Primele trei minute ale universului [PDF]

Zitiervorschau

IDEI CONTEMPORANE

STEVEN WEINBERG Laureat al Premiului Nobel pentru fizică

PRIMELE TREI MINUTE ALE UNIVERSUL Ul UN PUNCT DE VEDERE MODERN ASUPRA ORIGINII UNIVl.RSULUI Cuvînt înainte : IOAN URSU Traducere din limba engleză, note şi postfaţ.ă : GHEORGHE STRATAN

1084

EDITUR1\

POtll'reA

BUCUREŞTI

Redactor: SANDA MIHAESCU-BOROIANU Coperta : VALENTINA BOROŞ

1977, STEVEN WEINBERG „Ali Rights Reserved"

The First Three Minutes

A Modern View of the Origin

of the Universe

.

Basic B oo ks, Inc., Publishers New York, 1977

A

Cuv1nt Jst;oria

A

•

1na1nte

UniCJe rs ului constituie una din temele

tradiţionale �i faCJorile ale rducaţiei ştiinţifice popu­ lare. Adresîndu-se celor mai la rgi 1nase, cu care năzu­ ieşte să sta bileas că relaţii de î ncrede re, pe care µrea să le ciştige pen t ru ideea că omul, cu însuş iril e sale naturale, e pe depl in în dreptăţi t să se afirm e ca stăpîn denzn al pr opr i u l u i destin într-o naturii, ce poate fi inţcleasă şi su pusă prin cunoaştere şi a cţiun e , şti in ţ a niodernă este con şt ient ă că i1nensul ei a uditor iu CJa începe întotde aun a pr in a-i pune cîteCJa întrebări - mer e u aceleaş i - de o măreaţ tt şi fundarnentală s i mplitate : Cum a început totul? L)ride ne află1n? lncotro ne îndreptă1n? ln chip fires c in teresul se con centrează mai ales asupra in cep uturilor , deoarece în percepţia esenţ iabnente cauzală, deterministă a istoriei pe care e xpe r ienţa general-uniană a impus-o, odată cu sentinientul s curg er ii t imp ul ui, 1nodului de a gîn di şi de a trăi al f'ie căr u ia d in tre n oi s ălăşlu ieşte şi speranţa p ro fun dă că, dacă şti1n de unde am por nit- o, µ01n fi pe d. plin în 1năsură să cunoaştem locul şi se 1n1i i ­ /icaţ ia nwnientului pe caÎe îl tr ăi1n şi, t ot o dată �'v1n înţelege :;·i ne vo1n putea al ege în nivd conştient "'iilorul. Prin carte a de faţă, unul din niarii fiz i c ieni ai z il elor noastre se confrun tă şi el cu o bligaţ ia nioralâ pe care i-o creează ştiin ţa ce o stăp îneşte şi n oto­ rietatea adusă de înfăptiiirile sale, atestată între altele de Prenâul 1Vobel care i-a (ost atr ibuit l'n 1979, de a da propriul lui răspuns întrebării asupra inceputuriLor; un răspuns a cărui CJaloare de aderăr este certificată de date le obiectiµe de care d�·pune deoca1ndată ştiinţa, un răspuns nuan/at de c ultur a şi etologia Lu!iâi căreia autorul îi apar { in e - în tr- u n ,

,

5

cu�1înt, un răspuns asupra căruia cititorii şi , nu ne îndoim, autorul însuşi �or re�eni probabil cu noi şi noi clari( icări şi amendări, pe măsura progre­ szilui fării sfîrşit al cunoct,t>:ferii . Autorul Primelor trei minute, Ste�en fVeinberg, s-a născut la New York, la 3 niai 1933, şi s-a for mat ca oni de ştiinţ.ă zn toiul . efer�escentelor decenii 3-5, deceni i de afinnare spectaculoasă a f;:.icii conte1nporane. Şi-a făcut studiile la Unic1er­ sitatra Cornell, precum, şi la Uni CJ ersita tea din Copenhaga - sediul celei 1nai prestigioase şi auto­ ritare şcoli a fizicii microcosmosului, cunoscută ca „Şcoala de la Copenhaga", iar apoi la Uni�rr­ sitatea Princeton - centrul de concentrare, în anii războiului, a unei bune părţi din elita fizicii con­ temporane do1ninate de Einstein, de unde au emanat marile speranţe şi temerile deschise de era nucleară. Aici, la Prin ce to n , un,de a1n a�ut b ucuria să-l întîlnesc în anii '60 inter esat de tot ceea ce se întî1npla notabu fn domeniile emergente ale fizicii, i nclusi� în sfera interacţiunii radiaţiei cu substanţa şi a rezonanţelor 1nagnetice care 1nă preocupau cu deosebire, Ste�en Weinberg beneficia de reputaţia unei cariere ştiinţificc solide în donieniul de mare co1npetiţie a/, particulelur elementare. Meritele sale l-au făcut căutat şi preţuit de pr es tigio ase instituţii de cercetare si ca Laboratoarele Law, înCJătămînt, , rence Radiation, Universităţile Colum b ia, California (Berkeley), Har�ard� Cornell, Yale, Rochester, institutele de tehnologic din A1assachusetts ( 1'11.J. T.) şi California. Doctor onori(ic în ştiinţe al unora din aceste instit u ţii, el a fost totodată distins cu nunzeroase premii ştiinţi{ice. Consacrarea definiti�ă i-a adus-o însă, fără îndoială, Premiul Nv bel pentru fizică pe anul 1979, împărţit cu A. Salani şi G. Glashow, pentru ela borarea unei teorii unificate a interacţiilor �lectronzagnetice şi sla be, impli­ cînd şi prc::;icerea aşa-nu1ni{,lor „curenţi neutri slabi" - unul din cele mai cat egor ice succese ale fizicii din ultiniul deceniz1, mai ales după confir­ marea, la începlltul anului 1983, a existenţei bozo­ nilor intfrmcrliari impuşi de teurie. 6

Pe dngă cele peste J.jO articole ştiinţi{ice de spe­

rialitate, bi bliografia lui SteCJen 1Vein berg mai rupr i nde o nionografie, citată cu respect - Gravi­ taţie şi cosmologie (197� ) . Pro ba bil însă că acest autor, care se sinite la largul să u - aşa cunt o spune el însuşi, cu un agrea bil amestec de umor şi orgoliu - mai cu, seamă în coniunicările p u bl i­ cate de prestigioasa Physical RcCJiew", este cu­ noscut de marrle public mai ales pentru aceste Pri1ne trei nlin u te, carte pu blicată în 1977 şi tradusă ulterior in nu nwroase ţări ale lu1nii. J)cstinată „laicilor", adică pu b licul ui în general, cartea prezintă în niod argumentat te oria U niCJcr­ sului în expansiune enianînd de la o explozie pri1nordială - ,,marea explozie" ( b ig Bang). Cea mai larg acceptată astăz i dintre ipotezele cosmo­ gonice, în virt u tea unor spectac uloase eCJidenţe experimentale ca radiaţia cosmică fosilă de 3 K, teoria „marii explozii" este înfăţişată în paginile acestei cărţ i într-o versiune dramatizată prin adu­ cerea in prim plan a celor dintîi secCJenţe ale scena­ riului, cele conţinute in pri1nele minute ale naşterii cosmosului. Pentru un saCJant ca SteCJen l'Veinberg, posesor al unei erud iţii complete pe întreaga întin­ dere a pro blemei şi, nzai cu se anză, profund cunoscil­ tor al su biect ului, succesul unei asemenea între­ prinderi era garantat de condiţia unică a clarităţ ii scopurilor propuse. Prefaţa lui nu lasă nici o îndoială in această priCJinţă: ea face limpezi motiCJa­ ţiile autorului, limitele deli b erat alese ale su biectului în cadrul cosniologiei actuale şi destinaţia lucrării. In ordinea motiv.aţ iilor, cartea vrea să comun ice un sentiment pe care, tre buie să o spunem, SteCJen JiVeinberg îl împărtăşeşte cu fiecare om de ştiinţă autentic: încrederea, 1nîndră şi totodată cunipătatii, in puterile cunoaşterii. „Este un sentiment fnsufle­ ţitor - ne sp une autorul - s_ă poţi CJorbi despre as tfel de lucruri (cuni arăta Universul la sfîrşitul pri1nei sale secunde, sau. al pri1nulzii 1ninut, sazi al p rinz ului an) czi un oarecare grad de încredere'�. l n circumscrierea su b iectul ui s-a adoptat criteriul maxinzei semnificaţii, intărit tocmai de cerinţa onestităţii elementare asupra gradului de încredere „

7

pe car e se apreci ază că U prez intă cunoştinţe/P. acumulate p î nă în prezent as upra originilor Uni­ c1ersulu i. Astfel, perioada din CJia ta cosmosului aleasă pentr u st udiu este cupri nsă intre CJÎrsta dr 10-43 se cu n de (O, urnial de patruzeci şi două de

zerouri urniate de 1 / . ) - aşa nuniitul „timp Planck" - şi priniele trei minute de erolu ţ ie explo­ ziCJă a acestuia. Nu lipse,sc, desigu.r, incursiuni în epocile ulterioare acestui CJiolent început, ca şi în CJiitorul 1nonientului actu al Fără îndoială, faptul că cronica istoriei UniCJer­ sului începe la o fărîmă de timp după niomentul zero, şi nu c hiar la 1n01nentul zero, ridică între­ barea, c andidă , dar perfect justificată, „ce a fost inainte de 10-43 secunde ?" Fizica conteniporană îşi mărturiseşte aici una din limitele sale, relatiCJe şi temporare. l n li1nb ajul spe cialiş tilor, înainte de timpul Planck, însăşi înţelegerea curentă a spa­ ţiului ş i t impului, în unitatea lor reCJelată de teoria relatiCJităţii a lui Einstein, încetează pro b abil, să rămînă CJalabilă, deoarece, sp un fizicienii, „fluc­ tuaţiile cuantice dominau geometria continuumului �paţio-temporal". Deze-1ăluirea celor mai profunde rnistere ale eCJoluţiei originare a U niCJersului, de dincolo de CJîrsta - infi1nă, dar purtînd poCJara unei eternităţi - de 10-43 s ecunde, necesită pro b ab il o nouă fizică, o sinteză prof urulă, încă aşteptată, intre relatiCJitate şi mecanica cuantică. Această împrejurare ar tre b ui să aibă darul de a tempera zntr-o anumită 1năsură neliniştea ontologică creată unora de inzpZicaria aparentă a teoriei U niCJ ersului în expansiune, că pînă la unnă a existat, aşadar, o clipă-zero, un 1no1nent al Gen ezei. 1ntr-adec'ăr, o atare punere a pro blemei răniîne o ipoteză în condiţiile în care timpul însuşi işi pierde sensul in preajma propriilor sale origini. Dincolo de 10-4a sec u nde ştiinţa nu ne poate spzine, deoca1ndată, n i m ic Ră1nîn doar miturile, ca explicaţ ii s up er b e şi consolatoare ale cugetului oniencsc confruntat cu propriile sale liniite CJremelnicc - şi nu întîmplă­ tor SteCJen Wein berg sinite neCJoia să-şi inaugureze admirabilul său discurs raţional cu, un apel la înCJăluitorul farmec al legendelor nordice ale Geneze i .

.

.

.

.

8

Nu este niai puţin adeCJărat că o dezbatere mai adîncită, filosof ică, în planul maxiniei generalităţi, adm iţînd caracterul indestructibil şi inepuizabil al materiei - fondat şi el pe ansamblul de cunoş­ tinţe furnizate de ştiinţele exacte - ne conduce, ineCJitabil, la ideea că nu poate fi Porba de un început în sensul strict al cuCJîntulzii. Ex nihilo nihil ! 1nţelegerea infinităţii materiei în sens pur cantitati(), clădit pe ser iile 1natematice (de tipul 1+1+1+1+.. . ) fusese denunţată încă de Hegel , care numea acest concept „infinit rău", un fals infinit, opus infinitului real, adeCJărat. Intre infinit şi finit există o unitate dialectică indestructibilă, căci, d in perspectiCJa conexiunii şi deCJenir�i uni­ CJersale, orice început este un sfîrşit şi orice sfîrşit este un începu,t. „Clipa zero", aşadar, poate fi înţeleasă şi ea doar nietaf orie, ca un moment în curgerea inf in itJ, fn deCJenirea uniCJersală şi indes­ tructibilă a materiei. De altfel, nu întîmplător, SteCJen Weinberg CJorbeşte şi el de „primele trei minute" CJăzute ca puncte nodale în restructurarea infinită a materiei fără început şi fără sfîrşit. „1nceputurile" de care CJorbeşte Weinberg nu se referă oare, în raport cu infinit ul, doar la colţul nostru de U niCJers, acela în care omul, cu ajutorul ştiinţei iscoditoare, a putut să pătrundă pînă acum? Spiritul critic, prin excelenţă propriu demersulu i ştiinţific, trebuie să prezideze aşadar şi lectzira acestei cărti. , Dcocarndată, istoria asupra căreia ştiinţele na­ turii se pot pronunţa, ipotetic desigur, începe, prin urmare, la 10-43 secunde (după alţi autori, la 10-as secunde) de CJiaţă a UniCJersului. Faptul că primele trei minute conţin, cu adeCJărat, o bogată şi dramatică încărcătură de eCJen imente cosmice, a căror desfăşurare - aşa şi nu alLfel - , în CJirtutea unor legi naturale pe deplin inteligibile în cadrul niodelului „marii explozii", a făcut în cele din urmă posibilă re-ani1narea acestei istorii de către o enti­ tate gînditoare - ornnl -, se desprinde linipede din zinnătorul sinoptic al cronologiei cosmosului*: *După Barrow, J.D. şi Silk, J . , „Structura univer­ sului timpuriu", Scientific American, 242, 1980, p. 118.

9

Timpul

Epoca

Evenimentul dominant

o

Singularitate

„Marea explozie"

10-43 secunde

Timpul Planck

Crearea de particule mentare

10-' secunde

Era hadronioă

Anihilarea de pererhi proton-antiproton

20.10•

1 secundl

Era leptoniei

Anihila.rea de perechi electron-pozitron

20.1 O"

1 minut

Era radiaţiilor

Sinteza nucleelor de deuteriu şi heliu

20.1011

Radiaţia se termalizează

20.1011

cos mie

1 sip!imlni

Ani scurşi dP la eveniment 20.10° ele-

20.1011

10 OOO ani

Era substanţei

Universul devine dominat de substanţă

20.1011

300000 a.ni

Era decuplării

Universul devine transp arent

19,9997.1011

1�2.101 a.ni

Începerea formlrii galaxiilor

18-19.10'

3.109 ani

?nc.eperea. formării aglomerărilor de gala.�ii

17.109

4.101

Protogalaxia lapsează

·1.1.101 ani

Se formea'!ă primele stele

16.10" 5,9.10"

5.109 a.ni

Se naso quasarii: se fortnead populaţia II de stele

15.10°

Se formează populaţia I de stele

10.10'

15,2.101 ani

Se formează norul nostru interstelar

4,8.1011

15,9.10' ani

Colapsarea nebuloasei protosola.re

4, 7. 10'

