiale, drept candidat pentru materia întuncată, cel puțin pentru cele care au o masă mai mare de 5% din masa Lunii. Dar ipoteza lor rămâne încă valabilă în așteptarea unor instrumente mai sensibile.
dark_matter_halo-wide
Un alt candidat exotic pentru materia întunecată este reprezentat de o formă extremă a materiei, care ar forma ipotetice stele alcătuite din cuarci. Acestea nu emit lumină, în schimb exercită forță de atracție gravitațională. Nici pentru ele nu avem decât ipoteze teoretice, neînsoțite de confirmări.
Mai există o posibilitate pentru materia întunecată. Una de-a dreptul neliniștitoare. Ar fi posibil ca aceasta să fie alcătuită dintr-o formă de materie imposibil de detectat cu metodele imaginabile astăzi, o materie care nu interacționează decât strict gravitațional cu materia obișnuită. În acest caz, orice tentativă de căutare a ei ar fi sortită eșecului.
Concluzie
Am trecut rapid în revistă doar două dintre marile mistere care își așteaptă dezlegarea de către știință. Deși nu știm ce reprezintă materia și energia întunecate, știm că ele există. Avem dovezi clare pentru ele. Așa cum spuneam la începutul acestui text, tocmai dezlegarea misterelor profunde ale lumii reprezintă cel mai important motor pentru știință. Am convingerea că vom avea răspunsuri în anii și deceniile viitoare. Deja se conturează abordări noi, despre care voi povesti cu o altă ocazie. Iar atunci când vom găsi răspunsurile acestea, sunt sigur… ni se va părea că Universul s-a schimbat dintr-o dată.

Notă: acest text a fost scris la începutul anului 2014.

Ziua Şcolii Ardelene


România, ca naţiune europeană integrată, nu este o realizare exclusivă a politicii actuale. Asemeni cu a tuturor naţiunilor din Uniunea Europeană, conştiinţa continentală a românilor a secondat întregul demers al istoriei noastre. Originea latină, romană, este rădăcina axiologică pe care s-a întemeiat conştiinţa europeană a românilor. Nenumărate fenomene şi evenimente istorice de pe parcursul celor două milenii au revelat faptul că românii au busola orientată spre ideologia şi civilizaţia Europei occidentale, în pofida unor mari puteri politice, care forţau stagnarea lor într-un Orient ambiguu şi asupritor. Ştefan cel Mare este numit de papa de la Roma „atlet al lui Hristos”, pentru biruinţele împotriva Imperiului Otoman, principalul duşman al Europei acelei vremi. Mihai Viteazul a realizat, la 1600, o unire a celor trei ţări române, sub egida ideii de unitate culturală iniţiată de Imperiul Romano-German, principalul factor de echilibru politic şi economic pe continent. Şi exemplele pot continua.

De-a lungul istoriei însă, esenţial pentru construirea conştiinţei noastre europene a fost afluxul permanent al modului de gândire occidental, al ideologiilor filosofice, politice  şi  culturale care au conturat epoca modernă a continentului, cu fizionomia lui persistentă până astăzi. Rolul cardinal în această receptare a gândirii Europei occidentale de către  marea etnie românească de la Carpaţi şi Dunăre l-a avut mişcarea ideologică şi culturală cunoscută sub numele de Şcoala Ardeleană. Originea ei se regăseşte în faptul că Transilvania a fost poarta de intrare a cărţilor occidentale în arealul amintit, „spaţiul de recuperare din Est”, cum o numeşte istoricul francez Pierre Chaunu, referindu-se la situaţia secolului al XVIII-lea. Elitele româneşti ardelene ale secolului amintit au preluat ideile din aceste cărţi, prelucrându-le în sensul unei construcţii identitare a naţiunii române moderne. Reprezentanţii de marcă ai Şcolii Ardelene, Samuil Micu, Gheorghe Şincai, Petru Maior şi Ioan Budai-Deleanu, dar şi întreaga clasă intelectuală pe care au creat-o prin ideile lor în toate cele trei principate româneşti istorice, au preconizat logica unităţii poporului român într-o singură formaţiune politică, logică întemeiată pe unitatea originară a limbii românilor din întregul spaţiu locuit de aceştia, peste graniţele vremelnice instituite de vitregiile istoriei. Limba română, ca moştenire istorică de bază a poporului nostru, a constituit un obiect profund de cercetare a Şcolii Ardelene, prin orientări programatice curajoase, dintre care unele continuă până astăzi, cum este cazul Dicţionarului tezaur al limbii române. Cercetătorul atent poate constata că toate aliniamentele gândirii politice, ale filosofiei sociale, ale ideologiei culturale şi pedagogice din zilele noastre sunt, în bună parte, tributare tenacelui curent maturizat în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea.

Şcoala Ardeleană este un curent întemeietor prin definiţie, este kilometrul zero al celor mai valoroase idei şi opere care ne definesc genetic, istoric şi sociologic în aria de cugetare a Europei, printr-un uriaş efort de aclimatizare a spiritului european în viaţa românilor, de creare a unei gândiri româneşti în consens continental, dar cu specificul local pe care în apreciem, îl cultivăm şi îl apărăm şi astăzi. Apreciind această eflorescenţă valoroasă a istoriei noastre, cunoscând şi valorificând lăsământul acestor înaintaşi providenţiali, ne dovedim a fi o naţiune cu simţul demnităţii pe frontonul imaginii României de astăzi, pe care gânditorii Şcolii Ardelene au premoniţionat-o ca parte organică a civilizaţiei europene.

Naţiunile cu simţul demnităţii ştiu să-şi cinstească marii înaintaşi, marile fapte şi evenimente din trecut, printre altele şi prin simbolistica zilelor dedicate. Pe lângă ziua naţională de la 1 decembrie, avem o zi a armatei la 25 octombrie, ziua drapelului naţional la 26 iunie, ziua muncii la 1 mai, ziua copilului la 1 iunie, ziua educaţiei la 5 octombrie, ziua pompierilor la 13 decembrie etc. În repertoriul acestor zile dedicate oficial, Şcoala Ardeleană şi-a meritat-o cu prisosinţă pe a sa, ca pe un prilej nu doar de pioasă aducere aminte a corifeilor noştri iluminişti şi a operei lor nemuritoare, dar şi ca pe un moment cultural de seamă, când s-ar desfăşura în toată ţara manifestări publice (simpozioane, serbări, pelerinaje la locurile legate de numele reprezentanţilor de seamă, îngrijiri şi restaurări de monumente etc.), prin colaborarea instituţiilor laice şi bisericesti, a fundaţiilor şi societăţilor culturale din ţară şi de peste hotare. Ziua ideală a Şcolii Ardelene este 11 octombrie, ziua în care, la 1754, Petru Pavel Aron a emis decretul de înfiinţare, la Blaj, a primelor şcoli sistematice şi moderne din istoria românilor.

Ne bucurăm că parlamentul României a instituit prin lege această zi ca Ziua Școlii Ardelene. Această inițiativă lăudabilă este rodul colaborării dintre Episcopia de Oradea și dl. deputat Adrian Miroslav Merka. Mulțumim tuturor celor care s-au implicat în acest proiect, în special pr. Florin Jula și dl. prof. dr. Ioan Chindriș.

Dorim ca de acum înainte Biserica Română Unită cu Roma, Greco-Catolică, să se implice alături de autorități în manifestările dedicate acestei zile.


                + Dr. Virgil Bercea
                          Episcop  
     Sursa