Natura timpului ramane pentru noi oamenii cel mai mare mister, alaturi de alte mari mistere cum ar fi: originea universului, gaurile negre din univers, mecanismele vietii pe Pamant. Lumea exterioara e pentru noi o constructie mintala complicata pe care ne-o formam de mici copii.
Simtim ca timpul, în viata noastra de zi cu zi, curge doar inainte, ireversibil, inexorabil. Vedem cum in spatiu putem merge în orice directie – înainte sau înapoi, în stânga sau în dreapta, în sus sau în jos – dar în timp nu putem merge decât înainte. Vedem ca timpul curge ireversibil, ca nu ne putem întoarce înapoi în timp, ca timpul curge doar înainte, cu alte cuvinte ca exista o sageata imaginara a timpului orientata catre înainte. Mai mult, vedem cum fiecare dintre noi se naste, îmbatrâneste si moare. Faptele vietii se întâmpla doar o singura data si nu mai revin niciodata.
Substantiala aprofundare a felului in care astazi intelegem lumea se sprijina pe doua mari teorii: relativitateaa generala si mecanica cuantica. Ambele cer o repunere sub semnul intrebarii a ideilor noastre conventionale despre lume: spatiul si timpul cand vorbim de relativitate, materia si energia cand vorbim de mecanica cuantica.
In urma cu cateva secole, gigantul savant Isaac Newton, si-a imaginat timpul ca entitatea care curge chiar si atunci cand nimic nu se intampla. Modelul sau, bazat pe ideea de timp independent de lucruri, a permis elaborarea fizicii moderne, care funtioneaza incredibil de bine. Timpul a carui existenta Newton o intuise, exista cu adevarat dar, Newton se insala presupunand ca timpul e independent de lucruri si ca se scurge regulat, imperturbabil, separat de orice altceva.
Cu mai mult de un secol in urma, solutia propusa de Einstein, un alt gigant, aratand ca spatiul-timp e un camp, extrem de eleganta, a luat prin surprindere intreaga comunitate a fizicienilor. Exista un spatiu-timp, care a luat nastere nu se stie cum intr-o gigantica explozie acum 13,8 miliarde de ani si care de atunci se afla in expansiune. Acest spatiu-timp este un obiect real, un camp fizic numit campul gravitational, a carui dinamica e descrisa de ecuatiile lui Einstein.
Spatiul-timp se pliaza si se curbeaza sub greutatea materiei, putandu-se prabusi intr-o gaura neagra, cand materia e prea concentrata. Noi nu suntem continuti intr-un esafodaj rigid, cum credea Newton, ci scufundati intr-o imensa molusca flexibila, numita spatiu-timp (metafora lui Einstein).
Local timpul se scurge cu viteze diferite, in functie de locul unde ne aflam si de viteza cu care ne miscam. Cu cat suntem mai aproape de un obiect masiv sau cu cat ne deplasam mai repede, cu atat timpul e mai incetinit. Asta inflacareaza visele noastre despre calatoria in timp, portaluri, gauri de vierme si propulsie prin deformarea spatiului.
Nu trebuie sa concepem timpul ca pe un enorm orologiu cosmic care ritmeaza viata universului. Timpul trebuie conceput ca un fenomen local: orice obiect din univers are propiul sau timp, iar ce determina acest timp este campul gravitational. Dar nici macar acest timp local nu mai functioneaza atunci cand luam in considerare natura cuantica a campului gravitational. Spatiul si timpul adica campul gravitational, la fel ca toate lucrurile fizice, tebuie sa aibe propietati cuantice.
Simturile noastre sunt limitate si le scapa multe aspecte ale realitatii. Interactia noastra cu lumea e partiala, de aceea o vedem intr-un mod incetosat. La aceasta incetosare se adauga nedeterminarea cuantica. Necunoasterea ce decurge de aici induce existenta unei entropii care masoara incerititudinea noastra si a unei variabile particulare numita “timp”. Entropia lumii, in raport cu noi, creste odata cu trecera timpului nostru, iar cresterea entropiei ne face sa deosebim trecutul de viitor. De aici provine ceea ce numim “curgerea” timpului. Asta “auzim” cand “ascultam” trecerea timpului. Asta intelegem daca nu tinem cont de natura cuantica a campului gravitational.
Si acum atentie dragi cititori, daca nu cumva v-am pierdut pe drum, tine-va bine, decolam, zburam la marginea cunoasterii umane: gravitatia cuantica!
Mecanica cuantica, fizica lumii reale, ofera astazi o surprinzator de buna descriere a naturii. Lumea nu e alcatuita din campuri si particule, ci dintr-un singur tip de entitate, campul cuantic. Mecanica cuantica ne invata sa concepem lumea nu in termeni de “lucruri” aflate intr-o stare sau alta, ci in termeni de “procese”. Un proces este trecerea de la o interactiune la alta.
Fizica care se ocupa de propietatile cuantice ale spatiului si timpului se numeste “gravitatie cuantica”.
Relativitatea generala ne-a aratat ca spatiul-timp e un camp, aidoma campului electromagnetic. Spatiul-timp este campul gravitational. Structura granulara ce caracterizeaza alte campuri caracterizeaza si campul gravitational cuantic, deci trebuie sa caracterizeze si spatiul-timp. In ecuatiile gravitatiei cuantice nu exista variabila timp. Variabilele teoriei descriu campurile care alcatuiesc materia. Campurile se manifesta sub forma granulara: particule elementare, fotoni si cuante de gravitatie-sau mai curand “cuante de spatiu-timp”. Aceste granule elementare nu sunt scufundate in spatiu, ci ele insele formeaza spatiul. Ele nu exista in timp, ci interactioneaza neancetat intre ele, si exista doar in termenii acestor interactiuni neancetate. Iar aceasta interactie este ceea ce se intampla in lume, este forma elementara minima a timpului care, nu e nici orientata dupa o directie, nici organizata linear, si nu are nici geometria curba si neteda studiata de Einstein. Cuantele se manifesta in aceasta interactiune reciproca in functie de cine interactioneaza cu cine. Dinamica acestor interactiuni e probabilistica. Relatiile de vecinatate spatiala leaga granulele de spatiu si timp in retele numite “retele de spin” (spin network, in engleza). Retelele de spin, la randul lor, se transforma una intr-alta in salturi discrete, descrise in teorie ca structuri numite “spuma de spini” (spin fooam). Aparitia acestor salturi determina tiparele care, la scara mare, ne apar ca structura neteda a spatiului-timp. La scara mica, teoria descrie un “spatiu -timp cuantic” fluctuant, probalistic si discret. Asa trebuie sa intelegem lumea, realitatea in care traim.
Gravitatia cuantica ne arata ca spatiul si timpul nu sunt fundamentale, nu sunt recipientele sau formele generale ale lumii. Ele sunt aproximatii ale unei dinamici cuantice, care in sine nu cunoaste nici spatiu, nici timp. Exista doar evenimente si relatii.
Lumea e alcatuita din evenimente nu din lucruri. La o cercetare mai atenta, chiar si lucrurile care arata cel mai mult a “lucruri” nu sunt decat lungi siruri de evenimente. Cea mai dura piatra este in realitate o vibratie complexa a campurilor cuantice, o interactie momentana a fortelor, un proces care pentru o clipa reuseste sa-si pastreze forma, si sa se mentina in echilibru, pentru ca apoi, treptat, sa se descompuna la loc in praf si pulbere, in atomi.
La nivel fundamental, timpul nu exista. Impresia curgerii timpului e numai o aproximatie care are valoare doar la scara noastra macroscopica. Ea deriva din faptul ca observam lumea doar intr-un mod grosier.
Cititorul perspicace va obiecta si va intreba:
Daca spatiul din fundal a disparut, daca a disparut timpul, au disparut particulele clasice, au disparut campurile clasice, atunci din ce este alcatuita lumea?
Raspunsul e acum simplu: spatiul nu e decat un camp, alcatuit din cuante; timpul ia nastere din procesele aceluias camp. Altfel spus, lumea e in intregime alcatuita din campuri cuantice. Aceste campuri nu exista in spatiu-timp; ele traiesc, asa zicand, unul peste altul: campuri peste campuri. Spatiul si timpul pe care le percepem la scara mare sunt imaginea neclara si aproximativa a unuia din aceste campuri cuantice: campul gravitational. Campurile care exista prin ele insele, fara a fi nevoie de un spatiu-timp care sa le serveasca drept substrat, drept suport, capabile sa se genereze ele insele spatiul-timp, se numesc “campuri cuantice covariante”.
Ideile privind substanta din care este alcatuita lumea s-au simplificat drastic in ultimii ani. Lumea, particulele, lumina, energia, spatiul si timpul, toate acestea nu sunt decat manifestarea unui singur tip de entitate: campurile cuantice covariante.
Structura temporala a lumii difera de imaginea naiva pe care ne-am facut-o despre ea. Aceasta imagine naiva e de ajuns pentru viata noasta de zi cu zi, dar nu si pentru intelegerea lumii in pliurile ei minuscule sau in vastitatea ei. Dupa toate probabilitatile, nu e suficienta nici macar pentru intelegerea naturii noaste, fiinca misterul timpului se intersecteaza cu misterul identitatii noastre personale, cu misterul constiintei.
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory-Observatorul Undelor Gravitationale prin Iterferometrul Laser, construit in Statele Unite) este un instrument sofisticat si extrem de sensibil. Chiar si cu aceasta sensibilitate, LIGO abia a putut detecta distorsiunile spatiu-timp produse de contopirea violenta a doua gauri negre, fiecare avand o masa de cateva ori mai mare decat cea a Soarelui. Mesajul e simplu: spatiul-timp poate fi distorsionat, dar e foarte greu de facut acest lucru.
Pentru cercetarile legate de LIGO, fizicienii Kip Thorne, Barry Barish si Reiner Weiss au primit Premiul Nobel in 2017.
Un experiment ambitios, numit LISA, pornit ca o colaborare intre NASA si ESA (European Space Agency), acum in intregime European, cuprinde plasarea pe orbita a trei sateliti, dar nu in jurul Pamantului, ci al Soarelui, ca niste mici planete care urmaresc Pamantul pe orbita sa. Cei trei sateliti sunt conectati prin fascicule laser care masoara distanta dinte ei sau, mai bine zis, variatile acestei distante la trcerea undelor gravitationale.
Experimental LISA ar trebui sa detecteze nu doar undele gravitationale produse de stele si de gauri negre, ci si fondul difuz al undelor gravitationale generate intr-un moment foarte apropiat de Big Bang. Aceste unde ar trebui sa ne vorbeasca despre ricoseul cuantic petrecut acum 13,8 miliarde de ani la originea universului, si sa avem confirmari ale deductiilor noastre privind natura spatiului si timpului.
Toate acestea ne duc la marginea cunoasterii umane, acolo unde ne confruntam cu ceea ce indubitabil nu cunoastem, minunatul si nesfarsitul mister care ne impresoara.
Iata in ce ametitoare interpretare a lumii ne-a dus fizica moderna.
Realitatea nu e ce pare a fi! Lumea e stranie ! Sa icercam s-o intelegem
p.s.
De-a lungul vietii am fost binecuvantat cu parinti, rude, profesori si prieteni minunati, prea multi ca sa-i mentionez pe fiecare. Daca as putea da timpul inapoi, as face-o doar pentru a imbratisa acesti OAMENI MINUNATI care mi-au fost alaturi, sa le sarut mana si sa le MULTUMESC. Noi, oamenii, traim din emotii si ganduri.
Grigore Horhoianu
Trivale- Pitesti, 16.01.2025