15,4.101 ani

Se formeazl planetele; se solidifică rocile

4,6.10"

15,7.1011 ani

Pe suprafaţa planetelor se formează.intens oratere

4,:l.1011

Se formează cele mai vechi rooi terestre

3,!J.109

10.1011

ani

18,1.1011 ani

Era arheozoică

Apar formele microscopice

li.1011 ani

18.1011 19.1011

ani

noastră

Era protC'rozoic-ă

de

co-

viaţă

80 formează atmosfera. în oxig-en

bogată

Apa.r formPle macroscopice

ani Era paleozoica

de

viată

3.1011 2.10'

1.1011

Crle mai vechi fosile

600.1011

I 9,55.1011 ani

Primii pPşti

450.1 o•

19,6.1011 ani

Primele plant" terestre Perigile, Mniferele

400.1011

19,4.10" ani

19,7.10° ani 19,8.1011 ani

19,8�">.1011

ani

19,94.1011 ani

19,95.109 an.i

soo.1011 200. lOCI

Era neozoicii

Primele mamifere

Era cenozoică

Cele dintti primate

60.lOa

1.umeroase

50.10"

Homo Sapiens

1.105

Primele păeilr i

).famifcrele devin tot mai

lQ

150.1011

!ntr-adeCJăr, tn

decursul cîtoroa min11te, s-au consumat epoci erele hadronică, leptonică şi a radiaţiilor, şi s-a ajuns la sinteza primelor nuclee cele de deutrn:u şi heliu. Tot ce a urmat ne apare azi 1nai degrabă ca o înlănţuire a unor lungi epoc1: de stabilitate. -

Jfai mult decît atît, nicicînd trecutul nu a fost

releCJant pentru pre:;ent d cc f t în primele trei minute: atunci, în acea „supă primordială", agitată de o dinaniică a cărei măre{ie nu poate fi cnprinsă În prr';rnt decît cu dificultate, şi-au stabilit identi­ tatea şi s-au mani{estat cu neegalată intensitate particulele f undamcntale, elementare, constituentr ale substan{ei care împlineşte azi, adică în aceste n1ilenii, douăzeci de miliarde de ani I Niniic mai firesc, prin unnare, pentru aCJangarda fizicii contemporane a particulelor fundanzentale, în rîn­ durile căreia SteCJen Weinberg şi-a cucerit merite definitiCJe, decît să se reîntoarcă mereu spre eCJeni1nentele fierbinţi ale pri1nelor minute, spre acel ,,paradis al fizicienilor" - cum nuniea reputatul cosmolog soCJietic Ya. B. ZeldoCJici „focul primordial" al „marii explozii", în care faptele nat urii se con­ sumau la energii de care calculele şi gîndzirile celor de azi nu pot să se apropie decît cu respect şi sfială. Pe bună dreptate, se poate spune că a urca în timp spre iz()oarele actualei eCJoluţii a Uni"ersului în­ seamnă, de fapt, a coborî în spaţiu spre cărămizile fundamentale ale 1nateriei„ Posesoare a unor instru­ niente de investigaţie 1nereu niai complexe şi mai pătrunzătoare, astrofizica actuală ne aduce imagini, pe întreaga gamil a spectrului electromagnetic, de la

mai

1niliarde de ani-lu1ninâ, înCJecinate cu ceea ce ar trebui să fie primul front, unda de şoc a „marii explozii" pri1nordiale. Dar imaginile ce ne parCJin în prezent de la mz'liarde de ani-lumină au fost emise acunz tot atîtea niilz'.arde de a.ni. Prin urmare,

adînc în spaţiu noi ''edem astăzi primele 1nilenii, prin1 ii ani la limită, pri1nele minute ale uni-

''ersului ! Perspectiva fascinantă de

a vedea înce­

puturile, cu tot cortegiul de re