. Introducere Universul este imaginea noastră despre lume aşa cum ni-l descrie ştiinţa actuală. Istoria ştiinţei ne-a obişnuit să considerăm evenimentele din Univers ca avînd loc în spaţiu şi timp, fiind supuse principiului cauzalităţii. Dintre cele trei concepte - timp, spaţiu, cauzalitate poate cel mai important este timpul. Care este domeniul de valabilitate al acestor concepte? Ce ne oferă ştiinţa de azi sunt, în cea mai mare parte, ipoteze pline de imaginaţie din care experienţa o va alege pe cea „adevărată“. Mişcarea, schimbările şi procesele care au loc în Univers, începând cu deplasarea în spaţiu şi terminând cu gândirea, contituie un mod de existenţă a materiei. Materia şi formele sale de organizare se dovedesc inepuizabile atât la nivelul microcosmosului atomic, cât şi la macrocosmosul Universului. Raţiuni nu numai estetice, ci şi teoretice susţin că cea mai satisfăcătoare descriere a materiei ar fi aceea în care avem în vedere patru direcţii de cercetare:
particulele materiale considerate a fi cele mai mici posibile, de bază ale tuturor substanţelor, forţele fundamentale cunoscute care se manifestă între aceste particule, constantele universale, legile materiei.
Universul din care facem parte este considerat ca fiind infinit şi mobil. Întregul nostru Univers poate fi reprezentat ca o infinităcomplexitate de forţe. Din tinereţe începem să ne dăm seama că dincolo de această lume unică (Pământul) există un univers gigant, care este independent de noi, fiinţele umane, şi care se află în faţa noastră ca o mare şi eternă enigmă: un univers care este parţial accesibil observaţiilor şi înţelegerii noastre. Universul este un imens izvor de energie şi omul este din acesta o mică parte. În timp ce în partea noastră de univers ne luăm la harţă preţ de o zi, pentru un fir de pai, Universul Energiei se roteşte fără încetare, potrivit unor legi eterne şi imuabile, care conduc şi atomul numit Pământ.
2. Teorii despre Univers şi Energie A privi natura este o încântare! Întelegerea ei generează uimire, pentru că soluţiile sale sunt întotdeauna neaşteptate, par uneori ilogice şi exprimă o înţelepciune pe care de cele mai multe ori mintea noastră nu o poate egala.
2.1. Teoria lui Planck Fizicianul german Max Planck (1858-1947) a arătat că sistemul unităţilor noastre fundamentale este dependent de anumite particularităţi ale structurii materiale şi ca atare a propus un nou sistem fundamental, independent de aceste particularităţi, bazat numai pe mărimi luate din teoria radiaţiei de corp negru şi a gravitaţiei: masa lui Planck, lungimea lui Planck, timpul lui Planck. Se observă că masa lui Planck ar avea o legătură cu posibilităţile de unificare a gravitaţiei cu interacţiunea tare, iar lungimea lui Planckreprezintă o limită de la care spaţiul fizic încetează de a mai fi continuu şi devine granular.
În universul în care trăim există un principiu de nedeterminare energetică. Conform relaţiei lui Planck, energia este proporţională cu frecvenţa:
Pentru frecvenţe cuprinse între 0 şi 10 kHz studiem fenomenele global. Aceasta înseamnă că vom fi călători într-un avion ce zboară la 20 km înălţime deasupra oceanului, de unde avem o viziune vastă, dar nu vedem detaliile.
Pentru frecvenţe cuprinse între 10 kHz şi 1 MHz studiem fenomenele în detaliu. Aceasta înseamnă că vom fi călători într-un avion ce zboară la 1 km înălţime deasupra oceanului, de unde nu mai avem o viziune vastă, dar putem zări detaliile.
Pentru frecvenţe peste 1 MHz studiem fenomenele în detaliu, cu mare precizie. Aceasta înseamnă că vom fi călători într-un elicopter la 10 metri deasupra oceanului, de unde vedem cu claritate detaliile, dar nu mai avem o viziune vastă.
Acestea reprezintă o problemă de nedeterminare în cunoaşterea Universului Energiei.
2.2. Teoriile lui Einstein Marele fizician Albert Einstein (1879-1955) a crezut întotdeauna că realitatea fizică poate fi explicată în termeni geometrici, iar această geometrizare trebuie să fie o unificare generală a conceptelor fizice, inclusiv a celor care privesc interacţiunile fundamentale, baza tuturor fenomenelor naturale. Universul noastru poate fi reprezentat ca un complex cu patru dimensiuni: trei spaţiale plus una temporală şi pentru fiecare observator Universul se (des)compune în mod diferit în spaţiu şi timp. Această idee nu schimbă modul de a descrie procesele şi mulţi oameni nu sunt încă familiarizaţi cu ea. Conceptul de spaţiu absolut a fost pus la îndoială pentru prima oară în 1854 de către Riemann. Apariţia geometriilor neeuclidiene l-a făcut pe Riemann să se întrebe care dintre aceste geometrii neeuclidiene este cea pe care procesele din Universul nostru o respectă. Deci geometria Universului nu există apriori, cum o vrea Kant, ci din toate geometriile posibile, numai experienţa ne poate spune care este cea adevărată în Universul nostru actual. Atunci când Einstein, urmînd o idee a lui Mach, reduce câmpul graviţational la proprietăţile geometrice ale spaţiului-timp, el este obligat să aleagă un spaţiu riemannian, neeuclidian, cu o curbură pozitivă, asemănător unei sfere. Păstrînd pentru timp o scurgere uniformă, curbura este preluată de spaţiul tridimensional. A trebuit însă să apară mecanica cuantică pentru ca ideea dimensiunilor suplimentare să capete o justificare logică. De când expansiunea Universului a fost descoperită de Hubble în 1920, Friedmann a propus un nou model spaţiu-timp care descrie evoluţia Universului de la Big-Bang, în care orice curbă închisă poate fi deformată până la un punct. Aceasta este o
proprietate topologica a spaţiu-timpului. Universul Friedmann descrie bine o regiune de mai multe miliarde de ani lumină, dar nu poate vedea întregul Univers. Deşi Einstein a adus o contribuţie importantă la teoria cuantelor, prin introducerea noţiunii de "foton" şi mai ales prin dovedirea realităţii acestor "pachete de energie" ondulatorie în spaţiul liber, în afara sistemelor emiţătoare sau absorbante de energie ondulatorie, totuşi Einstein n-a fost convins că teoria cuantelor ar reprezenta un adevăr ştiinţific fundamental. Totuşi teoria cuantelor a făcut progrese către o unificare a teoriilor fundamentale.
2.3. Teoria Kaluza-Klein În jurul anului 1926, se punea cu insistenţă problema geometrizării fizicii. Astfel, s-a ajuns la reducerea singurului câmp de forţă cunoscut în afara celui gravitaţional, câmpul electromagnetic, tot la o proprietate geometrică a spaţiului. Atunci au apărut ideile lui Kaluza şi Klein de a extinde dimensiunile spaţiului-timp la peste patru dimensiuni, în speţă la introducerea unei a cincea dimensiuni. A cincea dimensiune a teoriilor lui Kaluza-Klein nu mai seamănă nici cu cele spaţiale, nici cu timpul. Ea este compactizată, are o topologie specială, este răsucită în jurul ei ca un cerc pe care ar trebui să-l parcurgem în timp. Urmărind ideea lui Einstein cu spaţiu-timp cvadri-dimesional, Kaluza şi Klein mai adaugă o dimensiune cilindrică la spaţiul tridimesional şi astfel totalul dimensiunilor spaţio-temporale devinde cinci. Ei pun condiţia ca această dimensiune să fie de 10-100 orilungimea lui Planck (adică 10-31 - 10-22 cm). Kaluza şi Klein au arătat că dacă spaţiu-timpul cu cinci dimensiuni este tratat analog tratării de către Einstein a mărimilor spaţio-temporale cu patru dimensiuni, teoria lor devine echivalentă cu teoria electromagnetismului a lui Maxwell, combinată cu teoria gravitaţiei a lui Einstein, deci s-ar face un prim pas de legătură între fenomenele electromagnetice şi cele gravitaţionale. Astăzi se consideră că Universul nostru nu are această proprietate de conexiune simplă. Un univers multiplu conex ar putea fi un univers în care galaxiile se repetă identic cu ele însele, la distanţe enorme. Am putea vorbi de Galaxii diferite, sau pur şi simplu am considera că, făcînd o călătorie în spaţiu, ne rotim pe suprafaţa unui cilindru şi, deci, întâlnim mereu aceleaşi galaxii.
2.4. Teoriile de etalonare În 1960, s-a arătat că şi teoriile de etalonare ("gauge theories") puteau fi reformulate după ideea lui Kaluza-Klein, adică dând spaţiului dimensiuni microscopice suplimentare. Contrar previziunilor lui Einstein, care vedea teoria cuantelor rezolvabilă într-o teorie neliniară de câmp, în 1967, Saharov a ajuns la concluzia că gravitaţia poate fi doar un fenomen cuantic provenit din energia vidului. Astăzi, avem nevoie de spaţii cu 11 dimensiuni în teoriile de supergravitaţie şi cu 10 dimensiuni în teoriile superstrunelor, din care 7, respectiv 6 dimensiuni sunt compactizate
pentru a explica sarcinile electrice şi forţele suplimentare faţă de cele cunoscute în 1926, pe care aceste sarcini le produc pe lângă forţele electrice.
2.5. Teoriile super-gravitaţiei În 1976 s-a născut o generalizare a teoriei lui Einstein, numită teoria super-gravitaţiei, unde spaţiu-timpul capătă şapte dimensiuni. Ca să-l înţelegem mai bine, recurgem la o imagine topologică a unei hipersfere cu şapte dimensiuni. Pentru a se explica prin supergravitaţie generarea de particule elementare (asemănătoare cu acelea din construcţia materiei), prin intervenţia fluctuaţiilor care apar spontan în acest spaţiu-timp heptadimensional, trebuie să admitem şi intervenţia unor "ruperi" de simetrie a acestei hipersfere. Tot în 1976, Unruh a arătat că pornind de la considerente asupra vidului şi a fluctuaţiilor cuantice care se produc în vid, nu numai gravitaţia poate fi corelată cu acceleraţia (ca în teoria lui Einstein), ci o asemenea corelare poate exista între acceleraţie şi temperatură. Teoriile de supergravitaţie dezvoltate în ultimii ani arată că este posibilă existenţa unei particule, denumită gravitino 3/2 care poate da efecte gravitaţionale puternice la distanţe foarte mici. De asemenea, poate exista şi o particulă numită gravifoton care poate produce, la distanţe de ordinul metrilor, efecte gravitaţionale diferite de cele ale câmpului de atracţie newtonian, cu care suntem obişnuiţi.
2.6. Teoria forţelor slabe După descoperirea experimentală a purtătorilor forţei slabe, numiţi weakoni, s-a emis o teorie privind unificarea interacţiunilor electromegnetice cu interacţiunea slabă, aceasta din urmă fiind răspunzătoare de dezintegrările radioactive. În 1983 s-au înregistrat, cu certitudine, 30 de evenimente nucleare (ciocniri între protoni şi antiprotoni la energii de 540 GeV) de generare a particulelor W+-şi 10 evenimente de generare a particulelor Z0.
2.7. Neutronii ultra-reci Faptul că civilizaţia noastră este datoare electronului este unanim acceptat, dar că dezvoltarea ei nu poate fi concepută fără utilizarea altei particule, neutronul, este o problemă foarte controversată. Nu se doreşte apologia neutronului ca particulă fundamentală (căreia îi datorăm energetica nucleară), fără de care lumea este convinsă, cu mici excepţii, că nu putem vorbi de o continuare şi o dezvoltare a civilizaţiei noastre. Vom încerca să arătăm numai câteva rezultate obţinute în ultimii ani în experienţe cu neutroni, rezultate ce pot da frâu liber imaginaţiei - ne referim la neutronii ultra-reci. Ne-am obişnuit să utilizăm atributele de cald şi rece pentru a caracteriza senzaţiile noastre tactile. Atunci când s-a încercat o explicare a acestor senzaţii, Bernoulli le-a asociat cu mişcarea moleculelor din care sunt compuse corpurile. Cu cât viteza medie a acestor molecule este mai mare, cu atât corpul este mai cald, reciproca fiind valabilă. În concluzie, neutronii
ultrareci au viteza medie foarte mică, de ordinul a câţiva metri pe secundă, ceea ce corespunde cu viteza medie pe care ar avea-o un gaz de neutroni la temperatura de 0,00025 K, adică foarte aproape de zero absolut. La aceste viteze, neutronii au proprietăţi foarte curioase. Se reflectă total de suprafeţele unor materiale. Astfel este posibilă concentrarea lor în butelii făcute din sticlă, grafit sau alte materiale. Putem avea sticle cu gaz neutronic, deci să închidem neutronii în butelii, aşa cum facem cu hidrogenul, oxigenul sau azotul. Sunt singurele particule care interacţionează sensibil cu câmpul gravitaţional. Dacă ne-am imagina un fascicol de neutroni ultrareci dirijat pe verticală, ei se vor ridica până la o înălţime de 1-2 m şi apoi vor cădea din nou către suprafaţa Pământului, respectând legile căderii corpurilor din mecanica newtoniană. Nu trebuie să uităm însă că neutronii sunt particule elementare, deci sunt supuşi legilor mecanicii cuantice. Una din aceste legi, formulată în anul 1927, este relaţia de nedeterminare a lui Heisenberg, care spune că o particulă nu poate să aibă simultan o poziţie şi o viteză, respectiv un impuls dat, determinate cu aceeaşi precizie. Deci, dacă determinăm viteza particulei cu o eroare nulă, atunci poziţia ei este determinată cu o eroare infinit de mare, adică particula se poate găsi, cu aceeaşi probabilitate, în orice punct din Univers. Ţinând seama de această comportare cuantică a particulelor şi deoarece neutronul ultrarece este o particulă cuantică, atunci ajungem la următoarea concluzie: când neutronul ultrarece se află la înălţimea de 1-2 m pe verticală, el îşi schimbă direcţia vitezei, revenind către Pământ. Este evident că la un moment dat, în punctul cel mai înalt pe care îl atinge în traiectoria sa, neutronul va avea o viteză nulă şi că din acest punct se schimbă sensul vitezei. În acel moment, conform relaţiei lui Heisenberg, neutronul se poate afla oriunde în Univers cu egală probabilitate, deci putem spune că el umple Universul. Dar, neutronul interacţionează cu particulele din Univers şi, după inversarea vitezei, el ar trebui să fie în altă stare pe care am putea să o măsurăm, deci am putea obţine informaţii din Universul îndepărtat. Prin vitezele lor mici, neutronii ultra-reci pot interacţiona cu fluctuaţiile vidului, din care se pot naşte particule care au o viaţă cu atât mai scurtă cu cât energia lor este mai mare. Aceasta este o consecinţă a relaţiei de nedeterminare Bohr-Heisenberg dintre energie şi timpul de viaţă al particulei. Dacă starea neutronului s-a schimbat, aceasta se poate datora unei astfel de interacţii şi se poate pune în evidenţă, prin variaţia constantei de dezintegrare a neutronului cu viteza lui, existenţa unei particule asociate cu câmpul gravitaţional. În concluzie, neutronii ultrareci pot deveni instrumente de investigare a unor procese necunoscute, corelate cu proprietăţile câmpului gravitaţional, aşa cum este el descris în teoriile supergravitaţiei.
2.8. Teoria Big-Bang Astăzi, cea mai larg acceptată teorie cosmogonică este teoria Universului în expansiune, emanând de la o explozie promordială numită Big-Bang. Explozia iniţială, aşa numitul BigBang, reprezintă versiunea cea mai recentă care explică modul cum a luat naştere Universul: o sferă măruntă, aproape fără nici o elasticitate, formată dintr-o materie neînchipuit de puternic de comprimată a Universului, s-a aprins dintr-o dată şi a explodat, a început un foc cosmic miraculos, dupa care au aparut sori, planete şi galaxii luminoase.
Principalele ere în istoria Universului sunt considerate: 1. 2. 3. 4. 5.
era foarte fierbinte, imediat după Bing-Bang, numită şi era Planck ; perioada fierbinte ; perioada caldă ; perioada rece ; perioada foarte rece, cea a prezentului.
Universul actual Pentru a putea urmări evoluţia celor cinci perioade din istoria Universului, trebuie să se facă „inventarul“ conţinutului Universului actual. În legătură cu compoziţia Universului actual se mai pot face următoarele precizări:
Universul este alcătuit în cea mai mare parte vid, conţinând 1 atom la fiecare 16 m3. Aceasta inseamnă de circa 1027 ori mai puţin decât nivelul moleculelor dintr-un metru cub (m3) din atmosfera terestră. Densitatea media a materialului cosmic este foarte mică, de circa 2•10-26 kg/m3. Unii consideră că această valoare este de 10 ori mai mică. Universul este transparent pentru lumină. Un foton are posibilitatea să traverseze întregul Univers, fără să fie observat sau deviat. Această proprietate permite observarea directă a zonelor îndepărtate din Univers. Universul are temperatura foarte scăzută, respectiv este considerat foarte rece.
Descrierea Universului, în afară de interpretările date de filosofie, ar putea fi făcută prin enunţarea proprietăţilor care pot fi puse în evidenţă prin observaţii. Fără a mai fi amintite dovezile fizice care formează baza descrierii ca un întreg, el ar putea fi caracterizat prin următoarele:
Universul este mare: orizontul cosmic ce „limitează“ universul vizibil este la distanţa de 2•1026 m. Lumina, care călătoreşte cu viteza de 3•108 m/s, ajunge de la limita Universului până la un observator terestru în 6,7•1017 s, sau în circa 21 de giga-ani. Volumul Universului observabil este de circa 108 m3. Universul cosmic este limitat de structura materiei de atunci când avea vârsta de un nulion. Instrumentele optice nu au posibilitatea să pătrundă dincolo de această zonă, deoarece Universul a devenit transparent abia după un milion de ani de la Big-Bang. Universul conţine circa un miliard de roiuri de galaxii, iar un roi mediu de galaxii include circa o mie de galaxii. Galaxiile sunt considerate ca fiind „atomii“ Universului. Galaxiile se îndepărtează unele de altele. Această expansiune a spaţiului intergalactic este un proces care a început cu mult timp în urmă. Viteza expansiunii creşte cu distanţa, cu o viteză de 15 km/s pentru fiecare milion de ani lumină. Universul, ca întreg, pare să fie omogen (adică are aceleaşi proprietăţi, aceeaşi densitate şi aceleaşi tipuri de obiecte peste tot) şi izotrop (adică are aceleaşi proprietăţi – expansiune şi viteză – în toate direcţiile). Materialul cosmic conţine probabil toate elementele chimice stabile şi cvasistabile din sistemul periodic al elementelor chimice al lui Mendeleev. Determinarea elementelor cu o durată de viaţă scurtă, care ar putea eventual face parte din componenţa obiectelor foarte îndepărtate, nu a fost posibilă. Cu mare surprindere s-au detectat, în unele stele, elemente instabile care nu există pe Pământ
în stare naturală: Thnetiul ( Z=43 ) şi Prometiul ( Z=61 ). La fiecare 1000 de atomi de material cosmic, există 920 atomi de hidrogen şi circa 180 atomi de heliu. Restul de 1-2 atomi fac parte din ceilalţi atomi stabili şi cvasistabili din tabelul periodic al elementelor. Dintre aceştia, cei mai des întâlniţi sunt sunt oxigenul, carbonul, azotul şi neonul. Să presupunem un amestec omogen al tuturor constituenţilor dintr-un metru cub. Analizând această „mostră“ de Univers, s-ar găsi următorul conţinut: a) Fermioni:
hadroni – sub formă de nucleoni stabili (protoni) şi cvasistabili (neutroni), se găsesc în număr de 0,06 nucleoni/m3 ; leptoni – sub formă de electroni stabili având sarcină electrică negativă. Se presupune că nivelul electronilor din Univers este egal cu cel al protonilor, adică se găsesc 0,06 electroni/m3 ; leptoni – sub formă de neutrini, particule foarte uşoare, neutre din punct de vedere electric. Deoarece nu se face deosebire între neutrini şi antineutrini, numărul lor se estimează la circa 500 milioane/m3.
b) Bosoni:
fotoni – majoritatea au energia corespunzătoare radiaţiei corpului negru la temperatura de 2,9 K, dar există şi un număr mic de fotoni cu energie corespunzătoare nivelului de radiaţii infraroşii, vizibile şi ultraviolete. Sunt estimaţi la circa 500 milioane/m3 ; gravitoni – particule ipotetice, despre care există dovezi că ar avea existenţă reală, se presupune că se găsesc într-un număr de circa 100 milioane/m3.
