Este adevărat că fizicienii au
apelat la cosmos ca la adevăratul laborator nuclear al fizicii, dar
să angajezi un experiment de astrofizică pe Pământ este cu totul
altceva. De aceea, pentru început, aș vrea să fac o mică incursiune
în astrofizică. Și asta pentru a reliefa deosebirea ne mai
întâlnită până acum în utilizarea experimentului științific, în
care ne-am antrenat, noi oamenii, cu această ocazie.
În laboratorul ceresc au fost
instituite și finalizate multe experimente din care amintesc:
‒ În anul 1609, matematicianul
Galileo Galilei a găsit o nouă informație despre Univers cu
degetele sale: a privit cerul cu primul instrument, inventat de
olandezul Hans Lippershey, cu un an mai înainte și pe care apoi la
îmbunătățit și a reușit să mărească capacitatea ochiului uman și să
privească mai departe. A putut vedea munți pe Lună, suite de stele
noi pe cer, pete pe Soare, sateliții lui Jupiter și fazele lui
Venus. Acest lucru a schimbat aparențele. Pământul a devenit o
planetă ca toate planetele care se mișcă în jurul Soarelui.
Soarele (Un trandafir galben).
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
‒ Apoi în anul 1667, matematicianul englez, Isaac Newton, a
demonstrat că există o lege care se aplică atât Pământului cât și
altor obiecte cosmice ‒ plecând de la realizările lui Kepler,
Galileo Galilei și alți înaintași ai lui ‒ care nu mai necesită
zeci de sfere de cristal, perpetuate încă de pe timpul lui
Aristotel și Ptolemeu, pentru a explica deplasarea lor, ci doar
forța gravitației.
Pleiadele sau Cloșca cu Pui (Flori de
scaieți) Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
- Cu măsurătorile de spectroscopie stelară făcute încă în
anul 1868, cu ocazia unei eclipse de Soare, astronomul francez
Jules Janssen a descoperit elementul heliu, necunoscut până
atunci, care s-a dovedit a fi cel mai abundent element din Univers,
după hidrogen. Ulterior s-a găsit că particulele alfa, sunt
alcătuite din heliu și apoi lipsa vâscozității heliului la
temperaturi apropiate de zero absolut, a dus la descoperirea super
fluidității. În cadrul studiilor de evoluție stelară, în cadrul
reacțiilor termonucleare din centrul stelelor, arderea
hidrogenului, și transformarea acestuia în heliu, asigură viața
unei stele. Astfel, o stea galbenă, de felul Soarelui, a putut
asigura o evoluție a vieții de pe Pământ pe un interval de aproape
5 miliarde de ani. În plus, este posibil să ne acorde, încă aproape
5 miliarde de ani de viețuire în pace, până ce Soarele va deveni o
stea gigantă roșie și va depăși în diametru orbita Pământului.
Evoluția stelelor ilustrată cu
trandafiri. Tablou prezentat
la expoziția din decembrie 2008, la Universitatea Ebraică din
Ierusalim,
cu titlul Lumile se Întâlnesc (Universul Stelelor - Stele și
Constelații Printre Noi),
- În anii de după 1920 s-au făcut
primele verificări ale teoriei relativității a lui Einstein,
verificând abaterea razei de lumină cu ocazia eclipsei totale de
Soare din 1921 și apoi traiectoria eliptică a planetei Mercur, care
se înfășoară mereu în jurul Soarelui, păstrând doar focarul
din jurul Soarelui.
Stea gigantă Roșie (Trandafir Roșu)
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
Stea pitică alba (Trandafir alb)
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
Stea Pitică Roșie (Boboc de Anemonă)
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
- Folosirea cefeidelor pentru calculul distanțelor la
obiectele cerești în anul 1908 (A se vedea și articolul: Candele
în Univers) și decelarea deplasării spre roșu în spectrul
corpurilor cerești în anul 1912, au servit lui Hubble în 1929,
să determine expansiunea galaxiilor. S-a putut calcula astfel
vârsta universului de aproape 14 miliarde de ani.
