Erezia Geek (p2) – o discuție cu profesorul Kentaro Toyama
28 martie 2018
De la Universul Antropic la… Proiectul Inteligent sau la Multivers ? (p2)
6 mai 2018

De la Universul Antropic la… Proiectul Inteligent sau la Multivers ? (p1)

În esență, principiul antropic susține că Pământul și Universul au parametri fizici cu valori precise și corelate, astfel încât omul să poată exista. Noțiunea a fost propusă în 1973, de astrofizicianul australian Brandon Carter.

Ne aflăm în plină modernitate: doar progresul științelor, în particular  fizicii, a permis, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, modelarea atât la scara astro, cât și a particulelor elementare, a materiei, energiei și proceselor asociate acestora.

Cu precauțiile, adresate avizaților, privind caracterul falsificabil al teoriilor sale, Știința a găsit, în descrierea micro- și macrouniversului,  anumite valori remarcabile – așa-numitele constante fundamentale. Teoriile explicative ale lumii nu funcționează fără aceste constante, care, dacă ar avea abateri infime, ar interzice existența însăși a Universului în care trăim, putându-l, astfel, observa. Că, dacă n-ar fi, nici că s-ar povesti… precum se potrivește expresia de basm.

Modelul standard (numit astfel în 1970, o teorie a particulelor fundamentale și interacțiunilor dintre acestea) are încorporate cel puțin* 19 constante fundamentale și nu a putut fi, deocamdată, încheiat. Simulările computerizate au confirmat că variații infime ale valorilor acestor constante ar pune sub semnul întrebării însăși existența atomilor (formați din particule ale modelului standard), deci materiei, vieții…

* sunt susținute, argumentat, și 22,25 sau 26 de constante fundamentale, numărul  depinzând de corelațiile între acestea și variantele teoretice care le-au constatat existența. =====================================================================

Spre exemplificare – un grup aparte al misterioaselor constante fizice fundamentale sunt așa-numitele constante de cuplaj. Acestea determină tăria acțiunii „resimțită” de o particulă, după tipul de forță exercitată.

Poate, cea mai „populară” constantă de cuplaj este constanta structurii fine, ”alfa” (α), „etalonând” interacțiunea electromagnetică dintre două particule  încărcate electric precum electronul și protonul, cu implicații directe privind descrierea  oricărui atom ca nucleu înconjurat de unul sau mai multe „straturi” de electroni, așa cum se învață la școală. Constanta structurii fine reflectând tăria relativă a forțelor electromagnetice nucleare, de-ar fi alterată doar cu câteva procente, ar schimba, în mod dramatic, structura materiei… iar chimia cunoscută ar fi anihilată.

Cum așa? doar un alt exemplu, aproape de înțelegerea comună, despre masele particulelor elementare, precum electroni, cuarci, neutrini: chimia învață (și construiește cu succes pe ipoteza) că protonul și neutronul au mase egale; în „realitatea” fizicii particulelor nucleare și elementare, însă, neutronul este infinitesimal mai greu decât protonul… cât geana diferenței între cuarcii care îi compun. Urmarea este – descompunerile, deci tranzițiile pot avea loc doar de la neutron la proton, ceea ce influențează decisiv teoria devenirii Universului. Acesta nu ar fi existat, dacă umbra diferenței de masă ar fi fost în favoarea protonului…

Astfel de remarci, care subliniază marja foarte îngustă a condițiilor existenței noastre fizice sunt aduse în argumentarea Universului antropic. Înțelesul este – fără această structură a materiei-energiei, viața și omul nu ar fi putut exista.

Este de remarcat caracterul adimensional (doar număr, fără unitate de măsură) a unor constante fundamentale. Mai sus-menționata Constantă a structurii fine este aproximativ 1/137. În plus – constantele fundamentale rezultă și se (re)confirmă doar experimental.

Richard Feynman (1918-1988, SUA), considerat, în 1999, între primii 10 fizicieni teoreticieni ai lumii, laureat Nobel (1965), autor, între altele, al celebrelor „diagrame” care-i poartă numele, modelând grafic matematica asociată comportării particuleor subatomice:

„Există întrebarea de mare profunzime și frumusețe asociată constantei structurii fine α – probabilitatea ca un electron să absoarbă un foton. (Numărul 1/137) a fost o enigmă de la descoperire  și toți fizicienii teoreticieni buni și l-au pus pe tablă, îngrijorați privind originea acestuia. Imediat ai dori să știi de unde vine acest număr esențial, găsit experimental: este legat de π (pi) sau de baza e a logaritmilor naturali ? …Este unul din misterele date naibii ale fizicii: un număr magic pe care îl aflăm, fără a-i înțelege originea. S-ar putea spune că „mâna lui Dumnezeu” a scris acest număr și nu știm cum a manevrat creionul. Știm dansul experimental pentru obținerea cu precizie a numărului, dar nu știm să dansăm pe computer pentru a obține acest număr,  fără a-l pune acolo în secret…”

Fragmentul de mai sus, numit „Ipoteza lui Feynman” s-a constituit într-o problemă a cărei aparentă rezolvare a adâncit și mai mult misterul: este legat de π (pi) și de metrica unui poligon cu…137 de laturi ! Adică – tot trebuie introdus 137 pentru a-l obține pe 1/137, constanta structurii fine !  Demitizările argumentate științific există și explică originea numărului ca derivat matemetic al altor constante. Totuși…chiar și faimosul număr π apare experimental, fără metrica asociată cercului ! Acest aspect este aproape necunoscut public, nicicum predat în școli.

Să minimizăm paranteza pe care ar deschide-o întrebarea „de ce marii fizicieni ai particulelor elementare au fost fost preocupați și s-au exprimat despre originea și evoluția Universului?” De ce au legat marele de micul infinit?… Răspunsul este – pentru că devenirea și caracteristicile Universului vizibil de azi depind, în mod critic, de valorile constantelor fundamentale.

Aceasta pentru că Modelul standard este obligatoriu în descrierea formării atomilor, îndeosebi carbonului, urmare „imediată” a popularului, ipoteticului  Big Bang… pentru liniștea noastră**.

Să uităm faptul că, nici măcar teoretic, ecuațiile nașterii Universului nu pot descrie starea momentului BigBang și să acceptăm că, la fracțiuni de secundă după acesta, a existat un „grăunte” care conținea întreg Universul , așa cum este cunoscut azi. O formidabilă „sămânță” „înconjurată” de nimic – iată un concept imposibil oricărei judecăți comune, dar descriptibil matematic.  Toate stările și condițiile stringent necesare, cu probabilități uneori infinitesimale, s-au înlănțuit pentru ca Pământul, singura certitudine ca leagăn al vieții, să existe.

Este de notat, aici, că universul antropic nu explică apariția vieții***, ci doar cadrul mirabil care a făcut-o posibilă.

Să rezistăm și tentației controversei privind posibilitatea matematicii de a anticipa (și descrie) lumi intangibile sau neexperimentabile. Disputa de principiu între savanții teoreticieni și experimentaliști nu este de azi – de ieri.

** există susțineri științifice privind imposibilitatea teoretică a BigBangului, fără a oferi, însă, scenarii cosmogonice mai competitive.

*** viața bazată pe carbon, așa cum o cunoaștem

=======================================================================

În context cosmic, este menționată adesea fascinanta constantă cosmologică (numită Lambda), care induce în ecuații expansiunea accelerată a Universului.  Pentru ca „grăuntele” inițial să conducă, teoretic, la Universul observabil azi, a fost nevoie, între altele, de un „suflu”, în limbaj intuitiv, al exploziei inițiale și un „mediu” precis definit pe durata presupuselor 13,7 miliarde de ani ai Universului. Balanța este foarte fin înclinată spre teoretica „energie întunecată, a vidului ” (constanta cosmologică) respingând galaxiile, față de gravitația care le atrage, dar scade datorită creșterii distanțelor.  Astfel s-ar explica expansiunea accelerată a Universului… atât de precisă, încât a permis, de exemplu, etapele sensibile ale nucleosintezei.

O reprezentare grafică a nașterii prin BigBang și etapelor expansiunii Universului. Schema din dreapta ilustrează ipoteza privind etapele apariției elementelor chimice fundamentale pentru materie și viață. Protonii și neutronii -constituenții învățați la școală ai nucleelor atomice- s-ar fi generat prin combinarea unor particule elementare – quarcii, în prima secundă după BigBang. În următoarele 200 de secunde, quarcii s-ar fi combinat, câte trei, în protoni și neutroni, iar aceștia din urmă – în nucleele de heliu. Carbonul și oxigenul ar fi rezultat prin fuziunea stelară, după 200 de milioane de ani(!). Modelul este coerent cu constantele universale, intre altele – cu faimoasa constantă a structurii fine; primim, astfel, un răspuns la întrebarea privind preocuparea marilor fizicienii „elementariști” de a explica formarea Universului.  În planul înțelegerii comune, este uimitoare transcendența constantelor fundamentale prin miliardele de ani de la BigBang. De fapt, la fel cum acesta din urmă este, ici și colo, contestat, la fel există dispute în privința constanței constantelor.  

