Știm că universul a avut un început,
un moment acum 13,8 miliarde de ani când a luat viață,
creând vastul cosmos pe care îl vedem azi.
Acum că am descoperit originile lui,
ne confruntăm cu o altă problemă la fel de esențială.
Dacă universul are un început, dacă s-a născut,
înseamnă că va muri într-un final
sau va continua nemuritor la nesfârșit?
Vedeți voi, pentru noi, simpli muritori,
soarta finală a universului
e o întrebare adânc întipărită în mintea noastră.
Încercarea de a răspunde acestei întrebări a dus la o uimitoare revoluție
în cunoștințele noastre despre cosmos.
Cu toate astea, în ultimii ani, s-a dezvăluit un univers
care este mult mai ciudat decât ni-l puteam imagina vreodată...
...și care a dus la unul dintre cele mai șocante momente din istoria științei.
E ultima turnură a unei povești vechi de peste 100 de ani.
În acel moment, experimentele cheie și descoperirile cruciale...
Uite-o.
Exact unde a prezis Hoyle.
...ne-au adus mai aproape decât se credea posibil
de a înțelege soarta finală a universului.
2. SFÂRȘITUL
Amploarea universului e cu adevărat uimitoare.
Cum se poate prezice soarta unui lucru atât de vast,
atât de complex
și cu atât mai mare decât noi?
De când am început să abordăm această întrebare,
răspunsul depindea de o idee simplă.
Dacă putem schița, observa și înțelege cum s-a schimbat universul,
cum a evoluat de la început și până în momentul de față,
am putea extrapola viitorul
și am putea preconiza modul în care va evolua.
Din păcate, punctul slab al acestui plan
e că universul se desfășoară pe intervale
de milioane de miliarde de ani.
Iar noi, nu.
Pentru a înțelege cum funcționează universul,
trebuie să privim dincolo de viața noastră limitată.
În cazul acesta, se pare
că amploarea universului poate fi folosită în avantajul nostru.
Universul e atât de vast
că luminile unor obiecte cerești pe care le vedem noaptea
au ajuns să fie vizibile de pe Pământ după milioane sau chiar miliarde de ani.
Când privim în sus, privim în trecut,
la o înregistrare a istoriei universului.
Problema este că avem doar un instantaneu,
o fotografie complexă și bulversantă a întregii istorii.
E ca și cum ai lua toate cuvintele dintr-un roman,
le-ai amesteca și le-ai așeza pe o singură pagină.
Cheia este să încerci să descurci povestea,
să înveți cum să o citești, să recunoști și să înțelegi ce se întâmplă.
Astronomii și-au dat seama că stelele pot ajuta la descifrarea istoriei.
Dacă oamenii de știință ar putea afla cum se schimbă stelele
și cum evoluează în timp,
ar putea înțelege imaginea de ansamblu
a schimbării universului,
primele indicii despre ceea ce ne rezervă viitorul.
Dar doar la mijlocul secolului XX răspunsul a fost găsit.
Secretele stelelor au fost descifrate
într-un moment de geniu din partea acestui bărbat, Fred Hoyle.
Hoyle a fost un matematician și un fizician genial,
unul foarte important al acelor timpuri.
Era creativ și elabora teorii îndrăznețe.
Mai presus de orice, iubea o problemă,
una grea, prin rezolvarea căreia își putea lăsa amprenta în lume.
Spre sfârșitul anilor '40, a găsit-o pe una dintre cele mai mari.
Hoyle voia să știe de unde au apărut elementele.
Universul timpuriu era, în linii generale, doar o mare de hidrogen și heliu,
cele mai simple și cele mai ușoare elemente.
Dar știm că asta s-a schimbat.
Priviți în jurul nostru, nu trăim într-o lume simplă.
Suntem înconjurați de o complexitate
construită din elemente complexe grele, precum oxigenul pe care-l respir
și fierul din sângele nostru
și, bineînțeles, carbonul din copaci și din fiecare celulă a corpului meu.
Nimeni nu știa cum să facă legătura.
Cum s-a dezvoltat universul din acel început simplu
până la toate astea.
Asta era chestiunea de care Hoyle a profitat.
Hoyle știa că fuziunea nucleară trebuia să fie răspunsul.
În fuziunea nucleară,
elementele mai ușoare fuzionează pentru a forma elemente mai complexe.
Se știa deja că fenomenul se produce în nucleul stelelor,
unde hidrogenul fuzionează pentru a crea heliu, un element mai complex.
Hoyle se întreba cum continuă acest proces,
cum nucleele de heliu fuzionează pentru a crea elemente mai grele.
E o idee remarcabil de simplă.
Acesta e un nucleu de heliu.
Dacă ați putea lipi două nuclee de heliu,
ați putea forma beriliu,
un nucleu mai greu și mai complex.
Apoi, prin adăugarea unui alt nucleu de heliu, obținem carbon.
Continuând, se pot forma elemente din ce în ce mai grele.
Pare răspunsul perfect,
dar există un motiv foarte întemeiat pentru care formarea carbonului
și a tuturor celorlalte elemente era încă un mister atât de mare.
Problema e că natura fizică a acestui proces nu funcționează.
Calculele arătau că trei nuclee de heliu nu se legau.
Nucleul de carbon format era instabil și se dezintegra.
Dacă se dezintegra la carbon,
atunci nu era nicio șansă să creeze alte elemente mai grele.
Era ca și cum s-ar fi lovit de un obstacol de fiecare dată.
Într-o manieră îndrăzneață tipică,
Hoyle a evitat problema, prezicând o nouă stare a carbonului.
Hoyle a făcut un salt de imaginație intuitiv.
S-a gândit că dacă trei nuclee de heliu fuzionează în interiorul unei stele,
ar putea forma carbon cu puțin mai multă energie decât e normal.
În această stare specială,
ar putea rămâne intact suficient de mult să devină stabil.
Astfel, stelele ar putea face carbon, obstacolul fiind îndepărtat.
Dacă ar fi avut dreptate, Hoyle ar fi deslușit misterul.
Elementele erau construite în inima stelelor.
Dar miza era mai mare de atât.
Hoyle a înțeles că teoria ar putea arăta schimbările prin care trec stelele.
Și deoarece universul pe care îl vedem e format din stele,
ar putea fi un mijloc important pentru prezicerea viitorului universului.
Așa...
Astronomii grupau deja stelele
în funcție de mărimea, culoarea și luminozitatea lor,
reprezentându-le pe o diagramă
cunoscută sub numele de diagrama Hertzsprung-Russell.
Avem aici diagrama pe care au creat-o.
Axa aceasta arată mărimea și luminozitatea,
de la stelele mai mari și mai luminoase, până la cele mai mici și mai estompate.
Pe axa aceasta e culoarea și temperatura,
de la stele foarte fierbinți și albastre, până la stele reci și roșii.
Majoritatea stelelor de mărime medie
se clasează pe o diagonală lungă în mijlocul diagramei,
cu stele mari și luminoase deasupra și stele pitice dedesubt.
Astronomii puteau vedea configurațiile,
dar nu au putut descifra semnificația lor
decât în momentul în care Hoyle și teoria lui
au prezentat un mod nou și radical de a privi diagrama,
un mod care dezvăluia ciclul de viață al unei stele.
Să ne gândim la Soarele nostru.
În acest moment este aici, în mijlocul diagramei,
arzând fericit hidrogen și transformându-l în heliu.
Dar dacă Hoyle avea dreptate, atunci când i se termină hidrogenul,
va începe să fuzioneze heliu pentru a crea elemente mai grele.
În acest moment are loc o transformare uimitoare,
pentru că, în loc să coboare pe diagramă în această direcție,
el își multiplică mărimea
și urcă pe diagramă, alăturându-se gigantelor roșii.
În această fază, începe să ardă heliu pentru a produce elemente mai grele
până când începe să producă, în sfârșit, carbon.
În acest punct, când epuizează combustibilul nuclear,
trece prin ultima lui transformare.
Se debarasează de stratul lui exterior
și lasă în urmă o mică și albă zgură alături de piticele albe.
Toate stelele își urmează propriul drum în spațiul diagramei.
Teoria lui Hoyle a făcut posibilă urmărirea evoluției fiecărei stele,
determinată de începutul brusc al unei noi faze a formației elementelor.
Aici era răspunsul misterului elementelor grele,
cheia ciclului de viață al stelelor
și o fereastră spre viitorul universului,
toate datorită noii forme de carbon a lui Hoyle.
Exista doar o singură problemă minoră.
Nimeni nu a văzut sau a detectat forma specială de carbon a lui Hoyle,
nici în indiciile spectrale ale stelelor, nici pe Pământ
și nici măcar în experimentele de laborator.
Din câte se știa, aceasta nu exista,
iar fără această formă specială de carbon, s-ar fi prăbușit întreaga teorie.
Ceea ce a urmat e o dovadă a geniului lui Hoyle
și a aplombului lui încăpățânat.
În anii '50,
Hoyle s-a alăturat celor de la Caltech, Institutul de Tehnologie din California,
unde exista unul din puținii acceleratori de particule
din lume, asemănător cu acesta.
Hoyle voia să folosească acceleratorul să producă carbon de înaltă energie.
MC40 CICLOTRON: BIRMINGHAM
Ei nu erau atât de entuziasmați.
Un britanic necunoscut voia să preia controlul asupra noului lor aparat
pentru a căuta ceva ce a inventat.
Eu sunt un teoretician, la fel ca Hoyle.
Fizica experimentală e o lume total diferită
și un diferit domeniu de expertiză.
Dar Hoyle avea încrederea și curajul
să intre în laborator și, conform declarațiilor directorului laboratorului,
să solicite, fără a cere permisiune,
ca ei să renunțe la cercetarea în curs
în favoarea unui experiment complicat
pentru a căuta ceva ce se credea că nu există.
Sunt sigur că nu aș fi avut curajul să fac asta.
Hoyle a insistat,
susținând că va fi o descoperire crucială și renumită.
În fine, au cedat. Căutarea a început.
Astăzi voi recrea experimentul lor.
Planul era să bombardeze elementul țintă cu un fascicul de particule
pentru a vedea dacă pot crea acea formă de carbon.
Am alături de mine proprii mei colegii,
Tzany și Robin, care mă vor ajuta.
Ținta noastră se va afla în centrul camerei de reacție.
Ceea ce căutau ei era un semnal foarte distinct
care să apară pe detectoarele lor.
Dacă acea formă de carbon există,
Hoyle a prevăzut că ar fi indicată de o creștere de energie
la 7,7 milioane de electronvolți,
semnul acestei forme speciale de carbon.
Și noi vom căuta aceeași creștere de energie.
E timpul să etanșăm camera,
să închidem ușile de protecție
și să vedem cu ochii noștri ce s-a întâmplat.
Acesta este panoul de control și m-au lăsat, teoretician fiind,
să-l pun în funcțiune.
Primul lucru pe care-l fac e să pornesc fasciculul...
Apoi, trebuie să-l îndrept spre țintă.
Particulele încărcate lovesc ținta.
În anii '50, acesta era momentul adevărului pentru Hoyle.
Vom primi în curând informațiile,
iar ecranul important la care trebuie să ne uităm este acesta.
Dacă Hoyle avea dreptate,
vedeau noua stare de carbon la această energie.
