În 1964, o pereche de ingineri de la Bell Labs în New Jersey încercau să construiască o antenă mai bună şi au sfârşit prin a descoperi originile Universului. După ce au eliminat zgomotele oraşului, bombele nucleare şi găinaţul porumbeilor*, Arno Penzias and Robert Wilson au susţinut că pârâitul radio ciudat ce apărea în înregistrările lor erau primul semnal confirmat al radiaţiei cosmice de fond (CMB - cosmic microwave background).
Această radiaţie străveche şi-a făcut apariţia ca rezultat al Big Bangului şi acum este răspândită în întreg Universul.
Descoperirea a consolidat teoria Big Bang ca fiind cea mai bună explicaţie pentru originile Cosmosului, iar Penzias şi Wilson s-au ales cu un premiu Nobel. Acum, 50 de ani mai târziu, harta CMB (vezi imaginea de mai jos) ne-a ajutat să aflăm vârsta Universului, forma şi componentele acestuia, precum şi detalii despre cum a evoluat. Dar cu aproape fiecare descoperire, CBM a ridicat noi întrebări din ce în ce mai supărătoare. Iată aici şase dintre cele mai mari mistere, care încă mai dăinuie, provocate de studiile asupra Big Bang.
1. De ce Universul timpuriu este atât de uniform?
La început, hărţile CMB arătau prea bine pentru a fi adevărate. După Big Bang, materia ar fi trebuit să se disperseze şi să formeze comasări la întâmplare. Dar CMB arăta că Universul era incredibil de uniform, de parcă regiunile azvârlite în depărtare au rămas cumva în contact în timpul expansiunii de început a Universului.
În anii '80 fizicienii au venit cu ideea că Universul a trecut, imediat după Big Bang, printr-o perioadă în care s-a dilatat exponenţial - o teorie numită acum inflaţie.
Hărţile recente ale CMB poartă câteva predicţii ale acestui model, dar nu pe toate. Chiar dacă teoria este adevărată, totuşi nu ştim ce anume a cauzat inflaţia, când a început şi de ce s-a oprit. Am putea avea un răspuns în curând. Inflaţia ar fi trebuit să declanşeze perturbaţii în spaţiu-timp numite unde gravitaţionale, iar semnătura acestor unde ar trebui să apară în următoarele hărţi de înaltă rezoluţie ale CMB, spune Avi Loeb de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics în Cambridge, Massachusetts. "Nu este uşor să obţii, prin alte mijloace, unde gravitaţionale de tipul pe care îl aştepţi", spune el.
2. A existat altceva înainte de Big Bang?
Inflaţia a şters orice dovadă a ceea ce a existat înainte de expansiunea rapidă, astfel încât nu putem răspunde acestei întrebări privind cerul. Pe lângă asta Universul a început, atât de fierbinte şi dens, încât ecuaţiile pe care le folosim pentru a descrie expansiunea şi evoluţia lui dau greş.
O teorie care uneşte aceste ecuaţii cu mecanica cuantică ar putea face predicţii matematice despre ceea ce, dacă acesta este cazul, a existat înainte de Big Bang, dar o asemenea teorie rămâne evazivă. Bineînţeles, asta nu a împiedicat cercetătorii să folosească CMB pentru a specula despre universuri oscilante, care parcurg cicluri nesfârşite de expansiune şi implozie, sau multi-versuri care înmuguresc dintr-un singur Univers originar.
3. Este posibil ca paleo-viaţa să fi apărut în incandescenţa Big Bangului?
Radiaţia CMB provine de la gazele supraîncălzite, plasma care umpleau Universul timpuriu. Această materie s-a răcit cu timpul pentru a da naştere stelelor şi galaxiilor, iar astăzi spaţiul este prea rece pentru a găzdui viaţa aşa cum o ştim, în lumi aflate departe de stelele lor. Dar citirea temperaturilor CMB sugerează că la numai 15 milioane de ani după Big Bang, radiaţia de fundal ar fi fost suficient de caldă pentru a face întregul Univers o zonă propice vieţii. Această epocă ar fi durat câteva milioane de ani, timp suficient pentru a apărea microbii, dar nu viaţă complexă, sugerează Loeb.
4. Ce sunt materia întunecată şi energia întunecată?
Astronomii ştiau deja în 1964 că unele părţi ale Universului aveau mai multă materie decât puteam vedea: bazat pe înţelegerea noastră a gravitaţiei, galaxiile se înfăşoară în roiuri şi se rotesc în jurul axelor, lor fără a se dezintegra, mai repede decât ar permite materia vizibilă. CMB a arătat că această materie nevăzută constituie circa 80 la sută din toată materia din Univers. Dar încă nu ştim din ce chestie misterioasă este alcătuită, sau dacă o vom repera vreodată în experimentele din spaţiu sau în subteran.
De asemenea, studiile supernovelor au arătat în 1998 că Universul nu numai că s-a extins de la Big Bang, dar expansiunea lui se face din ce în ce mai repede, cu o rată accelerată. Acest efect este atribuit unei forţe ciudate numită energie întunecată, iar CMB a dezvăluit că ea alcătuieşte 68 la sută din orice aflat în Univers. Pe lângă asta, energia întunecată rămâne una dintre cele mai misterioase forţe din fizică.
5. Care este soarta ultimă a Universului?
Studiile CMB ne pot ajuta să urmărim comportarea energiei întunecate de-a lungul timpului, spunându-ne în final ce s-ar putea întâmpla când Universul se va sfârşi. Dacă energia întunecată creşte constant în intensitate, atunci Universul poate fi sortit să se sfâşie într-o Mare Ruptură. Dacă ea creşte şi apoi descreşte din nou, totuşi unele structuri pot renaşte din cenuşa unui Univers muribund. Iar dacă energia întunecată păstrează constantă rata pe care o observăm astăzi, atunci Universul se va extinde la nesfârşit şi se va sfârşi întunecat şi rece.
6. Va deveni Big Bang o teorie neverificabilă?
Dacă o expansiune constantă continuă suficient de mult, o singură lungime de undă a CMB se va întinde atât de mult că va deveni atât de mare cât însuşi Universul. Aceasta înseamnă că dacă vor mai fi oameni prin preajmă peste un trilion de ani, ei nu vor mai fi în stare să detecteze CMB deloc, spune Loeb. "Semnificaţia studiilor cosmologice va fi pierdută, deoarece nu vom fi în stare să vedem nici o urmă a Big Bangului pe cer", spune el. "În viitor vom avea o poveste despre Big Bang pe care nu vom mai fi capabili să o verificăm. Se va transforma deci cosmologia într-o religie? Pentru o perioadă de cel puţin un trilion de ani nu trebuie să ne facem griji pentru asta".
* O pereche de porumbei avea cuibul în conul antenei (nota trad)
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului big-bang-birthday-six-mysteries-of-a-cosmic-bombshell, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Marian Stănică
