UNIVERSUL lui Stephen Hawking

UNIVERSUL LUI STEPHEN HAWKING

Rezumat

Stephen Hawking s-a nascut la 8 ianuarie 1942, la 300 de ani de la moartea lui G. Galilei., in Oxford, Anglia. El ocupa catedra de Matematici aplicate si Fizica teoretica de la universitatea Cambridge, catedra care a fost ocupata de Isaac Newton in 1663 si lucreaza in domeniul Teoriei generalizate a Relativitatii si a Cosmologiei.

"Daca ati privi catre stele, asa cum fac eu, si ati incerca sa gasiti sensul a ceea ce vedeti, v-ati intreba, la fel ca mine, ce anume face ca universul sa existe."

Relativitatea generala este teoria spatiu-timpului curbat si a fost confirmata spectaculos in 1918, cand o expeditie britanica in Africa de Vest a observat cum raza de lumina de la o stea aflata langa Soare, in timpul unei eclipse, este usor curbata.

Astfel a fost provocata cea mai mare schimbare in perceptia noastra privind universul in care traim, de la Elementele de geometrie, cartea lui Euclid, scrisa in jurul anului 300 i. H.

Teoria generala a relativitatii a lui Einstein a transformat spatiul si timpul dintr-un cadru pasiv in care au loc evenimentele, in participanti activi la dinamica universului.

La inceput se credea ca universul a existat dintotdeauna, insa pentru cei mai multi oameni aceasta observatie insemna ca universul a fost creat,intr-o forma asemanatoare celei actuale, cu numai cateva mii de ani in urma.

Au aparut dezacorduri, in al doilea deceniu al secolului XX, cand Hubble a descoperit pete slabe de lumina, numite nebuloase. Ele sunt de fapt alte galaxii, aflate insa la distante mari. Ca sa para atat de mici si stinse, distantele trebuie sa fie atat de mari incat lumina de la ele sa strabata milioane sau chiar miliarde de ani pana sa ajunga la noi. Prin urmare, inceputul universului n-ar fi putut avea loc cu doar cateva mii de ani in urma.

Efectul Doppler fiind valabil si in cazul undelor luminoase, s-a analizat lumina de la alte galaxii cu ajutorul telescopului de 100 de toli de la Mount Wilson. Observatiile experimentale au dezvaluit ca galaxiile se indeparteaza de noi. Universul se dilata, distanta dintre doua galaxii crescand proportional cu timpul. Acest fapt arata ca in trecut ele au fost mai aproape una de alta. Cu aproximativ 15 miliarde de ani in urma, galaxiile ar fi fost una in alta, densitatea materiei ar fi fost foarte mare, stare numita atomul primordial, din care, prin marea explozie, a rezultat universul actual.

S. Hawking si R. Penrose au reusit sa demostreze ca relativitatea generala prezice ca big-bang-ul este originea universului. Astfel, teoria lui Einstein prezice ca timpul are un inceput, desi autorul ei a privit intotdeauna cu suspiciune aceasta idee. De la acest inceput si pana in zilele noastre, lumina a traversat o anumita cantitate de materie. Aceasta cantitate de materie e suficienta pentru a curba spatiu-timpul astfel incat razele de lumina din trecut sa fie inclinate unele spre altele. Prin urmare, sectiunea conului nostru luminos din trecut atinge un maximum, dupa care scade din nou. Trecutul nostru are forma de para.

Relativitatea generala prezice sfarsitul timpului pentru stelele masive, atunci cand ele ajung la sfarsitul vietii lor si nu mai genereaza destula caldura pentru a compensa forta propriei gravitatii, care are tendinta sa le reduca dimensiunile. Stelele cu masa mai mare decat dublul masei Soarelui se micsoreaza pana devin gauri negre, regiuni ale spatiu-timpului atat de strans infasurate, incat lumina nu mai poate iesi din ele.

Hawking si Penrose au aratat ca relativitatea generala prezice sfarsitul timpului intr-o gaura neagra si pentru steaua insasi si pentru astronautul care s-ar intampla sa cada in ea. In 1974, Hawking a descoperit o formula foarte simpla ce reprezinta entropia gaurii negre. Entropia e o masura a numarului starilor interne (modurilor in care li se poate configura interiorul) pe care le poate avea o gaura neagra, fara a parea deloc diferita cuiva din afara, care ii poate observa doar masa, rotatia si sarcina. Formula ariei pentru entropia unei gauri negre ne sugereaza ca informatia despre ceea ce cade intr-o gaura neagra poate fi stocata ca pe un disc si poate fi redata atunci cand gaura neagra se evapora.

Ce este timpul?

Pentru Newton timpul era separat de spatiu si se considera ca este o singura linie, ca de cale ferata, infinita in ambele sensuri.

Teoria relativitatii generalizata clasica, confirmata de un mare numar de experimente, arata ca spatiu-timpul este curb datorita materiei din el, dar are si un singur sens, deoarece el creste de-a lungul istoriei unui observator. In mecanica cuantica, se poate construi un model matematic in care exista o directie a timpului imaginar perpendicular pe timpul real, notiunea de timp imaginar fiind introdusa pentru a putea descrie forma timpului si spatiului. In timp real se poate inversa directia in spatiu, dar nu si in timp. Pe de alta parte, timpul imaginar se comporta ca o a patra directie spatiala, asa incat poate sa creasca sau sa descreasca. Deci in sens imaginar, timpul are o forma, e o sfera micuta, usor aplatizata. E asemenea unei coji de nuca in care e codificat tot ce se intampla in timpul real "As putea fi inchis intr-o coaja de nuca si sa ma cred regele spatiului infinit" - Hamlet).

Desi teoremele pe care Hawking si Penrose le-au demonstrat arata ca universul trebuie sa aiba un inceput, ele nu dau prea multe informatii despre natura acestui inceput. Ele arata ca universul a inceput printr-o mare explozie, intreg universul si tot ce se afla in el, fiind condensate intr-un singur punct de densitate infinita. La acest punct, teoria generala a relativitatii nu mai e valabila deoarece nu incorporeaza principiul de incertitudine, elementul aleator al teoriei cuantice, pe care Einstein l-a respins spunand ca Dumnezeu nu joaca zaruri.

Insa Hawking isi imagineaza ca Dumnezeu chiar joaca zaruri si daca universul e mare, cum e azi, exista un numar mare de rostogoliri de zaruri, iar rezultatul poate fi prezis. De aceea legile clasice sunt valabile pentru sisteme mari. Daca universul e insa foarte mic, cum a fost aproape de momentul marii explozii, exista doar un mic numar de rostogoliri ale zarurilor, iar principiul de incertitudine devine foarte important. Astfel, universul are orice istorie posibila, fiecare cu probabilitatea ei.

Ideea ca universul are istorii multiple, formulata de Richard Feynman, poate parea stiintifico-fantastica dar acum e acceptata ca fapt stiintific. Teoria M admite un numar mare de istorii posibile ale universului. Majoritatea acestor istorii sunt incompatibile cu dezvoltarea vietii inteligente; universurile sunt fie pustii, fie dureaza prea putin, fie sunt prea curbate, fie au vreun alt neajuns. Conform ideii istoriilor multiple a lui Feynman, aceste istorii nelocuite pot avea probabilitati destul de mari, insa nu conteaza cate istorii care nu contin viata inteligenta ar putea sa existe, ci doar submultimea istoriilor in care se poate dezvolta viata inteligenta. Aceasta nu trebuie sa insemne neaparat ceva asemanator oamenilor, sunt buni si omuletii verzi.

In prezent Hawking si colaboratorii lucreaza la combinarea teoriei generale a relativitatii lui Einstein cu ideile lui Feynman privind istoriile multiple, intr-o teorie unificata completa, care sa descrie tot ce se intampla in univers. Teoria unificata nu va putea spune cum a inceput universul sau care i-a fost starea initiala, deoarece ar fi nevoie de niste conditii limita, reguli care sa spuna ce se intampla la frontierele universului, la marginile spatiului si timpului. Hawking spera ca aceasta teorie unificata sa faca posibila calcularea modului in care se va dezvolta universul, daca stim cum au inceput istoriile.