În inima cosmologiei moderne se ascunde o enigmă veche de aproape un secol, care ar putea schimba radical înțelegerea noastră asupra Universului. În ciuda succeselor colosale ale fizicii, oamenii de știință încă nu pot explica 95% din conținutul cosmosului, recurgând la concepte misterioase precum materia întunecată și energia întunecată. Dar ce-ar fi dacă soluția acestor probleme a fost tot timpul în fața ochilor noștri, pierdută în arhivele științifice ale lui Albert Einstein?
Cosmosul este plin de enigme: ce ne lipsește?
Cosmologii moderni, la propriu, nu dorm noaptea încercând să descifreze enigmele fundamentale ale Universului nostru. Și îi putem înțelege — conform cunoștințelor actuale, nu înțelegem 95% din conținutul cosmosului. Imaginați-vă situația: credeți că vă cunoașteți casa ca pe propriile degete, dar brusc aflați că aveți acces doar la bucătărie și toaletă, iar ce se află în restul camerelor rămâne un mister complet. Exact în această situație se află fizicienii moderni.
Cea mai cunoscută dintre aceste enigme este materia întunecată. Prin acest termen, oamenii de știință descriu o substanță invizibilă care face ca stelele și galaxiile să se miște mai repede decât ne-am aștepta, bazându-ne pe cantitatea de materie vizibilă. Mai simplu spus, stelele de la marginile galaxiilor se rotesc cu o asemenea viteză încât ar trebui să zboare în toate direcțiile, precum picăturile de apă de pe o umbrelă udă când o scuturăm brusc. Dar acest lucru nu se întâmplă. Pentru a explica acest paradox, oamenii de știință au presupus existența materiei întunecate invizibile, care prin gravitația sa menține totul pe loc.
O enigmă la fel de intrigantă este energia întunecată. La sfârșitul anilor 1990, astronomii au descoperit că Universul nu doar se extinde, ci o face cu accelerație, ca și cum o forță invizibilă ar împinge galaxiile. Această descoperire a șocat comunitatea științifică — imaginați-vă că aruncați o minge și, în loc să încetinească și să cadă, continuă să zboare tot mai repede și mai repede. Absurd? La scară cosmică — realitate. Pentru a explica acest fenomen, a fost propusă conceptul de energie întunecată, care, în esență, funcționează împotriva gravitației, împingând materia.
Și parcă aceste enigme nu ar fi suficiente, există încă o problemă — așa-numita „tensiune Hubble”, sau discrepanța în estimările vitezei de expansiune a Universului. Metode diferite de măsurare oferă rezultate diferite, iar această discrepanță este prea mare pentru a fi atribuită erorilor de măsurare. Situația e similară cu aceea în care un vitezometru din mașina dvs. ar indica 60 km/h, iar altul 80 km/h, și ambele ar funcționa corect.
Teoria relativității generale: genială, dar incompletă?
La baza tuturor acestor enigme se află teoria relativității generale a lui Einstein, care este considerată încă cea mai bună descriere a gravitației pe care o avem. Teoria relativității generale descrie gravitația nu ca o forță, ci ca o proprietate geometrică a spațiu-timpului. Mai simplu spus, obiectele masive, precum stelele și planetele, curbează spațiu-timpul din jurul lor, iar alte obiecte se deplasează pe aceste curburi.
Imaginați-vă că spațiu-timpul este o trambulină întinsă. Dacă puneți pe ea o minge grea, aceasta va crea o adâncitură, iar obiectele mai ușoare vor rula în mod natural spre ea. Așa funcționează gravitația conform lui Einstein. Această teorie explică strălucit mișcarea planetelor, comportamentul luminii în apropierea obiectelor masive și chiar existența găurilor negre.
Cu toate acestea, în ciuda eleganței sale, teoria relativității generale pare să nu ofere răspunsuri la enigmele cosmologice moderne. Pentru a explica Universul observat, oamenii de știință trebuie să postuleze existența materiei întunecate și a energiei întunecate — entități pe care nu le putem observa direct. E ca și cum am adăuga petice invizibile pe un costum teoretic perfect.
Dar ce-ar fi dacă problema nu este absența unor substanțe misterioase, ci teoria însăși? Dacă teoria relativității generale are nevoie de modificare sau completare? Acest gând nu este nou, și mulți oameni de știință au încercat timp de decenii să creeze teorii alternative ale gravitației. Dar, surprinzător, cel mai promițător candidat ar fi putut fi creat de Einstein însuși cu aproape un secol în urmă.
TeleParalelismul: experimentul uitat al geniului
În 1928, la aproximativ un deceniu după crearea teoriei relativității generale, Einstein a început să lucreze la o formulare alternativă a teoriei sale. Scopul său era să găsească un set unificat de ecuații care ar putea descrie atât gravitația, cât și electromagnetismul. Einstein îl admira pe James Clerk Maxwell, care în anii 1860 a unificat electricitatea, magnetismul și radiația într-o singură teorie, și aspira să atingă un succes similar.
În centrul teoriei relativității generale se află conceptul de curbură a spațiu-timpului. Materia și energia spun spațiu-timpului cum să se curbeze, iar curbele spațiu-timpului indică materiei cum să se miște. Aceasta este o descriere frumoasă și elegantă a gravitației, dar nu s-a dovedit suficient de flexibilă pentru a include electromagnetismul.
Prin urmare, Einstein s-a îndreptat spre un alt concept matematic — torsiunea. În această versiune „teleParalelă” a gravitației, materia și energia nu fac spațiu-timpul să se curbeze, ci să se răsucească, iar această torsiune se propagă, afectând tot ce se află în jur.
Einstein spera că acest nou concept va permite unificarea gravitației și electromagnetismului, dar nu a găsit niciodată calea spre unificarea dorită. După moartea sa, teleParalelismul a fost practic uitat, deoarece fizicienii și-au concentrat eforturile asupra studierii lumii cuantice.
Cu toate acestea, cum se întâmplă adesea în știință, vechile idei uneori renasc. Cu timpul, unii teoreticieni s-au întors la modelele lui Einstein, revizuindu-i calculele în căutarea unor idei valoroase. Și au descoperit ceva surprinzător: dacă renunțăm la încercările lui Einstein de a include electromagnetismul, putem formula versiuni ale teleParalelismului care sunt echivalente matematic cu teoria relativității generale. Cu alte cuvinte, pentru rezolvarea problemelor de gravitație, putem folosi atât limbajul curburii, cât și limbajul torsiunii, obținând aceleași rezultate.
Renașterea interesului: de ce tocmai acum?
În 2017 s-a întâmplat ceva care a zguduit lumea teoriilor alternative ale gravitației. Observațiile fuziunii stelelor neutronice au arătat că undele gravitaționale și undele electromagnetice au ajuns pe Pământ cu o diferență de doar trei secunde — după o călătorie de 130 de milioane de ani-lumină. Acest lucru demonstrează convingător că gravitația și lumina se propagă practic cu aceeași viteză.
Această observație a infirmat instantaneu multe teorii ale gravitației modificate, care preziceau diferențe mici, dar semnificative între aceste viteze. Dar teleParalelismul a supraviețuit, deoarece permite ca gravitația să se deplaseze cu viteza luminii.
În comparație cu capodopera lui Einstein, gravitația teleParalelă are o structură matematică mult mai bogată și mai complexă. Și acest lucru este într-adevăr semnificativ, având în vedere că teoria relativității generale constă din 10 ecuații extrem de complexe și interconectate. Complexitatea numerică a teleParalelismului este atât o binecuvântare, cât și un blestem.
Pe de o parte, oferă numeroase posibilități pentru crearea de modificări și ajustări ale gravitației — modificări care pot rezista tuturor testelor experimentale moderne și, în același timp, se pot manifesta astfel încât să explice materia întunecată și energia întunecată. Grosier vorbind, această teorie are mai multe „butoane de reglare” care pot fi ajustate pentru a alinia teoria cu observațiile.
Pe de altă parte, complexitatea creează o curbă de învățare dificilă pentru teoreticienii începători și îngreunează generarea de predicții verificabile. Iar pentru comunitatea mai largă, toate acestea complică determinarea a ceea ce constituie o idee bună bazată pe teleParalelism și ce este nonsens. Nu este întotdeauna clar că structurile matematice bogate se pot lega în mod fiabil de realitatea fizică. Probabil de aceea, majoritatea cercetărilor contemporane asupra gravitației teleParalele există în mare măsură în afara curentului principal.
De la teorie la practică: pași înainte
În ciuda complexităților, s-au făcut progrese în cercetarea teleParalelismului. Astăzi, studiul gravitației teleParalele urmează două direcții principale.
Prima direcție explorează teoria însăși și relația sa cu teoria relativității generale. Teoria lui Einstein a trecut prin numeroase verificări experimentale, de la orbitele planetelor din Sistemul Solar până la comportamentul găurilor negre. Poate fi considerat teleParalelismul la fel de viabil? Arată găurile negre în continuare ca găuri negre? Are loc Big Bang-ul? Se comportă stelele și galaxiile în continuare ca stele și galaxii?
Până acum, răspunsul pare a fi pozitiv, ceea ce duce la dezvoltarea celei de-a doua direcții de cercetare: utilizarea teleParalelismului pentru a explica aspectele Universului care rămân enigmatice în cadrul teoriei relativității generale clasice. De exemplu, este posibil să formulăm o versiune a gravitației teleParalele care trece toate testele experimentale, dar în același timp elimină necesitatea materiei întunecate sau explică expansiunea accelerată a Universului.
Aceste încercări sunt doar în stadiu incipient. Există o cantitate enormă de dovezi pentru existența materiei întunecate, expansiunea accelerată a Universului și realitatea tensiunii Hubble. A găsi explicații pentru toate, asigurând în același timp conformitatea cu toate observațiile, este o provocare dificilă, mai ales când lucrezi cu o teorie complexă și puțin studiată.
Apoi există o problemă și mai serioasă: convingerea principalilor sceptici — oamenii de știință înșiși — că aceasta este într-adevăr abordarea corectă. Ar necesita eforturi imense, iar natura însăși rămâne arbitrul final. Dar potențialul câștig este imens: dacă apare o teorie promițătoare care se încadrează organic în imaginea noastră predominantă a cosmosului, eliminând cel puțin una dintre enigmele cosmologice corespunzătoare și, cel mai important, făcând o predicție nouă cu adevărat verificabilă, aceasta ar fi un progres la fel de semnificativ ca atunci când Einstein a propus pentru prima dată conceptul de spațiu-timp curbat.
La orizontul unei noi fizici
Trăim într-o perioadă uimitoare pentru fizică. Pe de o parte, avem Modelul Standard al particulelor elementare, extrem de reușit, care a trecut prin numeroase verificări experimentale. Pe de altă parte, avem teoria relativității generale, care descrie perfect gravitația la scări macroscopice. Dar încă nu avem o teorie unificată care să combine lumea cuantică și gravitația, și nu putem explica 95% din conținutul Universului fără a apela la entități ipotetice.
Poate că soluția acestor probleme nu constă în crearea unor teorii complet noi, ci în reevaluarea și rafinarea vechilor idei. TeleParalelismul oferă o perspectivă alternativă asupra gravitației, care este echivalentă matematic cu teoria relativității generale în scenariile testate, dar poate diferi în condiții extreme pe care abia începem să le explorăm.
Cine știe? Poate că Einstein a avut dreptate de la bun început, chiar dacă el însuși nu a realizat asta la momentul respectiv. Poate că pentru a descifra cele mai profunde mistere ale Universului, trebuia doar să adăugăm puțină torsiune la teoria sa magnifică.
Timpul va arăta dacă teleParalelismul va deveni o revoluție în fizică sau va rămâne o notă de subsol istorică interesantă, dar nesemnificativă. Cu toate acestea, însuși faptul că o idee de aproape un secol poate oferi soluții proaspete la problemele moderne ne amintește de natura ciclică a științei, unde vechile idei se întorc uneori într-o lumină nouă. După cum a remarcat odată fizicianul Niels Bohr: „Opusul unei afirmații corecte este o afirmație greșită. Dar opusul unui adevăr profund poate fi un alt adevăr profund”. Poate că curbura și torsiunea spațiu-timpului sunt două fețe ale aceleiași monede, două adevăruri profunde despre natura realității, care abia încep să-și dezvăluie secretele.
Vă invităm să împărtășiți acest articol cu prietenii pasionați de cosmologie și să continuați această discuție fascinantă despre natura Universului nostru. Fiecare nouă teorie ne aduce cu un pas mai aproape de înțelegerea secretelor cosmice.
Sursa imaginii: Unsplash
Etichete: cosmologie, Einstein, materie întunecată, energie întunecată, teleParalelism, gravitație, univers
