Nostradamus 2.0 - predicţia în ştiinţă

Fiinţa umană este mult mai sigură pe ea în preajma cunoscutului, concretului şi chiar savanţii eminenţi au dezbătut de-a lungul secolelor raţionamentul celor care îndrăznesc să susţină existenţa a ceea ce nu a fost încă observat. De exemplu, Darwin şi-a bazat teoria evoluţionistă pe ceea ce observase în legătură cu devierile apărute în dezvoltarea anumitor specii de păsări. Că avusese loc o deviere era ceva care ţinea de deducţie; totuşi teoria evoluţiei a fost una inductivă. Pentru a ilustra mai bine conceptul de raţionament inductiv, vă invit să luăm ca exemplu predicţia existenţei elementului chimic germaniu de către Dimitri Mendeleev.

 

Când a început să alcătuiască revoluţionarul său sistem periodic al elementelor în 1869, dând fiecărui element o greutate atomică exactă, Mendeleev a întâmpinat dificultăţi serioase. Deşi elementele puteau fi ordonate cu precizie în coloane de câte şapte, care erau legate ca ţinând de aceeaşi familie în virtutea proprietăţilor fizice pe linie orizontală, cu greutatea crescând pe verticală, tabelul rămânea cu câteva spaţii goale. Neclintit , Mendeleev a prevăzut greutatea şi proprietăţile pe care le-ar putea avea aceste elemente nedescoperite.

Cea mai faimoasă predicţie a sa privea un element pe care l-a numit „eka-silicon”, cu proprietăţi aflate undeva între cele ale staniului şi ale siliconului. Mendeleev afirmase că elementul este de 5,5 ori mai mare greu decât apa, că reziduurile sale de oxid sunt de 4,7 ori mai grele decât apa şi a enumerat o serie de alte proprietăţi şi preparate chimice. Toate s-au dovedit corecte. Acest lucru se întâmpla cu 20 de ani înainte ca elementul să fie într-adevăr izolat în Germania, de unde avea să-i vină şi numele de germaniu.

După cum se poate vedea, raţionamentul inductiv a pornit de la ceea ce este cunoscut – elementele care fuseseră deja izolate, cântărite şi definite - dar necesită un pas în plus pentru a descrie ceea ce nu este cunoscut. Mai departe vom lua un exemplu care face legătura cu domeniul asupra căruia o să ne oprim,  fizica cuantică.

Publicând în primăvara anului 1916 teoria generală a relativităţii, Albert Einstein a demonstrat matematic că materia deformează spaţiul şi timpul. Calculele matematice a lui Einstein erau de o frumuseţe copleşitoare. Fizicienii îşi doreau să creadă în veridicitatea lor. Dar ar fi rezistat ele testului unui eveniment observabil? Şansa aflării unei dovezi a apărut trei ani mai târziu , o dată cu eclipsa de soare din 29 mai 1919, observabilă numai în emisfera sudică. Astronomul britanic Arthur Stanley Eddington a organizat o expediţie în acest scop pe o insulă aflată dincolo de coasta vestică a Africii ecuatoriale. Dacă Einstein avea dreptate, cerul subit întunecat urma să dezvăluie o distorsiune în aparenţa poziţie a stelelor. Şi într-adevăr , experimentul lui Eddington , precum şi un altul realizat simultan în Brazilia, au arătat nu numai că distorsiunea există, dar s-a conformat cu exactitate susţinerilor teoriei.

Confirmarea acesteia l-a transformat pe Einstein în foarte scurt timp în cel mai mare savant al lumii, devenit apoi o persoană publică îndrăgită. Întrebat fiind ce ar fi făcut dacă experimentul lui Eddington nu ar fi dovedit că teoria relativităţii este corectă, Einstein a răspuns: „L-aş fi compătimit pe bunul nostru Dumnezeu. Teoria este corectă.”

În 1928, în Anglia, Paul Dirac a mers pe direcţia trasată de Einstein, încercând să conceapă o ecuaţie care lua în calcul simetriile existente în raportul dintre relativitatea specială şi mecanica cuantică, pornind de la teoriile distincte a lui Einstein din 1905. A fost îngrozit când a descoperit că ecuaţia sa cerea recunoaşterea unui electron încărcat pozitiv – cu alte cuvinte existenţa antimateriei. Electronii care alcătuiesc materia au încărcătură negativă. Asemenea lui Einstein, care nu a acceptat niciodată unele din bizarele implicaţii ale mecanicii cuantice, Dirac era profund afectat de descoperirea unui lucru care părea să încalce realitatea percepută. Dovada a venit în anul 1932 când folosind camera cu ceaţă la California University of Technology, Carl D. Anderson a izolat electronul încărcat pozitiv. A fost botezat pozitron. Când se întâlnesc , electronii şi pozitronii, materia şi antimateria, produc energie în procesul anihilării reciproce.

Lui Dirac (care refuzase să dea crezare rezultatelor propriei genialităţi) i s-a acordat Premiul Nobel pentru fizică în 1933, iar Anderson a obţinut aceeaşi distincţie în 1936. Astfel a fost pusă temelia pe care se va dezvolta ulterior fizica cuantică, atât de bizară şi atât de potrivnică naturii realităţii observabile.

În 1931, marele fizician austriac Wolfgang Pauli, a dedus existenţa unor particule elementare neutre cu masa atât de mică, încât puteau trece prin materie cu miliardele, inclusiv prin fiinţele umane, fără a fi observate. Singurul indiciu lăsat în urmă era energia pe care o luau cu ele. Din punct de vedere matematic, descoperirea lui Pauli era viabilă şi ea s-a dovedit atât de funcţională, încât în scurt timp neutrinii (cum au fost botezate noile particule) erau aproape universal acceptate de fizicieni ca fiind elemente cruciale ale universului subatomic. Cu toate acestea, existenţa lor nu fusese demonstrată prin niciun experiment fizic.

Abia în 1956 au fost aduse dovezi empirice în acest sens. Cu ajutorul unui reactor cu fisiune nucleară, a fost identificată prezenţa antineutrinilor, care practic echivala cu prezenţa neutrinilor înşişi, din moment ce, în lumea subatomică, existenţa unei antiparticule implică şi existenţa opusului ei. Wolfgang Pauli care a câştigat Premiul Nobel pentru fizică în 1945, intuise existenţa lor cu un sfert de secol în urmă.

Coordonatorul echipei care a lucrat la proiectul Manhattan, a publicat în 1939 o lucrare remarcabilă despre ce s-ar întâmpla atunci când stelele de două ori mai mari decât dimensiunea soarelui nostru s-ar prăbuşi, transformându-se în stele neutronice. Calculele sale au demonstrat că prăbuşirea stelelor mari ar continua până în punctul în care ar deveni atât de mici, deşi reţin o masă enormă, încât gravitaţia lor ar împiedica orice lumină să treacă de ele. Făcând această observaţie, Oppenheimer extindea, de fapt, cercetarea întreprinsă cu 11 ani înainte de un tânăr fizician numit Subrahmanyan Chandrasekhar, care formulase teoria conform căreia aştrii mai mari de 1,4 ori decât dimensiunea Soarelui, nu ar putea deveni stele albe pitice observate de obicei pe cer, dar ar continua să se prăbuşească din cauza gravitaţiei lor. Fizicianul rus Lev Davidovici Landau a ajuns la o concluzie similară aproape în acelaşi timp, în 1928.

Majoritatea fizicienilor însă nu erau pregătiţi pentru o asemenea idee. Sir Arthur Eddington, ale cărui măsurători confirmaseră teoria relativităţii a lui Einstein, a fost scandalizat de teoria lui Chandrasekhar. „Cred că ar trebui să existe o lege a naturii, care să împiedice o stea să se comporte într-un mod atât de absurd!” a declarat el. Însă nu exista. În cele din urmă s-a dovedit că Oppenheimer avea dreptate şi atât Chandrasekhar cât şi Landau au câştigat Premiul Nobel pentru fizică în 1938 pentru cercetările lor iniţiale pe această temă.

Stephen Hawking a continuat cercetările asupra găurilor negre (care şi-au primit denumirea abia în 1969). De atunci periodic sunt descoperite noi astfel de obiecte cereşti. În februarie 2005 o stea gigantică părăseşte Calea Lactee având o viteză de două ori mai mare decât în mod normal (aproximativ 0,0022 din viteza luminii), fapt care dovedeşte existenţa unei găuri negre foarte mari în centrul galaxiei.

După cum am văzut mai sus, cercetările particulelor subatomice care alcătuiesc universul au condus la viziuni atât de stranii încât uneori acestea par să depăşească orice imaginaţie. De exemplu, acestea au posibilitatea de a se afla simultan în două locuri. Ipoteza unor lumi multiple este o extensie matematică inevitabilă a acestui comportament. Fizica cuantică rămâne în mare parte o întreprindere teoretică, însă au fost aduse dovezi mai mult decât suficiente ale realităţii ei bizare, prin experimente empirice, pentru a i se dovedi importanţa fundamentală în cunoaşterea naturii universului. Mulţi dintre cei care-i aplică principiile zilnic în tehnologia biologică şi a laserului, obţinând rezultate folositoare şi reale de pe urma funcţionării acestor principii, preferă să nu se gândească prea mult la teoria pe care o aplică.

Teoria corzilor (ori teoria stringurilor, cum mai este numită), care îşi propune să unească mecanica cuantică cu relativitatea generală, este deja bine fundamentată matematic. Însă pentru ca teoria să fie corectă, raţionamentul inductiv în acest caz implică lucruri incredibile: existenţa a 11 dimensiuni (noi percepem trei dimensiuni spaţiale: stânga-dreapta, faţă-spate, sus-jos şi o dimensiune temporală) şi a universurilor paralele.

Sună incredibil? Aşa suna  cândva şi pentru cei care au dedus exemplele de mai sus. În orice caz, corzile ar putea explica de ce gravitaţia este o forţă atât de slabă în comparaţie cu celelalte trei (forţa electromagnetică, nucleară tare şi nucleară slabă). Conform teoriei corzilor, gravitonul (particula din care este alcătuită gravitaţia) are capacitatea de a părăsi universul nostru tridimensional deoarece coarda vibrantă din care este alcătuit nu este fixată pe membrana universului nostru. Universurile paralele nu pot fi detectabile în mod direct deoarece, spre deosebire de graviton, lumina nu poate părăsi lumea noastră, deci universurile paralele sunt invizibile pentru noi. Dar se crede că gravitaţia este atât de slabă faţă de celelalte forţe, deoarece ea poate părăsi lumea noastră, dispărând într-un univers paralel.

SF? Poate. Timpul o va spune. Sau nu. După cum aţi văzut însă mai sus, raţionamentul inductiv combinat cu matematica, rareori dau greş. Cert este că acceleratorul de particule de la CERN poate să demonstreze acest lucru prin detectarea unui graviton, care, dacă teoria este validă, ar trebui să fie vizibil doar o fracţiune de secundă, după care să se facă nevăzut. Unde? Cum unde? Într-un univers paralel.

 

Bibliografie:
Verdictul timpului / Predicting the future (John Malone)