Acum două zile Cristian Tudor Popescu a publicat un articol intitulat „Dumnezeu există” pe site-ul republica.ro. Un articol care încearcă să arate, credem, printre altele, insignifianța omului în raport cu natura. Un articol bine scris, percutant, în stilul bine-cunoscut al gazetarului.

În articol acesta vorbește despre concepte complexe, precum „universul observabil”, „materia întunecată și energia întunecată” și vidul din interiorul atomului. Am fost curioși: cât de bine a surprins gazetarul, din punct de vedere științific, aceste concepte? Păi să vedem...



1. Cât de mare este universul observabil?

Extras din articol:
„Ne aflăm în Ceva. Acest Ceva are un diametru de 93 de miliarde ani lumină. [...] Și acesta e doar Universul observabil, adică până unde vede telescopul spațial, scos pe orbită în afara atmosferei terestre. Adică, există și un Dincolo...”

Universul observabil este ce putem „vedea” din univers, pornind de la două aspecte: a) lumina călătorește cu apx. 300.000 km/s și b) universul are vârsta de 13,8 miliarde ani.

Pe scurt: telescopul spațial nu vede până la 93 de miliarde de ani-lumină. Nici pe de departe. În fapt obiectele cosmice a căror lumină o captăm cu ajutorul telescoapelor azi au emis acea lumină pe când se aflau la distanțe mult mai mici decât se află ele astăzi. Noi includem aceste obiecte în universul observabil, dar nu mai primim informații despre ce se întâmplă astăzi cu ele.

Altfel spus, universul observabil este o proiecție a noastră, bazată pe lumina captată de la obiecte care au emis această lumină pe când se aflau la distanțe mult mai mici decât cele la care credem (pe baza calculelor) că se află azi.

Astăzi putem vedea lucruri din univers nu mai vechi de 13,8 miliarde de ani (care corespunde, firește, cu vârsta universului), pentru că doar lumina acestor obiecte ar fi putut ajunge la noi. De ce este atunci universul observabil de circa 93 de miliarde de ani-lumină? Pentru că universul este în expansiune accelerată; vedem lucruri care, la momentul emiterii fotonilor erau la o distanță, dar astăzi, când noi captăm acești fotoni, pe fondul expansiunii universului, se află la o cu totul altă distanță!

Cu un telescop pe Terra ori „pe orbită”, diferența e doar de calitatea semnalului. Trebuie înțeles că utilizarea telescopului reprezintă o activitate pasivă, nu te poți „infiltra” cumva în adâncimea spațiului, ci doar captezi lumină transmisă de corpurile din univers.

Universul observabil este „elastic”, adică se modifică în fiecare secundă. El nu rămâne fix în niciun fel. Devine mai mare, pentru că fotonii de la un obiect cosmic îndepărtat, care în clipa asta sunt la 1 an-lumină de noi, vor ajunge la telescoapele noastre peste un an, deci universul observabil va fi mai mare, pentru că am putut observa obiecte aflate la mai mare distanță cu un an-lumină (la momentul în care au fost părăsite de fotonii tocmai captați).

Iată un exemplu (vezi și videoclipul de mai jos): lumina de la galaxia GN-z11, cel mai îndepărtat obiect cosmic identificat vreodată, a părăsit galaxia acum 13,4 miliarde ani, pe când universul avea 3% din vârsta prezentă. Luând în calcul expansiunea universului, aceasta este acum la 32 miliarde de ani-lumină.

Acel „Dincolo” se modifică și el, devenind mai mare, nu mai mic, pentru că acel dincolo beneficiază de expansiunea accelerată a universului.


Și mai e ceva: volumul Hubble!


Mai este un concept util în această poveste: „volumul Hubble”.

Ce este acest acesta? Volumul Hubble reprezintă regiunea sferică din univers care înconjoară un observator dincolo de care obiectele se depărtează de observator cu o viteză mai mare decât viteza luminii, ca efect al expansiunii accelerate a universului. Da, universul se poate mări cu o viteză mai mare decât viteza luminii.

Așadar, un foton într-un „cub” (imaginat) de spațiu care se deplasează față de noi cu o viteză mai mare decât viteza luminii (din nou, pe fondul expansiunii universului), nu va ajunge niciodată la noi.

Raza volumului Hubble este de 14,4 miliarde ani-lumină.

Obiectele cosmice aflate acum la limita universului Hubble, nu vor mai fi vizibile, odată ce trec această limită.

Aceste obiecte aflate la limita universului Hubble, deși sunt în universul observabil (înțeles ca spațiul care conține obiecte cosmice de la care putem primi fotoni), nu vor mai fi vizibile. Nu e un paradox. Noi primim lumină de la obiecte aflate acum la, să zicem, 32 de miliarde de ani-lumină, dar care, la momentul emiterii fotonilor, erau mult mai aproape. Dar obiecte cosmice mult mai apropiate (decât cele 32 de miliarde de ani-lumină), care încep să emită azi, dacă sunt în afara volumului Hubble, nu vor fi văzute niciodată pe Terra.

Așadar, astăzi putem observa obiecte care între timp au ieșit din volumul Hubble, pentru că lumina pe care o captăm azi a fost emisă pe când aceste obiecte erau în interiorul volumului Hubble.

După cum vedeți, ambele concepte, de „univers observabil” și „univers Hubble”, sunt concepte dinamice, ce necesită, pentru a fi înțelese, o bună familiarizare cu mecanismului universului și cu relația complicată dintre corpurile cosmice și detecția acestora, prin intermediul luminii, de către om.

În concluzie, „ceva” și „dincolo” din articolul menționat sunt lucruri mai complicate decât la prima vedere, nu foarte simplu de explicat și înțeles.


Citește și: Care este locul nostru în univers?

 

GN-z11, cea mai depărtată galaxie observată vreodată

Lumina de la galaxia GN-z11 a părăsit galaxia acum 13,4 miliarde ani, pe când universul avea 3% din vârsta prezentă.
Luând în calcul expansiunea universului, aceasta este acum la 32 miliarde de ani-lumină.



2. Este universul gol, vid, neant?

Extras din articol:
„Din Universul observabil, doar 6% este materie, restul e gol, vid, neant, pe care unii îl numesc materie întunecată, energie întunecată”.

Iată compoziția universului:


Întâi de toate: materia întunecată și energia întunecată nu sunt denumiri pentru vid. Nu sunt observabile, pentru că nu interacționează cu fotonii, „instrumentul” de bază pentru noi atunci când vine vorba de sondat universul.

Așadar, faptul că în univers doar 5% (în fapt) este materie, nu înseamnă că restul este vid, dimpotrivă.

Vidul mai este definit şi ca „starea de energie minimă”. Spaţiul intergalactic este o bună aproximare a vidului, dat fiind că distanţele dintre corpurile cereşti sunt enorme în univers, iar în spaţiul dintre galaxii nu există multă materie. Dar există, totuși, ceva. Chiar dacă scoatem toată materia din univers, inclusiv materia întunecată și energia întunecată, tot mai rămânem cu ceva: particulele virtuale, despre care teoria câmpurilor cuantice spune că reprezintă vibrații ale câmpurilor cuantice (care sunt baza tuturor particulelor - vezi mai jos, la punctul 3, explicații suplimentare).

Pe lângă aceste câmpuri cuantice fluctuante există şi câmpuri nefluctuante,  denumite „condensaţi", precum condensatul Sigma şi condensatul Higgs. E posibil să existe şi alte astfel de câmpuri nefluctuante.

 


Activitate gluonică (particule virtuale) în „vid”


Așadar, imaginea conform căreia universul conține, în cea mai mare parte, vid, sub diverse denumiri, este greșită. Nu doar că restul nu este vid, dar reprezintă, după cum puteți vedea în imaginea de mai sus, cea mai mare parte a compoziției universului.  

Citiți și: Cât cântărește spațiul gol?


3. Sunt atomii mai mult vid?

Extras din articol:
„Atomii, având mult mai mult vid în ei decât nucleu și electroni”.

În urmă cu trei ani am scris un articol intitulat „De ce obiectele opun rezistență la atingere”, pe care-l începeam așa: „Simplificând un pic, dacă atomul ar fi de dimensiunea unui teren de fotbal, nucleul atomic ar fi de dimensiunea unui nasture. Restul - spaţiu gol.”.

Ok, trebuie admis, că am simplificat un pic cam mult...




Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite.
Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea).
Credit: wikipedia.org


Atomii sunt constituiți din nucleu și electroni. Nucleul este format din protoni și neutroni, care la rândul lor sunt formați din două tipuri de quarcuri (particule elementare): up și down.

Electronii sunt foarte mici în comparație cu protonii sau neutronii (cam a zecea mia parte), dacă-i privim ca particule.

Dar lucrurile sunt mai complicate. Pentru că, în fapt, înțelegerea electronului și a quarcurilor ca fiind un fel de bile care interacționează misterios între ele, iar între aceste bile este vid - aceasta este o abordare care nu se mai potrivește cu concepția fizicii moderne, mecanica cuantică.

În concepția modernă, ceea ce numim particule sunt vibrații locale ale unui câmp cuantic. Toate particulele sunt astfel de oscilații ale unor câmpuri. Există un câmp fotonic, un câmp al quarcurilor, un câmp gluonic, un câmp miuonic etc.


Citiți și: Câmpurile cuantice - cărămizile fundamentale ale universului



Reprezentare a câmpurilor cuantice

 

Cu cât energiile sunt mai mari, cu atât aceste elemente constitutive ale universului par mai degrabă particule decât unde. Dar la energii joase, acestea se comportă mai degrabă ca unde.

Iată exemplu sugestiv al fotonilor: aceștia pot avea lungimi de undă de zeci de metri ori chiar kilometri (din segmentul undelor radio)!

În cazul electronilor, aflați în structura exterioară a atomilor, nu putem spune că sunt mici bile care orbitează în jurul nucleului. În fapt, după cum puteți observa în imaginea de mai sus (funcția de undă a hidrogenului), electronii se manifestă în ceva numit „nori de probabilitate”: îi poți găsi într-o arie destul de mare în jurul nucleului, în anumite zone cu mai mare probabilitate decât în altele.

Această dualitate (particulă-undă) a constituenților fundamentali ai materiei face ca imaginea noastră „clasică”, de particule-bile, să nu fie corectă. De aceea, să spunem că atomul este format, în cea mai mare parte, din spațiu gol, este înșelător. În spațiul ăla se află funcția de undă a particulelor, în superpoziție. În spațiul ăla „gol” te poate lovi în cap oricând un electron rătăcit :)

_____


Dacă ați rezistat până aici, sigur v-ar plăcea un articol al cărui subiect nu e nicăieri în altă parte abordat în limba română: De ce nu cad electronii în nucleul atomului?


Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 


Ne poți ajuta cu o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro