Ziare.com
Actual Politic Business Sport Life 
Magazin > spatiu
A   A   A

Cea mai mare ''gafa'' a lui Einstein ar putea fi reparata dupa aproape un secol

Cea mai mare ''gafa'' a lui Einstein ar putea fi reparata dupa aproape un secol
Foto: higgs.ph.ed.ac.uk
O stiinta care sustine ca a ajuns la adevarurile ultime si nu mai are nimic de cercetat inceteaza sa mai fie stiinta si devine ideologie. Fizica are de aproape un secol o mare problema. Desi ar trebui sa descrie acelasi Univers, de la scara microcosmosului pana la scara roiurilor de galaxii, fizica corpurilor mari, teoria relativitatii generale, este aparent incompatibila cu fizica corpurilor mici, fizica cuantica. Un singur numar, denumit constanta cosmologica, uneste microcosmosul cu macrocosmosul.

Cele doua teorii ale fizicii nu se pot pune de acord cu valoarea asa-zisei constante cosmologice. Mai mult decat atat, discrepanta dintre valoarea observata a acestei constante si predictia teoretica asupra sa face din constanta cosmologica una dintre cele mai inexacte predictii din istoria fizicii, conform unui material publicat vineri de Live Science. Rezolvarea acestei discrepante poate fi considerata principalul obiectiv al fizicii teoretice din acest secol.
Lucas Lombriser, profesor asistent de fizica teoretica la Universitatea din Geneva, Elvetia, a introdus o noua modalitate de a evalua ecuatiile lui Einstein care descriu gravitatia pentru a identifica o valoare a constantei cosmologice care sa corespunda valorii observate empiric. Metoda sa va fi prezentata pe larg in viitorul numar al revistei Physics Letters B, care va fi lansat la 10 octombrie.

Gafa lui Einstein a primit un nume cool: "energia intunecata"

Povestea constantei cosmologice a inceput acum mai bine de un secol, cand Einstein a prezentat un set de ecuatii, cunoscute in prezent drept ecuatiile de camp ale lui Einstein si care au reprezentat cadrul pentru celebra sa teorie a relativitatii generale. Aceste ecuatii explica cum materia si energia deformeaza textura spatiu-timpului rezultand forta de gravitatie. Pe atunci, consensul in fizica era ca Universul are o dimensiune fixa si spatiul dintre galaxii nu se schimba.
Atunci cand Einstein a aplicat relativitatea generala la intregul Univers, ca un intreg, teoria sa ajungea la predictia ca Universul nu are o dimensiune fixa si ca fie se extinde, fie se contracta. Pentru ca i se parea de neconceput ca Universul sa se extinda sau sa se contracte, Einstein a considerat ca trebuie sa existe o constanta care sa faca Universul sa ramana static. Astfel s-a nascut constanta cosmologica.

Aproape un deceniu mai tarziu, un alt fizician, Edwin Hubble, a descoperit ca Universul nu este static ci se extinde. Lumina de la galaxiile indepartate arata ca acestea se indeparteaza unele de altele, la fel ca stafidele din aluatul de cozonac aflat in cuptor. Aceasta descoperire l-a convins pe Einstein sa renunte la constanta cosmologica din ecuatiile sale de camp si sa recunoasca faptul ca introducerea acestei constante in ecuatii, pentru a se asigura ca Universul ramane static, reprezinta probabil cea mai mare gafa din cariera sa.
In 1998, observatii asupra unor supernove indepartate au aratat ca Universul nu doar ca se extinde, ci se extinde accelerat. Galaxiile se indeparteaza unele fata de celelalte in mod accelerat ca si cand ar exista o forta necunoscuta care invinge gravitatia. Fizicienii au numit aceasta forta misterioasa energie intunecata si deocamdata natura ei exacta ramane necunoscuta.

In mod ironic, constanta cosmologica a fost reintrodusa de fizicieni in ecuatiile lui Einstein sub denumirea de energie intunecata. In modelul cosmologic standard, asa cum este cunoscut in prezent, constanta cosmologica este energia intunecata. Astronomii au reusit chiar sa-i estimeze valoarea pornind de la observatiile derulate asupra unor stele aflate in stadiul de supernove si de la observatii asupra radiatiei cosmice de fond. Desi aceasta valoare este absurd de mica, de ordinul a 10 la puterea -52 pe metru patrat, la scara intregului Univers aceasta valoare este suficient de semnificativa pentru a explica expansiunea accelerata a spatiului.
"Constanta cosmologica (sau energia intunecata) reprezinta aproximativ 70% din energia intregului Univers, fapt pe care l-am dedus din observarea expansiunii accelerate prin care trece Universul in prezent. Si cu toate acestea, inca nu intelegem aceasta constanta", subliniaza Lombriser. "Incercarile de a o explica au esuat, si pare sa ne lipseasca ceva fundamental din modul in care intelegem cosmosul. Punerea cap la cap a pieselor acestui puzzle reprezinta unul dintre marile domenii pe care este concentrata fizica moderna. Ne asteptam ca rezolvarea acestei probleme sa duca la o intelegere fundamentala a fizicii", a adaugat el.

Cea mai inexacta predictie teoretica din istoria fizicii

Constanta cosmologica ar putea reprezenta ceea ce fizicienii numesc "energia vidului". Teoria campului cuantic sustine ca, pana si in vidul spatiului intergalactic, particule subatomice apar si dispar in mod spontan din existenta, generand energie - o idee aparent absurda care insa a fost demonstrata experimental. Problemele apar atunci cand fizicienii incearca sa calculeze contributia sa la constanta cosmologica. Iar aceste probleme sunt uriase si chiar stanjenitoare pentru stiinta. Exista o prapastie uriasa intre predictia teoretica si rezultatele obtinute din observatii - diferenta este un factor de ordinul 10 la puterea 121 (10 urmat de 120 de zerouri) - cea mai mare discrepanta dintre teorie si experiment din istoria fizicii si probabil a oricarei alte stiinte.
Aceasta discrepanta i-a facut pe unii fizicieni sa puna sub semnul intrebarii ecuatiile prin care Einstein explica gravitatia. Cativa chiar au sugerat modele alternative de explicare a gravitatiei. Experimentele cu privire la undele gravitationale derulate in cadrul LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) au venit insa la momentul oportun si au reconfirmat relativitatea generala, infirmand alte teorii mai exotice. Din acest motiv, in loc sa se gandeasca la un alt mod de a explica gravitatia, Lombriser a optat pentru o abordare diferita pentru rezolvarea acestui puzzle cosmic.

"Mecanismul pe care-l propun nu modifica ecuatiile de camp ale lui Einstein", sustine Lombriser. In schimb, "adauga inca o ecuatie la ecuatiile de camp ale lui Einstein".
Constanta gravitationala, ce a fost folosita pentru prima oara in legile lui Isaac Newton, si care este acum o parte esentiala din ecuatiile de camp ale lui Einstein, descrie magnitudinea fortei gravitationale dintre diferite corpuri. Este considerata una dintre constantele fundamentale ale fizicii, avand o valoare eterna, sau poate mai bine spus, de aceeasi varsta cu Universul. Ei bine, Lombriser a indraznit sa se atinga de acest "adevar bine stabilit al stintei" si a lansat ipoteza iconoclasta ca aceasta constanta se poate schimba.

In modelul relativitatii generale modificat de Lombriser, constanta gravitationala ramane aceeasi in Universul observabil, dar, in acord cu principiul incertitudinii cuantice, poate varia in afara Universului observabil. Iar cum Universul nostru se extinde accelerat si, pe masura ce inaintam pe linia timpului, din ce in ce mai mult din ceea ce azi constituie Universul observabil va disparea dincolo de el, in categoria Universului neobservabil, constanta gravitationala va deveni... din ce in ce mai inconstanta.
Ideea variatiilor gravitatiei i-a oferit lui Lombriser inca o ecuatie care raporteaza constanta cosmologica la suma medie a materiei in spatiu-timp. Dupa ce a introdus in ecuatie masa estimata totala a galaxiilor din Univers, a stelelor si materiei intunecate, Lombriser sustine ca poate rezolva ecuatia pentru a obtine o noua valoare a constantei cosmologice, una care sa fie foarte apropiata, daca nu identica cu valorile obtinute din observatii.

Folosind un nou parametru care exprima fractiunea din Univers formata din materie intunecata, el a ajuns la concluzia ca Universul este compus in proportie de aproximativ 74% din energie intunecata - o valoare mult mai apropiata de cea de 68,5% energie intunecata estimata din observatii si o imbunatatire evidenta fata de uriasa prapastie semnalata de teoria campului cuantic.
Desi noul cadru teoretizat de Lucas Lombriser ar putea sa fie rezolvarea la problema "inconstantei" constante cosmologice, deocamdata nu exista nicio modalitate de a o testa.

In viitorul mai mult sau mai putin indepartat, in cazul in care experimentele derulate in cadrul altor teorii vor ajunge sa-i valideze ecuatiile lui Lombriser, munca sa ar reprezenta un salt gigantic in modul in care intelegem energia intunecata si ar putea sa le ofere fizicienilor instrumentele necesare pentru a dezlega si alte mistere cosmice.
Facebook ShareTweet
 Sambata, 07 Septembrie 2019, ora 11:35

 Articol citit de 25081 ori

Citeste si: