luni, 13 decembrie 2010

VOM AFLA CONSTITUŢIA UNIVERSULUI ? Vom afla din ce este construit universul ?

Vremurile pe care le trăim acum sunt extrem de vitrege şi grele, mai ales pentru noi, cei din România, unde corupţia, minciuna, mitocănia, ipocrizia, necinstea, tupeul, şmecheria de port sau de mahala, imoralitatea, ticăloşia sunt „argumentele” forte şi armele de bază pentru a conduce şi a deţine puterea; sunt , de fapt, caracteristici ale conducătorilor politici cu ajutorul cărora aceşti indivizi au făcut şi fac „legea”[a se citi nelegiuirea] în ţară. Valorile morale - inclusiv preocupările de altă natură decât cele de a face avere, de a avea puterea nu mai contează, ele fiind însuşirile celor neadaptaţi la realităţile din România.

În aceste condiţii postarea pe blog a unui material despre constituţia, construcţia Universului poate face parte din ciclul: „ţara piere şi baba (moşul) se piaptănă”.

Îmi asum această postură de neadaptat, de anacronic prin postarea materialului pe care l-am intitulat

VOM AFLA CONSTITUŢIA UNIVERSULUI ?

Vom afla din ce este construit universul ?

Se pare că da!

TEORIA SUPERCORZILOR / CORZILOR

Stadiul actual al fizicii demonstrează Universul este format din:

  • 1.energie întunecată: circa 74 % din totalul materiei universului; aceasta este tot o substanţă, o materie, foarte puţin cunoscută, doar că numele ei de „energie” este impropriu;
  • 2. Materia întunecată: circa 21 % din totalul materiei universului
  • 3. barioni: circa 5 % - aceştia constituie lumea materială obişnuită pe care o percepem direct, inclusiv stelele, planetele, galaxiile etc.
  • 4. neutrini: circa 0,1 %;
  • 5. radiaţia de fond: echivalează cu circa 0,01 % din materia universului.

(date cf. revistei germane "Spektrum der Wissenschaft" nr. 11/2008 p.38)







În ultimii 30 de ani asistăm la o deosebită efervescenţă în lumea ştiinţifică a fizicii care caută căi, mijloace, teorii şi metode pentru a se stabili în legătură cu universul:

· cum s-a constituit universul cunoscut;

· Ce „cărămizi” sunt în structura sa, care sunt forţele / energiile care se manifestă precum şi care sunt vectorii acestor forţe.

Pentru aflarea răspunsurilor la aceste întrebări care se referă la două probleme fundamentale, se desfăşoară două categorii de cercetări pe două mari direcţii:

· experimentale – prin funcţionarea mai multor acceleratoare de particule dintre care, principalele sunt:

- in Elveţia- CERN :(Large Hadron Collider)1;

- în SUA: Laboratorul Naţional Brookhaven ( Long Island ); Fermilab

(Batavia) ).

1Large Hadron Collider [„Mare Accelerator de Hadroni”] (LHC ) este cel mai mare, cel mai performant accelerator de particule şi cel care atinge cele mai mari energii. Acest sincrotron este conceput pentru a ciocni fascicule opuse de particule. Termenul Hadron se referă la particule compuse din cuarci . LHC este cel mai mare şi performant accelerator de particule din lume. Coliderul se află într-un tunel circular, cu o circumferinţă de 27 km, aflat la o adâncime între 50–175 m sub pământ.

· Teoretice – din care se detaşează ideeea conform căreia fizicienii lucrează intens pentru ca să găsească o teorie unică referitoare la structura universului – de la galaxii, sisteme solare, stele, planete, până la particulele elementare, cuante.

X X X

Până în a doua jumătate a sec XX când au apărut teoria corzilor şi teoria membranelor – teoria M, existau două teorii de bază care explicau structura obiectelor din univers:

- teoria generală a relativităţii formulată de A. Einstein, care se aplică obiectelor / corpurilor mari şi care explică una din forţele fundamentale - forţa gravitaţională şi

- teoria cuantică, teoria particulelor, mecanica cuantică ce reprezintă un cadru conceptual pentru înţelegerea proprietăţilor microscopice ale universului, care se aplică deci obiectelor cu dimensiuni subatomice şi care explică celelalte trei forţe fundamentale: forţa slabă,forţa electromagnetică şi forţa tare(cea care menţine structura atomului).Este de reţinut că mecanica cuantică a stabilit existenţa de

=particule fundamentale de materie cum sunt electronul, neutrinul şi cuarcul şi

= particule de forţă / particule mesager al forţelor fundamentale care sunt:

gluonul [pentru forţa tare];

fotonul [pentru forţa electromagnetică ( inclusiv lumina);

bosonul [pentru forţa slabă];

gravitonul [pentru gravitaţie].

De menţionat că fizicienii au confirmat experimental cu o precizie inimaginabilă, practic toate predicţiile făcute de fiecare din aceste teorii. Dar, paradoxal, ele sunt reciproc incompatibile şi fizicienii sunt obligaţi să găsească teoria care să unifice pe cele două, dacă vor să găsească răspunsuri la toate problemele ce le ridică existenţa universului şi mecanismelor ce îl guvernează.

Atât mecanica cuantică cât şi principiul relativităţii speciale şi generale [teoriile specială şi generală a relativităţii] au necesitat o revizuire drastică a modului nostru obişnuit de a privi lumea (spaţiul-timpul), a concepţiei noastre asupra lumii când obiectele se mişcă foarte rapid, când sunt foarte mari sau când sunt de dimensiuni microscopice – la scări extrem de mici ( cum este cazul lungimii lui Planck care este de aproximativ 1,05x10-33 centimetri sau timpul lui Planck care este de aproximativ 10-43 secunde).

Când au fost „lansate”, predicţiile acestor teorii nu au fost imediat confirmate de experimente şi, fizicienii vizionari ai acestor concepte, ale noilor paradigme nu au avut credibilitatea multor din confraţi.

Însă, de-a lungul timpului, fiecare postulat a fost confirmat pâna la cele mai mici amănunte de numeroase experimente şi în prezent nu există nici in fel de dubiu asupra corectitudinii celor susţinute de mecanica cuantică şi de principiul relativităţii

TEORIA CORZILOR şi TEORIA M – cele mai recente concepte ale fizicii teoretice.

Fizica teoretică se bazează pe proceduri de calcul, pe ecuaţii şi formule matematice complexe dezvoltate de însăşi fizicieni cărora cadrul matematic „clasic” (ecuaţii, formule) nu le este suficient, respectiv pe raţionamente logice atente. Este cazul şi a teoriei corzilor.

Teoria corzilor

Se pare că teoria corzilor – dezvoltată cu teoria membranelor-teoriaM- se conturează a fi soluţia „salvatoare” care, bazându-se integral pe realizările teoriei generale a relativităţii şi ale teoriei cuantice, găseşte soluţii aplicabile atât corpurilor microcosmice cât şi celor macrocosmice; această teorie explică proprietăţile fundamentale ale materiei.

Conform teoriei corzilor, particulele nu sunt punctiforme [aşa cum postulează mecanica cuantică] ci constau dintr-o minusculă buclă unidimensională. Corespunzător acestei teorii, fiecare particulă conţine un filament care dansează, oscilează şi vibrează şi pe care, fizicienii, l-au numit c o a r d ă.












Structura materiei

Nivelurile de mărire

1. nivelul macroscopic - Matter
2. La nivel molecular
3. nivel atomic - protoni, neutroni şi electroni
4. nivel subatomic - Electron
5. nivel subatomic - Cuarcii

6. String nivel

Teoria Corzilor este un concept ipotetic din fizică. Termenul provine din denumirea engleză "String Theory". În teoria stringurilor particulele elementare sunt alcătuite din stringuri (corzi sau sfori) aflate sub excitaţie. Stringurile trebuie să fie întinse sub tensiune, pentru a deveni excitate, dar aceste stringuri nu sunt prinse de un suport, ele plutesc in spaţiu-timp.

