Carte nouă la Humanitas: „Răspunsuri scurte la marile întrebări” de Stephen Hawking

Vă prezentăm, în premieră, un fragment din volumul Răspunsuri scurte la marile întrebări de Stephen Hawking, apărut recent la Editura Humanitas, Colecția Știință, în traducerea lui Doru Căstăian.

Există Dumnezeu? Cum a început totul? Putem prezice viitorul? E posibilă călătoria în timp? Ar trebui să colonizăm spațiul? Ne va depăși inteligența artificială? Această carte și răspunsurile pe care ni le oferă reprezintă ultima mărturie a uneia dintre cele mai strălucite minți.

„Răspunsuri scurte la marile întrebări aruncă o lumină vie asupra viitorului științei și omenirii.“ (The Wall Street Journal)

„Ultimul mesaj al lui Hawking către omenire este… plin de optimism.“ (CNN)

„Răspunsuri scurte la marile întrebări e o carte pe care orice om interesat de viitorul omenirii ar trebui să o citească… Ea reprezintă darul de bun-rămas al lui Hawking.“ (NPR)

„Hawking este un simbol al măreției minții umane.“ (The Washington Post)

***

Fragment din capitolul „Cum a început totul”

Faptul că universul a început cu o singularitate nu m‑a făcut fericit nici pe mine, nici pe alţii. Motivul pentru care teoria relativităţii a lui Einstein nu se verifică în preajma big bangului se leagă de faptul că este ceea ce am numit o teorie clasică. Asta înseamnă că presupune implicit ceea ce pare oricum evident pentru simţul comun, şi anume că fiecare particulă are o poziţie şi o viteză foarte bine definite. Într‑o aşa-numită teorie clasică, dacă se dau poziţia şi viteza unei particule într‑un anumit moment, atunci se va putea calcula starea ei la orice moment din viitor. Totuşi, oamenii de ştiinţă au descoperit încă din primele decenii ale secolului XX că nu puteau calcula ceea ce se întîmpla atunci cînd interacţiunile aveau loc pe distanţe foarte mici Şi nu era vorba de faptul că teoriile lor nu ar fi fost bune. Oricît de bune ar fi teoriile noastre, pare să existe un anumit nivel de aleatoriu sau de hazard care nu poate fi evitat. Această idee poate fi cel mai bine exprimată sub numele de „principiul de incertitudine“, formulat de Werner Heisenberg în 1927. Conform acestui principiu, viteza şi poziţia unei particule nu pot fi determinate simultan. Cu cît poziţia va fi mai bine calculată, cu atît va fi mai puţin viteza, şi viceversa.

Einstein a respins cu tărie ideea că universul ar fi fost guvernat de întîmplare. Şi‑a exprimat părerea prin acel celebru „Dumnezeu nu dă cu zarul“. Dar toate dovezile indică faptul că lui Dumnezeu îi plac destul de mult jocurile de noroc. Universul pare un imens cazinou în care zarurile sînt aruncate şi ruletele se întorc cu fiecare ocazie. Proprietarul unui cazinou riscă să piardă bani de fiecare dată cînd sînt aruncate zarurile sau ruleta se învîrte. Dar, după un număr suficient de mare de jocuri, cele cîştigătoare şi cele pierzătoare ajung să se egalizeze, iar proprietarul cazinoului face în aşa fel încît să se asigure că va cîştiga. De aceea proprietarii de cazinouri sînt atît de bogaţi. Singura şansă pentru a cîştiga împotriva lor este să‑ţi pui toţi banii pe doar cîteva aruncări norocoase de zaruri sau rotiri fericite de ruletă.

Acelaşi lucru se întîmplă şi cu universul. Atunci cînd universul e mare, există un număr uriaş de aruncări de zaruri, iar rezultatele aruncărilor se nivelează pînă cînd se ajunge la ceva predictibil. Dar cînd universul este foarte mic, în preajma big bangului, există doar un mic număr de aruncări de zaruri, iar principiul de incertitudine devine foarte important. Pentru a putea înţelege cum anume a început universul, va trebui să integrăm principiul de incertitudine în teoria relativităţii generale a lui Einstein. Aceasta a fost o mare provocare pentru fizica teoretică în ultimii treizeci de ani. Nu am rezolvat pînă acum acest lucru, dar am făcut progrese remarcabile.

Imaginaţi‑vă că încercăm să prezicem viitorul. Pentru că nu cunoaştem decît combinaţii ale vitezei şi poziţiei particulelor, nu putem face predicţii precise cu privire la viteza şi poziţia lor luate în parte. Putem doar asocia probabilităţi anumitor combinaţii de viteză şi poziţie. Există o anumită probabilitate pentru un anumit viitor al universului. Acum să ne imaginăm că încercăm să înţelegem trecutul în acelaşi fel.

Dată fiind natura observaţiilor pe care le putem face acum, tot ce stă în puterea noastră este să atribuim o probabilitate unei anumite istorii a universului. Astfel, universul ar putea avea mai multe istorii posibile, fiecare cu un anumit grad de probabilitate. Există o istorie a universului în care Anglia va cîştiga încă o dată Cupa Mondială la fotbal, deşi probabilitatea va fi cu siguranţă mică. Ideea că universul are mai multe istorii posibile poate suna ştiinţifico‑fantastic, dar este astăzi acceptată ca fapt ştiinţific. Acest lucru i‑l datorăm lui Richard Feynman, care a lucrat la prestigiosul institut Caltech şi care cînta uneori la tobe bongo într‑un bar de striptease. Feynman a încercat să arate cum funcţionează lucrurile atribuind fiecărei istorii particulare o anumită probabilitate, apoi s‑a folosit de această idee pentru a face predicţii. Metoda funcţionează incredibil de bine pentru a prezice viitorul. Putem presupune că funcţionează de asemenea în privinţa trecutului.

Oamenii de ştiinţă lucrează în acest moment pentru a combina teoria relativităţii generale a lui Einstein şi ideea istoriilor multiple a lui Feynman într‑o teorie unitară, care să explice tot ce se întîmplă în univers. Teoria unificată ne va permite să arătăm cum va evolua universul în viitor dacă îi cunoaştem starea într‑un moment anume. Dar ea nu ne va spune cum a început universul sau care a fost starea lui iniţială. Pentru asta vom avea nevoie de ceva în plus. Avem nevoie de ceea ce vom numi condiţii la limită, elemente care să ne spună cum arătau lucrurile la frontierele universului, la marginea spaţiului şi a timpului. Dacă frontiera universului ar fi doar un punct obişnuit al spaţiului şi timpului, atunci am putea trece de el şi am putea spune că ceea ce e dincolo este doar o altă parte a universului. Pe de altă parte, dacă limita universului ar fi doar o margine extremă în care timpul şi spaţiul ar înceta să existe, densitatea fiind infinită, atunci ar fi foarte greu să definim aceste condiţii de frontieră. Aşa că nu este deloc clar de ce condiţii la limită este nevoie. Pare că nu există nici un motiv logic pentru a prefera anumite condiţii la limită în detrimentul altora.

Totuşi, Jim Hartle de la Universitatea din California, Santa Barbara, şi cu mine ne‑am dat seama că există şi o a treia posibilitate. Poate că universul nu are de fapt graniţe în timp şi spaţiu. La o primă vedere, asta pare să vină în contradicţie cu teoremele geometrice pe care le‑am menţionat mai devreme. Acestea arată că universul trebuie să fi avut un început, o limită în timp. Cu toate astea, trebuie spus că, pentru a face ca teoria lui Feynman să fie bine definită din punct de vedere matematic, matematicienii au introdus conceptul de timp imaginar. Nu seamănă în vreun fel cu timpul real pe care îl cunoaștem. E un truc matematic creat pentru a face calculele să funcţioneze şi care înlocuieşte timpul real. Ideea noastră a fost aceea că nu există graniţe în timpul imaginar. Asta permitea să nu mai fie necesar să inventăm condiţii la limită. Am numit ipoteza noastră „ipoteza universului fără granițe“.