c) Forţe:
forţa de atracţie şi de respingere care determină totul (de la parfumul florilor până la gândurile omului) este forţa electromagnetică – această forţă influenţează particulele care posedă sarcină şi este legată de fenomene magnetice, electrice, optice, termice, mecanice, chimice, biotice, în plasmă, în gaz, în lichide şi în cristale. forţa care asigură coeziunea nucleelor atomice este forţa tare nucleară – este legată de comprimarea quarkurilor şi nucleonilor, fuziunea şi fisiunea nucleelor, şi poate fi detectată doar în imediata vecinătate a particulelor ; forţa care guvernează şi generează unele tipuri de radioactivitate este forţa slabă nucleară – această forţă este legată de dezintegrarea beta şi poate fi detectată numai în vecinătatea particulelor elementare ; cea mai slabă dintre forţele fundamentale este forţa gravitaţională – această forţă atrage toate masele una către alta, influenţează toate particulele şi este legată de gravitaţia terestră, de mişcarea planetelor, de fenomene în stele şi galaxii, de structura Universului ; Forţa antigravitaţională, numită hipeersarcină, este mai slabă decât gravitaţia şi poate fi considerată a cincea forţă a naturii. Hipersarcina işi exercită influenţa la distanţe ce nu depaşesc 180 de metri, fiind o forţă de respingere între protonii şi neutronii diferitelor obiecte. Ca urmare, unele materiale, cum ar fi fierul, care au un număr mare de protoni şi neutroni, sunt respinse de Pământ mai puternic decât o
cădere de apă, de exemplu, care are mai puţini protoni şi neutroni. Ne putem întreba dacă se va putea realiza pe Pământ un experiment în care apa va cădea mai repede decat fierul. Vor fi necesare mai multe experimente pentru ca hipersarcina să îşi poată ocupa locul în rândul forţelor naturii. Este de asemenea posibil să se detecteze o particulă specifică hipersarcinii (această particulă presupusă este numită graviton), deoarece tuturor celorlalte forţe le sunt asociate astfel de particule. Să presupunem că hiperfotonii în cauză ar fi suficient de răspândiţi în spaţiul cosmic pentru a opri expansiunea Universului, facîndu-l să se contracte – adică producînd exact inversul exploziei iniţiale. Hipergravitaţia acţionează în sens invers gravitaţiei şi face ca obiectele să cadă cu viteze diferite. În prima fracţiune infinitezimală de secundă, care a urmat marii explozii, exista o singură forţă unificată, iar toate particulele sunt în esenţă similare. Geneza Universului Putem considera Universul nostru ca fiind unul dintr-o infinitate de sisteme gigantice similare şi că are următoarea geneză. Perioada dintre Momentul Zero şi momentul 10-43 secunde Timp de o fracţiune inimaginabil de mică dintr-o secundă, materia se află într-o formă (geometrie) supradimensională care are 3+1+N dimensiuni. Printr-o tranziţie "topologică" de fază, cele N dimensiuni ale materiei se decuplează de dimensiunile spaţiului şi timpului, ducând la apariţia unui câmp scalar, înzestrat cu o cantitate fantastică de informaţie, stocată sub forma unor grupuri de simetrie matematică. Perioada dintre momentele 10-43 secunde şi 10-35 secunde Oamenii de ştiinţă presupun că în cursul acestei perioade Universul avea structura cea mai simplă. După secunda 10-43, Universul pe care îl cunoaştem astăzi nu avea nici măcar dimensiunea unei particule elementare, iar forţele fundamentale, cum ar fi atracţia universală şi forţa care face ca nucleul atomic să nu se dezintegreze, erau unite într-o superforţă unică. Se crede că grupul de simetrie SU(5) corespunde unificării tuturor interacţiunilor fizice posibile (gravitaţie, interacţiune slabă, electro-magnetică, nucleară). Dacă Universul este un sistem conservativ, nu numai în privinţa substanţei şi a energiei, ci şi a informaţiei, atunci toată diversitatea informaţiei actuale ar trebui să provină (potrivit unor legi - deocamdată necunoscute - de transformare, evoluţie şi concentrare a informaţiei) din simetria primordială SU(5) sau eventual dintr-un grup mult mai cuprinzător. Perioada dintre momentele 10-35 secunde şi 10-10 secunde La timpul 10 la puterea -35 secunde după explozia iniţială, temperatura embrionului cosmic a scăzut sub limita de 10 000 de miliarde de miliarde de grade: forţele naturii şi particulele elementare au inceput să îşi dobândească propria identitate. O instabilitate specifică a determinat ruperea simetriei SU(5) prin mecanismul de rupere simetrică al lui Weinberg (este vorba de corecţii cuantice de "o singură buclă" la potenţialul
scalar). Rezultă astfel simetria SU(3)*SU(2)*SU(1) care însoţeşte apariţia substanţei sub forma cea mai elementară, aceea de quark-uri şi probabil sub alte forme, cum sunt axionii. Perioada dintre momentele 10-10 secunde şi 10-5 secunde A urmat, într-o fracţiune infimă de secundă, organizarea quark-urilor în nucleoni şi antinucleoni, separarea materiei de antimaterie. Totul s-a petrecut într-o regiune a spaţiului infimă în raport cu un atom. Această mică regiune, cauzal conexă, în care au loc astfel de transformări, se expandează în mod exponenţial (de unde provine şi denumirea de "scenariu inflaţonist"). Perioada dintre momentele 10-5 secunde şi 3 minute Totul se petrece în mai puţin de 3 secunde şi după acest timp exista deja materia ordinară: electroni, protoni, radiaţie electromagnetică, neutrini, găuri negre, etc. Se ajunge la stadiul de Big-Bang şi de aici încolo Universul, deja format, evoluează în cadrul modelelor cosmologice relativiste. Formularea matematică a Universului fizic, având compoziţia actuală (cu hidrogen preponderent şi cu sinteza nucleară a materialelor grele în stele), se realizează pe baza gândirii lui Einstein. Perioada dintre momentele 3 minute şi 500 000 de ani Trecerea spre cosmosul rece a inceput inca din prima secunda, in timpul careia cele patru forte fundamentale ale naturii au actionat separat. Totusi bobul cosmic, in desumflare rapida, considera cosmologii pe baza simularilor pe calculator, continea pe langa particole atomice de fuziune si ramasite ale nucleului incandescent initial: fire cosmice (strings). Cosmologii sustin ca aceste fire sunt un ligament extrafin de masa si energie, care se deplaseaza in univers aproape cu viteza luminii: diametrul lor este atat de mic, incat nu poate fi masurat (are lungimea lui Plank) si totusi, fiecare bucatica de 25 mm are o masa similara cu Alpii elvetieni. Campurile de atractie ale acestor strings ar fi putut accelera formarea galaxiilor. Unii fizicieni presupun ca anumiti strings mai traverseaza universul si acum. La a 10-a mie parte de secunda dupa explozia initiala , se formase deja supa initiala de radiatie de electroni, protoni si neutroni. Primele care au luat nastere au fost nucleele atomice ale elementelor usoare, ca hidrogenul si heliul, dar caldura imensa si concentrarea radiatiei nu permiteau inca formarea completa a atomilor. Abia la 300 000 de ani după explozia iniţiala s-au putut forma atomii în Universul inundat de radiaţii. Perioada dintre momentele 500 000 de ani şi trecutul apropiat Într-un model de Univers închis, atât din punct de vedere topologic (un fel de analog tridimensional al suprafeţei sferei), cât şi energetico-informaţional, cantitatea de substanţă, energie şi informaţie este constantă. Evoluţia globală este adiabatică, astfel încât, dacă într-o regiune a Universului au loc procese de degradare sau dispariţie, în alte regiuni vor avea loc procese de organizare şi concentrare.
Dicke consideră Universul fizic ca un gigant servo-sistem şi anumiţi parametri care caracterizează evoluţia de ansamblu acestuia. Aceşti parametri trebuie să varieze în mod reciproc condiţionat pentru a asigura constanţa unor anumite funcţiuni care depind de aceşti parametri (invarianţă parametrică). Universul funcţionează ca un creier care îşi auto-reglează componentele pentru a-şi conserva anumite proprietăţi caracteristice. Informaţia necesară acestor auto-reglări se propagă cu viteza luminii pe curbele geodezice spaţiu-timp care se închid în ele însele. Formarea galaxiilor şi a stelelor acoperă o perioadă de timp de la 1-109 ani până la 15-109 ani după "clipa zero". După 2 miliarde de ani au luat naştere primele galaxii. Galaxia noastră Calea Lactee, Soarele şi Pământul s-au format abia acum 4,6 miliarde de ani. În anul 1965, astronomii au descoperit întâmplător un semnal de durată în Cosmos, o radiaţie slabă ce sosea din toate direcţiile cerului, cu aceeaşi intensitate. Foşnetul cosmic (radiaţia de fond de 3 K) a fost interpretat de oamenii de ştiinţă ca un fel de ecou îndepărtat al exploziei primare. Hawking vede însă în asemenea formulări dilema în care se află ştiinţa cosmologică dupa ce a aceeptat teoria exploziei iniţiale ca model standard al explicării lumii. Capcanele gravitaţionale, găurile negre, apar inaccesibile şi total separate de restul Universului, dacă sunt descrise pe baza teoriei relativităţii a lui Einstein. Dacă însă sunt cercetate prin prisma mecanicii cuantice, ştiinţa care se aplică de obicei numai fizicii particulelor elementare, atunci obţinem o altă imagine, deci găurile negre îşi trădează totuşi existenţa. Teoria cuantică a dezvăluit că în microcosmosul particulelor elementare, domnesc raporturi bizare: aici ia naştere un electron, o particula cu masa bine definită, asemenea unui val energetic lipsit de masă ; dincolo, unii parametri cum ar fi noţiunea de orbită, îşi pierde sensul, deoarece drumul unui electron nu poate fi precizat în fiecare punct, ci se poate stabili numai o valoare medie a deplasării. Teoria cuantelor a oferit cheia unei lumi a particulelor stafii, particule ce luminează eronat în cosmos şi nu pot fi observate nemijlocit de nici un detector din lume, de aceea au fost botezate particule virtuale. Cand ia naştere în orbita unei gauri negre, o asemenea pereche de particule (de exemplu, două particule de lumină - fotonii) nimereşte în capcana gravitaţională. Dacă presupunem că o particulă dispare în gaura neagră, în timp ce cealaltă se îndepărtează (se poate spune că „fuge“), atunci partenerul care a scăpat creează impresia unei radiaţii care poate să provină direct din gaura neagră. Această „fugă“ se numeşte radiaţia Hawking. Cu cât o gaură neagră este mai mică, cu atât intensitatea luminii ei este mai mare. Deci găurile negre emit radiaţii. Timpul prezent şi viitor Faţă de situaţia în care se află Universul în epoca actuală, la 20 -109 ani după "clipa zero" şi la o temperatură de de 3 K, Universul va continua să se dilate încă un timp, după care pot apărea două cazuri:
Dacă densitatea cosmică este mai mică decât densitatea critică, atunci Universul se va extinde la nesfârşit.
