Paul Davies despre “Ultimele trei minute ale universului” sau apocalipsa după cosmologi

Cătălin Spătaru:

 Când transferul de căldură va duce sistemul la o temperatură uniformă și nu va mai avea loc nici un schimb de căldură, atunci sistemul ajunge la un echilibru termodinamic, numit entropie (pp. 24-25). Orice activitate fizică tinde către un echilibru termodinamic sau entropie maximă încât nimic nu se va mai întâmpla niciodată. Aceasta este moartea termică a universului. Faptul că universul se îndreaptă spre așa ceva în mod ireversibil, arată că el nu poate să fi existat dintotdeauna, nu poate să fie infinit căci ar fi trebuit deja să moară conform celui de al doilea principiu al termodinamicii.

 Acest sfârșit ar fi fost deja într-un univers infinit în timp și s-ar fi arătat pe un cer plin de lumină noaptea, dacă universul ar fi fost static căci lumina stelelor s-ar fi cumulat și ar fi făcut noaptea luminoasă (paradoxul lui Olbers) (pp. 25, 27).

 Dar universul este în mișcare, iar lumina stelelor ce se mișcă arată că ele nu s-au stins într-un univers infinit ca timp, ci au început să emită radiație termică cu un timp în urmă. Universul este finit ca timp și infinit ca spațiu, dar și așa poate umple radiația termică imensitatea spațiului gol pentru a se ajunge la moartea termică, la sfârșitul universului în care nimic nu se va schimba, iar cerul Pământului, dacă va mai fi atunci, va fi luminat ca la Judecata de Apoi (pp. 30-31).

 Dar de unde știm că universul este în expansiune infinită? Celebra observare a deplasării spre roșu a lui Hubble, a luminii galaxiilor depărtate, a indicat că galaxiile sunt mai roșii cu cât sunt mai depărtate, roșul fiind în spectrul luminii la sfârșitul undelor lungi, ‘‘alungirea undelor de lumină fiind produsă de un univers în expansiune’’ (p. 33). Expansiunea universului este frânată de gravitație și în trecerea timpului frânarea va opri expansiunea, de aici ipoteza unei explozii originare ca origine a spațiului, energiei și materiei. Cum un început este presupus de cosmologi, gândul unui sfârșit este inevitabil. Din sfârșitul stelelor explodate, din resturile lor conținute în Calea Lactee, din carbonul, oxigenul și alte elemente, Pământul, viața și știința noastră n-ar fi fost posibile. Mărirea soarelui înainte de explozia sa va duce la un flux de căldură prin care oceanele și mările se vor evapora, iar viața va fi distrusă (pp. 36, 60-63). Soarele și celelalte stele își vor termina arderea nucleară transformându-se în pitice albe, noaptea universului va cuprinde totul, iar ‘‘epoca luminii se va încheia pentru totdeauna’’ (p.66).

 O gaură neagră ‘‘este o regiune mică a universului care conține sfârșitul timpului’’ (p. 82). Însă ce se întâmplă în ea cu un lucru ce ajunge acolo nu reprezintă decât modelări matematice și considerații teoretice, pentru că în interiorul găurii gravitația este atât de puternică, încât lumina ce ne-ar putea ajuta să o studiem, nu poate ieși din ea (p. 82). În gaura neagră gravitatea a triumfat cu totul, ‘‘strivind o stea până ce nu mai rămâne nimic și lăsând o amprentă în spațiul-timp înconjurător’’ (p. 67). O gaură neagră apare ca atunci când o bilă aruncată într-o gaură, dispărând în ea, duce la mărirea găurii cu o masă egală cu masa inițială a bilei (p. 67). Dar și găurile negre, modele pentru sfârșitul timpului, vor sfârși, din moartea lor vor fi doar ‘‘scăpărări trecătoare de lumină în întunecimea de cerneală a eternei nopți cosmice, un epitaf pentru existența strălucirii trecute a miliarde de sori’’ (p. 108).

 Dar nu întreaga materie se va mistui în găurile negre, ea se va dezintegra în particulele elementare, unii pozitroni și electroni se vor anihila reciproc, alții vor fi desperecheați, intrând alături de fotoni, neutrini într-un univers viitor diluat, în care găurile negre și materia vor fi dispărut deja (pp. 108, 114-118).

 Ce va putea face omenirea în viitor pentru a supraviețui creșterii temperaturii soarelui? Să evadeze pe o altă planetă, evident printr-o dezvoltare extraordinară a inteligenței umane, eventual în combinație cu inteligența calculatoarelor, realizându-se o combinare între rețelele neuronale artificiale și cele organice (pp. 125-129). Poate așa aceste ființe inteligente vor reuși să modifice traiectoria soarelui încât să nu ardă Terra sau vor manipula stele sau roiuri spre beneficiul speciei. O organizare hipercomplexă, o ordine crescută a unei civilizații determină dezordine în altă parte, încât entropia va câștiga întotdeauna (pp. 134, 137). Creșterea radiației termice de fond va fi ireversibilă, iar planetele vor deveni nelocuibile. Cum va putea scăpa umanitatea din această situație? Doar prin apariția unor superființe, unor creiere de o capacitate nelimitată, ce ar putea să simuleze o mare varietate de activități cosmice (pp. 143, 145, 148).

 În 1981, un grup de fizicieni japonezi a studiat un model matematic pentru o bulă de vid ce conduce la ideea unui univers-copil legat printr-o gaură de vierme de un univers-mamă. Acest univers-copil ar fi salvarea unor superființe, dar a dus la apariția ideii că universal nostru ar fi putut fi tot un copil pentru un univers-mamă (pp. 158-161). Desigur creația unui univers salvator nu a rămas decât o speculație în fața sfârșitului inevitabil al universului (p. 162).

 Înainte de sfârșit și cu gândul la el să citim și această carte ca un pas mărunt către confruntarea cu ultimele minute. Poate că deja suntem în acea inversare a marelui film cosmic când timpul și-a schimbat sensul, dar noi nu sesizăm această schimbare, chiar dacă Hawking a abandonat această idee, numind-o cea mai mare greșeală a sa (pp. 169-170).

 Începutul universului este în noi prin neutrini, acele particule de masă aproape nulă, cu viteză apropiată de cea a luminii, trecând cu miliardele prin noi, relicve ale exploziei inițiale. Sfârșitul, nici el nu pare rupt de prezentul nostru. Și chiar de ar fi, străbătând cu mintea universurile, ne ridicăm către perena privire sub specie aeternitatis trăind încă o data nimicnicia zbuciumului nostru, simțind lucrurile atât de mărunte ale vieții noastre față de imensitatea universului, dar înțelegem și cât de ușor ajungem de la un lucru mărunt ca această carte către ultimele trei minute ale universului, poate chiar cele definitive.

Radu Mihai:

 Hermann von Helmholtz este cel care, în anul 1856, realizează predicția conform căreia universul este pe moarte, lucru datorat celei de-a doua legi a termodinamicii, a cărei manifestări are loc nu numai în cazul corpurilor pământene, ci pe tot întregul spațiului cosmic observabil. Această lege presupune transferul căldurii de la cald la rece; mai precis, agitația moleculară din cadrul unui corp fierbinte este transferată corpului mai rece, în cazul în care aceste două elemente sunt puse în contact. Acest fenomen produce entropie, adică un echilibru termodinamic între cele două corpuri, ambele ajungând, într-un final, la aceeași temperatură. În cadrul sistemelor închise, entropia nu poate scădea niciodată. Dacă într-adevăr universul nostru este un sistem închis, ajungem la o singură concluzie, anume că finalul său va avea loc, inevitabil, în momentul în care întreg spațiul va ajunge la același nivel de entropie. Cel mai bun exemplu este oferit de către Soare, a cărui căldură este emanată în spațiul rece, acest proces reprezentând un fenomen ireversibil (pp. 21-23). Odată ce Soarele își consumă hidrogenul din miez, acesta începe să transforme heliul în elemente mult mai grele, urmând să-și distrugă straturile exterioare și să producă o nebuloasă planetară. În urma acestui proces, Soarele se transformă într-o pitică albă, destin pe care se presupune că îl au multe alte stele din întreg universul.

 Datorită expansiunii Universului, acest fenomen de echilibru termodinamic nu a avut încă loc. Știm că această expansiune există prin intermediul observațiilor realizate asupra luminii stelelor și a galaxiilor. Lungimea de undă este cea care oferă culoare luminii, iar culoarea roșie reprezintă capătul celor mai lungi unde de lumină. Galaxiile roșii indică faptul că lungimea de undă este îndepărtată. Astfel, Hubble a propus ipoteza conform căreia „alungirea undelor de lumină se datorează faptului că universul e în expansiune.” (pag. 32). Am putea fi tentați să considerăm faptul că odată explicat paradoxul lui Olbers (prezentat în prima parte a acestui articol), nu facem nimic mai mult decât să ne oprim în paradoxul lui Isaac Newton, care presupune următoarele aspecte: dacă Universul este infinit ca spațiu, înseamnă că el nu deține o margine sau un centru, ceea ce face imposibil faptul ca stelele să poată colapsa către un centru de greutate principal. Totuși, prin faptul că ele se atrag reciproc prin intermediul forței gravitaționale, din toate părțile, ar trebui ca atracțiile să se anuleze reciproc, iar steaua să nu se poată deplasa prin spațiu. Care este rezolvarea acestei dileme? Paul Davies susține că paradoxurile respective sunt create nu de ideea infinității spațiului, ci de aceea a infinității timpului, motiv pentru care acesta realizează următoarele afirmații: „Dacă universul are o vârstă finită, paradoxul lui Olbers e imediat anulat. (…) Deoarece lumina se deplasează cu viteză finită (300.000 de kilometri pe secundă în vid), nu vedem steaua așa cum e ea în prezent, ci cum era atunci când lumina a pornit de la ea. De pildă, strălucitoarea stea Betelgeuse se află la aproximativ 650 de ani-lumină, deci ne apare așa cum era acum 650 de ani. Dacă universul s-ar fi născut, să zicem, acum zece miliarde de ani, noi nu am vedea nici o stea aflată la mai mult de zece miliarde de ani-lumină de Pământ. Universul ar putea fi infinit ca întindere în spațiu, dar dacă are o vârstă finită e imposibil să vedem dincolo de o anumită distanță finită. Prin urmare, însumarea luminii provenind de la un număr infinit de stele de vârstă finită va fi finită și, poate, ridicol de finită. (…) Timpul necesar stelelor pentru a umple spațiul cu radiație termină și a ajunge la o temperatură comună e imens dat fiind că există atât de mult spațiu gol în univers.” (pag.  30). Așadar, concluzia lui Davies este aceea că de la nașterea universului și până în prezent nu a trecut suficient timp pentru ca acesta să poată ajunge la un echilibru termodinamic. Totodată, expansiunea universului este răspunsul la paradoxul pe care Newton îl compunea acum 400 de ani, expansiune prin intermediul căreia doar stelele aflate în cea mai apropiată vecinătate rămân împreună, urmând a se distanța de restul.

 Fiindcă în prima parte a articolului s-a scris despre unul dintre posibilele evenimente finale prin care poate trece o stea (transformarea acesteia într-o gaură neagră), urmează să descriu cealaltă soartă posibilă a stelei, și anume explozia supernovei: principalul element compozițional dintr-o stea este hidrogenul, iar arderea sa are loc în fuziunea nucleelor de hidrogen, care produc la rândul lor nuclee de heliu. În cazul stelelor a căror temperatură internă (din miez) este suficient de ridicată, există posibilitatea ca heliul să fuzioneze în carbon, urmând apoi fuzionarea în oxigen, neon și alte elemente. Energia stelei scade pe măsură ce un nou element este creat în interiorul ei. Totuși, această scădere a energiei este invers proporțională cu dilatarea stelei. Reacțiile nucleare ajung în stadiul în care fuzionează fier, moment decisiv pentru steaua respectivă, căci odată ajunsă în acest stadiu este sortită distrugerii. Sintetizarea fierului consumă o cantitate de energie mult mai mare decât aceea eliberată, motiv pentru care regiunile centrare ale stelei ajung în stadiul de imposibilitate de producere a căldurii. În acest caz, forța gravitațională preia controlul, urmând ca întreaga masă a stelei să implodeze în propriul ei centru gravitațional. Mai precis, fiind incapabilă de a mai produce căldură prin reacție nucleară, steaua se contractă sub propria greutate, iar materia se prăbușește spre miez. Odată ajunsă la miez, materia se ciocnește de acesta și creează o undă de șoc, însoțită de neutrini. Astfel că miezul stelei devine o bilă de neutroni, iar undele de șoc și neutrinii, care au fost expediați către exterior, oferă energie straturilor exterioare ale stelei, urmând ca acestea să explodeze. După ce se manifestă acest eveniment, steaua continuă să strălucească timp de câteva săptămâni, iar apoi se stinge (pp. 55- 57). „Deși o supernovă aduce moartea stelei în cauză, există și ceva creator în această explozie. Imensa cantitate de energie încât, pentru scurt timp, sunt cu putință și alte reacții nucleare de fuziune – reacții care consumă mai multă energie decât produc. Elementele grele aflate dincolo de fier în tabelul periodic – cum ar fi aurul, plumbul și uraniul – sunt făurite în acest ultim și foarte intens furnal stelar.” (pag. 58).

 Să ne îndreptăm atenția către expansiunea infinită a universului. Dacă, într-adevăr, universul continuă să se extindă pentru veșnicie, înseamnă că acesta va fi infinit și, implicit, orice proces fizic, indiferent de cât de lent se desfășoară sau de cât de improbabil este, trebuie să se petreacă, întocmai datorită infinității nu numai a spațiului, dar și a timpului. Spre exemplu, un proces extrem de lent este reprezentat de pierderea de energie sub formă de radiație gravitațională. Rotația Pământului în jurul Soarelui produce o cantitate de un miliwatt de radiație gravitațională, iar efectul acestuia asupra mișcării Pământului este infinitezimal. Totuși, această pierdere a energiei de un miliwatt poate avea efecte puternice la nivelul anilor cosmici. După miliarde de ani, întocmai această pierdere de energie aduce Pământul într-o mișcare de coborâre spiralată direct spre Soare. Un aspect important al acestui proces poate fi observat în întregul spațiu universal: universul se află în expansiune, ceea ce înseamnă că toate obiectele astronomice se îndepărtează unele de celelalte, însă atracția gravitațională se manifestă prin intermediul fiecărui corp ceresc, ceea ce produce o atracție între fiecare dintre acestea. (pp. 99-100) „Ca urmare, unele aglomerări de corpuri – de pildă roiurile de galaxii (…) – rămân legate gravitațional, dar aceste aglomerări se îndepărtează tot mai mult de aglomerările vecine. Deznodământul în această competiție depinde de ritmul în care e încetinită expansiunea universului. Cu cât e mai mică densitatea materiei din univers, cu atât sunt mai „încurajate” aceste ansambluri de corpuri să se detașeze de vecinii lor și să se miște liber și independent.” (pag. 100).

 Când vorbim despre vid cuantic, ne referim la existența unor particule cu o perioadă de viață foarte scurtă, denumite și particule virtuale. Ceea ce pare gol conține, de fapt, o cantitate enormă de particule virtuale. Acestea împrumută energie din diferite surse energetice apropiate, urmând ca apoi să o returneze și să dispară. Totuși, dacă aceste particule primesc o cantitate îndeajuns de mare de energie din partea unei surse din exterior, datoria returnării are șansa de a fi anulată. Mai precis, particulele virtuale se transformă în particule reale. Hawking afirmă că existența acestui fenomen poate fi observată lângă orizontul evenimentelor unei găuri negre. Câmpul gravitațional al găurii negre oferă energia necesară particulelor virtuale de a se transforma în particule reale. Particulele virtuale sunt create în perechi, iar dacă acestea apar în afara orizontului evenimentelor poate avea loc următorul fenomen: una dintre particule poate cădea în orizontul evenimentelor, motiv pentru care, în procesul înaintării, primește o mare cantitate de energie din partea câmpului gravitațional al găurii negre. O astfel de „donație”, susține Hawking, are capacitatea de a anula datoria particulei virtuale, motiv pentru care aceasta, dar și partenera sa, se pot transforma în particule reale. Destinul particulei aflate în afara orizontului evenimentelor este unul incert, însă aceasta poate evada din gravitația găurii negre, ceea ce constituie fenomenul cunoscut sub numele de radiație Hawking (pp.102-104).

Adrian Păun (invitat):

 Cartea „Ultimele trei minute„, scrisă de Paul Davies, a reuşit să mă captiveze într-un mod unic, ca orice altă carte ce dezbate un subiect interesant, în opinia mea. Curiozitatea mea față de întrebări precum „De unde a apărut universul?”, „Este ceva în afara lui?”, este la fel de mare ca a oamenilor care îşi dedică viața pentru a afla răspunsul acestora şi a multor altor întrebări ce ne vor conferi cunoașterea întregului univers într-un număr mai mare sau mai mic de ani.

Începutul universului are cu siguranță un făptaş şi admit asta, deoarece refuz să concep că am apărut din nimic. Mai exact, cândva în timp, o forță a reușit să creeze universul în care noi trăim. Nu vreau să exclud ipoteza conform căreia universul este etern, dar dacă aş ține cont de aceasta, nu ar mai avea rost să discut de un început. Numărul informațiilor pe care umanitatea nu le deține despre univers este destul de mare încât să lase semne de întrebare la oricare ipoteză despre acesta. În continuare, susțin că universul a avut un creator şi nu vreau să fac referire neapărată la o formă de religie, dar orice acțiune trebuie să aibă o reacțiune, indiferent de cât de mică ar fi ea (Un exemplu bun ar fi atunci când îndoim o coală de hârtie; coala nu o să mai arate la fel de impecabil ca la început, deoarece asupra ei s-a aplicat o acțiune de îndoire).

 Având în vedere faptul că am vorbit despre începutul universului o să abordez si sfârșitul. Cu siguranță cuvintele mele îşi vor avea rostul daca universul nu este etern. În opinia mea, dacă universul a avut un început,  cu siguranță o să aibă şi un sfârșit,  mai puțin sau mai mult aşteptat, fie el transformarea tuturor stelelor în pitice albe, sau chiar o restrângere spre punctul de unde a început. Cu siguranță ar fi mult mai bine dacă sfârșitul ar fi instant, deoarece nu ar chinui populația planetei noastre.

 În cartea „Ultimele trei minute” se pune în discuție Principiul al 2-lea al termodinamicii. Sunt de acord cu faptul că dacă universul nu este într-o continuă extindere, acesta va ajunge să se stabilizeze la aceeaşi temperatură după stingerea tuturor surselor care emit căldură şi într-un final să devină un spațiu destul de întunecat şi nelocuit; dar cine ştie, poate că încă o să mai existe nişte ființe extratereste cu o mecanică foarte avansată, care să caute un non-stop de unde să îşi cumpere droguri cu praf stelar. 🙂 Super novele arată că ceea ce a construit universul nu este într-o stabilitate maximă si nu conferă o viață eternă fără perturbări. În opinia mea, țin să cred că cea mai probabilă formă de final a omenirii ar fi stingerea tuturor surselor ce emit căldură.

 Paul Davies specifică în carte că universul se extinde cu o viteză extrem de mare față de principiile noastre în legătură cu lungimea si mărimea unui spațiu, ceea ce mi se pare incredibil, în sensul că dacă o explozie a provocat acest fenomen, ar fi avut o forță de neimaginat, având în vedere faptul că universul se extinde de foarte mult timp, este o extindere de care nu cred că o să fim conștienți, dacă se opreşte sau continuă.

 Indiferent de ceea ce presupunem că este universul, până când umanitatea nu va avansa destul încât să îl cunoască, totul va rămâne un mister, unul foarte mare şi asta doar în privința universului, fără să ne mai întrebăm dacă mai există ceva în afara lui.

Sursă:

Paul Davies, Ultimele trei minute. Ipoteze privind soarta finală a universului, trad. Gabriela Zamfirescu, Humanitas, București, 1994; ediția a 2-a, 2008

Sursă foto reprezentativă: https://apod.nasa.gov/apod/ap080104.html

Surse foto:

#1: proprie

#2: anticaruldenoapte.ro

#3: wikipedia.org

#4: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_2173.html

#5: https://www.technology.org/2014/01/27/black-holes-quite/

#6: abebooks.com