Brian Greene: Este Universul nostru singurul Univers?

Acum câteva luni, premiul Nobel pentru Fizică a fost decernat la două echipe de astronomi pentru o descoperire apreciată ca fiind una dintre cele mai importante observaţii astronomice făcute vreodată. Azi, după ce voi descrie pe scurt descoperirea lor, voi povesti despre extrem de controversata perspectivă de explicare a descoperirii lor, şi anume posibilitatea ca mult dincolo de Pământ, de Calea Lactee şi de alte galaxii îndepărtate, să putem descoperi că Universul nostru nu e singurul Univers, ci e o parte a unui vast complex de Universuri pe care-l numim Multivers.

Ideea unui Multivers este bizară. Marea majoritate am fost învăţaţi să credem că "Universul" înseamnă "totul". Şi am spus "marea majoritate" cu gândul că fiica mea de 4 ani m-a auzit vorbind despre aceste idei încă de când s-a născut. Iar anul trecut o ţineam în braţe şi i-am spus: "Sophia, te iubesc mai mult decât orice în Univers". Iar ea s-a întors către mine şi mi-a spus: "Tati, Univers sau Multivers?" (Râsete)

Exceptând o astfel de educație extremă, e greu să îţi imaginezi alte tărâmuri separate de al nostru, majoritatea cu trăsături fundamental diferite, care ar putea fi pe bună dreptate numite "Universuri fără seamăn". Şi cu toate acestea, deşi este cu siguranţă o speculaţie, doresc să vă conving că există motive de a o lua în serios, şi că ar putea fi chiar corect. Am să vă spun povestea Multiversului în trei părţi. În prima parte, voi descrie rezultatele care au câștigat premiul Nobel și voi evidenţa un mister profund pe care acele rezultate l-au dezvăluit. În partea a 2-a, voi oferi o soluţie pentru acel mister, bazată pe o teorie numită teoria corzilor, în care ideea de Multiunivers va intra în discuție. În final, în partea a 3-a, voi descrie o teorie cosmologică numită inflaţie, care va pune totul cap-la-cap.

OK, prima parte începe în 1929 când marele astronom Edwin Hubble a realizat că galaxiile îndepărtate toate se depărtează accelerat de noi, stabilind că spaţiul însuși se întinde, se extinde. Era o idee revoluţionară. Pe atunci se credea că la cea mai mare scară Universul era static. Dar chiar şi aşa, exista un lucru de care toţi erau siguri: expansiunea probabil că încetinea. Asta, la fel cum gravitaţia Pământului încetineşte ascensiunea unui măr aruncat în sus, atracţia graviaţională a fiecărei galaxii asupra celorlalte trebuie să încetinescă expansiunea spaţiului.

Derulăm înainte, în 1990, când două echipe de astronomi pe care i-am menţionat la început, inspiraţi de acest raţionament au măsurat indicele de încetinire a expansiunii. Au făcut asta prin observații minuțioase a numeroase galaxii îndepărtate, care le-au permis să măsoare cum s-a modificat rata expansiunii în timp. Aici intervine surpriza: Au descoperit că expansiunea nu încetineşte. În schimb, accelerează din ce în ce mai mult. E ca şi cum ai arunca un măr în sus şi ar urca din ce în ce mai repede. Acum, dacă ai vedea un măr făcând asta, ai vrea să ştii de ce. Ce îl împinge?

Similar, rezultatele astronomilor, desigur merită cu prisosinţă premiul Nobel, dar au ridicat o întrebare similară. Ce forţă face ca toate galaxiile să se îndepărteze unele de altele cu viteză mereu crescândă? Cel mai promiţător răspuns vine de la o veche idee de-a lui Einstein. Vedeţi, toţi suntem obişnuiţi că gravitaţia e o forţă care atrage obiectele unele către altele. Dar în teoria gravitației lui Einstein, teoria generală a relativităţii, gravitaţia poate de asemenea să respingă obiecte.

Cum? Ei bine, după calculele lui Einstein, spaţiul e umplut uniform cu o energie invizibilă, ca un fel de ceaţă invizibilă, iar gravitaţia generată de această ceaţă ar respinge obiecte, gravitaţie de respingere, ceea ce e exact ce ne trebuie să explicăm aceste observaţii. Din cauza gravitaţiei de respingere a energiei invizibile din spaţiu -- pe care acum o numim energie neagră, dar aici am făcut-o albă-fumurie, ca s-o puteţi vedea -- gravitaţia ei de respingere cauzează galaxiile să se respingă reciproc, determinând creșterea vitezei de expansiune, nu încetinirea ei. Această explicaţie reprezintă un progres imens.

Dar v-am promis un mister aici, în prima parte. Iată-l. Când astronomii au calculat câtă energie neagră ar trebui să existe în spaţiu ca să genereze accelerarea cosmică, iată ce au găsit. Acest număr e mic. Exprimat în unităţi relevante, e un număr spectaculos de mic. Iar misterul constă în explicarea acestui număr ciudat. Vrem ca acest număr să reiasă din legile fizicii, dar până acum nimeni n-a reuşit să facă asta.

V-aţi putea întreba, de ce v-ar păsa. Poate că explicarea acestui număr e doar o problemă tehnică, un detaliu tehnic de interes pentru experţi, fără nicio relevanţă pentru restul lumii. Desigur, e un detaliu tehnic, dar anumite detalii au importanţă. Unele detalii crează breşe spre aspecte necunoscute ale realităţii, iar acest număr aparte ar putea face chiar asta: întrucât singura abordare care satisface explicarea lui invocă posibilitatea altor Universuri -- o idee care reiese natural din teoria corzilor, care mă aduce la partea a 2a: teoria corzilor.

Reţineţi misterul energiei negre pentru mai târziu. Acum vă voi spune trei lucruri cheie despre teoria corzilor. În primul rând: Ce este teoria corzilor? E o abordare care să împlinească visul lui Einstein de a avea o teorie unificată în fizică, o singură formulă atotcuprinzătoare care să descrie toate forţele existente în Univers. Ideea de bază a teoriei corzilor e destul de simplă. Afirmă că dacă studiezi orice parte de materie din ce în ce mai amănunţit, prima dată observi moleculele, apoi atomii şi particulele subatomice. Dar teoria spune că dacă ai putea examina părţi mai mici, mult mai mici decât putem observa cu tehnologia actuală, ai găsi altceva în acele particule -- un mic filment vibratil de energie, o micuţă coardă vibrantă. Ca şi corzile unei viori, ele pot vibra după anumite tipare producând note muzicale diferite. Aceste micuțe corzi fundamentale, când vibrează în diferite moduri, produc diferite tipuri de particule -- aşa încât electroni, quarci, neutrini, fotoni, şi toate celelelte particule ar fi unite într-o perspectivă unică, ar proveni toate din aceste corzi vibratorii. Este o imagine irezistibilă, un fel de simfonie cosmică, în care toată bogăţia pe care o vedem în lumea din jur provine din muzica pe care o fac aceste mici corzi.

Dar există un cost pentru această unificare elegantă, deoarece ani de cercetare au demonstrat că matematica teoriei corzilor nu prea merge. Apar inconsistenţe interne dacă nu acceptăm o ideie absolut neobişnuită: dimensiuni suplimentare ale spaţiului. Toți cunoaștem cele trei dimensiuni ale spaţiului. Le știți ca: lungime, lăţime şi adâncime. Dar teoria corzilor spune că la scară fantastic de mică, există dimensiuni auxiliare comprimate la dimensiuni atât de mici încât nu le-am detectat încă. Dar deşi dimensiunile sunt imperceptibile, ele au impact asupra particulelor observabile deoarece configurația dimensiunilor adiționale limitează modul în care pot vibra corzile. În teoria corzilor vibraţia determină totul. Masa particulelor, mărimea forţelor, şi, cel mai important, cantitatea de energie neagră, ar fi determinată de configurația acestor dimensiuni adiționale. Dacă am şti profilul extra-dimensiunilor, am putea calcula aceste caracteristici, am putea calcula cantitatea de energie neagră.

