Titluri pe pagină
Marele plan
În general, lucrările de popularizare a științei sunt dificil de scris. Pe de o parte, există constrângerea de a menține la un nivel relativ coborât limbajul tehnic (pentru a nu pierde prea mulți ...
În general, lucrările de popularizare a științei sunt dificil de scris. Pe de o parte, există constrângerea de a menține la un nivel relativ coborât limbajul tehnic (pentru a nu pierde prea mulți cititori!), iar pe de altă parte vrei să-i faci pe cititori să înțeleagă cât mai mult din ceea ce vrei să prezinți, iar asta presupune intrarea în miezul lucrurilor științifice… Și totuși, există oameni care fac acest efort, așa cum au încercat și acești doi autori:
Răspunsurile date aici de Stephen Hawking, unul dintre cei mai mari savanţi ai timpurilor noastre, şi de Leonard Mlodinow, fizician şi scenarist al serialului Star Trek, pornesc de la ideea că universul nu are doar o singură istorie, ci toate istoriile sale posibile există simultan – idee care ne schimbă radical felul în care suntem obişnuiţi să privim lumea.
Autorii
Stephen Hawking a fost (deja vorbim la trecut despre el) una dintre cele mai mari personalități științifice ale epocii noastre. Timp de treizeci de ani a fost profesor Ia Universitatea Cambridge și a primit numeroase premii și distincții.
Leonard Mlodinow este fizician Ia Institutul Tehnologic din California (Caltech). Este autorul mai multor bestselleruri și coscenarist Ia serialul Star Trek: The Next Generation. Trăiește în South Pasadena, California.
Context și rezumat
Scrisă inițial în 2010, iată că mulțumită editurii Humanitas, în traducerea Ancăi și a lui Mihai Vișinescu, după doar doi ani de la apariție, și cititorii de limbă română au putut accesa această lucrare de popularizare a unor (relativ) recente descoperiri științifice care pot contribui la completarea schițelor unor răspunsuri la fundamentalele întrebări ale omenirii:
- De ce există ceva, mai degrabă decât nimic?
- De ce existăm?
- De ce acest set particular de legi, și nu altele?
Practic, sunt întrebările filosofice legate de Viață, Univers și Tot ce Există! E despre modul în care se comportă universul și chiar mai mult, o încercare de a explica de ce se comportă astfel…
Structura cărții
Cartea e structurată pe baza a opt capitole:
„Conform concepției tradiționale despre univers, obiectele se deplasează pe traiectorii bine definite și au istorii neambigue. Putem preciza poziția lor exactă Ia fiecare moment de timp. Deși aceasta descriere e suficient de bună pentru scopurile vieții de zi cu zi, pe la 1920 s-a dovedit că imaginea «clasică» nu poate explica acel comportament aparent bizar observat Ia scara atomică și subatomică a existentei.”
- Misterul existenței
- Domnia legii
- Ce este realitatea?
- Istorii alternative
- Teoria a tot ce există
- Selectarea universului
- Miracolul aparent
- Marele plan
Se pare că „filosofia nu a ținut pasul cu dezvoltarea științei moderne, în special cu fizica”. Așa se face că încercarea de a cunoaște lumea a început să-i aibă ca purtători ai torței descoperirilor chiar pe oamenii de știință. Așa s-a ajuns ca aceștia să încerce măcar să ne ofere noua imagine a universului care se profilează, un univers mult diferit de imaginea tradițională și diametral opus de cel impus de-a lungul istoriei de religii.
