Evoluţia universului
În cărțile de popularizare a fizicii veți găsi cu siguranță și teoria Big Bang, care explică apariția universului. Am scris cu câteva luni în urmă un articol în care prezentam dificultățile acestei teorii. În fapt, sunt puțini fizicieni care să creadă realmente că Big Bangul chiar a avut loc. Iată de ce și ce spune această teorie despre univers.
Ce este Big Bangul? Pentru a fi preciși, este ceea ce rezultă din ecuațiile lui Albert Einstein. Știm că universul este în expansiune accelerată astăzi, deci dacă mergem pe fir înapoi în timp, vom avea un univers din ce în ce mai mic, iar dacă mergem înapoi 13,8 miliarde de ani vom ajunge la starea inițială, un univers minuscul cu o densitate infinită a materie și o curbură a spațiu-timpului, de asemenea, infinită - ceea ce se cheamă o „singularitate”. În plus, principiul incertitudinii din mecanica cuantică spune că nimic nu poate fi cunoscut înainte de 10-43 secunde, timpul Plank.
Fizicienii, cei mai mulți, nu cred în realitatea acestei singularități, dar nu prea există o altă variantă validă. Big Bangul, cel mai probabil, indică momentul în care relativitatea generală a lui Einstein își atinge limitele, unde nu mai este valabilă.
Pe de altă parte nu dispunem de date (observații) înainte de crearea nucleelor atomice. Este foarte posibil ca ecuațiile lui Einstein să nu se aplice primelor momente ale universului.
Așadar, teoria Big Bang este cea mai simplă explicație pe care o obținem dacă utilizăm teoria lui Einstein pentru a merge înapoi în timp cât este posibil.
Unde a avut loc Big Bangul, dacă a avut loc?
Teoria este în contradicție cu ceea ce ne imaginăm, de regulă, atunci când vorbim de Big Bang. Iar documentarele și videoclipurile de pe YouTube ajută la menținerea acestei confuzii.
Este imposibil să vizualizăm Big Bangul. Sunt mai multe motive pentru asta.
Întâi, universul nu se extinde în nimic, orice ar însemna asta. Pentru că în teoria lui Einstein universul este infinit. Este astăzi infinit de mare și a fost astfel întotdeauna.
Faptul că universul este află în expansiune accelerată înseamnă că distanțele dintre diverse locații din univers cresc. Până și fotonii sunt afectați de această expansiune (vezi imaginea de mai sus). Asta se poate întâmpla chiar dacă universul este infinit.
→ Cu noțiunea de „infinit” ne-am „luptat” recent. Merită să aruncați o privire pe acest articol: Este universul infinit?
Dacă mergem înapoi în timp către Big Bang, toate distanțele, ariile și volumele vor deveni zero. Asta se întâmplă în orice punct din spațiu. Iar dimensiunea universului rămâne tot infinită. Da, universul este infinit, deși toate distanțele devin zero. Vom avea o infinitate de puncte care fiecare are dimensiunea zero. Și totuși dacă pui împreună o infinitate de puncte cu dimensiunea zero poți obține orice, inclusiv infinitul. Pentru că matematica infinitului este bizară.
Te poți deplasa cu viteza de expansiune a universului?
Dacă universul se mărește la fel în toate direcțiile, pare că ne putem raporta la acest lucru ca la un sistem de referință universal, nu? Am putea vorbi despre o „viteză zero”, pentru un corp care se deplasează odată cu universul.
În relativitatea generală a lui Einstein materia și energia afectează geometria spațiu-timpului. Prin urmare, materia din univers are o direcție preferată de expansiune. Și poți fi în repaus în univers. Această stare de repaus se numește „sistemul de referință de deplasare simultană” (eng. co-moving frame), iar acest sistem de referință este cel care se deplasează odată cu universul.
Harta radiaţiei cosmice de fond
Dar ce este acest sistem de referință de deplasare simultană? Se presupune că este cel descris de radiația cosmică de fond. Deci, pentru a afla datele acestui sistem de referință trebuie să măsori această radiație primordială (am măsurat-o, în fapt, în multiple rânduri). Vom observa că radiația cosmică de fond are mai multă energie într-o anume direcție decât în direcția opusă, deși această radiație vine spre noi (și spre orice punct din univers) din toate direcțiile.
Textul expune ideile fizicienei Sabine Hossenfelder din videoclipul de mai sus.
• Citiți și: Limitele de nedepășit ale minții umane
