Filosofii au dezbătut natura „nimicului” timp de mii de ani, dar ce are de spus știința modernă despre el? Într-un interviu acordat publicației The Conversation, Martin Rees, Astronomer Royal și profesor emerit de cosmologie și astrofizică la Universitatea din Cambridge, explică faptul că atunci când fizicienii vorbesc despre „nimic”, ei se referă la spațiul gol (vid). Acest lucru poate părea simplu, dar experimentele arată că spațiul gol nu este cu adevărat gol – există o energie misterioasă latentă în el care ne poate spune ceva despre soarta universului.

Rees a fost intervievat pentru podcastul Anthill de la The Conversation despre Nimic. Această întrebare&A se bazează pe o transcriere editată a acelui interviu.

Întrebare: Este spațiul gol cu adevărat același lucru cu nimic?

A: Spațiul gol pare să fie nimic pentru noi. Prin analogie, apa poate părea a fi nimic pentru un pește – este ceea ce rămâne atunci când îndepărtezi toate celelalte lucruri care plutesc în mare. În mod similar, se conturează că spațiul gol este destul de complicat.

Știm că universul este foarte gol. Densitatea medie a spațiului este de aproximativ un atom la fiecare zece metri cubi – mult mai rarefiat decât orice vid pe care îl putem atinge pe Pământ. Dar chiar dacă eliminăm toată materia, spațiul are un fel de elasticitate care (așa cum a fost confirmat recent) permite undelor gravitaționale – ondulații în spațiul însuși – să se propage prin el. Mai mult decât atât, am aflat că există un tip exotic de energie în însuși spațiul gol.

Q: Am aflat pentru prima dată despre această energie din vid în secolul XX, odată cu apariția mecanicii cuantice, care guvernează lumea minusculă a atomilor și a particulelor. Aceasta sugerează că spațiul gol este alcătuit dintr-un câmp de energie de fond fluctuantă – dând naștere la unde și particule virtuale care apar și dispar. Acestea pot crea chiar și o forță minusculă. Dar ce se întâmplă cu spațiul gol la scară mare?

A: Faptul că spațiul gol exercită o forță la scară mare a fost descoperit acum 20 de ani. Astronomii au constatat că expansiunea universului se accelerează. Aceasta a fost o surpriză. Expansiunea era cunoscută de mai bine de 50 de ani, dar toată lumea se aștepta ca aceasta să încetinească din cauza atracției gravitaționale pe care galaxiile și alte structuri o exercită unele asupra altora. Prin urmare, a fost o mare surpriză să se constate că această decelerare datorată gravitației era copleșită de ceva care „împingea” expansiunea. Există, ca să spunem așa, energie latentă în spațiul gol însuși, care provoacă un fel de repulsie care depășește atracția gravitației la aceste scări mari. Acest fenomen – supranumit energie întunecată – este cea mai dramatică manifestare a faptului că spațiul gol nu este lipsit de caracteristici și irelevant. Într-adevăr, el determină soarta pe termen lung a universului nostru.

Q: Dar există o limită a ceea ce putem cunoaște? La o scară de un trilion de trilioane de ori mai mică decât un atom, fluctuațiile cuantice din spațiu-timp pot da naștere nu doar la particule virtuale, ci și la găuri negre virtuale. Acesta este un domeniu pe care nu îl putem observa și în care trebuie să combinăm teoriile gravitației cu mecanica cuantică pentru a cerceta ce se întâmplă în mod teoretic – ceea ce este, în mod notoriu, dificil de realizat.

A: Există mai multe teorii care urmăresc să înțeleagă acest lucru, cea mai cunoscută fiind teoria corzilor. Dar niciuna dintre aceste teorii nu s-a confruntat încă cu lumea reală – deci sunt încă speculații netestate. Dar cred că aproape toată lumea acceptă că spațiul însuși ar putea avea o structură complicată la această scară foarte mică, foarte mică, unde se întâlnesc efectele gravitaționale și cuantice.

Știm că universul nostru are trei dimensiuni în spațiu: puteți merge la stânga și la dreapta, înainte și înapoi, sus și jos. Timpul este ca o a patra dimensiune. Dar există o puternică suspiciune că, dacă ar fi să mărim un mic punct din spațiu, astfel încât să sondăm această scară mică, minusculă… am descoperi că este un origami strâns înfășurat în aproximativ cinci dimensiuni suplimentare pe care noi nu le vedem. Este mai degrabă ca atunci când te uiți la un furtun de la mare distanță și crezi că este doar o linie. Dar când te uiți mai de aproape, vezi că o dimensiune era de fapt trei dimensiuni. Teoria corzilor implică o matematică complexă – la fel ca și teoriile rivale. Dar este genul de teorie de care vom avea nevoie dacă vrem să înțelegem la cel mai adânc nivel cel mai apropiat de neant pe care ni-l putem imagina: și anume spațiul gol.

Baca juga: Extratereștri, universuri foarte ciudate și Brexit – Martin Rees Q&A

Q: În cadrul înțelegerii noastre actuale, cum putem explica faptul că întregul nostru univers se extinde din nimic? Ar putea într-adevăr să pornească doar de la un pic de energie fluctuantă din vid?

A: O tranziție sau o fluctuație misterioasă ar fi putut declanșa brusc expansiunea unei părți a spațiului – cel puțin așa cred unii teoreticieni. Fluctuațiile intrinseci teoriei cuantice ar fi capabile să zguduie întregul univers dacă acesta ar fi comprimat la o scară suficient de mică. Acest lucru s-ar întâmpla la un interval de timp de aproximativ 10-44 secunde – ceea ce se numește timpul Planck. Aceasta este o scală la care timpul și spațiul sunt întrepătrunse, astfel încât ideea unui ceas care ticăie nu mai are sens. Putem extrapola universul nostru cu mare încredere până la o nanosecundă și, cu o oarecare încredere, până mult mai aproape de timpul Planck. Dar după aceea, toate pariurile sunt anulate pentru că … fizica la această scară trebuie să fie înlocuită de o teorie măreață, mai complicată.

Întrebare: Dacă este posibil ca o fluctuație a unei părți aleatoare a spațiului gol să fi dat naștere universului, de ce nu s-ar putea întâmpla exact același lucru într-o altă parte a spațiului gol – dând naștere unor universuri paralele într-un multivers infinit?

A: Ideea că Big Bang-ul nostru nu este singurul și că ceea ce vedem cu telescoapele noastre este o fracțiune infimă a realității fizice este populară printre mulți fizicieni. Și există multe versiuni ale unui univers ciclic. Abia în urmă cu 50 de ani au apărut pentru prima dată dovezi puternice în favoarea unui Big Bang. Dar de atunci au existat speculații cu privire la faptul că acesta este doar un episod dintr-un univers ciclic. Și a existat o atracție din ce în ce mai mare pentru conceptul că există mult mai mult în realitatea fizică decât volumul de spațiu și timp pe care îl putem cerceta – chiar și cu cele mai puternice telescoape.

Deci nu avem nicio idee dacă a existat un singur Big Bang sau mai multe – există scenarii care prezic mai multe Big Bang-uri și unele care prezic unul singur. Cred că ar trebui să le explorăm pe toate.

Întrebare: Cum se va sfârși universul?

R: Cea mai simplă prognoză pe termen lung prezice că universul continuă să se extindă într-un ritm accelerat, devine din ce în ce mai gol și mai rece. Particulele din el se pot dezintegra, făcând ca diluția să continue la nesfârșit. Am ajunge să avem, într-un fel, un volum imens de spațiu, dar acesta ar fi chiar mai gol decât este acum. Acesta este unul dintre scenarii, dar există și altele care implică inversarea „direcției” energiei întunecate, de la respingere la atracție, astfel încât va avea loc o prăbușire până la așa-numitul „Big Crunch”, când densitatea se îndreaptă din nou spre infinit.

Există, de asemenea, o idee, datorată fizicianului Roger Penrose, conform căreia universul continuă să se extindă, devenind din ce în ce mai diluat, dar cumva – când nu mai are nimic în el în afară de fotoni, particule de lumină – lucrurile pot fi „redimensionate”, astfel încât, după această diluție uriașă, spațiul devine, într-un fel, generatorul unui nou Big Bang. Așadar, aceasta este o versiune destul de exotică a vechiului univers ciclic – dar vă rog să nu-mi cereți să vă explic ideile lui Penrose.

Întrebare: Cât de încrezător sunteți că știința poate, în cele din urmă, să descifreze ce este nimic? Chiar dacă am putea dovedi că universul nostru a pornit de la o fluctuație ciudată a unui câmp de vid, nu trebuie să ne întrebăm de unde a apărut acel câmp de vid?

A: Științele încearcă să răspundă la întrebări, dar de fiecare dată când răspundem la ele, apar altele noi – nu vom avea niciodată o imagine completă. Când mi-am început cercetările, la sfârșitul anilor 1960, era controversat dacă a existat sau nu un Big Bang. Acum, acest lucru nu mai este controversat, iar noi putem spune cu o precizie de aproximativ 2% cum a fost universul de la 13,8 miliarde de ani până la o nanosecundă. Acesta este un progres uriaș. Așadar, nu este absurd de optimist să credem că, în următorii 50 de ani, problemele dificile legate de ceea ce se întâmplă în epocile cuantică sau „inflaționară” vor fi înțelese.

Dar, desigur, acest lucru ridică o altă întrebare: cât de mult din știință va fi accesibilă creierului uman? S-ar putea dovedi, de exemplu, că matematica teoriei corzilor este, într-un anumit sens, o descriere corectă a realității, dar că nu vom fi niciodată capabili să o înțelegem suficient de bine pentru a o verifica în raport cu orice observație autentică. În acest caz, s-ar putea să trebuiască să așteptăm apariția unui fel de post-oameni pentru a obține o înțelegere mai completă.

Dar toți cei care meditează la aceste mistere ar trebui să realizeze că spațiul gol al fizicianului – vidul – nu este același lucru cu „nimic” al filosofului.

.