CHANGE.WORLD: Fundații incerte

S-a întâmplat de multe ori în istoria cunoașterii umane. Se va mai întâmpla, probabil, de multe ori în viitor. Este firesc să fie așa, căci cunoașterea este un proces iterativ. Înțelegerea noastră despre lume, despre natura Universului, despre istoria acestuia și despre locul omenirii în Univers se petrece în salturi. Este propus un model: de exemplu că lumea este compusă din patru elemente fundamentale; ba nu, există niște componente de bază, numite atomi; atomii de dovedesc a fi și ei separabili și structura lor este descifrată treptat; sau alt exemplu: Pământul este plat; ba nu, este rotund și stă în centrul Universului; sau nu, Soarele se află în centru; sau poate Universul este infinit, precum este și numărul de planete și de stele. Modelul este valabil până în momentul în care apar observații sau date experimentale sau raționamente ale minții umane care demonstrează că este incorect sau insuficient, și atunci sunt create alte modele. Cam acesta este procesul iterativ al cunoașterii. În articolul de astăzi al rubricii CHANGE.WORLD, voi arăta că ne aflăm într-un moment de schimbare, care îi uluiește și pe fizicieni, și pe matematicieni, și pe filosofii științei, care au nutrit vreme de câteva decenii iluzia că fusese creat un model care explică în mod perfect natura și istoria Universului. Fundațiile pe care se bazau această teorie au fost serios zdruncinate în ultimii ani și ele se dovedesc încă odată incerte. Consecințele creării de noi modele sunt profunde. Ele pun sub semnul întrebării concepțiile despre spațiu și timp, pe care fizicienii credeau că reușiseră să le înțeleagă, și relațiile de cauzalitate (cauză – efect) ale fenomenelor din natură.

În a doua jumătate a secolului XX, fizicienii păreau să fi căzut de acord asupra unor informații fundamentale, cum ar fi vârsta Universului (13,77 miliarde de ani cu o precizie de 0,3%), și credeau că reușiseră nu numai să înțeleagă natura atomilor, dar și să controleze fuziunea și fisiunea acestora, punând energiile create în slujba unor ținte mai mult sau mai puțin nobile. Fuseseră catalogate componentele acestora și componentele componentelor lor, ca și forțele care interacționează între aceste componente. Matematicienii dezvoltaseră metodele care permit reprezentarea și cercetarea acestor structuri și, cu ajutorul lor, fizicienii creaseră un model fenomenologic numit Supersimetrie (Supersymmetry în limba engleză, sau Susy pentru cei care preferă prescurtările feminine). Acesta reprezintă o meta-teorie, o grupare de teorii care se bazează pe principiul promovat de Einstein, conform căruia ecuațiile care descriu energia sunt identice sau au întotdeauna un echivalent în ecuații care descriu materia. Modelul supersimetric care părea să combine armonios fizica lui Einstein cu fizica cuantică se numește teoria coardelor, care stabilește că totul în univers (materie și energie) este constituit din obiecte minuscule care pot fi cel mai bine descrise prin ecuațiile matematice ale unor coarde care vibrează. Pe baza acestei teorii, Steven Hawkins a putut stabili istoria începuturilor Universului, iar continuatorii lui Einstein au putut construi un model multi-dimensional, cu șase (sau șapte în unele variante) dimensiuni suplimentare celor patru (trei spațiale și una temporală) descrise de teoria relativității generalizate. Principiul incertitudinii formulat de Eisenberg definea o limită a predictibilității unor fenomene fizice la nivel micro (unde se va afla o particulă după un timp finit T, ținând cont de poziția ei la un moment dat?) și de aici, prin extrapolare, la nivel macro, deschizând perspectiva existenței unor universuri paralele. Cel în care trăim ar fi unul din cele 10 la puterea 500 (un număr scris ca 1 urmat de 500 de zerouri) posibile. Toate aceste fenomene și teorii erau departe de a fi intuitive, dar în definitiv așa au fost cam toate modelele științifice care au urmat fizicii newtoniene sau concepției cosmologice heliocentrice. Pentru matematicieni, fizicieni, cosmologi, filosofi ai științei, ele însă păreau coerente și satisfăcătoare.

Literatura și cinematografia de anticipație au îmbrățișat și ele cu entuziasm teoriile științifice ale secolului XX, oferind o imagine, artistică dar concretă, a acestora, reprezentări fictive, dar accesibile simțurilor umane și procesării logice a minților celor lipsiți de cunoștințe profunde de matematică. Unul dintre serialele mele preferate de televiziune este ‘Fringe’, serial american creat de J.J. Abrams, Alex Kurtzman și Roberto Orci, care a rulat inițial între 2008 și 2013, vreme de cinci sezoane și o sută de episoade. O mare parte din acțiunea acestui serial descrie un univers alternativ care reflectă în mare parte universul cunoscut, dar cu numeroase variații istorice. Un exemplu semnificativ este efectul atacurilor din 11 septembrie 2001; deși acest eveniment a avut loc și în universul alternativ, World Trade Center a fost neatins de atacuri, lăsând turnurile gemene ca repere dominante în orizontul lumii alternative din „Manhattan”. Modelul universului alternativ le-a permis, de asemenea, autorilor scenariilor să arate cum micile alegeri făcute de fiecare dintre noi ne definesc ca persoane și ne pot schimba viețile. Un alt exemplu spectaculos, este filmul ‘Inception’, realizat de Christopher Nolan cam în aceeași perioadă (a fost lansat pe ecrane în 2010). Universurile posibile sunt în acest film reprezentări ale viselor generate de subconștientul oamenilor. Dimensiunile lor sunt neliniare, curburile spațiului descrise de cosmologia modernă sunt transportate și materializate în geografia metropolelor de pe Terra.

Toate ar fi bune și frumoase, dar pentru ca o teorie să fie demonstrată ca valabilă, ea trebuie ori să fie verificată matematic, ori să apară dovezi experimentale. În absența unor mașini suficient de puternice pentru a simula matematic fenomenele descrise de teoria coardelor, au fost căutate dovezile experimentale. Unele dintre ele au devenit posibile odată cu construcția și punerea în funcțiune a acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC) construit de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) între 1998 și 2008, rezultat al colaborării a peste zece mii de oameni de știință și a sute de universități și laboratoare, precum și a peste o sută de țări. Acesta se află într-un tunel circular de 27 de kilometri în circumferință și la o adâncime de până la 175 de metri sub granița dintre Franța și Elveția, lângă Geneva. Experiențele realizate aici permit observarea particulelor subatomice (hadroni) și a celor generate din ciocnirile acestora după ce sunt accelerate la viteze apropiate de cea a luminii. Problema este că particulele prezise de așa-zisul Model Standard prezis de Supersimetrie, așa zisele ‘sparticles’ (particule simetrice) nu prea au venit la întâlnire. Rezultatele (sau lipsa lor) au fost confirmate la începutul acestui an de experiențele independente făcute cu un alt accelerator, de mai mici dimensiuni. Teoria universală care explica orice despre natura și istoria universului pare să se spulbere.

Universul nu acceptă vidul, și acest truism este valabil și pentru teoriile științifice. În momentul în care un sistem care încearcă să explice o realitate sau un grup de fenomene se dovedește insuficient și inadecvat, alte teorii, unele recirculând și perfecționând idei mai vechi, altele inedite și inovatoare sunt propuse pentru a-i lua locul. Ne aflăm exact în perioada în care noile generații de idei sunt dezbătute aprig de comunitatea științifică. Unele dintre ele au consecințe dintre cele mai surprinzătoare. Cea care atrage atenția unei majorități a oamenilor de știință, dar este departe de a fi subiect de consens, este cea numita gravitație entropică. Această teorie este practic o rescriere a ecuațiilor relativității generalizate a lui Einstein într-un mod care ține cont de principiile termodinamicii. Formele de materie și energie nu se pierd, doar se transformă. Și-ar găsi astfel explicația fenomene de radiație a energiei gravitaționale prevăzute de Hawkins și observate în imediata apropiere a găurilor negre. Dacă ele radiază energie, înseamnă că nu sunt complet negre. Pentru a explica aceste fenomene la nivelul structurii moleculare, sunt folosite unitățile de transmitere a informației pe care le cunoaștem din calculul cuantic, qubits. Spre deosebite de mecanica cuantică ‘clasică’, acești ‘biți cuantici’ admit mai mult de două stări fixe, iar particulele care sunt modelate în concordanță cu aceste legi par să se afle într-o relație numita în engleză ‘entanglement’ (încurcătură). Fiecare dintre aceste particule poate, la un moment dat, să se afle într-una dintre stările posibile descrise de valorile biților cuantici, dar între ele există o legătură. Legătura aceasta înseamnă că informația poate fi transmisă la distanță fără a ține cont de limita vitezei luminii impusă de mecanica lui Einstein. Asta înseamnă însă că este posibilă o relație simetrică între oricare două obiecte, și că dacă ‘A cauzează B’ este adevărat, atunci și ‘B cauzează A’ poate fi adevărat în aceeași măsură. Consecința imediată constă în faptul că axa timpului nu mai este specială și unidirecțională, ca în modelele precedente, ci devine una dintre multele caracteristici ale sistemelor de referință cosmologică. Noua concepție nu numai că pune sub semnul întrebării cauzalitatea și logica așa cum le cunoaștem, dar și explică trivial călătoria în timp reducând-o la o banală deplasare liniară pe una dintre multiplele axe bidirecționale ale sistemului de referință.

Repet ceea ce am spus deja. Nu este vorba despre un model complet cum promitea să fie teoria coardelor. Mulți dintre oponenți consideră aceste idei ca pe o colecție de speculații și argumentează că matematica folosită pentru a le descrie este teribil de incompletă. Răspunsul este că progresele sunt permanente, și că nimic din ce s-a publicat până acum nu contrazice premizele fundamentale de plecare, Lipsesc, de asemenea, cele mai multe dintre dovezile experimentale. Până acum fizicienii care lucrează în marile laboratoare au reușit mai degrabă să demonstreze de ce modelul propus de teoria coardelor este incomplet decât să ateste premizele gravitației entropice. Exista și un număr de teorii care o concurează pe aceasta în a deveni sistemul unificator care să înlocuiască Modelul Standard. Efervescența de idei și dezbateri care se întâmplă acum în domeniul fizicii teoretice și al cosmologiilor va duce probabil, peste câțiva ani, la stabilizarea și solidificarea fundațiilor edificiului reprezentat de cunoaștere. Vor veni în urmă, desigur, și reprezentările artistice, literatura sau filmele care să transforme aceste idei și în emoții. Este unul dintre momentele rare în care cunoașterea științifică a luat-o înaintea anticipației. Ceea ce face această perioadă să fie mai pasionantă și mai dinamică decât oricând sunt puterea sistemelor de calcul (binare sau cuantice) și capacitatea instalațiilor de laborator (inclusiv acceleratoare de genul celor de la CERN) care, probabil, vor duce la scurtarea drastică a ciclurilor iterative ale progresului cunoașterii. Va fi pasionant. Vom urmări și vom relata.

(Articolul a apărut iniţial în revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)