Câmp gravitaţionalTeoria gravitaţiei a lui Newton s-a născut şi a rămas cu o mare problemă: nu a explicat cum funcţionează gravitaţia, cum anume se transmite aceasta între două corpuri. Această dificultate a fost admisă de Newton însuşi. În acest articol citiţi despre evoluţia conceptul de gravitaţie, incluzând relativitatea generală a lui Einstein.

 

Ceea ce Einstein a numit "bizara acţiune la distanţă" referindu-se la inseparabilitatea cuantică (vezi detalii aici) este similar în multe aspecte cu "acţiunea la distanţă" din teoria gravitaţiei a lui Newton. Merită aceeaşi soartă.

"Oricine nu este nemulţumit de gravitaţia newtoniană are pietre în cap". Aceasta nu este o citare mot-à-mot, dar cred că sunteţi de acord că este un rezumat destul de bun al formulării originale, exprimate acum mai bine de 300 de ani: "Că un corp poate acţiona asupra unui alt corp aflat la distanţă prin vid, fără medierea a nimic... este pentru mine aşa o absurditate că nu cred că vreo persoană cu facultatea de a gândi probleme filozofice o poate vreodată accepta".

Această aserţiune pune în evidenţă controversa ce a însoţit apariţia teoriei gravitaţiei a lui Newton, cuprinsă în uimitoarea sa carte Principia, publicată în anul 1687. Această teorie spune că orice lucru ce are masă exercită o forţă de atracţie asupra oricărui alt lucru cu masă, această forţă depinzând doar de masele lucrurilor şi de distanţa dintre acestea. Folosind o matematică evoluată, Newton a arătat că această forţă a gravitaţiei explică în mod precis mişcarea planetelor, a cometelor, lunii şi mării.

În carte Newton nu încearcă să explice cum funcţionează această "acţiune la distanţă"; la un moment dat, Newton spune că nu va face speculaţii pe această temă. El a folosit expresia latină "hypotheses non fingo", care înseamnă ceva de genul "nu voi inventa ipoteze".

 

 

Poate vă imaginaţi că citatul de mai sus (verde, italic) vine de la vreunul dintre criticii teoriei gravitaţiei a lui Newton, probabil de la marele contemporan al acestuia, Gottfried von Leibniz, dar adevărul este altul: aceste cuvinte critice au fost scrise chiar de Newton. Acesta a fost foarte contrariat de situaţia că o planetă trebuie să "ştie" de câmpul gravitaţional al Soarelui fără ca ceva fizic să existe între cele două corpuri cereşti; Newton s-a străduit din greu să inventeze un mecanism plauzibil. Un asemenea mecanism pe care l-a propus a fost un fluid care să fie prezent pretutindeni în spaţiu - eterul - şi care să fie cumva atras de către Soare, trăgând astfel planetele către el şi evitând ieşirea din orbită a planetelor. Această idee nu a rezistat scrutării atente, iar Newton nu a introdus explicaţia în Principia.

 

Newton şi Leibniz

 

În fapt, Newton şi Leibniz aveau opinii similare asupra plauzibilităţii gravitaţiei ca o forţă lipsită de un agent mecanic. După cum a afirmat Leibniz: "dacă gravitaţia se exercită fără vreun mecanism... atunci aceasta este o calitate ocultă fără sens, atât de ocultă încât niciodată nu va putea fi clarificată, chiar dacă un spirit, ca să nu putem spune Dumnezeu însuşi, s-ar strădui să o lămurească".

De ce menţionăm aceste probleme din istoria veche a fizicii? Sunt două motive. Unul este acela că ştiinţa a conţinut mereu câteva noţiuni considerate supranaturale la momentul respectiv şi e instructiv de văzut retrospectiv cum asemenea idei sunt până la urmă acceptate ori respinse de majoritatea savanţilor. Al doilea motiv este acela că există paralele revelatoare între teoria gravitaţiei şi teoria cuantică ce ne poate ajuta să înţelegem dificultăţile filozofice curente ce decurg din mecanica cuantică.


::::: CE S-A ÎNTÂMPLAT CU PROBLEMA ACŢIUNII LA DISTANŢĂ?

Dacă acceptăm că teoria gravitaţiei a lui Newton a fost considerată foarte stranie acum 300 de ani, dar acum este tratată ca fiind una fără probleme, trebuie să ne întrebăm ce s-a întâmplat de s-a schimbat percepţia oamenilor? Sugerez cinci posibilităţi:

::: 1. Gravitaţia, ca forţă care se exercită de la distanţă între corpuri, a fost demonstrată ca fiind o iluzie şi că nu există în realitate;

::: 2. Gravitaţia este în acelaşi timp bizară şi reală, dar o conspiraţie a câtorva oameni de ştiinţă a dus la convingerea tuturor că nu e nimic în neregulă, pentru că ei nu au putut suporta să admită că există fenomene care nu pot fi explicate;

::: 3. Un experiment, necunoscut lui Newton, a arătat cum funcţionează în fapt gravitaţia, iar acum totul are sens;

::: 4. O nouă teorie (câmpul gravitaţional, curbura spaţiu-timpului ori gravitonii) dovedeşte că gravitaţia poate funcţiona prin acţiunea la distanţă fără probleme.

::: 5. După o vreme, oamenii au uitat de ce au găsit ideea gravitaţiei lui Newton atât de ciudată şi au trecut mai departe.

Impresia mea este că majoritatea fizicienilor vor adera la al patrulea punct din lista de cinci - şi anume la ideea că fizica a ajuns la punctul în care problema acţiunii la distanţă a fost rezolvată. De exemplu, începând cu secolul al XIX-lea ideea spaţiului gol a fost înlocuită cu ideea că spaţiul conţine în fiecare punct un câmp gravitaţional. Astfel, gravitaţia nu acţionează în chip misterios în vid; există ceva în vid care face ceea ce trebuie făcut.

 

Din păcate, lucrurile nu sunt atât de simple. Câmpul gravitaţional este ceva care are intensitate şi direcţie în fiecare punct, determinând ce forţă afectează orice masă în acel punct. Câmpul nu transmite forţa cum făcea eterul lui Newton; el furnizează informaţii despre forţă. Dar cum se ajustează câmpul în mod corect în fiecare punct? În loc să spunem că obiectele reacţionează la mase aflate la distanţă, acum afirmăm că ceea ce acţionează asupra maselor este câmpul. Mai mult, nu este nicio consecinţă măsurabilă a existenţei câmpului care să difere de vechea viziune a gravitaţiei bazate pe acţiunea la distanţă - care, desigur, a funcţionat foarte bine o vreme. Newton şi Leibniz ar fi văzut câmpul gravitaţional ceea ce este - un instrument matematic care îşi are rostul său, dar care nu ajută la înţelegerea problemei din punct de vedere raţional, filozofic.

Dar nu trebuie neapărat să ne bazăm pe teoria câmpului gravitaţional, pentru că avem la dispoziţie noua teorie a gravitaţiei care a înlocuit-o pe cea a lui Newton: teoria generală a relativităţii a lui Einstein, publicată în 1915 (citiţi despre relativitatea generală aici). Conform lui Einstein, nu există nici o forţă gravitaţională în spaţiul gol. Materia produce curbarea spaţiu-timpului; obiectele se deplasează în traiectorii curbate în acord cu această curbură a spaţiu-timpului, iar problema gravitaţiei este rezolvată. Ştim că teoria este corectă pentru că a fost testată, ca în cazul mişcării planetei Mercur.

Dar întrebarea fundamentală rămâne încă în picioare, poate un pic schimbată: cum face Soarele de curbează spaţiu-timpul exact atât cât trebuie în regiunea de deplasare a Pământului, aflat la aproximativ 150 de milioane de kilometri depărtare? În practică este doar o mică diferenţă conceptuală între curbura spaţiu-timpului şi câmpul gravitaţional. Nimeni nu a spus: "Gravitaţia este explicată de curbura spaţiu-timpului; fizica nu mai este bizară!".

În timp ce ideile în fizică au evoluat, principalul motiv pentru care acţiunea la distanţă nu mai este supărătoare pentru nimeni are legătură cu al cincilea punct din lista noastră. În vremea lui Newton exista concepţia de nezdruncinat că nu poate exista o forţă fără să existe contact, concepţie venită în parte din experienţă, parte din convingerea că a trata lucrurile altfel ar fi însemnat să apelezi la tot felul de forţe oculte. Astăzi, în era telefoanelor mobile şi a telecomenzii, ideea acţiunii la distanţă nu mai este tulburătoare, întrucât noi vedem cum acest tip de forţe se manifestă, fără a ne distruge universul.

Mecanica cuantică: o analogie cu Newton-2

 

 


Skeptical InquirerTextul de mai sus reprezintă traducerea articolului Quantum Weirdness: An Analogy from the Time of Newton de Paul Quincey, traducere realizată cu acordul revistei Skeptical Inquirer.