Stringurile pot fi inchise (sunt ca o bucată de sfoară sub formă de cerc) sau







coardă închisă de tip Calabi-Ya



deschise (ca o bucată de sfoară), cele deschise se pot inchide si ele devenind inchise. Aceste stringuri interacţionează unele cu altele in spaţiu şi timp rezultând particule elementare. Diferitele forme de interacţiune dintre stringuri dau proprietăţile fizice ale particulei.

Teoria corzilor este o teorie în curs de dezvoltare în fizica particulelor care încearcă să reconcilieze mecanica cuantică şi teoria relativităţii generale.

Teoria nu a fost încă în situaţia să facă predicţii experimentale testabile.

Deşi încercările experimentale directe ale teoriei corzilor implică mari explorari şi dezvoltări în domeniul construcțiilor, există mai multe experimente indirecte care pot dovedi adevărul parțial al teoriei corzilor.

Unii fizicieni - matematicieni (de exemplu, Witten, Maldacena și Susskind) cred că teoria corzilor este un pas spre descrierea fundamental corectă a naturii. Cu toate acestea, alti fizicieni proeminenţi (de exemplu, Feynman și Glashow) au criticat teoria corzilor pentru că nu furnizează predicţii ce pot fi experimentate cantitativ.

Pornind de la un singur principiu – şi anume că orice lucru, la nivelul său cel mai mic, este constituit din combinaţii de corzi vibrante – teoria corzilor este o teorie unificatoare pentru că oferă un cadru explicativ unic capabil să cuprindă toate forţele şi toată materia. Această teorie a reuşit îmbinarea armonioasă dintre teoria generală a relativităţii şi teoria cuantică.

Teoria corzilor se bazează pe formule matematice extrem de complexe care nu au putut fi aplicate / testate / verificate prin experimente. Existenţa corzilor este o supoziţie, o ipoteză indispensabilă dezvoltării teoriei corzilor, şi până în prezent nu a putut fi determinată experimental pentru că ar necesita examinarea cu o precizie care depăşeşte cu multe ordine de mărime capacităţile tehnologice actuale.

Rezultatele teoretice au condus, până acum la 5 versiuni ale acestei teorii ceea ce îi dă un grad de incertitudine ce determină necesitatea aprofundării şi găsirii de soluţii pentru „unificarea” acestor variante.

Teoria corzilor demonstrează prin complicate /complexe ecuaţii matematice (netestate) că universul are 10 dimensiuni spaţiale şi una temporală – din care trei dimensiuni spaţiale sunt mari, extinse şi 7 sunt minuscule şi încolăcite (şi care nu pot fi constatate prin mijloacele tehnice existente în prezent).

Teoria corzilor ridică multe semne de întrebare la care cercetătorii dedicaţi acestei teorii sunt convinşi că vor găsi răspunsuri satisfăcătoare.

La sfârşitul anilor ’80 fizicienii au înţeles ca teoria corzilor nu-şi putea atinge scopul [de unificarea fizicii moderne] deoarece:

- Există cinci versiuni ale teoriei care, în ultimă instanţă, diferă între ele;

- Caracterul inevitabil [adică siguranţa că universul nu ar fi astfel construit dacă nu s-ar respecta regulile teoriei] este compromis pentru că ecuaţiile matematice pe care se bazează teoria au mai multe soluţii, dintre care unele chiar absurde: de exemplu soluţii cu numere negative ; sau cu o infinitate de soluţii– ceea ce presupune posibilitatea ipotetică să existe universuri “nedorite” (scrie B. Greene în Universul elegant) – adică imposibilitatea ca asemenea universuri să existe.

Soluţia: adâncirea studiului teoretic al ecuaţiilor matematice în care s-au introdus aproximări ale variabilelor care au deformat / compromis, în final, rezultatele. A apărut astfel teoria-M.

Teoria-M

În fizica teoretică, M-Teorie este o extensie a teoriei corzilor în care sunt identificate 11 dimensiuni. Deoarece dimensionalitatea depăşeşte dimensionalitatea cu 10 dimensiuni a teoriei corzilor , se crede că teoria cu 11-dimensionalităţi uneşte toate cele cinci teorii ale string-urilor (si le inlocuieste). [Iniţial litera M în M-teorie a fost luat de la membrană, o construcţie proiectată să generalizeze versiunile /variantele din teoria corzilor].