Ilustrare intuitivă a cercetării principiului antropic în procesele fizice ale generării elementelor. O direcție de mare interes este simularea variațiilor parametrilor (inclusiv constantelor fundamentele)  față de valorile stabilite experimental. Stabilirea marjei de stabilitate a proceselor argumentează pro sau contra Universului „adaptat”, dintru început, omului.  În figură este sugerată nucleosinteza carbonului din sus-amintitul heliu 4 (2 protoni roșii și 2 neutroni gri, fiecare din 3 quarci); neutronii sunt (atât de) diferiți de protoni prin tipul unui singur quark. Diferența este, însă, fundamentală și uimitoare: stabilitatea neutronului liber este nesemnificativă față de a protonului liber, iar constanta α a structurii fine este esențială în descrierea comportării primului, în particular a descompunerii, cu consecințe asupra întregii nucleosinteze și, mai departe, a „antropismului” Universului.

Tot în cadrul Genezei (în sens științific!) „Vidul cosmic” (Energia întunecată) să fi fost mai „diluat” – expansiunea s-ar fi încheiat demult; să fi fost „egal și opus” gravitației – Universul ar fi fost static; să fi fost mai „dens” decât este – linia timpului apariției materiei s-ar fi tulburat. Orice alt scenariu – se susține – nu ne-ar fi inclus. Să nu uităm și punerea în perspectivă: se consideră că homo sapiens sapiens ar fi apărut în urmă cu cel mult 200.000 de ani – o fracțiune față de miliardele vârstei Universului…

Și, dacă macro- și microcosmosul  ne seduc prin atributul antropic, este interesantă și situarea Pământului în Sistemul Solar, astfel încât:

– apa să existe; mai mult – să existe în cele trei stări de agregare; acordul fin al circuitelor apei în natură este, de asemenea, mirabil;

– poziția în Sistemul Solar, înclinarea axei de rotație față de orbită, duratele rotației și revoluției să conducă la distribuția optimă, în timp și spațiu, a căldurii proprii și celei primite de la Soare;

– efectul albedo sau transparența atmosferei să fie tocmai cum trebuie astfel încât recepția și emisia căldurii Terrei să se producă optim pentru condițiile vieții.

Dacă mai este nevoie de încă un argument proxim privind fragilitatea condițiilor existenței umanității, acesta poate fi alerta combinată privind creșterea temperaturii medii globale cu 0,7 grade Celsius în ultima sută de ani și dublarea vitezei de creștere în ultimii 50 de ani. Tulburarea efectului natural de seră, asociat civilizației industriale, nu a mai avut loc pe Pământ, iar unele consecințe ipotetice pe termen scurt (zeci de ani) sunt cel puțin îngrijorătoare.

„Zona locuibilă” (HZ, Habitable Zone) se referă la intervalul de orbite în jurul unei stele (Soarele, în cazul Pământului), în care suprafața unei planete poate susține apa în stare lichidă.  Apărut în 1959, conceptul este  mult mai nuanțat azi, în urma descoperirii posibilităților existenței apei lichide în condiții, totuși, improprii „locuirii”, în sens uman, dar potențial favorabile vieții. Așa se face că, doar Marte, în sistemul nostru solar, se află în banda habitabilității.

O figurare a zonei habitabile și situarea teoretică a acesteia în funcție de mărimea stelei – în cazul nostru, a Soarelui. Scara orbitelor planetelor este logaritmică, având orbita Pământului drept bază. Cum este de așteptat, descreșterea mărimii Soarelui ar apropia de acesta zona habitabilă (din nevoia de căldură) având ca rezultat răcirea Pământului și intrarea în ZH a… planetei Venus! Într-un raționament similar, Marte ar fi putut fi, cândva, când Soarele era mai mare și puternic, în ZH !… Necunoscutele acestor planete pot fi într-adevăr spectaculoase!

Alte presupuse „rezervoare” de apă lichidă sunt: Europa – lună a planetei Jupiter, cu posibil ocean lichid sub crusta de gheață; Enceladus – lună înghețată a planetei Saturn, cu gheizere fotografiate de sonada Cassini, sugerând, de asemenea, o mare lichidă sub crusta de gheață. Dar, aceste corpuri nu se află în zona locuibilă, deoarece nu îndeplinesc condiția existenței apei în stare lichidă la suprafață.

Argumentarea universului antropic este considerată o erezie chiar de către unii oameni de știință. Succesiunea, explicată fizic, a stărilor acestui Univers și însăși istoria sa, de 13,7 miliarde de ani, este, eretică pentru o parte din religii. Contestările, de oriunde ar veni, conțin, inevitabil, „dogmele” -diferite- ale cunoașterii. În mod paradoxal, însă, universul antropic oferă și potențialul tangenței ideilor științei cu ale religiei – cu deschideri interesante.

Despre acestea va fi vorba în episodul viitor. Pe scurt, universul antropic poate fi doar cel propice nouă, dintr-un multivers, ori poate a fost generat, astfel încât viața (și omul) să existe (și să-l perceapă).

redactor Florin Vasiliu

 

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *