Este Big Bangul un mit? De la povești ale creației la apariția materiei

Să spunem că ești transportat înapoi în timp, într-o cultură antică. Iar pe parcurs, cumva, uiți tot ce știai despre cosmologia modernă (nu te preocupa de detalii, e doar un artificiu narativ; prefă-te, dacă e nevoie, că e vorba de un tip foarte ciudat și selectiv de amnezie indus de dispozitivul de călătorie în timp). Nu contează unde sau când ajungi, atât timp cât este înainte de apariția metodei științifice moderne. Și să presupunem că această cultură în care ai fost aruncat, fie că este o civilizație mare și complexă, fie doar un mic grup de triburi, decide să te transforme în echivalentul lor de preot, șaman sau alt tip generic de lider religios.

Sunt oameni inteligenți și curioși, la fel de inteligenți și curioși ca oamenii de astăzi. Au observat multe lucruri ciudate despre universul din jurul lor. Văd Soarele și Luna descriind arcuri pe cer. Văd mii de mici puncte de lumină pe cer în fiecare noapte. Există munți, râuri și mări, pline de creaturi – unele prietenoase, altele nu prea. Au propriile lor legende și povești, transmise din generație în generație.

Și au câteva întrebări pentru tine. Mai exact, te întreabă, o, înțeleptule, ce este universul și de unde a venit totul. De ce sunt munții așa cum sunt, de ce sunt stelele așa cum sunt. De ce sunt oamenii aici și nu în altă parte. Și, la urma urmei, ce facem noi aici?

Felicitări, ești acum cosmologul local și trebuie să le spui noilor tăi oameni o poveste. O poveste a creației. În această poveste trebuie să explici originile universului, trebuie să explici conținutul și structura universului și trebuie să explici locul nostru în univers și relația noastră cu acesta.

Trebuie să explici de ce a apărut universul, cum a apărut, când a apărut și cine sau ce a fost responsabil pentru apariția universului.

Nu ai telescoape. Nici măcar un gnomon (cel mai vechi tip de cadran solar) la dispoziție. Nu ai laboratoare, nu ai algoritmi de procesare a datelor. Nu ai analiza matematică, nu ai teorii ale gravitației, forței sau mișcării.

Dar pentru a construi povestea ta cosmologică a creației, ai totuși câteva instrumente la îndemână. Ai observații brute, cel puțin ceea ce poți constata prin simțurile tale și din amintirile și experiențele poporului tău. Poate că ai, poate că nu, ceva matematică, poate din geometria simplă sau chiar din trigonometrie.

Ai și câteva orientări filosofice, puțin timp să te așezi și să te gândești cum să gândești și cum să-ți organizezi ideile, cum să decizi ce întrebări merită puse, ce observații sunt cele mai importante, cum să hotărăști ce afirmații sunt valide și care sunt inutile.

Ai istoria poporului, amintirile amintirilor amintirilor, oameni care își amintesc într-un fel de unde au venit, ce animale sunt utile și prietenoase sau ce stele apar în anumite momente ale anului.

Ce altceva mai ai pentru a-ți construi povestea? Ei bine, mai ai teologia și revelația divină. Se presupune că poporul tău are texte sacre sau povești și tradiții importante. Poate că au o colecție de zei sau spirite și alte entități divine, supranaturale. Cu certitudine au jucat un rol în crearea universului, nu?

Așadar, ce faci cu toate acestea? Pe de o parte ai sarcina – crearea și structura universului și locul nostru în interiorul lui. Pe de altă parte ai resursele tale: observații, matematică, revelație divină și așa mai departe.

Ce poveste spui?

Fiecare cultură din lume și de-a lungul istoriei s-a confruntat cu această sarcină monumentală: sarcina de a crea un mit al creației. Miturile nu sunt doar povești simple. Ele sunt modalități prin care o cultură sau o civilizație își învață oamenii despre ei înșiși și despre lume. Ele trebuie să aibă sens în contextul cultural în care apar. Trebuie să informeze și să ghideze oamenii. Trebuie să le permită oamenilor să spună: „Aha, înțeleg, de aceea apar stelele în fiecare noapte și de aceea pământul este jos, iar cerul este sus. Aha, și de aceea suntem aici și asta e ce ar trebui să facem, și totodată de aceea nu ne plac prea mult oamenii din valea vecină”.

Teoria noastră modernă despre evoluția universului este cunoscută, în general, sub numele de teoria Big Bangului și este… o poveste. Da, este o poveste înrădăcinată în matematică și empirism și în cercetarea sceptică a lumii naturale, care reprezintă marca distinctivă a științei, dar este totuși… o poveste. Și pentru că este o poveste a creației, trebuie să îndeplinească aceleași funcții ca toate celelalte mituri ale creației care au existat înainte. Teoria Big Bangului trebuie să explice de unde a venit universul, când s-a născut, cum a apărut și care este locul nostru în cosmos.

Nu numai că teoria Big Bangului este o poveste excelentă, plină de acțiune, dramă și patos, dar ea împărtășește și multe aspecte și asemănări cu miturile de-a lungul timpului. 

Deși există mult prea multe povești ale creației pentru a fi prezentate aici, antropologii le-au împărțit în cinci categorii mari:
- „Ex nihilo”, în care o entitate supranaturală creează universul din nimic (și uneori universul reușește să facă acest lucru de unul singur).
- „Creația din haos”, care are adesea o graniță neclară: la început există o întindere fără formă, alcătuită în mare parte din nimic (dar cumva diferită de nimicul absolut al creației ex nihilo; să nu intrăm acum în povestea asta). Poate există un fel de substanță, precum ceața sau un ocean nesfârșit, dar, în general, este haotic și nu un loc plăcut. Din acest haos apare apoi ordinea și un univers coerent.
- O altă categorie, numită „părintele lumii”, vede o ființă divină care se desparte sau se fragmentează în componentele lumii.
- În „miturile emergenței”, universul a existat dintotdeauna, dar într-o formă diferită, și s-a transformat sau a evoluat în lumea actuală.
- Și, în cele din urmă, în „miturile scufundătorului în pământ”, o entitate supranaturală se scufundă în adâncuri pentru a aduce la suprafață bucăți ale lumii, construind-o treptat.

Să pătrundem acum în povestea noastră modernă a creației, teoria Big Bangului, pentru a vedea dacă împărtășește vreunul dintre aceste elemente…

Atomul primordial

La începutul secolului al XX-lea, după ani de eforturi, Albert Einstein a dezvoltat teoria generală a relativității. Aceasta a reprezentat un progres major în înțelegerea gravitației, oferindu-ne o perspectivă sofisticată asupra mecanismelor interne ale acestei forțe fundamentale.

Iar imediat ce a pus la punct bazele relativității, Einstein a aplicat teoria la întregul univers. La urma urmei, el a presupus corect că, la scări foarte mari, gravitația este singura forță care contează. 

Nu știa despre existența forțelor nucleare tare și slabă (și, corect vorbind, nimeni altcineva nu știa la acel moment), dar acest lucru nu conta, deoarece ambele sunt forțe cu rază scurtă de acțiune. Odată ce ieși din domeniul unui atom sau cam așa ceva, nu mai trebuie să îți faci griji în privința lor. 

Iar deși forța electromagnetică are rază infinită, universul este, în medie, electric neutru, astfel încât aceasta nu are, pur și simplu, un rol semnificativ.

Gravitația însă este esențială. Tot ceea ce are masă și energie creează gravitație și răspunde la gravitație, iar, din câte știu eu, universul este plin de masă și energie – de fapt, universul este, prin definiție, totalitatea tuturor lucrurilor, incluzând toată masa și toată energia.

Așadar, este un exercițiu relativ simplu să arunci totul în marele blender al relativității, să-l pui în funcțiune și să vezi cum ar trebui să evolueze universul în timp. Spre surprinderea și groaza sa, Einstein a constatat că un univers plin de „lucruri” ar trebui, în mod natural, să fie dinamic, fie să se contracte, fie să se extindă în timp. Acest lucru contrazicea însă concepțiile dominante ale epocii, iar într-o mișcare rară, Einstein a recunoscut înfrângerea, modificându-și ecuațiile prin introducerea unei constante cosmologice care să stabilizeze universul – ceva ce aveam să recunoaștem ulterior drept cea mai mare greșeală a sa.