Teoria M al cărui protagonist este fizicianul Edward Witten [El este considerat de mulţi dintre colegii lui ca fiind unul dintre cei mai mari fizicieni de viaţă, poate chiar un succesor al lui Albert Einstein].încearcă să unifice cele cinci versiuni ale teoriei corzilor prin examinarea anumitor identificări şi dualitati. Astfel, fiecare dintre cele cinci variante devin cazuri speciale ale M-teorie. Stephen Hawking, în cartea sa Grand Design, a scris că Teoria-M poate fi teoria finală a universului.

Ca rezultat al cercetărilor teoretice aprofundate, s-au evidenţiat (au fost descoperite) două caracteristici esenţiale:

- Teoria-M are 11 dimensiuni (10 spaţiale+ 1 temporală). Dimensiunea suplimentară faţă de teoria corzilor permite o sinteză a celor 5 versiuni ale teoriei corzilor. Această dimensiune suplimentară a fost scăpată din vedere în formularea din anii ’70 - ’80 a teoriei corzilor datorită calculelor aproximative ;

- Teoria-M conţine, pe lângă corzi vibrante şi alte obiecte: membrane vibrante bi-dimensionale, bule tridimensionale care se unduiesc (numite „tri-brane”) şi o mulţime de alte componente / obiecte (ingrediente în textul în lb română). Această caracteristică a apărut tot datorită depăşirii aproximaţiilor.

Paradoxal: natura teoriei-M rămâne un mister – fizicienii se străduiesc să ajungă la înţelegerea completă a teoriei-M !?

NOTĂ. Căutarea teoriei unificate este determinată de conceptul potrivit căreia legile naturii trebuie să alcătuiască un întreg perfect coerent. Ori contradicţia / antagonismul dintre teoria generală a relativităţii şi mecanica cuantică era un „afront” adus acestei credinţe (B. Greene –Universul elegant).

M-teoria (ca şi teoria corzilor), a fost criticată pentru lipsa puterii predictive, fiind netestabilă. Se continuă activităţile pentru a găsi construcţii matematice care să se alăture diferitelor teorii apropiate. Formulări noi sunt propuse să se alăture multor situaţii teoretice (de obicei, prin exploatarea dualitatilor versiunilor teoretice). Witten a sugerat că o formulare generală a M-teorie va necesita, probabil, o nouă dezvoltare a limbajului matematic Cu toate acestea, succesele tangibile ale M-teorie pot fi puse la îndoială, având în vedere caracterul incomplet în forma sa actuală şi puterea limitată de predicţie, chiar şi după atâţia ani de cercetări intense.

Argumente care susţin că teoria-M poate realiza / constitui explicaţia construcţiei Universului şi al modului de funcţionare

Toate cele 5 teorii împreună cu teoria-M sunt duale2 una în raport cu alta. Ele sunt împletite în acelaşi cadru teoretic şi oferă 5 abordări diferite pentru a descrie unul şi acelaşi substrat fizic. Ele descriu exact aceeaşi fizică.

2dual. Dualitate. Simetrii duale. Situaţii în vare două sau mai multe teorii par să fie complet diferite, dar au consecinţe fizice identice.

Dialitatea undă-corpuscul. Trăsătură fundamentală a mecanicii cuantice conform căreia obiectele prezintă atât caracteristici ondulatorii cât şi caracteristici corpusculare. (din Glosarul cărţii „Universul elegant” scrisă de Brian Greene)

Teoria corzilor şi teoria M au numeroşi adepţi în rândul oamenilor de ştiinţă şi al autorităţilor care le susţin inclusiv prin investiţii masive în cercetarea teoretică dar şi pentru confirmarea experimentală a predicţiilor făcute de aceste concepte.

Pentru confirmarea existenţei particulelor şi structurii acestora - prezise a exista de teoria corzilor / Teoria-M, a fost construit acceleratorul de paticule

Large Hadron Collider de către Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN), cu intenţia de testarea diferitelor predicţii privind marile energii fizice , precum şi constatarea existenţei de noi particule prezise de supersimetria expusă în Teoria Corzilor – Teoria-M.

Scopul LHC este de a explora validitatea şi limitările Modelului Standard, modelul teoretic de bază din domeniul fizicii particulelor. Teoretic, acceleratorul ar trebui să confirme existenţa bosonului Higgs, acoperind elemente lipsă ale Modelului Standard şi explicând felul în care particulele elementare capătă anumite proprietăţi, cum ar fi masa.

x x x

Încredinţaţi că legile microcosmosului şi macrocosmosului trebuie să se armonizeze într-un întreg coerent, fizicienii caută fără încetare teoria unificatoare. Prin teoria corzilor şi prin evoluţia ei spre teoria M a apărut, în sfârşit, un cadru convingător care îmbină mecanica cuantică, teoria generală a relativităţii, forţele tari, slabe şi electromagnetice, scrie fizicianul B. Greene.

Fizicianul Edward Witten3 declara: „... dacă e să fiu realist, simt că trecem printr-un proces de construire a unei teorii mai profunde decât oricare alts de până acum, iar asta se întâmplă în secolul XXI....”

3 Edward Witten (Născut la 26 august 1951) este un fizician teoretician american cu accent pe fizica matematică care în prezent este Profesor de Fizica matematică la Institutul pentru Studii Avansate.. Witten este un cercetător de frunte în teoria corzilor, teoria a gravităţii cuantice, teoria supersimetriei în domeniul cuantic şi în alte domenii ale fizicii matematice. El este considerat de mulţi dintre colegii lui ca fiind unul dintre cei mai mari fizicieni de viaţă, poate chiar un succesor al lui Albert Einstein. În 1990 i-a fost atribuită Medalia Fields de către Uniunea Internaţională de Matematică, care este cea mai mare onoare în matematică şi adesea considerată ca echivalent al Premiului Nobel pentru matematică. Premii notabile MacArthur Fellowship (1982), Medalia Dirac (1985), Premiul Albert Einstein (1985),
Premiul Henri Poincaré (2006), Premiul Crafoord (2008), Medalia Lorentz (2010), Isaac Newton Medalia (2010)

Fizica şi fizicienii secolului XXI nu se dezmint: aşa cum au fost promotori ai progresului civilizaţiei umane sute de ani şi în epoca noastră sunt deosebit de activi şi caută soluţii la marile provocări ale cunoaşterii.

După epocalele triumfuri ştiinţifice:

- viziunea cartezian – mecanicistă

- principiul relativităţii;

- mecanica cuantică

care au fost transmise şi au fost aplicate de la fizică la toate celelalte ştiinţe şi activităţi şi au constituit tot atâtea imbolduri în toate domeniile – nu numai ştiinţifice ci şi tehnice, social-culturale, sănătate, de organizare a societăţii - apare conceptul teoriei corzilor / teoria M în curs de închegare şi care reprezintă teoria unificatoare a fizicii ce explică proprietăţile fundamentale ale materiei.

Sunt convins că scepticii – cei care admit că există numai ce „se află pe masă, de mâncat şi de băut”, ce-i tangibil / pipăibil, măsurabil, cuantificabil nu dau nare importanţă acestei noi paradigme, teoria slingurilor, a membranelor.

Noi, cei profani şi novici în materie, trebuie să ne amintim că fără vizionari, fără savanţi cu intuiţie, inteligenţă, scormonitori şi neliniştiţi, am fi încă în stadiu de primitivism. În consecinţă, să fim convinşi că aceste epocale predicţii ale fizicienilor vor fi, într-un viitor previzibil, alte mari succese concrete cu efecte benefice pentru umanitate.

Surse:

Brian Greene – Universul elegant

Wikipedia

2 comentarii:

Anonim spunea...

Excelent material! O sinteza ampla,clara si coerenta. Multumesc.
MM

Anonim spunea...

Felicitari pentru blog, insa va arat ca, acum in romania se petrece ceva...este normal sa aflati...si dvs!
http://www.thefundamentaluniverse.ro