La creació de l’Univers segons la ciència

(A la imatge de dalt: mapa de la radiació còsmica de fons de microones obtinguda amb el satèl·lit WMAP.)

Lawrence M. Krauss

Lawrence M. Krauss

M’apassiona la ciència del nostre cervell, també la d’allò més petit, a escala atòmica, i la d’allò més gran, a escala astronòmica, perquè en les darreres dècades estan avançant de forma increïble en la comprensió del món i de la vida.

Als científics ens agrada el misteri. Ens motiva no saber. És la clau de la ciència. Aquí rau l’emoció del coneixement; ben diferent d’aquella que vol saber-ho tot encara que no sap res (la religió, per exemple). Ho diu en Lawrence M. Krauss i estic encantat amb ell, un físic de partícules esdevingut cosmòleg que també és un gran divulgador de la ciència, el qual amb força humor i bona didàctica delecta els auditoris per on passa o qui llegeix les seues obres. La darrera, traduïda a l’espanyol (encara que no tan bé com ho faria algun expert en aquestos temes) és: “Un universo de la nada”, Editorial Pasado & Presente, 2013. Pense que la seua experiència en allò més petit l’ha il·luminat en la comprensió d’allò més gran.

Malgrat no ser cap expert en cosmologia ni de bon tros, tractaré de fer un resum del que sabem fins ara de la creació del nostre univers i que tan clarament ens ha mostrat en Krauss.

 

L'Univers medieval segons Camille Flammarion, xilografia, Paris, 1888. (Versió acolorida d'Hugo Heikenwaelder, Viena, 1998.)

L’Univers medieval segons Camille Flammarion, xilografia, Paris, 1888. (Versió acolorida d’Hugo Heikenwaelder, Viena, 1998.)

La cosmologia moderna ha canviat la nostra visió de l’univers, del seu passat i del seu futur. Una visió força clara, lluny dels contes de fades que ens donen les religions. Les lleis de la física –i de la biologia- ens porten cada vegada més a un començament sense cap Déu.

L’important de la nostra visió actual de l’univers no és el que es veu a ull nu o amb telescopis –galàxies, estels…-, sinó el que no es pot veure: la “matèria fosca” i l’”energia fosca”.

Volia descriure breument alguns dels fenòmens que hom ha descobert al cosmos i la seua utilitat per demostrar les teories més actuals sobre el seu origen i la seua evolució present i futura.

Comence per la gravetat i l’expansió de l’univers (dos fenòmens contraposats que “lluiten” a l’univers). Partim del fet que la força de la gravetat sempre estira dels cossos celestes tot aproximant-los; però també n’hi ha present alhora una altra força contrària que els fa allunyar-se els uns dels altres (en realitat és l’espai el que s’expandeix i els arrossega) i que va descobrir Edwin Hubble en trobar un desplaçament cap al color vermell –el menys energètic dels colors visibles- dels espectres de la llum que ens arriba dels estels, amb major intensitat com més lluny es troben de nosaltres, indicant una major velocitat d’allunyament.

Fa dècades que hom en coneix aquesta velocitat, però també la distància a què aquests cossos es troben de nosaltres, tot observant la intensitat dels esclats d’un tipus d’estels dobles, anomenats Supernoves IA, en acabar el seu cicle de vida; perquè hom ha demostrat que aquests esclats sempre ocorren amb la mateixa intensitat de llum i, per tant, es poden agafar com a patró: quan més lluny es produeixen, amb menys intensitat ens arriba la seua llum; a més, són més freqüents que no pas podríem pensar: en un trosset de cel com el dit gros podem observar-ne esclatar unes 10 supernoves cada nit. Aquest descobriment ha estat cabdal per arribar a copsar allò que sabem ara.

Si us recordeu d’aquella senzilla fórmula de física: velocitat (v) = espai (e) o distància recorreguda dividida pel temps (t) transcorregut en recórrer-la, us adonareu de seguida que, conegudes v i e, obtindrem t. Coneguem v, per la mesura del desplaçament al vermell dels espectres, i e, per la mesura de la intensitat de la llum dels esclats de supernova IA; doncs podem deduir fácilment el temps transcorregut des que la galàxia “X” va començar a evolucionar. Això ens ha permès saber, entre d’altres, que tot el que veiem va començar en un gran esclat (“big bang”, en anglès) i que aquest es va produir fa 13.720 milions d’anys; és a dir, ens ha permès conèixer l’edat de l’univers amb una aproximació fantàstica.

Com que he parlat d’esclats d’estels, voldria recordar ací que nosaltres som, al cap i a la fi, pols d’estels, d’aquells que esclataren en acabar el seu cicle de vida, tot escampant els elements –carboni, nitrogen, oxigen, etc.- que després formaren els planetes i a nosaltres mateixos. Insistesc, cossos com el planetes no es podien crear a l’inici de l’univers, sinó bastant més tard, quan es formaren els estels i, després de milions i milions d’anys de produir llum, alguns d’aquestos arribaren a explotar i, transcorreguts altres milions d’anys, la matèria llançada a l’espai s’agregara en forma d’un planeta com el nostre, situat a prop –ni massa ni poc- d’un estel com el nostre sol i, finalment, després d’altres milions d’anys, es produira la evolució des de la química cap a la biologia, que coneixem des de Darwin. “Els estels moriren per tu, no Jesús”, diu en Krauss. “Pols d’estels” s’anomena també el blog del nostre admirat Enric Marco ací a VilaWeb, en el qual de ben segur podrem ampliar alguna de les qüestions ací esmentades.

Continuem per un fenomen anomenat “lent gravitatòria”, previst per la teoria de la Relativitat d’Einstein, que consisteix en el desviament dels rajos de llum en passar propers a una massa prou gran (una galàxia), per, després d’avançar-la, ajuntar-se de bell nou, de forma semblant a com ho fan en una lent, donant com a resultat una distorsió de la imatge de l’objecte d’on prové la llum (augmentat, deformat i canviat de la seua posició real, segons la quantitat de massa pertorbadora). Doncs bé, quan els cosmòlegs volien “pesar” l’univers per conèixer la seua curvatura (plana, oberta o tancada), aprofitant-se de l’efecte del fenomen esmentat, tot observant un objecte aparent d’aquest tipus, visualitzat al cel (sembla sorprenent però se n’han trobat i de força clars, normalment galàxies), va resultar que, per coherència del seus càlculs, van haver d’acceptar que la major part de la massa de l’univers no es troba a les galàxies sinó a l’espai buit que les separa (per això l’anomenaren “matèria fosca”), trobant que aquesta matèria suposa de l’ordre d’un 90 % de la tota la que hi ha a l’univers. Aquesta “matèria fosca” encara no l’han identificada, però pensen que és un nou tipus de partícula subatòmica, que hom confia trobar en els experiments programats en el nou gran col·lisionador de partícules instal·lat a Ginebra, famós perquè fa poc de temps que va trobar evidències clares del famós bosó de Higgs,responsable del fet que les partícules tinguen massa.

Hom pensava de fa temps que la curvatura de l’univers havia de ser plana (els raigs de llum van en línia recta) i, la seua conseqüència, que l’energia resultant de l’univers havia de ser zero. I això perquè l’energia “positiva” de la matèria es pot equilibrar completament amb la “negativa” de la gravetat (la matèria separa mentre que la gravetat uneix). Els cosmòlegs n’estaven convençuts, però això no és prou per afirmar-ho segons el mètode científic: encara ens mancava descobrir quelcom més per demostrar-ho. Quin interès té un univers amb energia zero? Doncs que, aplicant les lleis de la física, hom demostra que el seu origen va ser el no-res. En mecànica quàntica per tenir alguna cosa cal partir del no-res. No necessites cap Déu. L’univers es va crear per fluctuacions quàntiques esdevingudes al no-res.

La curvatura plana de l’univers i el seu inici amb el “big bang” es van confirmar sense cap dubte al segle XX, mitjançant el descobriment més cabdal de tota la cosmologia, que en Krauss va ajudar a mesurar: la observació de la radiació del fons còsmic, el resplendor del “big bang”, que tenim la sort de poder veure encara; ja que es va debilitant a poc a poc i en el futur no es podrà detectar.

Però resulta que amb la matèria i l’energia que coneguem, afegida a la “matèria fosca”, tan sols tenim de l’ordre del 30 % de la matèria i energia de l’univers que calen per fer-lo pla. Encara ens manca, doncs, un 70 %, que és la quantitat més gran; d’aquesta els físics saben –es pot demostrar- que és una energia i que es troba a l’espai buit entre la matèria visible; per això l’anomenaren “energia fosca”. El que no saben encara és per què és aquí i de quin tipus es tracta; però confien a esbrinar-ho temps a venir.

L’espai buit no és estàtic. Segons la mecànica quàntica és com un enrenou de partícules i antipartícules, creant-se i aniquilant-se contínuament a velocitats increïbles. I això s’ha comprovat experimentalment en els acceleradors de partícules. Però encara n’hi ha més: es pot crear espai d’on no n’hi ha i es pot fer gran i petit a velocitats enormes. De fet, les lleis de la física que coneguem fins ara prediuen que l’espai es pot crear del no-res i que pot moure’s a velocitats superiors a la de la llum. Un exemple d’aquest capteniment de l’espai el tenim al primer període de vida del nostre univers, després de la seua naixença en un gran esclat, el qual període hom ha anomenat de la “inflació” pel ràpid creixement de l’espai.

Tot allò que veiem suposa tan sols un 1 % del total. Som ben poca cosa. Vivim en un univers dominat pel no-res. Contràriament al que volem –o ens volen fer- creure, aquest no ha estat fet per a nosaltres, perquè no hi som importants. Hem d’aprendre a ser més humils i alhora a fruir d’aquest regal de la vida.

Amb allò que sabem fins ara podem predir el passat llunyà i el futur llunyà que ens espera: vam partir del no-res, on les fluctuacions quàntiques van originar el big bang, seguit de la inflació de l’espai, que s’aturà quan es va refredar prou la matèria i l’energia per formar successivament: àtoms, molècules, estels, galàxies, cúmuls de galàxies, planetes… Després de la inflació començà l’acció de la força gravetat, tot agregant aquesta matèria per formar els distints cossos que coneguem, que, alhora, es van allunyant progressivament per acció de la matèria i l’energia fosca. Quan l’allunyament es faça més i més gran, la gravetat es debilitarà i dominarà la força disgregadora de la matèria i l’energia fosca, tot separant-se cada vegada més i més de pressa; superant-se, fins i tot, la velocitat de la llum.

Model prevalent de l'origen i expansió de l'espaitemps i el que conté. (Cliqueu sobre la imatge per veure-ho millor.)

Model prevalent de l’origen i expansió de l’espaitemps i el que conté. (Cliqueu sobre la imatge per veure-ho millor.)

A la fi ens trobarem pràcticament sols a la nostra galàxia, perquè els éssers intel·ligents que hi visquen no seran capaços de veure ni detectar cap altra galàxia ni símptomes del “big bang” ni de la resta de l’univers; es trobaran totalment aïllats fins a la seua extinció, creient que tan sols existeix la Via Làctia, on tot semblarà gairebé immutable com es pensava en segles passats. Sortosament, nosaltres hi vivim en una època anterior, ben adient per poder conèixer el nostre univers i hem d’aprofitar-la. Aquí en Krauss introdueix el concepte de “selecció natural còsmica” o “evolució còsmica”, pel fet que nosaltres ens trobem en un univers d’entre tots els possibles on les lleis de la física han permès que es formara la vida i nosaltres mateixos, per fruir-la i estudiar-la. Som aquí per casualitat! De bell nou, no cal recórrer a fantasies religioses per justificar-ho.

Actualment els científics ja treballen amb el concepte de “multivers”, on el nostre univers fora un de tants entre la infinitat d’universos que estarien evolucionant amb lleis físiques diferents. El experts encara no en coneixen tots els detalls d’aquesta hipòtesi, però les seues teories son coherents amb les observacions.

La ciència és humil perquè reconeix que no ho entén tot, que encara sap ben poc sobre l’univers, però el que sap ho demostra. En ciència, conèixer la resposta no significa res, cal provar el nostre coneixement, allò que anomenem demostrar-ho empíricament, amb experiments. Quina diferència amb el cofoisme religiós!

És un repte el poder descobrir tot allò que encara ens manca per saber i una gran satisfacció aconseguir-ho fita a fita.

No cal que us diga que aquest tema, exposat per Lawrence M. Krauss, ha estat una de les troballes que més feliç m’ha fet aquest any i em venia de gust compartir-ho amb tots vosaltres. Espere que no us haja resultat massa llarg ni massa desmanegat.

(Si voleu conèixer una teoria científica que ens permet fer una passa més enllà, per poder “veure” abans del “gran esclat”, anomenada “Gravetat Quàntica de Llaços”, la podeu “tastar” en aquest apunthttps://blocs.mesvilaweb.cat/ildecp/?p=270841)

Afegeix un comentari

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *