Misterele Universului – 7 întrebări la care oamenii de știință nu au răspuns

Înarmată cu mult mai multe întrebări decât răspunsuri, știința se luptă constant pentru a înțelege și explica modul în care funcționează Universul. 

Însă multe dintre misterele Universului nu și-au aflat încă dezlegarea, în ciuda tehnologiei avansate de care dispunem astăzi.

Iată 7 întrebări despre Univers la care oamenii de știință nu au găsit încă răspuns.

1. Misterele Universului - de ce este Uranus înclinat?

În timp ce toate planetele au o oarecare înclinare axială, Uranus este înclinat mult mai mult decât ar trebui să fie. 

Ca o comparație, Pământul are o înclinare axială de 23,5° față de Soare. În schimb, Uranus este înclinat la 98°.

Oamenii de știință nu au putut explica ce anume a determinat acest fenomen neobișnuit însă este posibil ca, în urmă cu mai multe miliarde de ani, planeta să fi intrat în coliziune cu un alt corp cosmic de dimensiuni uriașe. 

Această ciocnire brutală a făcut Uranus să-și modifice unghiul de înclinare axială. Tot în urma coliziunii au rezultat resturile din care, mai târziu, au luat naștere sateliții naturali ai planetei.

2. Misterele Universului - de ce și cum a luat naștere Universul?

Însuși modul său de formare este unul dintre marile mistere ale Universului. 

La început, conform legilor cosmologiei, a existat un „vid inflaționist”. Acesta avea o densitate extremă, conținea cantități enorme de energie și gravitație puternică, aceștia fiind și factorii care au determinat expansiunea rapidă a vidului. 

Însă, așa cum ne învață fizica cuantică, „vidul inflaționist” era imprevizibil. În unele zone, forțele care îi determinau expansiunea s-au „domolit” formându-se astfel vidul „obișnuit”, așa cum îl știm noi astăzi – rece, întunecat și lipsit de orice formă de viață. 

În alte părți energia acumulată a dus la crearea materiei, o materie super-condensată a cărei temperatură a început să crească. Într-un final a apărut un nou fenomen – Big Bang-ul, nașterea Universului. 

Însă fizică cuantică ne mai învață ceva – Universul nostru nu este un fenomen singular. „Vidul inflaționist”, aflat într-o continuă expansiune, a creat un număr infinit de Big Bang-uri și, implicit, de universuri asemenea celui în care trăim noi. 

Desigur, următoarea întrebare evidentă acum este: de unde aceste concluzii care par de-a dreptul fantastice?

În 1918, matematicianul german Emmy Noether a făcut lumină în acest sens. Noether a descoperit că marile legi de conservare sunt simple consecințe ale simetriilor profunde ale spațiului și timpului – lucruri rămân neschimbate chiar dacă punctul nostru de vedere se schimbă.

O proprietate izbitoare a acestor simetrii este că ele se pot aplica și vidului, astfel că trecerea de la „nimic” la materie nu mai pare atat de imposibilă. 

Fenomenul poate fi astfel descris drept o schimbare de la nimicul primordial la „nimicul structurat” al Universului nostru plin de galaxii.

Dar de ce s-a produs schimbarea? 

Fizicianul american Victor Stenger a oferit un răspuns la aceasta întrebare, subliniind faptul că, pe măsură ce temperatura scade, apa se transformă în apă structurată, sau gheață, deoarece gheața este mai stabilă. În mod similar, Universul a trecut la o formă structurată deoarece aceasta este mai stabilă.

3. Misterele Universului - de ce există o gaură neagră supermasivă în inima fiecărei galaxii?

Misterele Universului – există aproximativ două trilioane de galaxii în Universul observabil și, din câte știm, aproape fiecare conține o gaură neagră supermasivă în centrul său. Această particularitate stranie se numără printre misterele Universului la care știința nu a găsit încă un răspuns.

Găurile negre din centrul galaxiilor au dimensiuni și greutăți variabile, pornind de la cele mai „mici” cu o masă de 4,3 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui (precum gaura neagră din centrul Căii Lactee), până la cele cu adevărat gigantice cu mase de până la 50 de miliarde de ori mai mari decât masa Soarelui. 

Dar existența acestor găuri negre supermasive a ridicat câteva semne de întrebare. 

Știm că o gaură neagră se formează în urma unei explozii de supernovă, care determină nucleul unei stele să se prăbușească sub presiunea exercitată de propria gravitație. 

Însă nimeni nu știe cum se formează o gaură neagră supermasivă.

Ca o regulă general valabilă, în centrul galaxiilor există acumulări de materie rezultate din explozia unor stele „bătrâne” sau materie care, de-a lungul miliardelor de ani, nu s-a format în stele, planete sau alte corpuri cosmice. 

Această materie ar putea alimenta găurile negre supermasive care, la rândul lor, s-ar fi putut forma în urma coliziunii grupurilor de stele și a altor găuri negre care se ciocnesc în mod repetat.

Recent, astrofizicienii au observat ciocnirea dintre două găuri negre. Acestea au fuzionat generând unde gravitaționale puternice care au fost recepționate de observatoarele de pe Pământ. 

Mai mult decât atât, una dintre cele două găuri negre era prea mare pentru a fi rezultatul exploziei unei supernove și, cel mai probabil, s-a format într-o fuziune anterioară cu o altă gaură neagră. 

O altă teorie este aceea conform căreia găurile negre supermasive au apărut în urma Big Bang-ului, adică înainte de formarea primelor galaxii. Dacă aceasta teorie este corectă, atunci găurile negre supermasive sunt răspunzătoare pentru apariția galaxiilor, acestea formându-se în jurul lor. 

Forța lor gravitațională a atras materia împrăștiată prin vidul cosmic, materie din care s-au format stelele, apoi planetele și celelalte corpuri cosmice. 

Găurile negre supermasive exercită o forță inimaginabila. Chiar și cele mai „mici” dintre ele au o masă totală de câteva milioane de ori mai mare decât masa totală a întregului nostru sistem solar și influențează stele, planete și sisteme solare aflate la milioane de ani lumină distanță.

4. Misterele Universului - ce este materia întunecată?

Misterele Universului – materia întunecată este acea materie care nu emite deloc sau emite prea puțină lumină pentru ca tehnologia noastra să o poată detecta. Cercetătorii știu însă că materia întunecată există pentru că putem observa efectul gravitației sale asupra stelelor și galaxiilor vizibile.

De exemplu, Calea Lactee, în cei 13,8 miliarde de ani de la nașterea Universului, nu ar fi putut să atragă suficientă materie pentru a forma toate stelele pe care le conține. Există însă materia întunecată a cărei gravitație suplimentară a accelerat procesul. 

Datele oferite de satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene au arătat că aproximativ 30,1% din masa Universului este reprezentată de materie întunecată. În comparație, doar 0,5% este procentul de materie „atomică normală”. 

Prin urmare, există de aproape șase ori mai multă materie întunecată în Univers decât „materie normală”.

Pentru o bună perioada de timp, oamenii de știință au crezut că materia întunecată este dată de așa-numitele particule WIMP, particule masive cu interacțiune slabă. Dar, deși aceste particule ar putea explica misterul, cercetătorii nu au reușit să le genereze în interiorul Marelui Accelerator de Particule (eng. Large Hadron Collider) de lângă Geneva, Elveția. 

Cum nici un experiment nu a găsit vreo dovada concretă a materiei întunecate, misterul s-a adâncit și mai tare, iar noi întrebări au început să frământe mințile fizicienilor. 

Poate că nu concepția noastră asupra materiei este cea greșită, ci însăși teoria gravitației care nu poate explica misterul expansiunii accentuate a Universului. 

Poate materia întunecată nu este un fluid format dintr-o singură particulă, ci este complexă, asemenea materiei atomice pe care o vedem în jurul nostru. 

Poate că Universul este plin de stele și planete întunecate pe care nu le putem observa.

5. Misterele Universului - există timpul?

„Timpul este ceea ce oprește totul deodată”, a spus fizicianul american John Wheeler. Dar timpul este un concept destul de ambiguu.

De exemplu, ne imaginăm timpul curgând. Totuși, pentru ca ceva să curgă, trebuie să curgă în raport cu altceva, la fel cum un râu curge în raport cu malul care este fix. Este posibil oare ca și timpul să curgă în raport cu altceva? Ideea pare de-a dreptul nebunească. 

Cel mai probabil, explică unii oameni de știință, curgerea timpului este o iluzie creată de creierul uman pentru a organiza informațiile care inundă constant simțurile noastre. 

De asemenea, oamenii au un sentiment puternic al trecutului, prezentului și viitorului comun. Totuși, ideea unui prezent comun nu apare nicăieri în descrierea noastră fundamentală a realității: teoria relativității. 

De fapt, teoria relativității ne spune că timpul este supus acțiunii unor forțe externe, precum forța gravitațională. 

Efectele forțelor externe asupra timpului sunt cel mai vizibile la viteze apropiate de viteza lumii sau în gravitație ultra-puternică, motiv pentru care ele nu sunt evidente în viața de zi cu zi. 

Cu toate acestea ele conduc la ideea că intervalul de timp al unei persoane nu este același cu al altei persoane și că intervalul de spațiu al unei persoane nu este același cu al altei persoane.

Spațiul și timpul sunt indisolubil împletite. În Universul nostru, toate evenimentele – de la Big Bang până la moartea Universului – sunt prezentate într-o hartă preexistentă de spațiu-timp cu patru dimensiuni. Nimic nu se „mișcă” de fapt în timp.

După cum a scris Einstein după moartea prietenului său Michele Besso:

Acum a plecat din această lume ciudată cu puțin înaintea mea. Asta nu înseamnă nimic. Oamenii ca noi, care cred în fizică, știu că distincția dintre trecut, prezent și viitor este doar o iluzie persistentă.

Dacă expansiunea Universului este imaginată mergând înapoi, asemenea unei role de film care se desfășura invers, în primele momente ale Universului, spațiul și timpul au fost separate. Prin urmare, fizicienii bănuiesc că la Big Bang, timpul a luat naștere din ceva mai fundamental. 

Însă până acum, nimeni nu știe ce ar fi putut fi. Dacă există sau nu timpul, este unul dintre cele mai mari mistere ale Universului.

6. Misterele Universului - ce este energia întunecată?

Misterele Universului – energia întunecată reprezintă aproximativ 69,4% din masa totală a Universului și, alături de materia întunecată, contribuie la expansiunea tot mai accelerată a Universului. De altfel, oamenii de știință cred că Universul se extinde cu o viteză mai mare decât viteza luminii.

„Energia întunecată” a fost descoperită de astrofizicieni în 1998 în timp ce studiau supernovele de tip 1A – exploziile stelare despre care eliberează o cantitate fixă ​​de energie și ard cu o luminozitate constantă.

Astrofizicienii au observat însă că luminozitatea celor mai îndepărtate supernove de tip 1A era cu mult mai slabă decât ar fi fost normal. Motivul? Expansiunea Universului accelerează, împingând aceste supernove tot mai departe de noi.

Însă cum este posibil ca expansiunea Universului să accelereze când, potrivit tuturor legilor fizice cunoscute până la acea vreme, aceasta ar fi trebuit sa încetinească? 

Singura explicație posibilă este aceea că, pe lângă forță gravitațională, mai există o forță necunoscută care acționează asupra materiei din Univers. Astfel, în timp ce forță gravitațională încearcă să frâneze expansiunea, atrăgând galaxiile mai aproape, aceasta forță misterioasă acționează în sens contrar. 

Înțelegând acest aspect, astrofizicienii s-au văzut în fața unei alte enigme. Forță gravitațională este dată de materia vizibilă din Univers, de la cele mai mici particule de praf cosmic până la găurile negre supermasive. 

Însă, dacă expansiunea Universului accelerează, depășind viteza luminii, asta înseamnă că forță necunoscută este cu mult mai puternică decât forța gravitațională a întregii materii cunoscute. 

Această descoperire senzațională a lăsat cosmologii uluiți. Calculele lor au arătat că doar 0,5% din masa Universului este dată de „materia obișnuită”. În rest, Universul conține 30,1% materie întunecată și 69,4% energia întunecată. 

Concluzia? Această „energie întunecată” a copleșit gravitația și a câștigat controlul asupra Universului în urmă cu aproximativ cinci miliarde de ani.

O posibilitate este ca energia întunecată să fie o constantă cosmologică, o repulsie intrinsecă a spațiului. O astfel de repulsie ar putea apărea din fluctuațiile de energie cuantică în vid.

Cu toate acestea, atunci când teoria cuantică (cea mai completa teorie pe care o avem în prezent despre lumea subatomică), a fost aplicată într-un vid cosmic, fizicienii au constatat că densitatea de energie era de 10¹²⁰ ori mai mare decât cea a energiei întunecate, cea mai mare discrepanță dintre o predicție și o observație, din întreaga istorie a științei.

Discrepanța va dispărea abia atunci când vom reuși, în sfârșit, să combinăm teoria cuantică cu teoria gravitației a lui Einstein. Între timp, experimentele efectuate în spațiu pot ajuta. 

În 2023, Agenția Spațială Europeană va lansa un nou satelit, Euclid, care va măsura modul în care energia întunecată variază cu timpul cosmic, oferind, sperăm, un indiciu vital pentru rezolvarea unuia dintre cele mai mari mistere ale Universului.

7. Misterele Universului - de ce nu am primit niciun semn de la alte civilizații?

Misterele Universului – în 1950, Enrico Fermi, omul care a construit primul reactor nuclear, lua prânzul în cantina laboratorului de cercetare nucleară din Los Alamos, New Mexico. Aflat în compania câtorva colegi, Fermi s-a oprit brusc și a întrebat: „Unde sunt toți?” Toți cei aflați la acea masă au știut imediat la ce se referea Fermi.

Câteva decenii mai târziu, întrebarea lui Fermi a fost examinată de fizicienii americani Michael Hart și Frank Tipler. Fiecare a venit cu o teorie proprie.

Hart a considerat că civilizații extraterestre avansate există peste tot prin Calea Lactee, în timp ce Tipler și-a imaginat masini auto-replicatoare care, la sosirea într-un sistem solar, exploatează resursele pentru a construi noi roboți într-un ciclu nesfârșit de expansiune. 

În ciuda ideilor diferite, ambii fizicieni au ajuns însă la o concluzie comună: chiar și la viteze de călătorie modeste, fiecare stea din galaxie ar fi fost deja vizitată de o civilizație extraterestra avansată. Astfel, aceștia ar fi trebuit să fie deja conștienți de existența Pământului și a civilizației noastre. Faptul că nu am primit nici un mesaj de la ei a devenit cunoscut drept „paradoxul Fermi”.

În timp, au fost avansate sute de explicații. 

Printre multele teorii se află cea conform căreia suntem prima inteligență care a apărut în galaxie, și prin urmare suntem singuri în încercarea de a comunica cu alte civilizații. Altă teorie sugerează că Pământul, gazda unei civilizații incipiente, este o „planetă interzisă” altor popoare avansate pentru a nu afecta negativ dezvoltarea rasei umane. 

Paleoastronautica (sau teoria extratereștrilor antici) oferă, de asemenea, puncte de vedere interesante. Adepții acestor idei susțin că strămoșii noștri au fost vizitați de civilizații extraterestre avansate care le-au influențat viața într-un mod semnificativ. 

O echipă de cercetători de la Universitatea de Stat din Pennsylvania, condusă de Dr. Jason Wright, a venit însă cu o explicație mult mai banală. Potrivit lui Wright, nu există nici un „paradox Fermi” și nici un mare mister în ceea ce privește alte popoare galactice.

La întrebarea „de ce nu am intrat în contact cu civilizații extraterestre”, răspunsul este unul cât se poate de simplu: pentru că Universul este enorm. Spațiul este atât de vast încât mintea umană nu poate înțelege pe deplin distanțele incomensurabile dintre sisteme solare, galaxii sau grupurile de galaxii. 

Civilizațiile extraterestre sunt acolo, doar că șansele să le întâlnim prin metode convenționale sunt extrem de reduse.

Paradoxal, dintre toate misterele Universului, existența altor civilizații răspândite prin trilioanele de galaxii pare să fie cel mai ușor de explicat.