Avanpremieră editorială: "Cosmos"

Dilema veche vă prezintă în avanpremieră un fragment din volumul lui Carl Sagan, Cosmos (Editura Herald, colecția „Mathesis“).

Viețile stelelor

„Deasupra noastră se întindea cerul spuzit de stele; stăteam tolăniţi pe spate şi le priveam, întrebîndu-ne dacă le făcuse cineva dinadins sau erau acolo dintotdeauna.“

Mark Twain, Huckleberry Finn

„Am… o teribilă nevoie… să spun cuvîntul?… de religie. Apoi ies pe timp de noapte şi pictez stelele.“

Vincent van Gogh

***

Pentru a face o plăcintă cu mere avem nevoie de făină, mere, un pic din cutare şi cutare ingredient şi căldura cuptorului. Ingredientele sînt alcătuite din molecule – de exemplu, zahăr sau apă. Moleculele sînt alcătuite la rîndul lor din atomi – carbon, oxigen, hidrogen şi alte cîteva. De unde provin aceşti atomi? Cu excepţia hidrogenului, sînt cu toţii fă­cuţi în stele. O stea este un fel de bucătărie cosmică în interiorul căreia sînt gătiţi atomi de hidrogen şi sînt obţinuţi atomi mai grei. Stelele se condensează din gaz şi praf interstelar care sînt al­cătuite în principal din hidrogen. Hidrogenul a fost însă făcut în Big Bang, explozia care a început Cosmosul. Pentru a face o plă­cintă de mere de la zero, trebuie să inventezi mai întîi universul.

Să presupunem că luăm o plăcintă cu mere şi o tăiem pe jumătate; luăm una din cele două părţi şi o tăiem pe jumătate; şi continuăm astfel în spiritul lui Democrit. De cîte tăieri este nevoie pentru a ajunge la un singur atom? Răspunsul este în jur de nouăzeci de tăieri succesive. Desigur, nici un instrument de bucătărie nu ar putea fi suficient de ascuţit, plăcinta se fărîmiţea­ză şi oricum atomul ar fi prea mic pentru a-l vedea fără ajutor. Dar există o modalitate de a ajunge la el.

Natura atomului a fost pentru prima dată înţeleasă la Uni­versitatea Cambridge din Anglia, în cei patruzeci şi cinci de ani avînd în centru anul 1910 – o modalitate folosită fiind aceea de a trage în atomi cu alte bucăţi de atomi şi de a observa modul în care ricoşează. Un atom obişnuit are un fel de nor de electroni în exterior. Electronii, după cum le spune numele, sînt încărcaţi electric. Sarcina este descrisă în mod arbitrar ca fiind negativă. Electronii determină proprietăţile chimice ale atomului – stră­lucirea aurului, senzaţia rece a fierului, structura cristalină a diamantului de carbon. Nucleul se află în interiorul atomului, ascuns la mare adîncime sub norul de electroni şi este alcătuit în general din protoni încărcaţi pozitiv şi din neutroni electric neutri. Atomii sînt foarte mici: o sută de milioane de atomi aşezaţi unul după altul ocupă o lungime egală cu vîrful degetu­lui mic. Dar nucleul este de încă o sută de mii de ori mai mic, ceea ce explică într-un fel de ce a durat atît de mult să fie desco­perit1. Cu toate acestea, cea mai mare partea a masei unui atom se află în nucleul acestuia; prin comparaţie, electronii nu sînt altceva decît nişte nori de puf mişcător. Atomii sînt în cea mai mare parte spaţiu gol. Materia este alcătuită în principal din nimic.

Eu sînt alcătuit din atomi. Cotul meu, care se sprijină pe masa din faţa mea, este alcătuit din atomi. Masa este alcătuită din atomi. Dar dacă atomii sînt atît de mici şi goi şi nucleele sînt şi mai mici, de ce mă susţine masa? De ce, după cum obiş­nuia să întrebe Arthur Eddington, nucleele care formează cotul meu nu alunecă fără efort printre nucleele care formează masa? De ce nu mă prăbuşesc la podea? Sau de ce nu cad direct prin Pămînt?

Răspunsul este norul de electroni. Partea exterioară a unui atom din cotul meu are o sarcină electrică negativă. Acelaşi lu­cru se întîmplă şi cu atomii mesei. Dar sarcinile negative se resping. Cotul meu nu trece prin masă fiindcă atomii au elec­troni în jurul propriului nucleu şi fiindcă forţele electrice sînt puternice. Viaţa cotidiană depinde de structura atomului. Dacă dezactivăm aceste sarcini electrice totul se va dezintegra într-o pulbere fină şi invizibilă. Fără forţe electrice, nu vor mai exista lucruri în univers – doar nori difuzi de electroni, protoni şi ne­utroni şi sfere antrenate gravitaţional compuse din particule elementare, rămăşiţele informe ale lumilor.

Dacă ne propunem să tăiem o plăcintă cu mere şi să mer­gem dincolo de atom, ne confruntăm cu o infinitate a lucrurilor foarte mici. Iar atunci cînd privim cerul nopţii, ne confruntăm cu o infinitate a lucrurilor foarte mari. Aceste infinităţi repre­zintă un regres fără sfîrşit care continuă nu doar foarte departe, ci la nesfîrşit. Dacă te aşezi între două oglinzi – într-o frizerie, de exemplu –, vezi un număr mare de imagini cu tine însuţi, fiecare fiind o reflexie a alteia. Nu poţi vedea o infinitate de ima­gini fiindcă oglinzile nu sînt perfect plane şi nici aliniate, fiindcă lumina nu se deplasează cu o viteză infinită şi fiindcă te afli în mijloc. Cînd vorbim despre infinit vorbim despre o cantitate mai mare decît orice număr, oricît de mare ar fi acesta.

Matematicianul american Edward Kasner l-a rugat la un moment dat pe nepotul său de nouă ani să inventeze un nume pentru un număr foarte mare: zece la puterea o sută (10¹⁰⁰), ci­fra unu urmată de o sută de zerouri. Copilul l-a numit googol. Iată numărul: 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Fiecare dintre noi poate concepe numere foarte mari şi le poate da nume ciudate. Încercaţi. Are un anumit farmec, mai ales dacă se întîmplă să ai nouă ani.

Dacă un googol pare mare, să luăm atunci în considerare un googolplex. Este zece la puterea unui googol – adică cifra unu urmată de un googol de zerouri. Prin comparaţie, numărul total de atomi din corpul tău este de aproximativ 10²⁸, iar nu­mărul total de particule elementare – protoni şi neutroni şi electroni – din universul observabil este de aproximativ 1080. Dacă universul ar fi fost, de exemplu, o masa solidă1 de neu­troni, astfel încît nu ar exista nici un spaţiu gol, tot nu ar fi mai mult de aproximativ 10¹²⁸ particule în interiorul acesteia, ceva mai multe decît un googol, dar trivial de puţine în comparaţie cu un googolplex. Şi totuşi aceste numere, googolul şi googol­plexul, nu se apropie, nici măcar pe departe, de ideea de infinit. Un googolplex se află exact la aceeaşi distanţă faţă de infinit la care se află numărul unu. Am putea încerca să scriem un googol­plex, dar este o ambiţie fără ieşire. O bucată de hîrtie suficient de mare pentru a putea scrie pe ea în mod explicit toate zerourile unui googolplex nu ar putea încăpea în universul cunoscut. Din fericire, există o metodă mai simplă şi foarte concisă de a scrie un googolplex: 10¹⁰¹⁰⁰; şi chiar infinitul: ∞ (pronunţat „infinit”).

Într-o plăcintă cu mere arsă, cea mai mare parte din ne­greală este carbon. Cu nouăzeci de tăieri ajungi la un atom de carbon, ce conţine şase protoni şi şase neutroni în nucleu şi şase electroni în norul exterior. Dacă ar fi să extragi un fragment din nucleu – de exemplu, alcătuit din doi protoni şi doi neutroni – acesta nu va fi nucleul unui atom de carbon, ci nucleul unui atom de heliu. Această tăiere sau fisiune a nucleelor atomice se petrece în armele nucleare şi în centralele nucleare convenţio­nale, deşi acolo nu sînt rupţi atomi de carbon. Dacă execuţi tăierea cu numărul nouăzeci şi unu a plăcintei cu mere, dacă tai un nucleu de carbon, nu obţii o felie mai mică de carbon, ci un lucru diferit – un atom cu proprietăţi chimice complet diferite. Prin tăierea atomilor transmutăm elementele.

Dar să presupunem că mergem mai departe. Atomii sînt alcătuiţi din protoni, neutroni şi electroni. Putem tăia un pro­ton? Dacă bombardăm protoni cu alte particule elementare la energii înalte – alţi protoni, de exemplu – începem să întreză­rim unităţi mai fundamentale care se ascund în proton. Fizicie­nii propun acum că aşa numitele particule elementare, precum protonii şi neutronii, sînt alcătuite în realitate din particule şi mai elementare numite quarcuri, care se prezintă într-o varieta­te de „culori” şi „arome”, aşa cum au fost botezate proprietăţile acestora într-o încercare subtilă de a da un aer de familiaritate lumii subnucleare. Sînt quarcurile elementele constitutive ulti­me ale materiei sau sînt compuse şi acestea din particule mai mici şi mai elementare? Vom ajunge vreodată la un punct final al înţelegerii naturii materiei sau avem de-a face cu o regresie la infinit spre particule tot mai fundamentale? Aceasta este una dintre marile probleme nerezolvate din ştiinţă.