"Constanta cosmologică este cea mai mare gafă din viaţa mea" este una din spusele lui Albert Einstein rămase celebre. Această autocritică făcea referire la una dintre puţinele greşeli de natură ştiinţifică pe care marele fizician le-a comis de-a lungul existenţei sale. Einstein, asemenea majorităţii fizicienilor la începutul secolului XX, credea în teoria ce ulterior s-a dovedit a fi eronată potrivit căreia Universul are o natură statică. Această preconcepţie era atât de puternic înrădăcinată în credinţele ştiinţifice ale vremii, că până şi marele Einstein a căzut în capcana ei. El a făcut tot posibilul pentru a adapta matematica folosită la descrierea felului în care se comportă Universul în aşa fel încât aceasta să vină în sprijinul acestei concepţii eronate. Pentru că, de obicei, se baza pe frumuseţea aparatului matematic pe care îl construia pentru a-şi demonstra concepţiile despre natura realităţii, fizicianul german a introdus în ecuaţiile cu ajutorul cărora a descris pe atunci proprietăţile Universului o constantă anti-gravitaţie, cunoscută astăzi drept constanta cosmologică, care de fapt nu îşi avea locul acolo. Dacă ar fi crezut îndeajuns în ecuaţiile sale iniţiale şi nu ar fi introdus acea constantă, ar fi fost primul care să prezică fenomenul expansiunii Universului, iar istoria celebrei sale ziceri nu ar mai fi fost la loc de cinste în biografiile sale.

În 1917 Einstein lucra la Teoria Relativităţii Generalizate şi încerca să găsească o ecuaţie care să descrie Universul ca fiind static - un Univers care să nu colapseze sub forţa propriei gravitaţii într-un moment opus Big Bang-ului şi denumit Big Crunch. Pentru a avea la dispoziţie în cadrul teoriei sale un Univers static, Einstein a introdus o constantă cosmologică - o forţă care se opune gravitaţiei.

12 ani mai târziu Edwin Hubble descoperea că Universul nu este static, îl făcea pe Einstein să renunţe la constanta sa cosmologică şi să pronunţe celebra propoziţie prin care proclama introducerea acesteia ca fiind cea mai mare gafă a vieţii sale.

 

 

Cum a ajuns Hubble la teoria Universului în expansiune?

 

La începutul secolului XX, astronomul american Edwin Hubble (născut la 20 noiembrie 1889), a studiat amănunţit mişcarea stelelor şi galaxiilor din Universul cunoscut şi accesibil cu aparatele vremii. Rezultatul observaţiilor sale şi ale altor colegi astronomi a fost o idee care a modificat profund la vremea respectivă înţelegerea naturii şi evoluţiei Universului. Deşi teoria conform căreia Universul fusese până la un punct al istoriei sale în expansiune era deja acceptată, pe atunci se credea că această expansiune se oprise, iar Universul intrase într-o fază statică. Hubble a venit cu o nouă idee şi, susţinut şi de observaţiile sale astronomice, a contrazis concepţia împământenită spunând că expansiunea continuă încă. El a demonstrat că majoritatea galaxiilor şi stelelor observabile cu mijloacele astronomice de atunci prezentau un fenomen de deplasare spre roşu a liniilor spectrale. Fenomenul nu este chiar simplu de explicat dar, în esenţă, ceea ce se întâmplă este că datorită efectului Doppler, liniile spectrale ale luminii vizibile venite dinspre stele şi galaxii se deplasează spre zona roşie a spectrului, fapt care indică depărtarea acelui corp faţă de Pământ.

Fenomenul desemnat în limba engleză prin termenul redshift apare atunci când radiaţia electromagnetică - de obicei lumină vizibilă - emisă ori reflectată de către un obiect este deplasată spre capătul roşu (de energie mai scăzută) al spectrului electromagnetic, din cauza efectului Doppler. Mai exact, avem de-a face cu o creştere a lungimii de undă a radiaţiei electromagnetice recepţionate de un anumit detector prin comparaţie cu lungimea de undă pe care radiaţia electromagnetică o avea la sursă. Acestei creşteri a lungimii de undă îi corespunde o scădere a frecvenţei undelor electromagnetice recepţionate şi reprezintă semnul depărtării sursei faţă de observator. În mod contrar, o scădere a lungimii de undă denotă apropierea sursei faţă de observator şi poartă în literatura de specialitate numele de blueshift.

Redshift şi blueshift

Fenomenele de redshift şi blueshift

Reprezentare simplificată (wikimedia.org)

 

O linie spectrală este o linie luminoasă sau întunecată care este parte a unui spectru altfel uniform şi continuu, care apare ca rezultat al unui exces sau deficit de fotoni în cadrul unei benzi înguste de frecvenţe, prin comparaţie cu frecvenţele învecinate.

Fenomenul de redshift

Linii spectrale ale spectrului optic corespunzător unor galaxii îndepărtate (dreapta),

prin comparaţie cu cele corespunzătoare Soarelui (stânga).

wikimedia.org

 

Descoperirea lui Hubble a reprezentat un triumf experimental în epocă. A fost un eveniment total neaşteptat la momentul respectiv şi aceasta a avut drept consecinţă, printre altele, apariţia teoriei Big Bang. Deşi Einstein ar fi putut face aceleaşi predicţii folosindu-se doar de matematică, el a introdus acea constantă cosmologică pentru a adapta indicaţiile oferite de aparatul său matematic în direcţia corespunzătoare credinţelor ştiinţifice de început de secol XX.


Dar dacă constanta cosmologică nu a fost o greşeală? Supoziţia energiei negre...

În 1998, două echipe de cercetători au descoperit că expansiunea Universului nu are loc la o rată constantă, ci este una accelerată - galaxiile se depărtează din ce în ce mai repede unele de altele, altfel decât se credea până atunci. Asta înseamnă că trebuie să existe o forţă care să fie superioară gravitaţiei imense pe care galaxiile o exercită unele asupra celorlalte, o forţă care să genereze această expansiune accelerată a Universului. Oamenii de ştiinţă au botezat această forţă energie neagră, despre care se crede că ar constitui cam 74 de procente din compoziţia Universului. Restul Universului se compune din: 22 de procente materie neagră şi doar 4 procente materie obişnuită - cea care constituie Universul observabil. Lucrul surprinzător este că energia întunecată are într-un anume sens exact semnificaţia pe care Einstein a dat-o constantei sale cosmologice.