În caz contrar, expansiunea Universului se va sfârşi în cele din urmă datorită unei contracţii accelerate. Temperatura Universului va creşte din nou, timp de miliarde de ani, iar Universul va ajunge din nou într-o stare granulară cu densitate infinită.
În miliardele de lumi răspândite în spaţiu totul se dezvoltă progresiv. Lumina stelelor ne confirmă că evoluţia nucleară se continuă în toate galaxiile. La fel, moleculele din spaţiu, fruct al evoluţiei chimice interstelare, ne dovedesc că acestea le găsim peste tot. Întrebări Ne putem întreba dacă evoluţia biologică continuă în afara Pământului. Celelalte planete ale sistemului solar par aride. Dar găsim pe unii meteoriţi acizi aminici. Semne ale vieţii se schiţează, fără îndoială, pe planetoizii acum dezgheţaţi. Viaţa este o formă a mişcării materiei în Univers, viaţa este o manifestare a unor forme de energie. Cu ajutorul modelului prezentat s-a descoperit că, în cadrul Universului, aparent haotic, domnesc principii severe de ordine care permit să se urmărească procesul evoluţiei Cosmosului, până în apropierea momentului apariţiei lui. Totuşi, este greu de găsit un răspuns pentru următoarele întrebări:
Ce a fost înaintea exploziei iniţiale? Legile naturii au fost valabile şi înaintea apariţiei Universului? Universul se va extinde continuu (ca şi până în prezent) sau va redeveni ca altădată, o infimă sferă de materie, infinit comprimată? În ziua dispariţiei Cosmosului va înceta o dată pentru totdeauna şi scurgerea timpului?
Pornind de la caracterul indestructibil şi inepuizabil al materiei, fundamentat pe ansamblul de cunoştinţe furnizate de ştiinţele exacte, rezultă că începutul Universului din teoria prezentată nu trebuie interpretat în sensul strict al cuvântului. Aşa-numita "clipă zero" trebuie înţeleasă şi ea doar metaforic, ca un moment în curgerea infinită, în devenirea universală şi indestructibilă a materiei, fără început şi fără sfârşit, care în raport cu infinitul se referă doar la colţul nostru de Univers, pe care omul a reuşit să-l exploreze până acum. Gogu Constantinescu, creatorul teoriei sonicităţii (propagarea energiei prin vibraţii), credea că elementele chimice stabile respectă legile armoniei muzicale, izotopii sunt elemente chimice disonante, iar duhurile reprezintă marea de radiaţii. Ne putem închipui o insulă a stabilităţii unde vârfurile reprezintă elementele chimice stabile, câmpia reprezintă izotopii, iar oceanul reprezintă radiaţiile. Undeva în acest ocean se află ca un demon vâscozitatea magnetică ce reprezintă un monstru pentru oamenii de ştiinţă care caută elementele materiale supergrele. Universul Energiei rămâne neatins şi păstrează tot ce-i aparţine. Timpul îndelungat nu-l măreşte, şi bătrâneţea nu-l micşorează. Veşnic va fi, pentru că veşnic a fost acelaşi. Universul energiei este o sferă al cărui centru este pretutindeni, iar circumferinţa nicăieri. Universul Energiei este prezenţa, este creaţie de energii, de valori. Universul Energiei este permanenţa, este coexistenţa. Cartea lui Weinberg ne arată cât de departe suntem astăzi de cosmogoniile naive ale mitologiilor, ba chiar de cele cu care ne-au deprins manualele de şcoală de acum 20-30 de ani. Şi totodată, cât de departe continuăm să fim de adevărul ultim, a cărui căutare nu ne-o putem
refuza, cu toate că ştim din ce în ce mai bine că distanţa până la el nu va fi niciodată cu adevărat consumată.
3. Informaţie şi Univers Spre deosebire de substanţă şi energie, pentru care există ecuaţii (de conservare, de stare, de transport, etc.) ce permit o descriere a dinamicii acestor proprietăţi ale materiei, conceptul de informaţie nu beneficiază în prezent de o formulare matematică care să includă informaţia în modelele cosmologice relativiste. Pentru aceasta se folosesc conceptele care se întrebuinţează în reconstituirea scenariului genezei fizice a Universului inflaţionist: extradimensionalitate, supersimetrie, invarianţă parametrică. Dialectica informaţională îşi motivează valabilitatea în două moduri:
capacitatea ei de a explica şi integra într-un sistem armonios toate datele ştiinţifice cunoscute cu privire la Cosmos, natură, om şi societate; consecinţele logice ale dialecticii informaţionale au o mare valoare prospectivă şi aplicativă.
Cele mai importante aspecte ale capacităţii explicative şi integrative ale dialecticii informaţionale sunt prezentate în continuare.
3.1. Univers informaţional Dialectica informaţională afirmă că trăim într-un univers informaţional, care evoluează conform unui program care urmăreşte realizarea unor anumite obiective numite telefinalităţi. Universul prezintă o evoluţie ciclică, fiecare ciclu prezintă o fază de expansiune, care este urmată de o fază de compresiune. La originea ciclului universului actual au existat materia, energia şi informaţia, care au fost transmise din ciclul universului precedent.
3.2. Ciclul universal Obiectivele fiecărui ciclu universal constau în elaborarea şi perfecţionarea informaţiei care va fi transmisă în ciclul universal următor. Dialectica informaţională explică condiţiile iniţiale şi asimetriile primare care au existat la originea ciclului universal actual. Într-un Univers informaţional, dezvoltarea Cosmosului, originea vieţii şi evoluţia speciilor spre inteligenţă nu au fost simple evenimente care s-au produs în mod întâmplător, ci etape esenţiale care au fost predeterminate de un program.
3.3. Cauzalitate şi telefinalitate
Într-un Univers informaţional, evenimentele esenţiale ale evoluţiei Cosmosului şi organismelor vii au o determinare cauzală şi alta telefinalistică. Determinarea cauzală merge din aproape în aproape, fiecare eveniment fiind explicat prin intervenţia unor cauze precedente. Determinarea telefinalistică leagă evenimentele în lanţuri lungi, care încep de la originea unui program şi merg până la atingerea unor obiective finale logice.
3.4. Principiile evoluţiei Universul ciclic şi informaţional permite elaborarea unor principii ale evoluţiei:
Principiul conservării informaţiei afirmă: "O informaţie nu poate să apară dintr-o noninformaţie, ci doar dintr-o altă informaţie." Principiul de evoluţie a informaţiei afirmă: "În timpul fazei de expansiune (evoluţie) a Universului se face o trecere preferenţială de la o anumită informaţie potenţială la informaţia actuală."
Din punct de vedere termodinamic şi informaţional, numărul ciclurilor universale nu poate fi infinit.
3.5. MetaUniversul informaţional Existenţa ciclurilor universale, care fac parte dintr-o serie finită, sugerează existenţa unui MetaUnivers în cadrul căruia apar, evoluează şi sfârşesc seriile de cicluri universale. Acest MetaUnivers trebuie să fie tot un sistem informaţional. Conform principiului conservării informaţiei, un univers informaţional (cum este şi Internetul) nu poate lua naştere decât dintr-un MetaUnivers informaţional. În MetaUniversul informaţional ia naştere informaţia primului ciclu universal, iar din el se va elibera şi îşi va găsi raţiunea informaţia ultimului ciclu universal.
3.6. Universul inteligenţei În cadrul unui ciclu universal, datorită evoluţiei biologice, apar la un moment dat fiinţe inteligente (omul):
Legea de conservare a inteligenţei afirmă: "O inteligenţă apare la capătul unui program de evoluţie biologică, dacă la originea informaţiei primordiale a existat o inteligenţă de ordin superior care introdus în programul universal această potenţă."
Universul are o natură triplă: material-energetică, informaţională şi inteligentă. Astfel, Universul inteligenţei are capacitatea de a genera fiinţe inteligente si de a purta amprenta unei inteligenţe creatoare. Dialectica informaţională arată că există o inteligenţă creatoare şi că trăim într-o lume care are mai multe nivele de organizare a informaţiei şi inteligenţei.
3.7. Inteligenţa creatoare Într-un univers informaţional, capacităţile noastre cognitive şi caracteristicile noastre psihoafective sunt elemente necesare care au fost predeterminate de programul universal. Omul este dotat cu o mare capacitate cognitivă, cu o înaltă putere de abstracţie şi de sinteză, cu capacităţi care depăşesc cu mult necesităţile legate de natura lui biologică şi de interesele lui de supravieţuire şi perpetuare. Capacităţile psihologice ale omului sunt orientate spre înţelegerea problemelor fundamentale ale lumii, ale creaţiei. Înţelegând logica creaţiei, omul poate înţelege ceva din inteligenţa creatoare.
Psihicul uman prezintă şi componente afective, orientate spre apropierea prin iubire de inteligenţa creatoare şi armoniile care apar din creaţie. Componentele psiho-afective de ordin superior se pot explica prin faptul că inteligenţa creatoare a intervenit prin mijlocirea programului universal şi prin evoluţia biologică, pentru ca fiinţele inteligente ce vor apărea la un moment dat din desfăşurarea acestor procese să prezinte capacităţile psihologice pe care le manifestă în prezent. O verigă esenţială a creaţiei este OMUL, care face legătura între dezvoltarea Cosmosului, evoluţia biologică şi procesele cunoaşterii. Pornind de la inteligenţa creatoare şi trecând prin dezvoltarea Cosmosului şi evoluţia biologică, inteligenţa umană se reîntoarce spre inteligenţa creatoare, încercînd să-i înţeleagă logica şi să-i îndeplinească obiectivele.
3.8. Concluzii deschise Cele mai importante aspecte ale capacităţii predictive ale dialecticii informaţionale sunt:
afirmaţia că ştiinţa va confirma faptul că Universul are o evoluţie ciclică, presupunerea că originea vieţii a fost un eveniment programat, ipoteza că evoluţia speciilor spre inteligenţă a fost un proces informaţional.
Dialectica informaţională preconizează ca toate fiinţele inteligente din Univers vor alcătui o reţea unică de inteligenţă, care va fi orientată spre inteligenţa creatoare. Deci, trebuie să existe o logică comună, un tip de gândire, nişte mecanisme psihologice şi nişte interese comune pentru toate fiinţele inteligente din Univers.