Legile naturii
Așadar, dacă din timpurile imemoriale, oamenii au încercat să dea răspunsuri la întrebările esențiale prin introducerea unei/unor forțe atotputernice cărora le-au spus zei, de-a lungul vremii au apărut gânditorii care au căutat un alt fel de răspuns. Cartea de față prezintă chiar unele repere ale istoriei științei:
- Thales din Milet și Platon, de la care a încolțit ideea că natura urmează principii coerente, care chiar ar putea fi descifrate, și lumea înțeleasă; din păcate, știința ioniană (care s-a orientat spre descoperirea legilor fundamentale care să explice fenomenele naturale, reprezentând un glorios început), a căzut în uitare, urmând a fi redescoperită milenii mai târziu;
- Pitagora, Arhimede, Empedocle, Democrit au marcat alte borne ale cunoașterii umane;
- Aristarh a fost primul care a susținut că „suntem doar nite locuitori obișnuiți ai universului, nu ființe privilegiate aflate în centrul lui”; a fost și primul care a menționat că „Pământul nu e centrul sistemului nostru planetar, ci că, împreună cu celelalte planete, se rotește în jurul Soarelui”;
Din păcate, pașii înainte în cunoaștere făcuți de astfel de oameni au fost urmați de pașii înapoi impuși de „continuatorii creștini ai grecilor”, cei care „au respins ideea că universul e condus de legi naturale indiferente. Ei au respins de asemenea ideea că oamenii nu ocupă un loc privilegiat în univers. Deși în Evul Mediu n-a apărut nici un sistem filozofic coerent, tema comună a fost aceea că universul este jucăria lui Dumnezeu, iar religia merită mult mai mult să fie studiată decât fenomenele naturii.”
- abia în secolul XVII, Kepler a introdus noțiunea de lege a naturii, el fiind considerat cel ce a înțeles în sens modern această noțiune;
- nici Galilei nu a folosit termenul de „lege”;
- formularea explicită și riguroasă a conceptului de „lege a naturii” îi aparține lui René Descartes; mai mult, el a înțeles importanța a ceea ce azi se numesc „condiții inițiale”;
- Newton este considerat părintele conceptului modern de lege științifică, prin introducerea celor trei legi ale mișcării și a legii gravitației;
Ei, și dacă am ajuns să acceptăm că natura e guvernată de legi, sub diverse forme s-au născut alte întrebări esențiale:
- Care e originea legilor?
- Există excepții de la legi (miracole)?
- Există un singur set de legi posibile?
Laplace a fost primul care a postulat determinismul științific.
Realitatea… și modelele
Omul este o ființă ciudată, totuși… E dispus să accepte ca fiind reale lucruri aberante, complet nereale. Și dacă ar avea măcar justificarea necunoașterii, ar mai fi cum ar mai fi. Dar nu, mulți oameni, deși li se oferă informația, preferă în continuare să creadă lucruri necredibile…
Un exemplu celebru de reprezentare diferită a realității este modelul propus pe la anul 150 de Ptolemeu (cca. 85 – cca. 165) pentru a descrie mișcarea corpurilor cerești. Ptolemeu și-a publicat ideile într-un tratat conținând 13 cărți, cunoscut mai ales sub numele sau arab, Almagest. Acesta începe prin a explica motivele de a crede că Pământul e sferic, nemișcat, se află în centrul universului și e neglijabil de mic în raport cu distanța până la cer. În ciuda modelului heliocentric al lui Aristarh, asemenea credințe fuseseră împărtășite de cei mai învățați dintre greci, cel puțin în epoca de după Aristotel, care credea din motive mistice că Pământul trebuie să se afle în centrul universului. În modelul ptolemeic, Pământul e situat în centru, iar planetele și stelele se mișcă în jurul lui pe orbite complicate care implică epicicluri, ca niște roți fixate pe alte roți.
Modelul pare firesc, fiindcă nu simțim că Pământul se mișcă sub picioarele noastre (cu excepția cutremurelor sau a momentelor pasionale). Sistemul de învățământ european de mai târziu s-a bazat pe surse grecești, așa încât ideile lui Aristotel și ale lui Ptolemeu au devenit în bună măsură fundamentul gândirii occidentale. Modelul cosmic al lui Ptolemeu a fost adoptat de Biserica Catolică și considerat doctrină oficială timp de 14 secole. Abia în 1543 Copernic a propus un model alternativ in lucrarea De revolutionibus orbium coelestium (Despre mișcările de revoluție ale corpurilor cerești), publicată abia în anul morții sale (deși lucrase Ia teoria sa câteva decenii).
