Georges Lemaître şi Big Bang-ul

Teme: Personalităţi, Ştiinţă.
Etichete: .
Publicat la 24 aprilie 2009.
Print Friendly

Autor: Mark Midbon
Traducere: Cristina Ardelean
Sursa: CatholicEducation.org

În iarna lui 1998, două echipe distincte de astronomi de la Berkeley, California, au făcut o descoperire similară surprinzătoare. Ambele echipe observau supernove, stele explozive vizibile de la mari distanţe, pentru a vedea cât de repede se extinde universul. Potrivit opiniilor ştiinţifice la momentul respectiv, astronomii se aşteptau să descopere o scădere a ratei de expansiune. În mod contrar, ei au constatat o creştere, descoperire care a „zguduit fundamentele astronomiei” (Astronomy, octombrie 1999).

Lemaître şi Einstein

Această descoperire nu l-ar fi surprins pe Georges Lemaître (1894-1966), matematicianul belgian şi preotul catolic care a dezvoltat teoria Big Bang-ului. Lemaître a descris începutul universului ca pe o explozie de artificii, comparând galaxiile cu cărbuni încinşi care se împrăştie într-o sferă ce se extinde din centrul exploziei. El credea că această explozie de artificii reprezintă începutul timpului, care a avut loc în „ziua fără de ieri”.

După decenii de strădanie, alţi oameni de ştiinţă au ajuns să accepte Big Bang-ul ca pe un fapt. Dar în vreme ce cei mai mulţi dintre ei, inclusiv matematicianul Stephen Hawking, prevedeau o diminuare a expasiunii universului datorată gravităţii care urma să facă universul să se prăbuşească către propriul centru, Lemaître crede că universul va continua să se extindă. El susţinea că Big Bang-ul a fost un eveniment unic, în vreme ce alţi oameni de ştiinţă credeau ca universul se va contracta până la apariţia unui nou Big Bang, şi aşa mai departe. Observaţiile făcute la Berkeley susţineau afirmaţia lui Lemaître, şi anume aceea că Big Bang-ul a fost, de fapt, „o zi fără de ieri”.

Când Georges Lemaître se năştea în Charleroi, Belgia, cei mai mulţi oameni de ştiinţă credeau că universul este infinit în timp şi constant în aspectul său general. Lucrările lui Isaac Newton şi James C. Maxwell sugerau un univers etern. Când Albert Einstein a publicat pentru prima dată teoria relativităţii în 1916, ea părea să confirme faptul că universul este etern, stabil şi imuabil.

Lemaître şi-a început propria carieră ştiinţifică la Colegiul de Inginerie din Louvain, în 1913. Cu toate acestea, după un an a fost obligat să plece pentru a servi în artileria belgiană în timpul primului război mondial. După terminarea războiului, a intrat la Maison Saint Rombaut, un seminar al Arhiepiscopiei din Malines, unde, în timpul liber, citea tratate de matematică şi ştiinţe. După hirotonirea sa în 1923, Lemaître a studiat matematica şi ştiinţele la Universitatea din Cambridge, unde unul dintre profesorii săi, Arthur Eddington, era directorul Observatorului.

În cadrul cercetării de la Cambridge, Lemaître a revizuit teoria generală a relativităţii. La fel ca şi în cazul calculelor făcute de Einstein în urmă cu zece ani, calculele lui Lemaître au arătat că Universul trebuie să fie în scădere sau în creştere. Dar în vreme ce Einstein a imaginat o forţă necunoscută – o constantă cosmologică – care menţine stabilitatea, Lemaître a decis că universul este în creştere. El a ajuns la această concluzie după observarea iradierii de culoare roşie, cunoscută drept devierea spre roşu, care înconjoară obiectele din afara galaxiei noastre. Interpretată ca un efect Doppler, această schimbare de culoare însemna că galaxiile se îndepărtează de noi. Lemaître a publicat calculele şi raţionamentele sale în Annales de la Societe scientifique de Bruxelles în 1927. Puţini au fost aceia care i-au acordat atenţie. În acelaşi an, el a vorbit cu Einstein, la Bruxelles, dar acesta din urmă, neimpresionat, i-a spus: „Calculele dumneavoastră sunt corecte, dar modul în care înţelegeţi fizica este abominabil.”

Curând, însă, modul în care Einstein înţelegea fizica avea să fie criticat. În 1929, observaţiile sistematice ale lui Edwin Hubble asupra altor galaxii au confirmat devierea spre roşu. În Marea Britanie, Societatea Astronomică Regală s-a reunit pentru a discuta aşa-zisa contradicţie dintre observaţia vizuală şi teoria relativităţii. Sir Arthur Eddington s-a oferit voluntar pentru a găsi o soluţie. Când Lemaître a citit despre aceste proceduri, i-a trimis lui Eddington o copie a tezei lui din 1927. Astronomul britanic şi-a dat seama că Lemaître a făcut puntea dintre teorie şi observaţie. La sugestia lui Eddington, Societatea Astronomică regală a publicat traducerea engleză a lucrării lui Lemaître în Monthly Notices din martie 1931.

Cei mai mulţi oameni de ştiinţă care au citit teza lui Lemaître au admis că universul era în expansiune, cel puţin la momentul respectiv, dar s-au opus ideii că universul ar fi avut un început. Ei erau obişnuiţi cu ideea scurgerii eterne a timpului. Părea ilogic ca infinite milioane de ani să fi trecut înainte ca universul să existe. Eddington însuşi a scris în revista englezească Nature că noţiunea de început de lume este „inadmisibilă”.

Preotul belgian i-a răspuns lui Eddington cu o scrisoare publicată în Nature din 9 mai 1931. Lemaître sugera că universul are un început clar în care toată materia şi energiile erau concentrate într-un punct: în cazul în care lumea a început cu un singur cuantum, noţiunile de spaţiu şi de timp nu ar mai fi avut nicio semnificaţie la început, ele ar începe să aibă sens abia atunci când cuantumul original ar fi fost împărţit într-un număr suficient cuante. În cazul în care această sugestie este corectă, începutul lumii a avut loc puţin înainte de începutul spaţiului şi timpului.

Duncan Aikman a scris despre aceste seminarii în New York Times Magazine. Un articol despre Lemaître a apărut în 19 februarie 1933, prezentând o fotografie a lui Einstein şi Lemaître stând unul lângă celălalt. Dedesubtul ei se putea citi: „Îşi nutresc o profundă admiraţie şi respect reciproc.” Pentru activitatea sa, Lemaître a fost primit ca membru al Academiei Regale din Belgia. O comisie internaţională i-a acord premiul Francqui. Arhiepiscopul din Malines, Cardinalul Josef Van Roey, l-a numit pe Lemaître canonic al catedralei în 1935. Anul următor, Papa Pius al XI-lea l-a numit pe Lemaître membru al Academie Pontificale de Ştiinţe.

În ciuda tuturor acestor elogii, au existat unele probleme legate de teoria lui Lemaître. Una dintre ele: rata de expansiune calculată de Lemaître nu este corectă. Dacă universul s-ar extinde cu o rată constantă, timpul care i-ar fi luat să-şi acopere raza ar fi fost prea scurt pentru a permite formarea de stele şi planete. Lemaître a rezolvat această problemă prin exproprierea constantei cosmologice a lui Einstein. În vreme ce Einstein a folosit-o în încercarea de a ţine universul la o mărime constantă, Lemaître a folosit-o pentru a accelera procesul de expansiune a universului de-a lungul timpului.

Einstein nu a acceptat uşor utilizarea constantei cosmologice de către Lemaître. El a considerat constanta ca pe cea mai mare greşeală a carierei sale, şi a fost deranjat de utilizarea indicelui de eroare super-galactic de către Lemaître. După decesul lui Arthur Eddington în 1944, Universitatea din Cambridge a devenit centrul opoziţiei împotriva teoriei Big Bang-ului a lui Lemaître. De fapt, Fred Hoyle, un astronom la Cambridge, este cel care a dat în mod sarcastic denumirea de „Big Bang”. Hoyle şi alţii au favorizat o abordare a istoriei universului cunoscută sub numele de „starea de echilibru”, în care atomii de hidrogen erau creaţi în mod continuu şi treptat fuzionau în nori de gaz, care apoi formau stele.

În 1964 însă, o mare descoperire a confirmat unele dintre teoriile lui Lemaître. Lucrătorii de la Bell Laboratories din New Jersey lucrau la un telescop radio, când au descoperit o interferenţă cu microunde ciudată. Era la fel de puternică, indiferent dacă orientau telescopul spre centrul galaxiei sau în direcţie opusă. Nu numai atât, dar avea mereu aceeaşi lungime de undă şi transmitea mereu aceeaşi sursă de temperatură. Aceasta descoperire accidentală necesita trecerea mai multor luni pentru ca importanţa sa să fie apreciată. În cele din urmă, Arno Penzias a câştigat Premiul Nobel în fizică. Această interferenţă de microunde a fost recunoscută ca radiaţia cosmică de fond, o reminiscenţă al Big Bang-ului. Lemaître a primit vestea cea bună în timp ce era în convalescenţă după un atac de cord la Spitalul Saint Pierre de la Universitatea din Louvain. A murit în Louvain în 1966, la vârsta de 71 de ani.

După moartea sa, s-a constituit un consens în favoarea exploziei de artificii a lui Lemaître. Dar anumite îndoieli persistă încă: A avut loc într-adevăr acest eveniment într-o zi fără de ieri? Poate că gravitatea ar putea să ofere o explicaţie alternativă. Unii susţin că gravitatea ar încetini expansiunea universului şi l-ar face să se contracteze spre centru, caz în care ar urma să existe un Big Crunch (Marea sfărâmare) şi apoi un alt Big Bang. Prin urmare, Big Bang-ul nu ar fi fost un eveniment unic, care a marcat începutul timpului, ci numai o parte dintr-o infinită succesiune de Big Bang-uri şi Big Crunch-uri.

Când Stephen Hawking a aflat despre descoperirea de la Berkeley din 1998, şi anume că universul se extinde cu o rata crescută, a spus că rezultatele sunt încă preliminarii pentru ca teoria să fie luată în serios. Mai târziu, şi-a reconsiderat poziţia. „Am avut acum mai mult timp pentru a lua în considerare observaţiile, şi ele sunt fondate”, a declarat revistei Astronomy (octombrie 1999). „Aceasta m-a făcut să-mi reconsider prejudecăţile mele teoretice.”

Hawking era de fapt modest. În faţa agitaţiei ştiinţifice cauzate de rezultatele supernovelor, el s-a adaptat foarte repede. Dar sintagma „prejudecăţi teoretice” face trimitere la atitudinea pe care oamenii de ştiinţă o aveau cu 70 de ani în urmă. A fost nevoie de un matematician, şi pe deasupra şi preot catolic să se uite la rezultate cu un spirit deschis şi să creeze un model care a funcţionat.

Este paradoxală această situaţie? Lemaître nu credea asta. Duncan Aikman punea în prim-plan viziunea lui Lemaître într-o ediţie din 1933 a New York Times: „Nu există conflict între religie şi ştiinţă, a explicat Lemaître în nenumărate rânduri publicului din această ţară… Viziunea lui este interesantă şi importată nu pentru că vine din partea unui preot catolic, sau a unuia dintre astrofizicienii de frunte ai timpurilor noastre, ci pentru că el este şi una alta”.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *