Filozofii discută despre natura „nimicului”, „nimicului”, „nimic”, „goliciunii” de mii de ani, dar ce poate spune știința modernă despre asta? La această întrebare va răspunde Martin Rees, astronom al Societății Regale și profesor emerit de cosmologie și astrofizică la Universitatea din Cambridge. El explică că atunci când fizicienii discută „nimic”, înseamnă că spațiu gol (vid). Poate părea destul de obișnuit, dar experimentele arată că spațiul gol nu este cu adevărat gol - conține o energie misterioasă care ne poate spune ceva despre soarta universului.
Un interviu cu Martin Rees prezentat de revista The Conversation.
Spațiul gol este la fel ca nimic?
Spațiul gol nu ni se pare nimic. Prin analogie, apa poate părea „nimic” pentru pește - este apa care rămâne atunci când îndepărtezi orice altceva care plutește în mare. În același mod, spațiul gol se dovedește a fi destul de dificil în practică.
Știm că universul este foarte gol. Densitatea medie a spațiului este de aproximativ un atom pentru fiecare zece metri cubi - mediul este mult mai rar decât orice vid pe care îl putem obține pe Pământ. Dar chiar și cu toată materia eliminată, spațiul are un fel de elasticitate care (așa cum s-a confirmat recent) permite undelor gravitaționale - ondulările spațiului în sine - să se propage prin el. Mai mult, am aflat că în spațiul gol în sine există o formă exotică de energie.
Am aflat pentru prima oară despre această energie în vid în secolul XX, odată cu apariția mecanicii cuantice, care explică comportamentul atomilor și particulelor la cea mai mică scară. De aici rezultă că spațiul gol este format dintr-un câmp de fluctuații în energia de fundal - care dă viață undelor și particulelor virtuale, care apar apoi și dispar în nicăieri. Ele pot crea chiar puteri minuscule. Dar cum rămâne cu spațiul alb la scară largă?
Faptul că spațiul gol creează forță la scară largă a fost descoperit în urmă cu 20 de ani. Astronomii au descoperit că expansiunea universului se accelerează. Aceasta a fost o surpriză. Expansiunea era cunoscută de peste 50 de ani, dar toată lumea credea că expansiunea va încetini din cauza atracției gravitaționale pe care galaxiile și alte structuri o exercită reciproc. Așadar, a venit ca o mare surpriză pentru toată lumea faptul că decelerația datorată gravitației a fost compensată de ceva care a „împins” expansiunea. S-a dovedit că în spațiul gol în sine, există energie care creează un fel de repulsie care depășește atracția gravitației pe aceste scale mari. Acest fenomen - energia întunecată - este cea mai incredibilă manifestare a faptului că spațiul gol nu este șifonat sau gol. În plus,acest fapt determină soarta în continuare a Universului nostru.
Video promotional:
Există o limită la ceea ce putem învăța? La o scară de un trilion de miliarde de ori mai mică decât un atom, fluctuațiile cuantice în spațiu-timp pot da naștere nu numai particulelor virtuale, ci și găurilor negre virtuale. Acest lucru este în limitele pe care nu le putem observa și să înțelegem care, cel puțin ipotetic, trebuie să combinăm teoria gravitației cu mecanica cuantică - iar acest lucru este incredibil de dificil.
Există mai multe teorii pentru a înțelege acest lucru, dintre care cea mai cunoscută este teoria șirurilor. Dar niciuna dintre aceste teorii nu este încă legată de lumea reală - deci sunt încă fără temei. Cred că aproape toată lumea va recunoaște că spațiul în sine are o structură complexă la scară minusculă, unde se întâlnesc efectele gravitaționale și cuantice.
Știm că universul nostru are trei dimensiuni spațiale: puteți să vă deplasați la stânga și la dreapta, înainte și înapoi, în sus și în jos. Timpul este ca a patra dimensiune. Cu toate acestea, există o suspiciune puternică că dacă măriți un punct minunat în spațiu până când simțiți această scară minusculă, veți constata că acesta va fi un origami dens comprimat, cu cinci dimensiuni suplimentare, pe care nu le putem vedea. Ca și cum ai privi furtunul de departe și ai crede că este doar o linie. Mergând mai aproape, ați vedea că o dimensiune este în esență trei. Teoria șirurilor include matematica complexă - la fel ca și teoriile concurente. Dar aceasta este exact teoria de care avem nevoie dacă dorim să înțelegem la cel mai profund nivel cel mai apropiat de gol care poate fi imaginat: spațiul gol, evident.
În cadrul înțelegerii noastre actuale, cum putem explica faptul că întregul nostru univers se extinde din nimic? Ar fi putut cu adevărat să înceapă cu o mică fluctuație a energiei vidului?
Unele tranziții sau fluctuații misterioase ar putea duce brusc la faptul că o parte a spațiului a început să se extindă, după cum cred unii teoreticieni. Fluctuațiile inerente teoriei cuantice ar putea zguduie întregul univers dacă ar fi comprimat la scări suficient de mici. Acest lucru ar fi trebuit să se întâmple în aproximativ 10 (până la -44) secunde - acesta este timpul Planck. Pe aceste scale, timpul și spațiul se împletesc, astfel încât ideea unui ceas de bifare nu are sens. Putem extrapola universul nostru cu un grad ridicat de certitudine înapoi la nanosecundă și cu un grad ridicat de probabilitate ne vom întoarce mai aproape de timpul Planck. Dar după aceea, convingerile noastre nu mai sunt valabile - fizica pe această scară este înlocuită cu o altă teorie mai complexă.
Dacă s-ar putea ca o fluctuație într-o parte întâmplătoare a spațiului gol să dea univers universului, de ce nu se poate întâmpla același lucru cu o altă parte a spațiului gol - și să dea viață universurilor paralele într-un multivers infinit?
Ideea că Big Bang-ul nostru nu este singurul și că ceea ce vedem prin telescoapele noastre este o mică parte din realitatea fizică, este destul de popular printre fizicieni. Și există multe versiuni ale universului ciclic. În urmă cu doar 50 de ani, au apărut dovezi puternice că Big Bang-ul s-a întâmplat chiar. Dar de atunci au existat speculații că ar putea fi doar un episod într-un univers ciclic. Există, de asemenea, tendința de a înțelege că realitatea fizică este mult mai mult decât volumul de spațiu și timp pe care îl putem simți, chiar și cu cele mai puternice telescoape.
Prin urmare, nu avem idee dacă a existat un Big Bang sau au fost multe - există scenarii care prezic multe Big Bang-uri și scenarii care prevăd unul. Cred că ar trebui să le studiem pe toate.
Care este sfârșitul universului?
Cea mai simplă prognoză pentru viitorul îndepărtat este că universul va continua să se extindă din ce în ce mai repede, devenind mai rece și mai gol. Particulele din ea se pot dezintegra, dizolvându-se la nesfârșit în gol. Ne putem găsi într-un volum imens de spațiu, dar va fi chiar mai gol decât spațiul este acum. Acesta este unul dintre scenarii. Există și alții care prezic o „inversare” a direcției energiei întunecate, de la repulsie la atracție, în urma căreia vom fi comprimați într-un punct dens.
Există și ideea lui Roger Penrose că universul va continua să se extindă, devenind din ce în ce mai diluat, dar cumva - atunci când nu conține altceva decât fotoni, particule de lumină - obiectele din el vor fi recalibrate și spațiul va deveni într-un fel un generator al unui nou Big Bang … Aceasta va fi o versiune foarte exotică a vechiului univers ciclic - dar vă rog să nu mă rugați să explic ideile lui Penrose.
Cât de încrezător sunteți că știința va descoperi într-o zi misterul care este acest „nimic”? Chiar dacă am putea dovedi că universul a ieșit dintr-o fluctuație ciudată într-un câmp de vid, nu ar trebui să ne întrebăm de unde provine acest câmp de vid?
Știința încearcă să ofere răspunsuri, dar de fiecare dată când le găsim, apar noi întrebări - nu vom avea niciodată imaginea completă. Când am început să fac cercetări la sfârșitul anilor 1960, existau îndoieli că există un Big Bang deloc. Acum nu mai există nicio îndoială și putem spune cu o precizie de aproximativ 2% că universul a fost același timp de 13,8 miliarde de ani, până la prima nanosecundă. Acesta este un progres mare. Este ridicul de optimist să credem că în următorii 50 de ani vom rezolva întrebările dificile despre ceea ce se întâmplă în era cuantică sau „inflaționistă”.
Dar, desigur, apare o altă întrebare: câtă știință va fi inteligibilă pentru creierul uman? S-ar putea ca matematica teoriei de coarde să fie, într-un anumit sens, o descriere corectă a realității, dar niciodată nu putem înțelege suficient de bine pentru a o testa împotriva oricărei observații autentice. Apoi, ar trebui să așteptăm să apară unii post-oameni pentru a obține o înțelegere mai completă.
Ilya Khel