„Creăm modele în știință, dar și în viața de fiecare zi. Realismul dependent de model se aplică nu doar modelelor științifice, dar și modelelor mentale pe care ni le creăm cu toții, la nivel conștient sau subconștient, pentru a interpreta și înțelege lumea de zi cu zi. Nu putem elimina observatorul – noi înșine – din percepția noastră asupra lumii, percepție obținută prin procesarea senzorială și prin modul în care gândim și raționăm. Percepția noastră – deci și observațiile pe care se întemeiază teoriile noastre – nu este directă, ci e ajustată de un fel de Ientile, structura interpretativă a creierului uman.”
Și totuși, „nu există nici o noțiune de realitate independentă de imagine sau de teorie”. Astfel se poate ajunge la o perspectivă numită realism dependent de model: (o teorie fizică sau o imagine a lumii este un model și un set de reguli ce leagă elementele modelului de observații.
Încă de la Platon, concluziile filosofilor pe tema naturii realității au fost bazate pe credința că există o lume exterioară reală cu proprietăți bine definite și independente de observatorul care le percepe și că obiectele acestei realități (conform științei clasice) au proprietăți precum masa sau viteza cu valori bine definite. În filosofie, o astfel de perspectivă se numește realism.
Normal, au apărut și antirealiștii, cei ce, pornind de la presupunerea că există o deosebire între cunoașterea empirică și cea teoretică, susțin că au sens atât observația, cât și experimentul, teoriile fiind doar instrumente utile ce nu conțin adevăruri mai profunde în spatele fenomenelor observate. George Berkeley a ajuns până acolo încât să susțină că nu există nimic în afara minții și ideilor noastre.
S-a ajuns la realismul dependent de model, care susține că n-ar avea sens să ne întrebăm dacă un model e real doar pe baza concordanței lui cu observații. Că dacă ar exista două modele, ambele în acord cu observațiile, nu se poate spune că unul e mai real decât celălalt, și prin urmare putem folosi modelul mai potrivit situației luate în considerare.
Electronul a fost descoperit de J. J. Thompson în 1897, desigur acesta nevăzând vreunul! Nici quarcii nu pot fi „văzuți”!
Vorbind despre modele, iată condițiile pe care ar trebui să le îndeplinească un model bun:
- Este elegant.
- Conține puține elemente arbitrare sau ajustabile.
- Este în acord cu toate observațiile existente și le explică.
- Face predicții amănunțite privind observațiile viitoare care pot infirma sau falsifica modelul, dacă nu se confirmă.
Un exemplu de model vechi care a trebuit abandonat a fost cel al universului static, după ce în 1929, Edwin Hubble și-a publicat observațiile ce arătau că universul se extinde.
Cu fiecare model nou, concepția despre realitate s-a tot schimbat. Spre exemplu, Newton credea că lumina e alcătuită din particule (corpusculi). Dar și el observa că această teorie nu poate explica fenomenul numit inelele lui Newton (vezi Istoria opticii). Așa s-a ajuns la teoria ondulatorie, la efectul fotoelectric, la dualitatea corpuscul-undă.
se pare că nu există un singur model matematic sau o singură teorie care să descrie toate aspectele universului.
Așa s-a ajuns la „o rețea de teorii numită teoria M” și la istorii alternative!
Istorii alternative
„natura nu dictează rezultatul oricărui proces sau experiment, nici măcar în cea mai simplă dintre situații, ci permite un număr de posibilități diferite, fiecare cu o anumită probabilitate de realizare.”
Perfecționarea tehnologică a permis observarea tot mai multor fenomene, lucru ce a arătat că „natura se comportă într-un mod tot mai puțin compatibil cu experiența cotidiană, deci cu intuiția noastră”. Aici se încadrează fenomene ce nu pot fi cuprinse de știința clasică. Richard Feynman spunea că experimentul fantei duble „conține întreg misterul mecanicii cuantice”.
„Dată fiind starea unui sistem la un moment dat, legile naturii determină probabilitățile diferitelor viitoruri și trecuturi, în loc să determine viitorul și trecutul cu certitudine.”
Există în lumea științifică situații în care un agregat mare se comportă altfel decât componentele sale individuale: cu cât un obiect e mai mare, cu atât efectele cuantice sunt mai puțin vizibile. Mai mult, probabilitățile din fizica cuantică nu sunt la fel ca cele din viața de zi cu zi. Ele reflectă caracterul fundamental aleator al naturii.
Teoria lui Feynman permite prezicerea rezultatului probabil al unui „sistem” (fie el o particulă, un ansamblu de particule sau chiar întregul univers).
Iată, spre exemplu un curs despre diagramele Feynman:
Loading...
Reload document 
Open in new tab Ulterior, s-a ajuns la un alt principiu-cheie, cel care spune că, „observând un sistem, îi modificăm evoluția ulterioară”. Pentru a face o observație, trebuie să interacționăm cu obiectul observat (fie și numai, în sens tradițional, să luminăm obiectul pe care vrem să-l vedem, deci să-l bombardăm cu fotoni!)
„Faptul că trecutul nu ia o formă precisă înseamnă că observațiile pe care le facem asupra uni sistem în prezent îi influențează trecutul.”
Conform fizicii cuantice, universul nu are un singur trecut sau o singură istorie, iar faptul că trecutul nu are o formă precisă, însemnă că simplele observații pe care le facem asupra unui sistem în prezent îi influențează trecutul! Nu e ușor de digerat un astfel de concept, nu? Dar, iată, experimentul lui John Wheeler – așa-numitul experiment cu alegere întârziată – demonstrează exact asta. Contrar legilor lui Newton, care ne spun că dacă dispunem de date complete despre prezent am putea calcula imaginea completă a trecutului, o abordare în concordanță cu fizica cuantică ne spune că universul nu are doar un singur trecut (o singură istorie)!
Teoria a tot ce există
„Cel mai de neînțeles lucru în privința universului este că poate fi înțeles.” (Albert Einstein)
Prima forță descrisă în limbaj matematic a fost gravitația. Au urmat forțele electrice și magnetice (înrudite, astfel ajungându-se la electromagnetism), ambele fiind mult mai puternice decât gravitația. Ulterior s-a ajuns la ideea de câmpuri de forțe.
James Clerk Maxwell a unificat electricitatea și magnetismul. Ulterior, Einstein a elaborat teoria relativității speciale/restrânse, prin care afirmă că „toți observatorii au propria lor măsură a timpului, iar timpii măsurați de doi observatori în mișcare relativă unul față de altul nu vor fi identici”. Rezultă că timpul nu poate fi tratat separat de cele trei dimensiuni ale spațiului, timpul și spațiul fiind interconectate. Timpul a ajuns astfel o a patra dimensiune în cadrul mariajului spațiu-timp. Tot Einstein a elaborat teoria relativității generale, care consideră că spațiul-timp nu e plat, ci curbat și distorsionat de masele și energiile conținute de el.
Forțele cunoscute ale naturii:
- Gravitația
- Electromagnetismul
- Forța nucleară slabă – explică radioactivitatea.
- Forța nucleară tare – menține laolaltă protonii și neutronii în interiorul nucleului atomic.
Eforturile fizicienilor s-au concentrat pe încercarea de a elabora teorii ale marii unificări (grand unified theories – GUT).
În 1976 s-a ajuns la noțiunea de supergravitație și supersimetrie, în condițiile în care cu ceva ani în urmă se crease deja teoria corzilor (string theory), în cadrul căreia „dimensiunile suplimentare sunt încolăcite în ceea ce se numește spațiul intern”. A apărut și teoria M, care are unsprezece dimensiuni spațio-temporale!
Legile teoriei M permit deci existența unor universuri diferite, cu legi aparente diferite, în funcție de modul în care e încolăcit spațiul intern. Teoria M are soluții care permit existența a numeroase spații interne diferite, poate chiar 10500, ceea ce înseamnă că ea admire 10500 universuri diferite, fiecare cu legile lui. Pentru a vă face o idee asupra acestui număr, gândiți-vă că dacă ar exista o ființă care să poată analiza legile prezise pentru fiecare dintre aceste universuri în doar o milisecundă, și ar fi început Ia big bang, până în prezent ar fi putut analiza doar 1020 dintre ele. Iar asta fără pauze de cafea…
Selectarea universului
„…expansiunea spațiului nu afectează dimensiunea obiectelor materiale cum sunt galaxiile, stelele, merele, atomii sau alte obiecte menținute laolalta printr-un tip oarecare de forță.”
Folosindu-și telescopul de 100 de țoli (2,54 m) pe Mount Wilson, lângă Pasadena, Edwin Hubble a concluzionat în 1929 că universul se află în expansiune! Practic, nu spațiul în sine se extinde, ci distanța dintre oricare două puncte din univers crește, asta fiind o idee mai subtilă a acestui concept. În plus, s-a acceptat un principiu conform căruia gravitația deformează spațiul și timpul.
„Conform teoriei M, spațiul-timp are zece dimensiuni spațiale și una temporală Ideea este că șapte dimensiuni spațiale sunt încolăcite atât de strâns, încât nu le putem observa, dându-ne iluzia ca nu există decât cele trei dimensiuni extinse cu care suntem obișnuiți.”
La început – pe când universul era suficient de mic pentru a fi guvernat atât de teoria relativității generale, cât și de teoria cuantică – au existat într-adevăr patru dimensiuni spațiale și nici una temporală. Prin urmare, atunci când vorbim de „începutul” universului ajungem la ideea subtilă că, privind înapoi către universul primordial, timpul așa cum îl cunoaștem nu exista! Trebuie să acceptăm că ideile noastre obișnuite despre spațiu și timp nu se aplică universului primordial. Aceasta depășește experiența noastră, dar nu și imaginația sau matematica noastră. Dacă în universul primordial toate cele patru dimensiuni se comportă ca spațiu, ce putem spune despre începutul timpului?
„Universul nostru și legile lui par să aibă în spate un plan anume întocmit pentru a ne permite existența și a lăsa foarte puțin spațiu pentru modificări.”
Începutul universului a fost guvernat de legi ale naturii, nemaifiind nevoie de vreun zeu care să-l fi pus în mișcare. Se pare că există un vast peisaj de universuri posibile, universuri care chiar pot interacționa și se pot influența unele pe altele. Reglajul fin din legile naturii poate fi explicat prin existența universurilor multiple (multivers).
Marele plan
Complexitatea comportamentelor lucrurilor supuse atâtor influențe a împiedicat vechile civilizații să identifice legile clare ce guvernează fenomenele. Făurirea conceptelor mentale despre tot și toate reprezintă singura realitate pe care o cunoaștem. Și nu avem un test al realității independent de model. Așa ajungem să înțelegem că un model bine construit își creează propria realitate. Așa ajungem la un joc inventat în 1970 de John Conway: Jocul Vieții (Game of Life), o lume imaginară care merită un articol dedicat!
Teoria M ar fi acea teorie unificată pe care spera s-o găsească Einstein. O confirmare a valabilității ei prin observații ar încheia ciclul căutărilor omenirii care durează de peste trei mii de ani!
SWOT
[mp_easy_icon icon=”fa-plus-circle” vertical_offset=”0″] Puncte tari
- prezentarea istorică a pașilor făcuți de oamenii de știință în încercarea de înțelegere a lumii;
- încercarea de a prezenta lucruri complicate într-un limbaj (cât mai) accesibil publicului larg;
- consecvența urmăririi unui fir logic al prezentării descoperirilor științifice.
[mp_easy_icon icon=”fa-minus-circle” vertical_offset=”0″] Puncte slabe
- poate că mai multe exemple practice ale descoperirilor teoretice ar fi făcut mai atractivă lucrarea.
Aprecieri personale
Aș spune că o a doua parcurgere a cărții face lucrurile mai clare. Și mai interesante. Oricum, cine vrea să țină pasul cu evoluția descoperirilor și ipotezelor de lucru ale științei moderne trebuie să citească această carte. Chiar merită.
Mi-au plăcut mult anumite pasaje care ne încurajează să credem că putem până la urmă să înțelegem lumea.