Problema este că nu ştim ce formă au extra-dimensiunile. Tot ce avem este o listă cu configurații posibile permise prin calcul. Atunci când aceste idei au fost enunțate prima oară existau doar vreo 5 configurații candidate distincte, aşa că vă închipuiţi că au fost analizate fiecare în parte pentru a determina dacă vreuna explica realitatea fizică observabilă. Dar cu timpul această listă s-a mărit iar cercetătorii au găsit şi alte profile eligibile. De la 5 s-a ajuns la sute, apoi la mii -- o colecţie mare dar totuși posibil de analizat, la urma urmei şi studenţii masteranzi trebuie să aibă ceva de făcut. Dar lista a continuat să crească la milioane şi miliarde, până astăzi. Lista configurațiilor candidate s-a umflat până la 10 la puterea 500.

Deci, ce era de făcut? Unii cercetători au pierdut speranța, concluzionând că existând atâtea profile posibile pentru extra dimensiuni, fiecare dând naştere la caracteristici fizice diferite, teoria corzilor nu va reuşi niciodată să facă predicţii definitive, testabile. Dar alţii au răsturnat problema, indicând posibilitatea existenţei unui Multivers. Iată ideea lor. Poate că fiecare dintre aceste forme se află pe picior de eglitate. Fiecare e la fel de real ca oricare altul, în sensul că există mai multe Universuri, fiecare cu configurații diferite pentru extra-dimensiuni. Este o propunere radicală cu un impact profund asupra misterului cantităţii de energie neagră dezvăluite prin rezultatele câştigătorilor premiului Nobel.

Pentru că, vedeţi voi, dacă există şi alte Universuri, şi dacă acele Universuri, fiecare au o altă formă pentru extra dimensiuni, atunci carcteristicile fizice ale fiecărui Univers ar fi diferite, şi în special cantitatea de energie neagră din fiecare Univers ar fi diferită. Înseamnă că misterul explicării cantităţii de energie neagră măsurate ar căpăta cu totul alt aspect. În acest context, legile fizicii nu pot explica un singur număr pentru energia neagră întrucât nu există doar un număr, sunt multe. Asta înseamnă că am pus întrebarea greşit . Oare întrebarea corectă ar fi: de ce noi oamenii ne aflăm într-un Univers cu o anumită cantitate de energie neagră măsurată, în loc să ne aflăm în oricare din celelalte variante care există?

Iar asta e o întrebare cu șanse de răspuns. Pentru că acele Universuri care au mai multă energie neagră decât al nostru, de câte ori materia încearcă să se grupeze în galaxii, forța de respingere a energiei negre e atât de puternică încât disipează aglomerațiile, iar galaxiile nu se formează. Universurile cu mai puţină energie neagră se reprăbuşesc în ele însele atât de repede încât, din nou, galaxiile nu se formează. Iar fără galaxii, nu există nici stele, nici planete şi nici posibilitatea ca forma noastră de viață să existe în acele alte Universuri.

Aşa că ne găsim într-un Univers cu cantitatea specifică de energie neagră măsurată doar pentru că Universul nostru are condiţii ospitaliere pentru forma noastră de viaţă. Şi cu asta basta. Enigma rezolvată. Multiversul dezvăluit. Unii găsesc această explicaţie nesatisfăcătoare. Suntem obişnuiţi ca fizica să ne dea explicaţii definitive penru caracteristicile observate. Ideea e că dacă viitorul pe care-l observi poate lua şi ia o varietate mare de valori pe scara mai largă a realității, atunci considerând o singură explicaţie pentru o anumită valoare ar fi eronat.

Un exemplu timpuriu vine de la marele astronom Johannes Kepler care era obsedat de înţelegerea unui alt număr: de ce se află Soarele la 150 milioane km de Pământ. A lucrat zeci de ani încercând să explice acest număr, dar n-a reuşit niciodată şi ştim de ce. Kepler punea eronat înrebarea.

Acuma ştim că există numeroase planete la distanţe foarte diferite de stelele lor. Sperând că legile fizicii ar explica un anumit număr: 150 milioane km, e gândit greşit din start. Întrebarea corectă ar fi: de ce noi oamenii ne aflăm pe o planetă la această distanţă specifică, în loc de oricare altă posibilitate? Din nou, asta-i o întrebare la care putem răspunde. Planetele care sunt mult mai apropiate de o stea ca Soarele ar fi atât de fierbinţi încât forma noastră de viaţă nu ar exista. Iar planetele mult mai îndepărtate de steaua-mamă, sunt atât de reci încât forma noastră de viaţă n-ar putea demara. Ne aflăm pe o planetă la această distanţă specifică doar pentru că aceasta oferă condiţiile vitale pentru forma noastră de viaţă. Când e vorba de planete şi distanţele lor, e clar că aşa trebuie judecat. Esențial este că atunci când vine vorba de Universuri şi energia neagră pe care o conţin, acesta ar putea fi și în acest caz modul de judecată corect.

O diferenţă esențială, desigur, este că noi ştim că există şi alte planete în Univers, dar până acum doar am speculat posibilitatea că ar putea exista şi alte Universuri. Ca să punem totul cap-la-cap, avem nevoie de un mecanism care să poată efectiv genera alte Universuri. Asta mă aduce la partea finală, partea a 3-a, pentru că un astfel de mecanism a fost descoperit de către cosmologii care încercau să înţeleagă Big Bang-ul. Când vorbim despre Big Bang, avem adesea o imagine a unui fel de explozie cosmică care ne-a creat Universul şi a expulzat spațiul care se extinde.

Dar există un mic secret. Big Bang-ul lasă deoparte ceva destul de important: Bang-ul. Ne spune cum a evoluat Universul după Bang, dar nu ne spune nimic despre ce anume a declanşat însăşi Bang-ul. Această lacună a fost în final depăşită printr-o versiune îmbunătăţită a teoriei Big Bang-ului. Se numeşte cosmologie inflaţionară, care a identificat un anumit tip de combustibil care ar genera în mod natural expansiunea accelerată a spaţiului. Combustibilul se bazează pe ceva numit câmp cuantic, dar singurul detaliu care contează pentru noi e că acest combustibil se dovedeşte atât de eficient încât e virtual imposibil să se epuizeze, ceea ce, în teoria inflaţionară, înseamnă că Big Bang-ul care a dat naştere Universului nostru e probabil să nu fie un eveniment unic. În schimb combustibilul a generat nu doar Big Bang-ul nostru, ci a generat nenumărate alte Big Bang-uri, fiecare dând naştere Universurilor lor separate cu Universul nostru devenind doar un balon de săpun într-un imens ocean cosmic de Universuri.

Iar acum, combinând asta cu teoria corzilor, priviţi la ce ne conduce. Fiecare dintre aceste Universuri are extra dimensiuni. Extra dimensiunile iau o varietate imensă de configutații diferite. Configurațiile diferite generează carcteristici fizice diferite. Şi ne găsim într-un anume Univers, nu în altul, simplu pentru că este propriul nostru Univers în care caracteristicile fizice, precum cantitatea de energie neagră, sunt potrivite pentru ca forma noastră de viaţă să existe. Asta e imaginea care se impune, dar foarte controversată, a unui Cosmos mai larg pe care observaţiile de ultimă oră şi teoria ne-au determinat să-l luăm serios în considerare.

Rămâne, evident, o întrebare esențială: am putea vreodată confirma existenţa altor Universuri? Permiteţi-mi să vă descriu felul în care s-ar putea într-o zi să se întâmple. Teoria inflaţionară este deja confirmtă de observaţii solide. Deoarece teoria prezice că Big Bang-ul ar fi fost atât de intens încât pe măsură ce spaţiul s-a extins rapid, vibrațiile cuantice din lumea micro au fost expandate până la dimensiunile macro, generând o amprentă specifică, un tipar de puncte uşor mai fierbinţi şi mai reci, în spaţiu, pe care telescoape puternice le observă în prezent. Dezvoltând ideea, dacă există alte Universuri, teoria prezice că, din când în când, acele Universuri se pot ciocni. Iar dacă Universul nostru ar fi lovit de un altul, acea coliziune ar genera un subtil tipar adiţional de variaţii termice prin spaţiu pe care într-o zi l-am putea detecta. Şi oricât de exotică pare această imagine, s-ar putea ca într-o zi să fie dovedită prin observaţii, stabilindu-se astfel existenţa altor Universuri.