7,7 MILIOANE ELECTRONVOLȚI
Se așteptau să vadă o creștere de energie în acest moment.
Uite-o.
Exact unde Hoyle a prezis-o.
Când acest experiment a fost efectuat acum 60 de ani,
au rămas uluiți văzând că Hoyle avea dreptate.
E incredibil când te gândești că s-a bazat pe o bănuială teoretică,
și-a convins colegii fizicieni să facă experimentul și a avut dreptate.
Avea dreptate și în ceea ce privește faima.
Directorul laboratorului
a fost distins cu Premiul Nobel pentru această descoperire.
În schimb Hoyle nu a primit nimic.
JURNAL DE FIZICĂ MODERNĂ
Și-au publicat descoperirea în cel mai cunoscut
și mai citat jurnal științific.
Pe coperta articolului,
autorii au inclus un citat foarte potrivit din Regele Lear de Shakespeare.
„O, stelele întocmesc a noastră fire.”
Era confirmarea acestei noi stări de carbon
care dovedea că, în interiorul stelelor,
e locul unde toate elementele din mediul înconjurător,
inclusiv noi, se formează.
Odată cu descoperirea asta,
am obținut o mai bună înțelegere asupra ciclului de viață al stelelor.
Puteam începe să descoperim cum se schimbă în timp universul,
atât în prezent, cât și în viitor.
Asta era baza extrapolării în viitor,
făcând o predicție clară asupra sfârșitul universului.
Hidrogenul și heliu au format stelele,
iar aceste două elemente erau consumate în stele pe măsură ce timpul trecea,
creând elemente din ce în ce mai grele.
Concluzia logică era îngrijorătoare.
După o perioadă aproape inimaginabilă,
stelele vor consuma tot hidrogenul și heliul existent.
Nu se vor putea naște stele noi,
și toate stelele existente își vor consuma într-un final combustibilul și vor muri.
Universul se va stinge.
Pentru că tot ce este important pentru mine și pentru voi,
viața și lumina creată de stele,
întregul univers se va sfârși.
Dar mai exista o opțiune, una care promitea o cu totul altă soartă
și care și-ar urma cursul mult înainte ca stelele să rămână fără combustibil.
O soartă care implica forța fundamentală a universului,
gravitația.
Potențialul gravitației de a defini soarta finală a universului
a fost observată pentru prima dată de unul din eroii necunoscuți ai științei,
Vesto Slipher.
Deși puțin cunoscute, măsurătorile lui experte și inovatoare
aveau să transforme percepția noastră asupra universului.
La începutul anilor 1900, astronomia intra în epoca ei de aur,
cu telescoape din ce în ce mai puternice, pregătite pentru ceruri.
Una dintre cele mai mari ținte a acelor vremuri era nebuloasa.
Nebuloasele erau fărâme și vârtejuri de lumină ce puteau fi văzute între stele
și nu se știau prea multe despre aceste obiecte misterioase.
Deci astronomii încercau să afle cât se poate de mult despre ele.
Slipher era interesat de un anume aspect al nebuloaselor,
de mișcarea lor.
Drept țintă, a ales cea mai cunoscută nebuloasă, Andromeda.
OBSERVATORUL UCL: LONDRA
Slipher voia să fie primul să măsoare cât de repede se mișcă o nebuloasă.
Problema era că telescopul lui nu era cel mai bun,
nici pe departe.
Dar Slipher avea un avantaj mare pe care concurența lui nu-l avea.
Era un astronom excelent.
Acest telescop e la fel de mare ca al lui Slipher.
Are o oglindă de 60 de centimetri,
dar Slipher ar fi vrut să facă rost de unul ca acesta.
Vedeți voi, avea nevoie de un spectru.
Acest lucru implică despicarea luminii de la nebuloase
în diferite lungimi de undă,
în diferitele culori din care e alcătuită.
Ar fi folosit ceva asemănător cu asta, o rețea de difracție,
văd că reflectă această lumină,
rezultând o imagine a tuturor culorilor curcubeului.
Ceea ce îl îngrijora pe Slipher era că trebuia să adune cât mai multă lumină
pentru a avea un spectru utilizabil,
iar nebuloasele au lumină foarte slabă.
Se temea că obținerea luminii necesare cu telescopul lui
era imposibilă.
Deși este de aceeași mărime,
acest telescop modern poate capta spectrul Andromedei
în câteva minute.
Cu telescopul lui,
Slipher avea nevoie de 14 ore pentru a produce un spectru,
de un efort istovitor de două zile,
ajustându-și telescopul șapte ore în fiecare noapte
pentru a-l menține fixat pe Andromeda.
Slipher voia să știe cum se mișcă Andromeda,
iar pentru asta nu avea nevoie doar de spectrul de lumină pe Andromeda,
ci și de linii de absorbție.
Acestea sunt mici hiaturi în spectru, ca asta.
Aceste linii de absorbție ar trebui să fie mereu în același loc
dacă sursa nu se mișcă.
Dacă se deplasează spre dreapta, spre capătul roșu al spectrului,
înseamnă că sursa se îndepărtează de noi.
Dacă se deplasează spre stânga, spre capătul albastru al spectrului,
înseamnă că sursa se apropie de noi, o deplasare spre albastru.
După două zile de observații,
Slipher era gata să-și developeze fotografia
și nu a obținut ceva atât de frumos și de curat ca asta,
ci imaginea asta.
Această imagine este mărită.
De fapt, el a obținut o imagine mult mai mică decât asta
și nici măcar aceste linii, de sus până jos.
El a obținut doar această pată neclară din mijloc.
Acesta era spectrul de la Andromeda.
Ați putea crede că a eșuat,
că nu se poate obține nicio informație din asta.
De fapt, nu doar că a reușit să obțină o măsurătoare relevantă,
a și putut vedea că Andromeda arăta o clară deplasare spre albastru,
că se deplasa spre noi.
De fapt, a reușit să vadă că se mișca spre noi
cu o viteză de 300 de kilometri pe secundă,
o viteză care se potrivește cu estimările moderne.
Slipher a reușit
să măsoare pentru prima dată viteza unei nebuloase,
talentul și tenacitatea lui depășind limitele telescopului.
Când Slipher și-a prezentat descoperirile într-o întâlnire a astronomilor din 1914,
a fost aclamat în picioare.
E ușor să uităm cât de importanți sunt oameni precum Slipher,
că marile descoperiri științifice
nu sunt întotdeauna legate de o idee mare sau de o teorie frumoasă.
Acestea se bazează de multe ori pe oameni
care sunt extraordinar de iscusiți în observarea și măsurarea naturii.
Acum știm că nebuloasa Andromeda este de fapt o galaxie
ca a noastră, Calea Lactee.
Și mișcările Andromedei
dezvăluie felul în care gravitația poate decide soarta universului.
De când s-a născut din Big Bang, universul se extinde spre exterior.
Ca atare, majoritatea galaxiilor se îndepărtează una de alta.
Când s-au format,
același lucru a fost valabil și pentru Andromeda și Calea Lactee
până când gravitația a început activitatea și a început să frâneze extinderea.
Gravitația e forța care atrage Andromeda și galaxia noastră, Calea Lactee,
în mod inevitabil împreună.
Întrebarea este,
dacă poate face asta în micul nostru colț din cosmos,
poate face același lucru în întreg universul?
Dacă gravitația poate copleși extinderea, atunci, înainte ca stelele să se stingă,
amplul nostru univers s-ar prăbuși inevitabil.
Universul s-ar sfârși într-un mare colaps.
Dacă gravitația ar eșua, universul ar continua să se extindă
mult după momentul în care ultima stea ar fi murit.
Totul depinde de un factor
prezis de teoria relativității generale a lui Einstein.
Utilizarea relativității generale a dezvăluit
că universul poate avea două viitoruri diferite.
Mai mult, a fost calculată și o cifră exactă
care marchează limitele dintre aceste două scenarii diferite.
A devenit cunoscută sub numele de „densitate critică”.
Densitatea critică este, de fapt, un prag
calculat din cantitatea de materie și de energie,
din cantitatea materiei care există în întregul univers.
Dacă acea cantitate ar depăși pragul densității critice,
gravitația ar trage universul în sine
în Marele Colaps.
Dacă suma ar fi sub pragul densității critice,
expansiunea universului ar putea continua la nesfârșit.
Soarta întregului univers se reduce la o simplă întrebare.
În ce univers trăim,
unul care este peste sau sub pragul densității critice?
Un mod de a răspunde la această întrebare e să ne uităm la expansiunea universului.
Dacă universul e peste pragul densității critice,
îndreptându-se spre colaps,
atunci viteza de expansiune ar trebui să încetinească deja.
Deci astronomii au început să lucreze la un mod
de a măsura felul în care se schimbă expansiunea universului.
Erau încrezători
până o doctorandă precoce pe nume Beatrice Tinsley
a observat o greșeală fatală în plan.
Tinsley, poreclită Micuța Buburuză de familie și prieteni,
era o muziciană extrem de talentată. Ar fi putut fi o profesionistă.
În schimb, s-a decis să se concentreze pe cealaltă pasiune a ei,
astrofizica.
Și acesta era un domeniu în care excela.
Dar să faci carieră în domeniul științific în anii '60 nu era ușor pentru o femeie,
iar Universitatea din Texas, unde lucra,
era hotărâtă să ignore acest genial om de știință.
În ciuda acestui lucru, și-a terminat doctoratul
în mai puțin de jumătate din timpul necesar.
Iar doctoratul ei prevestea probleme pentru măsurătorile vitezei de expansiune.
Planul era să se măsoare felul în care galaxiile se deplasau
la distanțe diferite de Pământ
și, prin urmare, în diferite momente din trecut.
Felul în care mișcările lor se schimbau
dezvăluia felul în care se schimbă expansiunea universului.
Măsurarea mișcărilor era relativ simplă.
Se măsura distanța în cauză.
În lumea de zi cu zi, suntem înconjurați de indicii vizuali
prin care percepem mărimea și, ca atare, distanța.
Dar în imensitatea universului, acest lucru este mult mai greu.
Deci astronomii și-au îndreptat atenția către ceva neobișnuit, însăși lumina.
Poate că lumina nu este un raportor evident,
dar în acest caz părea ideal.
Asta se bazează pe un principiu foarte simplu.
Cu cât o lumină pare mai strălucitoare, cu atât mai aproape sunt de ea.
Atunci când sunt foarte aproape,
multă lumină pătrunde în ochii mei și pare mai strălucitoare.
Dar, îndepărtându-mă,
lumina reușește să se răspândească.
Cu cât mai puțină lumină pătrunde în ochii mei, cu atât pare mai slabă.
În esență, această schimbare în intensitatea luminii
urmează o relație matematică foarte exactă.
Iar eu pot folosi această relație pentru a calcula distanța.
Dacă măsor diferența de luminozitate dintre o lumină apropiată mie...
Doi-douăzeci.
...și una mai departe de mine...
Aproximativ 1,5.
Nu știu dacă puteți vedea asta, e cam întuneric.
...pot calcula cât de departe e lumina.
Ca atare, acum trebuie să împart aceste două valori,
și e aproximativ 150.
Acum trebuie să calculez rădăcina pătrată.
Rădăcina pătrată din 150
este aproximativ 12. Puțin peste 12.
În jur de 12,2 metri.
Bun.
Acum să-mi verific calculul.
Astronomii se foloseau de acest principiu
pentru a măsura distanța dintre galaxii.
Sunt 11,5 metri.
Sunt mai puțin decât cei 12 metri calculați de mine, dar destul de aproape.
Sunt destul de mulțumit.
Dar tehnica funcționează doar dacă știi cât de luminos e obiectul de la distanță,
pentru a putea măsura cât de mult s-a schimbat acea luminozitate,
iar asta este, pentru astronomi, călcâiul lui Ahile.
Măsurau galaxii la distanțe diferite,
adică în momente diferite ale existenței universului.
Asta înseamnă că vârsta galaxiilor diferă
cu milioane sau miliarde de ani.
Vedeți voi, pentru ca măsurătoarea distanței să fie corectă,
trebuiau să presupună că toate aceste galaxii cu vârste diferite
străluceau cu aceeași luminozitate.
Altfel spus, luminozitatea unei galaxii nu se schimbă în timp.
Dar pentru Beatrice Tinsley,
exista o greșeală fatală în miezul acestei ipoteze.
Tinsley era fascinată de ciclul de viață al stelelor,
cum se schimbă în timpul existenței lor.
Lucrarea ei de doctorat analiza efectul acestor schimbări
asupra luminozității galaxiilor.
Pentru Tinsley era clar că dacă stelele aveau un ciclu de viață
în timpul căruia aspectul și luminozitatea lor se schimbă,
atunci, din moment ce galaxiile sunt alcătuite din stele,
și ele și-ar schimba luminozitatea în timp.
Descoperirile lui Tinsley au șocat întreaga lume științifică.
„Panică palpabilă,”
așa cum un astronom contemporan ei o descrie,
și teoria a fost imediat contestată.
Vedeți voi, mult timp, efort și mulți bani
au fost investiți în măsurătorile expansiunii,
și totuși a apărut această doctorandă necunoscută,
o femeie, care punea totul la îndoială.
Cu toate astea, logica lucrării lui Tinsley era incontestabilă
și, după patru ani, a fost acceptată.
Oamenii de știință s-au întors în faza de elaborare.
Trebuia măsurată poziția universul față de pragul densității critice
pentru a vedea dacă va sfârși prin colaps sau va continua să se extindă.
Exista o altă opțiune, o abordare mai directă.
Un mod evident de a vedea cât de aproape e universul de pragul densității critice
e să calculezi cantitatea materiei în cosmos.
E o idee destul de simplă, dar greu de pus în practică.
În fond, în ceva atât de inimaginabil de vast ca universul,
cum numeri toate galaxiile, stelele și particulele de gaz interstelar?
E aproape imposibil.
În loc să facă asta, astronomii au redus dimensiunea universului.
Au luat suma medie a unei mici părți a universului
și au multiplicat-o.
Puteau face asta
datorită unei caracteristici unice a universului.
Din câte ne putem da seama, universul este, în linii mari,
la fel în orice direcție ne-am uita.
Așa că un astronom de pe Pământ care se uită în spațiu
are aproximativ aceeași priveliște
ca unul extraterestru de pe o planetă la mii de ani lumină distanță,
care se uită în cu totul altă direcție.
Din acest motiv, măsurarea obiectelor dintr-o mică parte a universului
ne oferă o măsurătoare destul de exactă asupra totalității obiectelor din univers.
Au luat media lor
și au stabilit suma masei și energiei universului.
Rezultatul a uimit toată lumea.
Toate măsurătorile indicau că universul era mult sub pragul densității critice.
De fapt, cea mai bună estimare sugera că universul avea atât de puțină masă,
că densitatea lui reprezenta doar o mică fracțiune din valoarea critică.
Dacă măsurătorile sunt corecte,
nu există nicio șansă ca universul să intre în colaps.
Dar exista o problemă cu această primă estimare
a apropierii universului de pragul densității critice.
Cifrele erau atât de mici încât nu aveau niciun sens.
O cafea scurtă cu lapte, vă rog.
Universul nostru este evident unul din materie, masă și energie.
Acestea domină lumea noastră. Sunt lumea noastră.
Aceste rezultate au prezentat o imagine a unui univers
atât de străin de ceea ce experimentăm zi de zi
că este de înțeles
că era un concept atât de greu de acceptat.
Mai mult, estimările păreau a fi în contradicție cu însuși universul.
Amploarea discrepanței a fost dezvăluită
când universul a fost reprezentat într-o amploare fără precedent
de Margaret Geller de la Universitatea Harvard.
Geller și echipa ei au luat o parte din univers,
lungă de 500 de milioane de ani lumină și lată de 300 de milioane de ani lumină,
dar, cu toate astea, o parte mică a universului vizibil.
Au analizat cât de multe galaxii au putut
și le-au trasat în raport cu distanța.
Fiecare dintre aceste puncte este o galaxie.
Sunt mai mult de o mie de galaxii.
Ceea ce i-a luat pe toți prin surprindere era modelul pe care l-au văzut,
aceste bule sau structuri care sunt aproape în formă de fagure.
Vedeți voi, toată lumea presupunea
că galaxiile sunt împrăștiate aleatoriu în tot universul.
Pentru prima oară, exista o dovadă
că universul e departe de a fi aleatoriu, având o structură.
Și în inima aceste structuri nou descoperite
era atracția gravitațională.
Aproape de la începuturile universului,
gravitația atrage materia,
mai întâi în nori gazoși,
care se unesc, formând galaxii.
Aceste galaxii se unesc pentru a forma roiuri de galaxii,
iar aceste roiuri se unesc formând super-roiuri de galaxii.
Seamănă cu o opera de artă.
Aceste super-roiuri de galaxii sunt unite
de filamente galactice de praf și gaz,
toate fiind atrase de aceeași forță irezistibilă.
Universul meu tocmai ce s-a prăbușit.
Aici se vede clar că forța gravitațională acționează ca un arhitect,
formând și influențând structura întregului univers
pe o scară cosmică.
Nu, cred că mă pot descurca mai bine.
Problema era că estimările materiei din univers erau atât de mici...
Și deschid asta.
...încât plasau universul mult sub pragul densității critice,
făcând imposibilă formarea unor structuri atât de ample.
Nu-mi place.
Potrivit calculelor, universul, așa cum îl cunoaștem, nu putea exista.
E un univers haotic.
Trebuia să lipsească ceva din calcule,
dar ce era,
ce ar însemna pentru pragul densității critice
și pentru soarta universului?
Unul dintre cei mai interesanți și ciudați cercetători din secolul XX
a găsit primul indiciu.
Fritz Zwicky.
Zwicky era un cercetător excentric, grosolan și genial,
care uneori se referea la restul colegilor lui
prin „bastarzi sferici”,
ceea ce însemna că toți erau bastarzi, oricum ați interpreta cuvântul.
Dar chiar și cei care nu-l plăceau
au recunoscut că era capabil de treburi geniale.
Și Zwicky analiza roiuri de galaxii,
ele conducându-l la descoperirea unui lucru uimitor.
Aceasta e o imagine a unei asemenea galaxii.
Se numește Abell 1689.
Toate aceste puncte galbene fac parte dintr-un roi de galaxii.
E fascinant când te gândești
că fiecare dintre ele e o galaxie în sine.
Îți face o idee despre amploarea acestor obiecte.
Zwicky era fascinat de ceea ce ținea roiurile unite.
Răspunsul trebuia să fie, bineînțeles, gravitația.
Imaginați-vă că toate aceste bile sunt galaxii individuale,
mișcându-se în orbite haotice în jurul centrului roiului de galaxie.
Dar niciuna din ele nu se mișcă destul de repede
pentru a scăpa din roi.
Așadar, Zwicky a folosit viteza cu care se mișcau
pentru a măsura forța gravitațională care îi ținea în loc.
Iar forța gravitațională spunea câtă materie,
câte obiecte erau în interiorul roiului.
Aici e punctul în care lucrurile iau o întorsătură ciudată,
pentru că galaxiile se mișcau cu o viteză amețitoare.
Forța gravitațională care trebuia
să țină toate aceste galaxii care se mișcau cu o mare viteză în roi
avea nevoie de mai multă masă decât el putea vedea.
Și nu era o diferență minoră.
De fapt, avea nevoie de aproximativ 100 de ori mai multă masă
decât putea fi măsurată.
Zwicky a numit această masă misterioasă Dunkle Materie. „Materie Întunecată.”
A apărut un candidat puternic care ar înlocui masa lipsă din univers.
Dar pentru a afla dacă ar plasa universul peste sau sub pragul densității critice,
trebuiau să rezolve o problemă majoră.
Cum să analizeze ceva când nu există nicio modalitate de a detecta acel ceva.
OBSERVATORUL JODRELL BANK: MACCLESFIELD
Răspunsul s-a ivit mulțumită unei descoperiri făcute aici,
la Observatorul Jodrell Bank.
Această antenă parabolică uriașă este Radiotelescopul Bernard Lovell
și, în 1973, a observat ceva ce nimeni nu a mai văzut vreodată.
În acel moment, făcea analiza obiectelor foarte îndepărtate și luminoase,
quasarii.
În timp ce făceau analiza, au detectat ceva foarte neobișnuit.
Am venit aici să văd și eu ceea ce au văzut ei,
de data asta folosind nu numai telescopul de aici, din Jodrell,
dar și radiotelescoapele din toată țara.
Bun, am ajuns în camera de control din Jodrell Bank
și am o priveliște minunată a Telescopului Lovell.
Aici, pe aceste ecrane,
vedem informațiile transmise în timp real de diferite telescoape.
Unul dintre ele, Mark 2, e radiotelescopul de aici, din Jodrell Bank,
dar restul sub răsfirate prin toată țara,
toate fiind legate prin fibră optică care actualizează acest computer central.
Idee este că, cu cât analizezi mai mult un obiect,
cu atât obții o imagine mai bună
și, după 50 de ore de examinare, asta e ceea ce ei văd.
Este aceeași imagine ca cea văzută acum 40 de ani,
arătând cele două puncte galbene, cei doi quasari.
Nu era prima dată când quasarii au fost văzuți,
dar a fost prima dată când au fost văzuți atât de aproape unul de altul,
ca și cum ar fi format o pereche.
O pereche de quasari era ceva cu totul nou.
Au început să adune câte mai multe informații despre ei,
inclusiv măsurătorile spectrului lor,
amprenta unică a luminii lor.
Vedeți aici spectrul acelor doi quasari.
Chiar și dintr-o singură privire îmi pot da seama că sunt similari.
În realitate, sunt mai mult decât doar similari.
Când i-au măsurat pentru prima dată, au văzut că ambii erau deplasați spre roșu
pe lungimi de undă egale.
Uitați-vă la vârfurile de emisii de aici.
Amândoi se încadrează în exact aceeași lungime de undă.
Spectrele erau atât de similare că au crezut că au făcut o greșeală,
că au privit același obiect de două ori.
Dar nu a fost așa.
Exista o singură posibilitate.
Ceea ce se credeau a fi doi quasari diferiți
era de fapt unul singur
care, într-un fel sau altul, s-a divizat în două imagini,
un caz de vedere dublă astronomică.
Exista o teorie care ar fi putut explica asta,
un efect ciudat prezis de Albert Einstein,
lentila gravitațională.
Dacă ați privi prin această lentilă,
ați vedea că totul din spatele ei e modificat în forme ciudate.
Acest efect bizar
se produce datorită luminii care trece prin diferitele straturi ale lentilei
și se curbează, producând o imagine modificată.
Einstein a spus că și materia modifică spațiul
schimbând forma, țesătura universului.
Ca atare, în timp ce lumina trece prin zone din spațiu
cu o concentrație mare de materie,
se curbează, așa cum face când trece prin lentila asta,
și produce iluzii vizuale asemănătoare.
Cât de mult se curbează lumina
depinde de cât de mult spațiu este modificat,
iar asta depinde de cât de multă masă există.
Între quasari și telescoape exista o cantitate enormă de masă,
curbând lumina atât de mult încât imaginile s-au divizat,
făcând ca un quasar să pară a fi doi.
Ei îi aparține vina sau cel puțin o parte din ea.
Această pată este una dintre galaxiile dintr-un roi de galaxii
care se află între noi și quasarul îndepărtat.
Deci nu este doar puțină masă,
ci sute de galaxii, fiecare cu miliarde de stele.
Combinate, acestea curbează lumina quasarilor,
producând o imagine dublă.
Iar dubla imagine a fost vitală pentru studiul materiei întunecate.
Chiar și cu toată masa și materia combinată în roiuri de galaxii,
nu era destul pentru a curba atât de mult lumina.
Pentru asta, e nevoie de invizibila materie întunecată a lui Zwicky,
și analiza atentă a cantității de lumină distorsionată
ar putea dezvălui unde se găsea materia întunecată.
Acesta este rezultatul, o hartă.
În centru se află materia normală a roiului de galaxie,
dar în jurul ei, pe o vastă întindere,
colorată aici în roșu, e materia întunecată.
Uitați-vă cât de departe se extinde.
Face ca materia normală din roiul de galaxie să pară minusculă.
Invizibila materie a lui Zwicky, dezvăluită printr-o iluzie optică.
Nu a putut dezvălui ce era materia întunecată,
dar crearea unei reprezentări ca asta, așa cum face Jodrell și în zilele noastre,
a conturat o idee despre multitudinea de obiecte din spațiu
și pare a întrece cu mult materia normală.
Dar era destul pentru a face ca universul să treacă pragul densității critice?
Faptul că materia întunecată predomină față de materia normală,
nu făcea ca universul să treacă pragul densității critice.
Dar cu asta încă nu se termină povestea. Departe de asta.
Descoperirea materiei întunecate
a luat prin surprindere comunitatea științifică.
În încercarea de a afla apropierea universului de pragul densității critice,
au apărut mai multe mistere decât răspunsuri.
OBSERVATOR ASTRONOMIC: LA PALMA
O nouă descoperire șocantă,
care inițial promitea să dezvăluie soarta universului,
a dus la o criză în fizică.
În anii '90, aceste telescoape făceau parte dintr-un proiect global
care țintea să deslușească soarta universului.
Iarăși foloseau o nouă tehnică
pentru a identifica schimbările în timp a expansiunii universului.
Am venit să folosesc acest telescop numit GranTeCan,
pentru a observa obiectul vizat de aceste studii.
Acest telescop uriaș, puteți vedea oglinda imensă în spate,
va analiza atent o supernovă,
moartea explozivă a unei stele.
Lumina care ajunge la noi, produsă de aceste evenimente grandioase,
ar fi cheia deslușirii felului în care universul s-a extins în trecut
și ar dezvălui, la rândul său, ce s-ar întâmpla în viitor.
Pentru a măsura expansiunea,
cercetătorii erau interesați de un anumit tip de supernovă.
Ținta noastră de azi e același tip de supernove pe care le căutau și ei,
Tipul Ia.
Ceea ce a făcut supernovele de Tip Ia atât de utile
e că atunci când se declanșau,
creau o explozie de lumină foarte intensă.
Pe scurt, steaua lumina mai intens ca toată galaxia de care aparținea.
Mai mult de atât, ele produceau
aproape același nivel de luminozitate.
Asta însemna că le putem vedea
de la distanțe vaste, din galaxii îndepărtate,
dar și că ar putea dezvălui la ce distanță sunt.
Deci dacă s-ar găsi destule supernove,
ar deveni posibilă modelarea variatelor stări ale universului
pe distanțe și în momente diferite.
Astăzi, astronomul David Álvarez
a localizat o supernova de Tip Ia recent descoperită.
Bine, David, e foarte palpitant. Ai găsit supernova?
Asta e imaginea supernovei.
- Asta? - Exact.
Poți mări imaginea?
Da, putem mări imaginea pentru a vedea punctul luminos.
Și restul galaxiei?
Restul luminii pe care o vezi aici e galaxia gazdă a supernovei.
E incredibil că...
E o galaxie cu sute de miliarde de stele,
însă această stea care explodează, această supernova, luminează mai intens
decât restul galaxiei.
Știi cât de departe e supernova?
Ai măsurat distanța?
Da, supernova e la aproximativ opt miliarde de ani lumină depărtare.
Extraordinar.
Precum distanța,
și spectrul supernovei este crucial.
Astronomii aveau nevoie de spectrul luminii
pentru că le-a arătat o deplasare spre roșu.
Vedeți, cum lumina călătorește de la supernova îndepărtată spre Pământ,
așa și universul se extinde.
Spațiul prin care călătorește lumina se întinde,
așa că se întinde însăși lumina.
Lungimea sa de undă devine mai lungă.
Dacă părăsește supernova la o anumită lungime de undă,
cu un anumit colorit,
atunci când ajunge în telescoapele noastre
are o lungime de undă mai lungă.
S-a deplasat la capătul roșu al spectrului, o deplasare spre roșu.
Cunoscând deplasarea spre roșu a luminii
ne spune cât de mult spațiu s-a extins în acel timp.
Într-un fel, putem măsura cât de mult a crescut universul.
Mulțumită măsurătorii deplasării spre roșu la distanțe îndepărtate,
în trecut,
putem face un rezumat al istoriei
schimbărilor petrecute în expansiunea universului.
Astronomii erau convinși că gravitația este responsabilă
cel puțin de încetinirea expansiunii.
Întrebarea era în ce măsură.
Prin corelarea distanței
cu rata de deplasare spre roșu
au putut în sfârșit afla răspunsul la acea întrebare.
Dacă ne imaginăm că universul se extinde cu aceeași viteză,
viteza de acum, de-a lungul întregii sale existențe,
aș putea trasa o linie foarte simplă.
Dar astronomii știau că asta nu putea fi corect
deoarece gravitația încetinește expansiunea.
Expansiunea universului ar trebui să încetinească,
iar dacă se extinde mai încet acum,
ar trebui să se fi extins mai repede în trecut.
Dacă spațiul s-ar întinde mai mult, ar însemna o deplasare spre roșu mai mare.
Ce înseamnă asta pentru supernova noastră?
Știm că e la o distanță de opt miliarde de ani lumină...
DIM - 8 MAN - DISTANȚĂ
...așa că știm că nu cade exact pe această linie
care corespunde unei deplasări spre roșu de aproximativ 0,49.
Ar trebui să apară pe aici pe undeva, o deplasare spre roșu mai mare de 0,5.
Asta înseamnă că această linie ar trebui să se curbeze în jos.
Dar, bineînțeles că forma exactă a liniei
ar arăta cât de mult
forța gravitațională a încetinit expansiunea universului,
iar asta ar arăta soarta universului.
Bine, David, ai spectrul?
Da, îl avem.
Îl voi afișa acum.
Iar asta arată deplasarea spre roșu.
Ce ați măsurat aici?
În acest caz, am măsurat 0,47.
0,47?
Asta o plasează pe partea asta a liniei.
Asta înseamnă că nu e o deplasare spre roșu mai mare, ci mai mică.
E fascinant pentru că e exact ce au văzut ei,
nu că deplasările spre roșu sunt mai mari, ci mai mici.
Au observat asta în repetate rânduri și nu poate fi decât o singură explicație.
Deplasările spre roșu mai mici ar însemna că universul se extindea
mai încet în trecut decât acum.
Cu alte cuvinte, în loc să încetinească,
viteza de expansiune a universului crește.
Cu cât mai multe supernove au fost observate, imaginea era mai clară.
În primele miliarde de ani de la Big Bang,
pare că viteza de expansiune încetinea așa cum era de așteptat.
Dar apoi situația s-a schimbat,
expansiunea începând să accelereze.
E greu de descris cât de șocantă a fost descoperirea.
Pe atunci, toată lumea știa
că expansiunea universului încetinea.
Dacă încetinea destul cât să se oprească și să intre în colaps din nou
nu era clar,
dar trebuia să încetinească.
În fond, gravitația trebuia să-și facă treaba, oprind expansiunea,
dar nu a fost așa.
Acum șase miliarde de ani, expansiunea a început să accelereze.
E clar că se petrecea un lucru nou și neașteptat
în univers.
Ceva la care știința nu a găsit răspuns.
Ceva ce făcea ca expansiunea universului să accelereze.
A devenit cunoscut sub un alt termen, cel de energie întunecată.
Cele mai bune estimări sugerează
că energia întunecată formează 70% din univers.
Iar asta înseamnă că universul nu va intra în colaps, sfârșind prin Marea Implozie.
Energia întunecată, nu gravitația,
va defini soarta finală a universului.
Energia întunecată dezbină universul.
Nu va continua să se extindă în același ritm la nesfârșit.
Energia întunecată forțează universul să se dezbine cu o viteză crescândă.
Galaxiile se vor depărta atât de mult
că lumina nu va mai putea să călătorească între ele.
Fiecare dintre ele va sfârși
o insulă individuală de stele, singure în cosmos.
Poate deveni atât de extrem
încât galaxiile se vor rupe,
lăsând stelele singure în vidul întunecat.
Dar poate nu.
În fond, efectele energiei întunecare par să fi apărut brusc
acum șase sau șapte miliarde de ani.
Cine ar putea prezice ce efecte va avea în viitor?
Poate suna straniu,
dar odată descoperită energia întunecată, orice scenariu e posibil.
Nu putem sublinia destul cât de puțin știm despre energia întunecată.
Are o denumire și cam atât.
Nu știm din ce este alcătuită, de ce dezbină universul
și, mai important, cum se va comporta în viitor,
iar asta lasă un mare gol în înțelegea noastră a universului
și, în sfârșit, soarta lui.
Energia întunecată poate fi doar o parte a universului,
programată în structura lui.
Sau ar putea indica o greșeală fundamentală
în teoriile noastre cele mai importante și cele mai de încredere,
cele care sunt la baza
înțelegerii noastre în ceea ce privește funcționarea lumii.
Felul în care universul se va sfârși a început ca o provocare a astronomiei,
dar soarta universului a devenit mai mult decât o întrebare științifică.
Prin descoperirea acestei energii enigmatice și stranii,
dacă într-adevăr asta este,
una care sfidează înțelegerea actuală,
s-a răspândit până în miezul fizicii fundamentale.
Găsirea răspunsului privind sfârșitului universului
ar putea avea profunde implicații asupra felului în care înțelegem lumea.
Traducere și adaptare: Tania Danilova