Alți oameni de știință au luat însă relativitatea lui Einstein mai în serios decât a făcut-o chiar Einstein. Unul dintre ei a fost Georges Lemaître, un om de știință belgian și preot catolic. El a lăsat ecuațiile relativității să-și urmeze cursul firesc și le-a crezut atunci când spuneau că universul este dinamic, prezicând că, în trecut, universul trebuie să fi fost mai mic. Când Einstein l-a întâlnit pentru prima dată pe Lemaître și a luat cunoștință de munca sa, a fost șocat și, poate, îngrozit, spunând: „calculele tale sunt corecte, dar fizica ta este abominabilă”, iar venind chiar de la Einstein, sunt sigur că acest lucru a fost dureros.

Apoi, doi ani mai târziu, astronomul Edwin Hubble a arătat că galaxiile se îndepărtează, în medie, de noi, un rezultat care era cel mai ușor de explicat prin ipoteza că universul se extinde.

Teoreticienii de pretutindeni s-au grăbit să elaboreze o poveste coerentă – un mit al creației, dacă vreți – pentru a explica acest nou rezultat. Lemaître le-a reamintit politicos tuturor că el făcuse deja acest lucru și a continuat să construiască un scenariu cosmologic complet într-un articol publicat în 1931. El și-a imaginat universul ca extinzându-se dintr-o sursă centrală, ceva ce a numit „atomul primordial”, care s-a extins și a explodat într-o varietate de elemente, care ulterior s-au adunat pentru a forma stelele și galaxiile. 

Din articol, iată povestea pe care o spunea Lemaître:
„Acest atom este conceput ca existând doar pentru o clipă; de fapt, era instabil și, imediat ce a luat naștere, s-a fragmentat în bucăți care, la rândul lor, s-au fragmentat; printre aceste fragmente, electroni, protoni, particule alfa etc. au țâșnit spre exterior. A rezultat o creștere de volum, astfel încât dezintegrarea atomului a fost însoțită de o creștere rapidă a razei spațiului pe care fragmentele atomului primordial îl umpleau, întotdeauna în mod uniform”.

În mod firesc, alți oameni de știință au privit această poveste a atomului primordial ca fiind puțin prea… catolică pentru gusturile lor, spunând că Lemaître încerca pur și simplu să introducă povestea Genezei într-o investigație științifică altminteri riguroasă a universului. Lemaître însuși a susținut că nu încerca să facă acest lucru; el doar urma dovezile și încerca să formuleze o ipoteză coerentă, iar orice asemănare cu vreun relat mitologic era pur întâmplătoare.

Astăzi recunoaștem „atomul primordial” al lui Lemaître drept geneza teoriei Big Bangului și, deși considerăm că Lemaître a greșit în multe detalii (era mai degrabă concentrat pe procesul recent descoperit al dezintegrării radioactive), imaginea de ansamblu este corectă: cu mult timp în urmă, universul era mic, atât de mic încât era o singularitate punctuală, iar de acolo a început să se extindă.

Separarea forțelor

Universul timpuriu era un loc foarte diferit de cel de astăzi. Iar prin „timpuriu” nu mă refer la un miliard sau chiar zece miliarde de ani în urmă. Universul are aproximativ 13,77 miliarde de ani, iar atunci când avea doar câteva secunde vechime, era complet de nerecunoscut.

În prezent cunoaștem patru forțe fundamentale ale naturii: gravitația, electromagnetismul, forța nucleară tare și forța nucleară slabă. Știm, de asemenea, că la energii foarte mari aceste forțe încep să se unească. În cele mai mari acceleratoare de particule ale noastre putem recrea temporar condițiile din universul timpuriu. La energii suficient de ridicate, electromagnetismul și forța nucleară slabă sunt primele care se combină, devenind ceea ce se numește forța electroslabă.

Și nu este vorba doar de două forțe „lipite” una de alta. Este literalmente o forță nouă. Fotonii dispar, la fel și particulele care transportă forța slabă. Ele sunt înlocuite de particule noi, care mediază această forță unificată. La energii mai mici, precum cele caracteristice lumii cotidiene, aceste forțe se separă din nou în cele două cu care suntem familiarizați.

La energii și mai mari, credem cu tărie, deși nu am demonstrat încă, că și forța nucleară tare intră în jocul unificării. Există o întreagă clasă de teorii, cunoscute sub numele de GUT (teorii ale marii unificări), care încearcă să explice această contopire a celor trei forțe.

În vârful ierarhiei, la cele mai mari scări de energie, la niveluri atât de ridicate, încât nici măcar un accelerator de particule care ar înconjura Soarele pe orbita lui Jupiter nu ar putea să le sondeze, credem că și gravitația se alătură, unind toate cele patru forțe într-un singur întreg unificat. Teoriile care descriu această stare a universului sunt numite „teorii ale tuturor lucrurilor” sau „teorii ale totului”, dintre care avem doar schițe sumare ale unor candidați care ar putea fi viabile, dar probabil nu sunt, precum „teoria corzilor”.

Nu pot sublinia suficient cât de stranii au fost primele momente ale universului. Toate forțele pe care le cunoaștem dispăruseră. La fel și toate particulele. Nu existau electroni, quarcuri, neutrini, materie întunecată, fotoni sau gluoni.

Exista… altceva. Încă nu știm ce anume era acest „altceva”, dar, în multe privințe, era pur. O esență care pătrundea întreaga realitate, existând într-o stare de echilibru și omogenitate grațioase.

Însă această stare nu putea dura la nesfârșit. Pe măsură ce universul a continuat să se extindă și să se răcească, acea simetrie, acel echilibru perfect, s-a destrămat. Iar acest proces nu a dus doar la separarea forțelor. Nu a fost o ruptură curată și simplă – au fost cele mai violente epoci din întreaga istorie a universului, iar totul s-a desfășurat și s-a încheiat în mai puțin decât cea mai infimă fracțiune de secundă.

Avem doar o imagine vagă a ceea ce s-ar fi putut întâmpla în aceste epoci tumultuoase. Materia și antimateria au ieșit din echilibru, urmând căi separate, materia ajungând să domine cosmosul. Au apărut electronii, neutrinii și materia întunecată. Găuri negre minuscule ar fi putut inunda universul. Iar atunci când ultimele forțe s-au separat, câmpuri – obiecte cuantice prezente în întregul spațiu-timp – ar fi putut să se aprindă într-o eliberare furioasă de energie, furnizând impulsul din spatele inflației, expansiunea rapidă a întregului univers într-un avânt superluminic.

Odată ce inflația s-a încheiat, universul era o substanță fără formă, rece și goală. Dar pe măsură ce câmpul care alimentase inflația s-a stins, acesta s-a dezintegrat, inundând universul cu materie și radiație – materia și radiația care persistă până în prezent. În acele focuri timpurii, primii protoni și neutroni s-au coagulat din plasma fierbinte și densă și, foarte rapid, în decurs de câteva minute, s-au contopit pentru a crea primele elemente ușoare.

A fost o epocă transformatoare și haotică, una care a pus bazele pentru miliardele de ani de evoluție ce aveau să urmeze.

Apariția materiei

După ce s-au format primii protoni și neutroni, după ce au apărut primele elemente ușoare, universul… nu era, de fapt, cine știe ce. A petrecut sute de mii de ani doar extinzându-se și răcindu-se, fără variații majore de la o regiune la alta. Au existat unele evenimente dramatice, precum tranziția de la o plasmă fierbinte și densă la un gaz neutru, puțin mai rece și puțin mai rar, dar chiar și după aceea materia universului a rămas, în mare parte, „în așteptare” timp de aproximativ o sută de milioane de ani.

Însă, în culise, gravitația își făcea deja treaba. Universul timpuriu era aproape perfect uniform. Aproape. Existau diferențe infime, de ordinul unei părți la un milion, mici aglomerări de materie, extrem de ușor mai dense decât mediul înconjurător. Acest lucru a fost suficient pentru ca gravitația să-și exercite influența, densitatea suplimentară oferind acestor mici aglomerări microscopice o atracție gravitațională mai mare asupra mediului din jur.

Încet, dureros de încet, pe parcursul a milioane de ani, aceste aglomerări de materie au crescut. Pe măsură ce deveneau mai mari, atrăgeau tot mai mult din împrejurimi. Smulgeau materie din regiunile învecinate și se construiau pe ele însele, devenind și mai mari, și mai dense. Iar pe măsură ce creșteau, atracția lor gravitațională devenea tot mai puternică, permițându-le să se dezvolte din ce în ce mai rapid.

În cele din urmă, unele aglomerări au devenit suficient de dense încât presiunile incredibile din nucleele lor au aprins fuziunea nucleară, iar primele stele s-au născut. Apoi stelele s-au adunat în grupuri, care au fuzionat pentru a forma primele galaxii. În timp, galaxiile s-au „hrănit” din mediul lor, acumulând și mai multă materie și contopindu-se între ele, formând primele roiuri.

În decurs de câteva sute de milioane de ani a apărut rețeaua cosmică, cel mai mare tipar cunoscut din natură, cu roiuri, filamente și pereți care se întind pe milioane de ani-lumină.

Iar toată această materie, toate aceste „lucruri”, trebuiau să provină de undeva. Ele au provenit din gazul lipsit de formă și structură care umpluse anterior universul. Astăzi, acele regiuni sunt golurile cosmice, vaste întinderi de aparent nimic, excavate de marele proiect de construcție realizat de gravitație pentru a edifica rețeaua cosmică.

Așa cum spuneam, povestea Big Bangului, de la originile sale misterioase în singularitate, la fragmentarea forțelor, crearea materiei și radiației și apariția rețelei cosmice, este o poveste cu adevărat remarcabilă.

Și îndeplinește funcțiile oricărei povești cosmologice autentice. Ne spune cum a ajuns universul de astăzi să fie universul de astăzi. Ne spune de unde provine universul nostru, ce forțe, procese și entități au fost implicate și ne explică relația noastră cu universul mai larg: faptul că trăim pe o mică stâncă ce orbitează o stea obișnuită, doar una dintre sutele de miliarde din galaxia noastră, într-un cosmos vast, gigantic și străvechi.

Desigur, există diferențe care separă teoria Big Bangului de alte povești mitologice ale creației. Big Bangul este o teorie fizică, o teorie științifică. Asta înseamnă că dispune de un set de instrumente ușor diferit pentru construirea poveștilor decât miturile. Entitățile divine și forțele supranaturale sunt excluse. Prin definiție, teoriile fizice pot include doar cauze și efecte naturale. În locul lor apar toate instrumentele care fac știința atât de fascinantă și de puternică: utilizarea extensivă a matematicii pentru a sintetiza fenomenele naturale și a impune coerența logică, precum și exigența rigurozității empirice în observații și dovezi.

Totuși, unii antropologi susțin – și tind să fiu de acord – că miturile reprezintă un fel de proto-teorii științifice. Ele nu apar în vid. Ele răspund observațiilor, datelor, dovezilor și sunt încercări de a explica aceste observații printr-o poveste coerentă, care are sens în contextul cultural dat. Ele au sarcini de îndeplinit și le îndeplinesc bine.

Pe de altă parte, nici teoriile științifice nu există în vid. Priviți povestea noastră despre Big Bang. Are toate trăsăturile unui mit al creației reușit. Există creație „ex nihilo”, o singularitate care pur și simplu există, fără o explicație anterioară. Există fragmentarea unei forțe parentale în multiple componente care devin domeniile universului. Există un haos timpuriu care se transformă în ceva mai ordonat. Există o evoluție de la o epocă la alta. Există o entitate care pătrunde adânc în abisul lipsit de formă pentru a construi lumea din jurul nostru.

Adică, teoria Big Bangului a fost inițiată de un preot catolic în toată regula! N-aș putea inventa așa ceva nici dacă aș încerca! Iar oamenii de știință care continuă să lucreze la această teorie sunt tot oameni, trăiesc în aceleași culturi, cu aceleași istorii, contexte și povești ca noi toți. Atunci când suntem confruntați cu dovezile, cu observațiile unui univers pe care abia îl înțelegem, și încercăm să construim povești care să explice cum funcționează totul și cum a apărut totul, apelăm la același izvor de ingeniozitate, creativitate și capacitate mitopoetică umană la care recurgem de fiecare dată când spunem o poveste nouă.

Big Bangul este povestea noastră actuală a creației. Iar dacă nu este, strict vorbind, un mit, are cu siguranță aceeași structură ca unul.

Dar știm că această poveste nu este încă încheiată. Mă întreb ce poveste nouă vom născoci.