- Nașterea stelelor:
O stea tipică precum Soarele nostru își începe viața ca o minge
mare de hidrogen gazos și difuz numită
protostea, se contractă în mod gradat sub acțiune forței
gravitaționale proprii. Odată cu începerea
colapsului, începe să se rotească rapid (poate forma un sistem
stelar dublu, unde două stele se rotesc una
în jurul celeilalte pe orbite eliptice, sau formează planete în
planul de rotație). Miezul stelei în formare
se încălzește totodată foarte mult și când a ajuns la 10 milioane
de grade fuziunea hidrogenului este
permisă și formarea heliului Începe. (Michio Kaku)
Și, așa, de la protostea la stea,
procesul poate duce ori la o stea dublă, prin întovărășirea
gravitațională, cu altă protostea apropiată, sau la o stea cu
elemente multiple de asemenea captate gravitațional, care formează
în jurul stelei elemente multiple din material adunat care în
cursul timpului formează planete. S-a constatat că numărul stelelor
duble poate atinge jumătate din numărul stelelor singulare,
vizibile cu toate instrumentele folosite. Sistemele binare pot
constitui și stelele variabile cu eclipsă (A se vedea articolul:
O
viață dedicată cercetării științifice. O sută de ani de la nașterea
Profesorului Călin Popovici)
Sistem de stele binar (Flori de
cactus)
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
Sistem de stele binar (Trandafiri
alb-gălbui) Tablou prezentat la Centenarul Observatorului
Astronomic din București, aprilie 2008, în cadrul expoziției
Universul Florilor.
- Apoi, determinarea fondului radio cosmic în domeniul
microundelor, în anul 1965, de către Peebles, Penzias și Wilson,
așa numita radiație de 3,5 grade Kelvin, discută implicația
cosmologică posibilă asupra acestei detecții. WMAP (Măsurătorile de
microunde cu anizotropie conform Wilkinson), experiment numit după
inițiatorul lor cosmologul David Wilkinson și lansat în anul 2001,
a dat oamenilor de știință, cu o precizie fără precedent, o imagine
detaliată a Universului timpuriu, când acesta avea o vârstă de
numai 380 000 de ani.
Început și Sfârșit de Univers
(Big Bang) (Calliandria Haematocarpa)
Tablou prezentat la Centenarul Observatorului Astronomic din
București,
aprilie 2008, în cadrul expoziției Universul Florilor.
Dar să faci un experiment de
astrofizică pe Pământ este cu totul altceva. În toate experimentele
astrofizice și în toate teoriile care s-au elaborat pe baza lor, au
fost folosite instrumente de măsură, optice și radio, tot mai
performante. Nu trebuie uitat însă că toate măsurătorile s-au
efectuat până acum, pe obiecte situate la distanțe imense față de
Pământ și având mase enorme. În cazul stelelor este vorba de la
0,13 până la 40 mase solare (masa Soarelui fiind de 330 000
de ori mai mare ca cea a pământului). În cazul galaxiei
noastre, Calea Lactee (care are cam 200 miliarde de stele), se
ajunge la de 700 de mii de milioane de ori masa Soarelui. Și, în
sfârșit, universul observabil se apreciază că ar cuprinde 80 de
miliarde de galaxii. Deci masa universului în întregime este de
neimaginat. Matematica, deși are posibilitatea să reprezinte numere
oricât de mari voim, chiar infinite, nu ne poate spune ceva ce omul
ar putea eventual să înțeleagă.
Aprofundarea teoriilor în fizică,
ca și în astrofizică, se bazează pe experimente. O teorie care nu
se verifică în practică, ne place sau nu, trebuie părăsită și pe
baza noilor date experimentale, trebuie căutată alta. Așa avansează
cunoașterea omului. Teorie - experiment - teorie - experiment -
etc. Nu ne dă nimeni nimic gratis. Munca științifică stă la baza
aprofundării cunoștințelor umanității și este bazată mereu pe
lărgirea bazei de date obținute pe cale experimentală. Iar
abordările experimentale, la rândul lor, tot mai sofisticate, devin
posibile, datorită posibilităților de angajare tehnologică mereu
sporite. Adică, prin aproximații succesive, cum ar spune un
matematician.
De fapt acest mod de lucru este
obișnuit omului. Este de fapt un modus vivendi, calea de a
supraviețuire a omului și a oricărei ființe vii, într-un mediu
existent. Și, dacă ne amintim de o dezbatere dintr-un articol
anterior (A se vedea: Constantele
fizice sunt . . . constante și universale?), și în natura
înconjurătoare se petrec lucrurile în mod asemănător. O stea
galbenă ca Soarele nu s-ar fi născut, dacă, de exemplu, constanta
gravitațională, G mare, constanta fizică empirică implicată în
calculul atracției gravitaționale între două obiecte dotate cu
masă, ar fi ajuns la o altă valoare, diferită de cea măsurată. De
exemplu, dacă constanta gravitațională:
. . . ar fi fost de zece ori mai mare, ar însemna că singurele
tipuri de stele pe care
le-am putea vedea pe cer ar fi gigantele albastre. Aceste stele
consumă combustibilul lor nuclear atât de
rapid încât ele nu pot să continue să existe prea mult timp, pentru
ca viaţa să se poată dezvolta pe
oricare din planetele înconjurătoare. . . . Iar dacă constanta
gravitaţiei newtoniene ar fi fost de zece ori
mai mică, atunci ar exista doar stele pitice roşii. Ce poate fi mai
rău într-un univers
alcătuit din stele pitice roşii ? Argumentul ar fi că ele trăiesc
mai mult, pentru că combustibilul lor
nuclear se consumă mai lent. Dar cu o sursă de lumină aşa de slabă,
nu s-ar produce o încălzire
suficientă, nici măcar până la o temperatură de o sută de grade,
temperatură necesară pentru fierberea
apei şi atunci planetele ar trebui să se afle foarte aproape de
steaua centrală pentru a putea ajunge la o
temperatură ca aceasta. Însă, situând planeta foarte aproape de
stea, ajungem la o atracţie mareică atât
de mare, exercitată asupra planetei, încât o face pe aceasta să nu
se poată roti în jurul axei proprii,
ajungând să prezinte mereu aceeaşi faţă către stea. În acest fel, o
faţă va fi prea caldă şi cealaltă prea
rece. Ceva inconsistent cu viaţa. Aşa e că G mare are valoarea
necesară ? (Carl Sagan)
O recreare a ceea ce s-a întâmplat
la câteva microsecunde după Bing Bang - adică fenomenul care a dus
la producerea universului așa cum am ajuns s-ăl concepem noi astăzi
- produce imagini spectaculoase ale unor particule mici și grele
care se ciocnesc la viteze apropiate de viteza luminii. Conform
teoriei lui Higgs, pe baza căreia s-a construit experimentul de la
Geneva, Marele Accelerator de Hadroni, am putea să ajungem să
înțelegem noțiunea de masă.
Se așteaptă, de asemenea, soluții
pentru a lega teoria cuantică de relativitatea generală. Dacă se
poate, apoi, o eventuală avansare a Modelului Standard, și dacă
încă se poate, să aflăm unde se găsește antimateria și, în sfârșit,
natura materiei negre care alcătuiește 96% din univers, căci doar
4% are masă. Cam acestea ar fi scopurile cercetării științifice
actuale, dacă avem în vedere discuțiile contemporane și sinteza
minunată asupra acestora datorată și lui Richard Panek.
Toate bune si frumoase. Astronomia este plină de homo sapiens-cu
intuiţii umilitoare. Dar aceste lecţii
lipsite de consecvenţă au fost întotdeauna ameliorate cel puţin
oarecum printr-o înţelegere mai profundă
a universului. Cu cât putem observa mai mult, cu atât vom şti mai
mult. Dar ce putem spune despre
ceea ce putem observa mai puțin? Ce se întâmplă în acest caz cu
înţelegerea noastră asupra universului?
Ce repercusiuni ar avea această limitare, ca și asupra abilităților
de a le depăși sau nu, asupra legilor
fizicii şi filosofiei noastre - structurile noastre gemene de
referință pentru relația noastră cu universul?
(Richard Panek)
Și, acum, în continuare, în
sfârșit, câteva noțiuni neapărat necesare pentru a ne apropia de
înțelegerea problemei discutate, LHC (Large Hadron Collider):
particulă - un obiect mic,
sub-atomic - cu masă și sarcină electrică
Hadron - o particulă cu masă, alcătuită din elemente mai
mici cu numele de quarc
care se află alăturate
Accelerator de particule - o mașină folosită la
accelerarea unor fascicole de particule
elementare pe o anumită direcție și cu o viteză
stabilită
Collider - cuvântul în engleză care definește un
accelerator în care două fascicole de
particule venite din direcții diferite sunt îndreptate unul către
celălalt pentru a
produce coliziuni de înaltă energie
Bosonul Higgs - O particulă teoretică, care a fost
gândită pentru a oferi materiei masa
ce o face un corp solid. Teorie propusă pentru prima oară de Peter
Higgs, de la
Universitatea din Edinburgh, în 1964.
Large Hadron Collider,
noțiune în engleză care semnifică Marele Accelerator pentru
Coliziune de Hadroni, ar trebui să confirme dacă teoria
lui Higgs se verifică.
Large Hadron Collider, Geneva
Există însă și aprecieri diferite. LHC ar fi destinat a găsi
mult-căutata, 'Particulă a lui Dumnezeu', metaforă care ar trebui
să arate poate cât suflet au depus fizicienii ca să realizeze acest
experiment. Sau că pe Pământ se va dezlănțui un Bing Bang din cauza
coaliției fizicienilor care vor să distrugă lumea. Afirmație, care
de astă dată denotă nu numai o neînțelegere profundă a
performanțelor tehnologice și științifice la care s-a ajuns pe
Pământ, dar și o dovadă în plus a lipsei de educație sănătoasă. ( A
se vedea și articolul : Pe care parte
a telescopului trebuie să privim în epoca televiziunii și a
Photoshop-ului)
LHC are 27 km lungime și se află la
175 m sub pământ. A fost construit de Organizația Europeană pentru
Cercetări Nucleare (CERN). La acest experiment colaborează 10 000
de fizicieni din 100 de țări și mai multe sute de laboratoare din
lume. LHC a costat 7,5 miliarde de euro. După câteva revizuiri ale
instalației, după pornirea sa în septembrie 2008, din martie 2011,
lucrează fără oprire, pentru obiectivul pentru care a fost
construit și a început să livreze date care au început să fie
analizate, cu deosebita mândrie si bucurie.
Acceleratorul
În tunelul acceleratorului destinat
coliziunilor de particule elementare, se găsesc 1232 de dipoli
magnetici folosiți pentru a asigura traseul circular al
particulelor în viteză și 392 de magneți cu patru poli care să
focalizeze mereu acest fascicul accelerat. Aproximativ 96 tone de
heliu lichid este folosit pentru a menține o temperatură de lucru
-2710C, la numai 2 grade de zero absolut. Se ajunge
astfel la o viteză de deplasare a protonilor folosiți în
experiment, foarte apropiată de viteza luminii.
O simulare a unei imagini care se
caută a se obține, pentru a fi detectată și analizată. Cam așa se
speră să arate o ciocnire de doi protoni accelerați la viteze
apropiate de viteza luminii și care ar evidenția bozonul Higgs.
Este un moment emoționant pentru progresul științei. În
principal se lucrează pentru a demonstra o teorie privind începutul
universului. Așa că LHC ar putea recrea cu succes, în miniatură, o
versiune a Bing Bang, chiar la 'începutul universului', cu care se
speră astfel, să se facă progrese serioase în astrofizică.
LHC este următorul pas într-o
călătorie de descoperire care a început acum un secol. Pe atunci,
oamenii de știință au descoperit doar, tot felul de raze
misterioase: razele X, razele catodice, alfa şi beta. De atunci,
s-au găsit și răspunsuri.
Acestea au schimbat viaţa noastră
de zi cu zi, oferindu-ne televizoare, tranzistori, telefoane
celulare, dispozitive medicale de imagistică si computere, etc.,
etc.
În pragul secolului XXI, ne
confruntăm cu noi întrebări, pentru care LHC este conceput pentru a
răspunde. Cine ne poate răspunde la ce evoluţii ne pot duce aceste
răspunsuri?
Mai avem de lucru! Să fim sănătoși
și voioși!
Bibliografie:
- Richard Panek, The 4 Percent Universe. Dark Matter, Dark
Energy, and the Race to Discover the Rest of Reality, Houghton
Mifflin Harcouty, Boston New York, 2011.
- Michio Kaku. Parallel Worlds, A Journey through creation,
higher dimensions, and the future of the cosmos, Anchor Books,
New York, 2006.
- Carl Sagan, Diversitatea Experienței Științifice,
Editura Curtea Veche, 2009
- LHC,
http://www.google.co.il/search?tbm=isch&hl=en&source=hp&biw=796&bih=910&q=LHC&gbv=2&oq=LHC&aq=f&aqi=&aql=&gs_sm=s&gs_upl=0l0l0l2036l0l0l0l0l0l0l0l0ll0l0,
accesat 22 august 2011.