Teoria relativității a lui Einstein dezvăluie un Univers mai dinamic și mai bizar. Cosmosul e violent și plin de ciudățenii

4 februarie 2021   Actualitate

Albert Einstein, părintele teoriei relativității, cea care a reclădit fizica din temelii, ne-a făcut să vedem Universul cu alți ochi, dar în același timp să ne adâncim într-un și mai mare mister.

article img
Albert Einstein. Sursa foto: https://thevideoink.com/

Mintea geniului a reinventat practic spațiul și timpul provocând limitele imaginației umane. O idee născută într-un birou elvețian de brevete științifice a evoluat într-o teorie general acceptată și a oferit o imagine radical schimbată asupra Cosmosului odată cu începerea înțelegerii gravitației.

Gravitația, pe înțelesul tuturor: greutatea și trambulina

Ideea lui Newton, care a domnit timp de aproape două secole înainte de revoluția produsă de mintea lui Albert Einstein, nu vorbea despre masele care se atrăgeau reciproc. Einstein a prezentat spațiul și timpul ca o țesătură unificată de masă și energie explicând gravitația ca o deformare e țesăturii spațiu-timp ca și cum o greutate s-ar așeza pe o trambulină, iar curbura formată ar ghida mișcările.

Albert Einstein a prezentat teoria generală a relativității pentru prima oară la sfârșitul anului 1915, la Berlin. În primele sale prelegeri susținute în Germania, Einstein nu era luat în seamă, dar odată cu eclipsa de Soare din anul 1919, oamenii de știință au început să meargă pe urmele noii teorii care vorbea în primul rând despre gravitație, scrie sciencenews.org.

Conform teoriei tale originale, un obiectiv masiv precum Soarele ar putea distorsiona spațiul și timpul suficient de aproape îndoind lumina de la cursul său liniar, fapt pentru care stelele ceva mai îndepărtate nu ar părea tocmai acolo unde sunt teoretic poziționate pe cer, cu ochii de aici.

Fotografiile realizate în timpul respectivei eclipse au confirmat faptul că schimbarea poziției corpurilor cerești se potrivea cu ceea ce a prevăzut marele geniu.

Teoria lui Einstein avea să devină, așadar, o adevărată revoluție a gândirii științifice, iar asta o spunea primul fizician american care a câștigat Premiul Nobel în știință, Albert A. Michelson.

Cu toate acestea, având în vedere cunoștințele pe care comunitatea științifică le-a acumulat în atâtea decenii, se poate spune că privind cu ochii de acum, Enstein era mai degrabă un ghicitor reticent. Știm, de pildă, că relativitatea generală a oferit mai mult decât Einstein a fost dispus sau capabil să vadă, cu instrumentele de atunci.

Cu alte cuvinte, ceea ce părea liniștit și static este, de fapt, într-o continuă dinamică deoarece Universul este într-o continuă expansiune. Galaxiile se adună în super-grupuri mult mai mari decât au putut calcula și gândi oamenii de știință înainte de secolul al XX-lea, iar în aceste galaxii avem nu doar stele și planete, ci o adevărată grădină zoologică de obiecte care mai de care mai exotice care ilustrează tendința relativității generale pentru ciudățenie, incluzând aic stelele cu neutroni, cu un impact puternic asupra maselor stelelor grase de mărimea unui oraș și nu mai vorbim de găurile negre care pervertesc spațiul-timp, prin țâșnirea unei cantități inimaginabile de energie. 

Cosmosul e violent și plin de ciudățenii. Găurile negre

Avem, așadar, un Cosmos violent, pe cât de liniștit pare de aici de pe Pământ, iar dinamica despre care vorbim poate evolua spre o infinitate de posibilități care ies direct din relativitatea generală.

De la teoria lui Einstein s-a ajuns ca oamenii de știință să reconsidere traiectoria Universului în propria sa viață, existând și teoria că se va ajunge la o dispariție completă prin extinderea fără oprire, adică la o prăbușire a Cosmosului. Nu mai vorbim despre tot mai probabila idee de multivers.

Dar, stați, să nu uităm de unde am pornit până la alte universuri. Trebuie spus tare și răspicat: relativitatea generală a devenit baza pentru înțelegerea cosmică de astăzi.

Chiar și așa, imaginea de azi e departe de a fi completă. Au rămas o mulțime de întrebări fără răspuns despre materie și forțele misterioase nevăzute, despre începuturile și sfârșitul Universului etc. Oamenii de știință cred că la unele întrebări se poate răspunde dacă abordăm o altă caracteristică a teoriei generale a relativității: puterea luminii îndoite pentru a mări trăsăturile cosmice.

Astrofizicianul Priyamvada Natarajan de la Universitatea Yale susține că încă se mai scotocește prin teoria relativității pentru a găsi indicii despre ceea ce ar putea lipsi, ce îi împiedică pe fizicieni să înțeleagă pe deplin cum funcționează lucrurile.

La puțin peste un secol după ce Einstein a dezvăluit lumii întregi teoria relativității, oamenii de știință au obținut confirmarea uneia dintre cele mai impresionante fiare ale Cosmosului dinamic și expansionist. În anul 2019, o rețea globală de telescoape ultra-performante au reușit să prezinte în mod clar o distorsiune a spațiului timp cu atâta fervoare încât nici lumina nu a putut scăpa din capcană. Telescopul Event Horizon a lansat prima imagine a unei găuri negre, în centrul galaxiei M87.

Citește și: Fenomen rar întâlnit în apele oceanului Atlantic din Argentina. Ce au văzut turiștii pe plajă / VIDEO

Multă vreme găurile negre au fost simple curiozități matematice, greu de dovedit. Dovezile au început să apară în a doua jumătate a secolului al XX-lea. 

De ceea ce Einstein se îndoia s-au apucat fizicienii Robert Oppenheimer (cel care a realizat și prima bombă atomică din istorie) și Karl Schwarzschild, cei care au insistat că găurii negre nu îi scapă, într-adevăr, nici măcar lumina.

Trecem de găurile negre și trebuie să ne oprim la un alt mare mister cosmic: undele gravitaționale. Se crede că acestea ar fi produse de ciocnirea dintre două corpuri cu masă și energie uriașă sau că s-ar naște în urma unor explozii, însă teoriile sunt mult mai diversificate de atât.

La începutul lui 1950, când unii încă dezbăteau dacă există aceste unde gravitaționale, fizicianul Joseph Weber a făcut tot posibilul pentru a le detecta. După un efort de muncă aproape continuă timp de mai bine de zece ani, el a pretins că le-a detectat în 1969. 

Undele gravitaționale: începutul unei noi ere în astronomie. Evenimentul care a făcut istorie în 2016

Practic, a identificat un semnal de la o supernovă (sau orice alt tip recent de stea descoperită) care se învârtea foarte repede denumit pulsar. În câțiva ani de la raportarea descoperirii inițiale, publicația Science News a venit cu o duzină de articole despre ceea ce comunitatea științifică avea să denumească pe scurt „problema Weber”. 

Valurile gravitaționale nu au fost în realitate niciodată verificată, însă Weber a pretins până la moartea sa, survenită în anul 2000, că el a fost primul care le-a detectat. Nu a fost singurul. În 1974, astronomii radio Russel Hulse și Joseph Taylor au observat o stea de nuetroni care orbitează în jurul unui însoțitor dens. În anii următori, steaua de neutroni și respectivul corp păreau că se apropie din ce în ce mai mult, mai mult chiar decât de distanța la care s-ar fi așteptat astrofizicienii dacă ar pierde energie în urma undelor gravitaționale. Atunci s-a născut o altă problemă: cu ce pot fi detectate aceste unde?

Minunea avea să se întâmple în anul 2016 datorită lui LIGO (Advanced Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory). Descoperirea s-a bazat pe două detectoare, unul în Hanford, Washington și unul în Livingston. Fiecare detector a împărțit fasciclul unui laser puternic în două, fiecare fascicul călătorind pe unul dintre cele două brațe ale detectorului. În absența undelor gravitaționale, cele două fascicule s-au recombinat și s-au anulat reciproc. Dacă undele gravitaționale intervin și întind un braț al detectorului, strângându-l pe celălalt, atunci fasciculele de lumină-laser nu se mai potrivesc.

Pentru această descoperire fabuloasă a fost acordat Premiul Nobel în fizică în anul următor. S-au realizat apoi alte zeci de detectări, majoritatea valurilor gravitaționale observate provenind din fuziunile găurilor negre, iar câteva de la stelele de neutroni. 

La cinci ani după marele eveniment din 2016, unii oameni de știință vor să împingă și mai mult limitele cercetărilor spre ceva mult mai exotic. Într-un articol publicat în Science News despre detectarea găurilor negre care orbitează găurile de vierme, prin intermediul undelor gravitaționale, fizicianul portughez Vitor Cardoso de la Institutul Superior Tehnic din Lisabona a sugerat o nouă preocupare pentru fenomene și mai neobișnuite: „Trebuie să căutăm semnale ciudate, dar interesante”.

Astronomia care se bazează pe cercetarea undelor gravitaționale este în fază de pioneriat.. Pentru o parte a comunității științifice, adevărata provocare va fi observarea unei mici găuri negre care să cadă într-o gaură neagră mai mare, sugerând un raport de masă extrem de inspirant și de nou de analizat.

Poate că asta ar putea explica cel mai bine teoria lui Einstein pentru a înțelege modul în care spațiul-timp este deformat la extrem. Călătoria abia a început.