Voi concluziona cu o implicaţie izbitoare a tuturor acestor idei pentru viitorul foarte îndepărtat. Vedeţi voi, am aflat că Universul nostru nu e static, că spaţiul este în expansiune, că epansiunea e accelerată şi că ar putea exista alte Universuri toate doar examinând atent puncte palide de lumină stelară ce ajung la noi din galaxii îndepărtate. Dar pentru că expansiunea e accelerată, într-un viitor foarte îndepărtat, galaxiile se vor îndepărta atât de mult şi de rapid încât nu vom fi capabili să le mai vedem -- nu din cauza limitărilor tehnologice, ci din cauza legilor fizicii. Lumina emisă de acele galaxii chiar deplasându-se cu viteza cea mai mare, viteza luminii, nu va fi capabilă să parcurgă distanţa mereu crescândă dintre noi. Aşa că astronomii din viitorul îndepărtat privind spre spaţiul nemărginit nu vor mai vedea nimic decât o întindere vastă de linişte statică, violacee-albastră. Şi vor concluziona că Universul e static şi neschimbător şi populat de o singură oază centrală de materie pe care locuiesc ei -- o imagine a Cosmosului pe care noi categoric o ştim a fi eronată.

Poate că acei astronomi din viitor vor avea înregistrări primite dintr-o eră anterioară, ca a noastră, care să ateste un Cosmos în expansiune împânzit de galaxii. Dar oare acei astronomi din viitor vor crede aceste cunoştiinţe antice? Sau vor crede în Universul întunecat, static și gol pe care-l vor observa cu mijloacele lor avansate? Bănuiesc mai posibilă a doua variantă. Ceea ce înseamnă că trăim o eră extrem de privilegiată în care anumite adevăruri fundamentale despre Cosmos sunt încă la-ndemâna spiritului uman explorator. Se pare că nu va fi mereu aşa. Pentru că astronomii de astăzi, întorcându-şi telescoapele puternice către cer, au captat o grămadă de fotoni stelari aducând-ne informţii -- un fel de telegramă cosmică călătorind de miliarde de ani -- iar mesajul transmis peste timp e foarte clar. Câteodată natura îşi păstrează secretele cu forţa de nepătruns a legilor fizicii. Câteodată adevărata faţă a realităţii sclipeşte cu puțin dincolo de orizont.

Vă mulţumesc foarte mult.

(Aplauze)

Chris Anderson: Brian, îţi mulţumesc. Gama ideilor pe care tocmai le-ai expus este ameţitoare, antrenantă, incredibilă. Ce părere ai despre stadiul istoric în care se află cosmologia acum? Ne aflăm în mijlocul unor evenimente istorice neobişnuite?

BG: E greu de spus. Când aflăm că astronomii din viitorul îndepărat s-ar putea să nu aibă destule informaţii să-şi dea seama cum stau lucrurile, întrebarea care se iveşte este: poate noi deja suntem în această postură în care anumite caracteristici profunde, cruciale ale Universului s-au eschivat capacității noastră de înţelegere din cauza felului în care evoluează cosmologia. Deci din această perspectivă, poate că mereu ne vom pune întrebări la care nu vom putea răsunde niciodată.

Pe de altă parte, putem acum înţelege cât de vechi este Universul. Putem înţelege cum să interpretăm datele din radiaţia microundelor de fundal care a fost emisă acum 13,72 miliarde de ani -- şi putem face calcule în prezent care să prevadă cum ar arăta şi se potrivesc. E absolut uimitor! Pe de o parte e incredibil unde am ajuns, dar cine ştie peste ce fel de piedici vom da în viitor.

CA: Vei fi pe-aici în următorele câteva zile. Poate unele din aceste conversaţii vor continua. Mulţumesc. Mulţumesc Brian. BG: Mi-a făcut plăcere.

(Aplauze)