Materie, energie si spatiu-ingredientele Universului

Materie, energie si spatiu. Acestea sunt ingredientele Universului. Materia si energia reprezinta practic acelasi lucru; precum doua fete ale aceleiasi monede. Energia nu poate fi creata sau distrusa, ci poate fi doar transformata. Aceasta este una din cele mai importante legi ale fizicii, “legea conservarii energiei”.

Spre deosebire de legile facute de oameni, legile Universului nu pot fi incalcate. In 1277, papa John XXI (Pedro Julião) s-a simtit atat de amenintat de legile naturii, incat le-a declarat erezii. Din fericire, decizia sa nu avea sa schimbe legea gravitatiei. Cateva luni mai tarziu, acoperisul palatului s-a prabusit asupra sa in timp ce dormea; pontificatul sau a durat doar 8 luni si 5 zile.

Legea conservarii energiei are implicatii majore in toate domeniile stiintei si tehnicii si are poate cea mai insemnata implicare practica. Implicarea consta in aceea ca societatea este direct dependenta de efectuarea de lucru mecanic, definit intr-o prima aproximatie ca produsul dintre forta si deplasare, ceea ce se realizeaza prin consum de energie. Toate activitatile noastre sunt dependente de a consuma energie. Aceasta lege este practic o expresie a acestei capacitati si exclude existenta unui perpetuum mobile de speta intaia, adica posibilitatea construirii unui agregat care ar putea produce mai multa energie decat primeste din exterior.

Ecuatia faimoasa a lui Einstein, e=mc2 arata ca materia poate fi transformata in energie si vice-versa. Daca materia poate fi produsa din energie, mai trebuie sa explicam originea a celorlalte doua: energia si spatiul. A fost creata energia la inceputul Universului?

Ce este energia?

Desi am auzit de numeroase feluri de energii (psihice, aure, linii energetice, centri energetici etc), in lumea fizica, aceasta reprezinta abilitatea unui sistem fizic de a actiona asupra unui alt sistem fizic. Se mai poate numi si potentialul care determina schimbari, fiind o marime ce indica capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic cand trece printr-o transformare din starea sa intr-o alta stare aleasa ca stare de referinta.

Desi nu ne gandim la energie, cu totii stim ce este. In fiecare zi, simtim razele Soarelui pe fetele noastre.  Energia provenita de la Soare “calatoreste” circa 150 milioane km pana la noi. Nu doar stelele produc energie; ba chiar aceasta se gaseste in tot Universul si-l mentine intr-o continua schimbare.

Ce este spatiul?

Universul este o entitate reprezentata in trei  dimensiuni, lungime, latime si inaltime plus a patra, timpul. Timpul nu este asemenea celor trei descrise cu ajutorul coordonatelor spatiale, ci este cea care ne permite sa ne amintim trecutul si sa simtim trecerea anilor. Conceptul de spatiu-timp este un construct matematic care combina cele trei dimensiuni spatiale cu cea temporala in incercarea de a descrie  intr-un mod unitar Universul.

Spatiul… stim ca este o intindere mare, prea mare pentru a ne putea macar imagina. Stim ca este locul acela unde se afla satelitii nostrii, si mai stim diferite locuri in afara planetei noastre, de planete care se afla la distante foarte mari… numere foarte mari. Insa sunt doar niste numere. Mintea umana pur si simplu nu functioneaza bine cu aceste numere. Lumea noastra se limiteaza la mica noastra planeta, ceea ce-i dincolo de el, ramane o necunoscuta pentru multi dintre noi.

Pe scurt, spatiul reprezinta tot ceea ce exista in Univers deasupra atmosferei terestre. Spatiul de asemenea, inseamna tot ceea ce se afla intre planete, stele, sau spatiul interstelar.

Originea energiei si a spatiului

Spatiul si energia au fost create intr-un mod spontan, printr-un eveniment ce oamenii de stiinta l-au numit Big Bang. N-am fost martori la acest eveniment, insa, de atunci toate stelele si galaxiile din Univers se indeparteaza unele de altele, aratand ca Universul este in expansiune.

Primul om care a prezis prin calcule matematice ca Universul nu este static ci este intr-o continua expansiune, a fost preotul Georges Henri Lemaitre, cu 20 de ani inainte ca Penzias si Wilson sa descopere, cu ajutorul unor telescoape, ecourile exploziei primordiale, adica a conceptului de Big Bang in forma pe care o stim astazi. Lemaitre insusi si-a descris teoria sa ca “oul cosmic care explodeaza in momentul creatiei”. Cu toate acestea, Lemaitre, ca preot, credea ca Universul a fost creat de catre Dumnezeu.

Insa ideea unui “ou cosmic” nu este noua, ci a fost un simbol universal fiind intalnit intr-o multitudine de legende. Aceeasi descriere o intalnim si in legendele finlandeze, in poemul epic Kalevala, la chinezi in povestea lui Pangu sau la indieni in “Brahmanda Purana” (in traducere, Istoria Universului).

Marele mister al Big Bang-ului este sa explicam cum Universul s-a materializat din nimic. Secretul sta in energia negativa.

Energia negativa

Sa facem o analogie simpla, imagineaza-ti un om care ridica un morman de pamant pe un teren plat. Mormanul de pamant reprezinta Universul. Pentru a-l ridica, omul va face o groapa in pamant si foloseste acel pamant pentru a construi mormanul. Groapa este practic imaginea negativa a mormanului. Ce a fost in groapa, este acum un morman de pamant.

Acesta este principiul care a stat la inceputul Universului. Cand Big Bang-ul a produs o cantitate enorma de energie pozitiva, a produs si o cantitate egala de energie negativa. Dar daca cele doua se aflau intr-o cantitate egala, unde se gaseste energia negativa astazi? Se gaseste in cel de-al treilea ingredient: in spatiu. Poate parea ciudat, insa datorita legilor naturii cu privire la gravitatie si miscare, cele mai vechi legi ale fizicii, spatiul contine multa energie negativa. Universul este practic o baterie uriasa ce stocheaza energia negativa. Partea pozitiva, masa si energia care o vedem astazi, reprezinta mormanul de pamant. Groapa, sau partea negativa, este imprastiata in tot spatiul.

Ce a cauzat aparitia spontana a Universului?

In viata noastra de zi cu zi, lucrurile nu se “materializeaza” pur si simplu din nimic. Nu poti pocni din degete pentru a face o cafea. Trebuie sa o faci tu, din boabe de cafea, apa si poate zahar si lapte. Daca ne uitam in ceasca, la particulele de lapte, la nivelul atomic, si mai apoi la nivelul sub-atomic, observam ca aparitia din nimic este posibila. Cel putin pentru o perioada scurta de timp. De exemplu, la acest nivel, particulele precum protonii pot aparea in mod aleator, stau putin, si apoi dispar pentru a reaparea in alt loc. Stiind ca Universul la inceputul sau a fost foarte mic, de dimensiunea unui proton, inseamna ca atunci s-a intamplat ceva cu adevarat remarcabil.

Ce sau cine a cauzat Big Bang-ul? Suntem obisnuiti sa gandim dupa modelul cauza si efect. Dar atunci cand vorbim despre Univers ca intreg, lucrurile sunt putin diferite. Imaginati-va un rau, care curge pe o panta abrupta a unui munte. Ce produce raul? Poate ploaia? Dar… care este cauza ploii? Poate Soarele care face ca apa din oceane sa se evapore si sa formeze norii? Dar ce face ca Soarele sa straluceasca? In interiorul Soarelui se produce procesul numit fuziune, unde atomii de hidrogen se unesc pentru a forma heliul, generand o cantitate imensa de energie. Dar de unde provine hidrogenul? Raspunsul: in Big Bang.

Aici este momentul crucial. Legile Universului arata ca Universul a aparut intr-un mod similar precum protonul din exemplul de mai sus, dar si ca nu a fost neaparat un “ceva” care sa cauzeze Big Bang-ul.

In momentul Big Bang-ului a luat nastere timpul. Pentru a intelege aceasta idee, sa luam de exemplu o gaura neagra care “pluteste” in spatiu. O gaura neagra este defapt o stea foarte masiva, incat a colapsat in interiorul sau. Nici lumina, dar nici timpul nu poate scapa de o gaura neagra.

Imaginati-va un ceas care se apropie din ce in ce mai mult de o gaura neagra. Cu cat acesta se apropie mai mult, cu atat timpul va trece mai greu. Acum imaginati-va ca ceasul intra in gaura neagra, bineinteles, presupunand ca acesta va rezista fortelor gravitationale imense ale gaurii negre. Acesta se va opri. Se opreste nu pentru ca nu mai functioneaza, ci pentru ca in interiorul unei gauri negre timpul nu exista. Exact asta s-a intamplat la inceputul Universului.

Universul, la inceputul sau, era extrem de mic si dens, precum gaurile negre moderne de astazi. Nu putem spune ca a existat un moment inaintea Big Bang-ului, pentru ca atunci timpul nu exista. Nu a existat o cauza a Big Bang-ului, pentru ca nu a existat timpul pentru acea cauza, pentru a exista. Astfel am descoperit ca pentru aparitia Universului nu exista o cauza.

Stephen Hawking spunea ca “pentru mine, asta inseamna ca nu exista posibilitatea sa existe un Creator, pentru ca nu exista timpul in care creatorul sa existe si sa creeze Universul”. Deoarece timpul a inceput o data cu Big Bang-ul, a fost un eveniment care nu a fost creat de nimeni si de nimic.

Stephen Hawking, in documentarul  “Did God create the Universe?” spune: “Cand oamenii ma intreaba daca exista Dumnezeu, eu le raspund ca intrebarea nu are niciun sens. E ca si cum cineva ar cere informatii despre cum poate sa ajunga la marginea Pamantului. Pamantul e o sfera, asadar nu are margini.

Suntem liberi sa credem ce vrem, dar cea mai simpla explicatie este ca nu exista Dumnezeu. Nimeni n-a creat Universul si nimeni nu ne controleaza soarta. Nu exista rai si nu exista viata dupa moarte; avem doar o viata pentru a aprecia Universul, si pentru asta eu sunt recunoscator” – Stephen Hawking.

Bibliografie:

“Did God create the Universe?”, Discovery Channel.

Bogdan

Per aspera ad astra