Universul și reprezentarea sa

INTREBARE:
Raportindu-ne la actualul model al Universului, ce ar "vedea" de exemplu un observator dincolo de perceptia sa obisnuitã?

O intrebare la care rãspunsul nu poate fi dat direct. Cãci practic, indiferent de modelul de Univers considerat sau de consecintele spectaculoase ale modelului folosit (paradoxul gemenilor, reintoarcerea in timp si altele), un observator nu poate "vedea" (senzorial) altceva decit ceea ce vede el in mod obisnuit. Aceastã concluzie poate eventual sã reducã din farmecul imediat al unei asemenea viziuni, dar existã in schimb satisfactia - evident mai profundã - de a "vedea" un adevãr de ordin superior. Asa cum afirma Eddington, pentru un alpinist sau iubitor de peisaje, Pãmintul nu este un simplu elipsoid. Dar pentru un navigator, cartograf, sau mai ales, astronom, nu frumusetea Pãmintului cu ale sale forme de relief este importantã, ci proprietãtile sale globale, insusi elipsoidul, mai real pentru acestia decit forma realã a Pãmintului.

Si nu intimplãtor am ales ca motto pentru prezentarea care urmeazã, imaginea fascinantã a Universului, sublimã in formã si continut, surprinzãtor de actualã, asa cum i se infãtisa ea Luceafãrului eminescian; ..."Cãci unde-ajunge nu-i hotar/Nici ochi spre a cunoaste/Si vremea-ncearcã in zadar/Din goluri a se naste"...

Incã din cele mai vechi timpuri omul a fost preocupat de reprezentarea -intr-o formã sau alta - a realitãtii inconjurãtoare, de gãsirea unui rãspuns la cea mai fascinantã intrebare pe care si-o putea pune: ce este Universul, in ce mãsurã ni-l putem noi reprezenta?

Evident, sunt mai multe categorii si aspecte sub care trebuie previt Universul in ansamblul sãu. Astfel, in vreme ce filosofia trateazã Universul la nivelul conceptelor de maximã generalitate, fizica il studiazã din punctul de vedere al legilor fizice si geometria sub aspectul structurii spatiului, cosmologia, ca o adevãratã punte de legãturã intre toate acestea, are sarcina principalã, de a imbina aceste elemente intr-un tot unitar si de a trage concluziile necesareprivitoare la realitatea despre Univers. In acest sens, problema se pune atit ontologic, referitor la existenta in sine a Universului, cit si gnoseologic, prin raportul intre ceea ce putem noi cunoaste si realitatea obiectivã.

De la bun inceput trebuie definit conceptul de Univers. J. Merleau-Ponty si Bruno Morando explicã Universul ca "o structurã in principiu perfect definitã", cosmologia fiind "o stiintã care posedã un obiect specific si bine definit: Universul". Si nu trebuie confundat Universul ca existentã naturalã cu Universul fizic, care contine si Universul astronomic, respectiv cel observabil. Deci ar fi incorectã in cosmologia actualã o modelare doar inductivã a Universului, bazatã numai pe descoperirile particulare din fizicã sau astronomie, extrapolate la intreaga existentã naturalã. Teoria "Big-Bang"-ului poate fi absolut valabilã la nivelul Metagalaxiei (Universul observabil), dar - asa cum aratã astrofizicianul Ghinzburg - "nu existã nici o garantie cã legile fizice cunoscute nouã care se referã atit la domeniul clasic, cit si la cel al fizicii cuantice, pot fi aplicate fãrã rezerve si fãrã limite la scara intregului Univers".

Problemele respective depãsesc posibilitãtile astronomiei ca stiintã de sine stãtãtoare, apelind in rezolvarea lor, pe lingã filosofie si la celelalte stiinte, cosmologia devenind in acest sens o stiintã de sine stãtãtoare, desi multi disciplinarã, cu caracter pronuntat epistemologic. Iar dificultatea intimpinatã in acest sens de oamenii de stiintã constã tocmai in faptul cã, spre deosebire de corpurile cosmice (planete, stele sau galaxii) Universul, asa cum este definit, este unic. In el actioneazã evident legile dezvoltãrii (nasterea galaxiilor, a stelelor in cadrul asociatiilor stelare, formarea nebuloaselor, precum si evolutia tuturor acestora), ale unitãtii si luptei contrariilor (existenta novelor si supernovelor, fenomenul "prãbusirii gravitationale"), al conservãrii materiei si miscãrii (procesul continuu de formare a stelelor si altor obiecte ceresti).

Toate acestea primesc o confirmare directã din partea stiintelor particulare. Dar ele nu pot confirma direct existenta infinitului in Univers. (Notã: Articolul a fost scris in anul 1987, purtind, evident, "pecetea" inclusiv a gindirii stiintifice a acelor vremuri, indoctrinate de filosofia comunistã a "materialismului stiintific" - n.a.). Acest caracter infinit in timp si spatiu al Universului se poate demonstra doar la nivelul macrocosmic al stiintei actuale, in cosmologie intervenind trei categorii prioritare: timpul si spatiul la scara Universului, structura si dinemica generalã a acestuia, raportul dintre fiinta ginditoare (constiinta umanã) si Univers.

Cum aratã un astfel de sistem cosmic? In primul rind trebuie definitã "unitatea" cosmicã, care in cazul de fatã este reprezentatã prin obiectul "galaxie". Astfel, Universul observabil este in spetã Universul galaxiilor. Apoi sistemul este (cel putin aparent) izotrop si uniform distribuit in spatiu, pretutindeni identic cu el insusi. In acest sistem omul ocupã o pozitie oarecare, echivalentã cu oricare alta. Sistemul este si omogen, avind materia rãspinditã uniform. O omogenitate - ce-i drept - grosierã, tinind cont de contrastul puternic dintre densitãtile mari ale stelelor si starea de rarefiere a materiei interstelare, sau relativa condensare a materiei in interiorul galaxiilor si vidul cvasiabsolut al spatiilor intergalactice.

Neexistind insã nici o dovadã a dispunerii sistematice a neregularitãtilor, suntem condusi la concluzia cã existã intr-adevãr mari fluctuatii de densitate, dar repartizate aleator. Pe de altã parte Universul prezintã o omogenitate calitativã, mai ales la nivelul structurii atomice, pretutindeni aceeasi, predominantã - dupã datele care le avem pinã in prezent - de hidrogen. Evident, definitia omogenitãtii Universului este inseparabilã de o ipotezã asupra timpului, adicã cosmologia nu poate gindi Universul decit in spatiu-timp. In sfirsit, sistemul poate fi stationar, structura sa de ansamblu rãminind aceeasi in decursul timpului, pãstrindu-si aceleasi legi fizice, sau nestationar, legile fizice suferind modificãri la diferite nivele.

La scara Universului actioneazã legile transformãrii si miscãrii. Ele actioneazã dincolo de aparenta staticã a cerului, aparentã generatã de "instantaneitatea" observatiei umane. Iar omul, asistind deci doar la anumite secvente ale dezvoltãrii materiei, care infãtiseazã obiectele ceresti ca forme stabile si permanente, trebuie sã reconstituie intregul proces care guverneazã structura si evolutia Universului.

In acest context el trebuie sã explice stiintific si procesul nasterii lumilor in cadrul modelelor cosmogonice. Practic, cosmogonia trebuie sã rãspundã la urmãtoarele intrebãri: geneza elementelor atomice (pornind de la hidrogen) care sã furnizeze o explicatie coerentã a abundentei lor relative in vecinãtatea cosmicã a Pãmintului, geneza stelelor, a sistemelor planetare si grupãrilor de stele, geneza galaxiilor si a roiurilor de galaxii. In stadiul actual al cunostintelor astrofizice, cel de al doilea grup de probleme beneficiazã de ipotezele cele mai sigure si mai precise, iar ultimul ridicã cele mai multe semne de intrebare datoritã lipsei de informatie privitoare la materia intergalacticã si la cunoasterea in profunzime a structurii galaxiilor. Iar astrofizica, operind la scarã cosmicã, transformã in realitate vechiul vis al omenirii despre timpul nasterii si al mortii.

Asa cum arãta savantul rus Ambartumian "problema cosmogoniei este problema fundamentalã a astronomiei si astrofizicii. Orice problemã particularã, dar care prin implicatiile ei atinge principiile, va cãpãta in mod inevitabil un sens cosmogonic chiar in cursul solutionãrii ei". Si, la un nivel superior, astronomul zilelor noastre fãcind cosmologie, face in acelasi timp si cosmogonie.

De-a lungul anilor s-a conturat un mare numãr de ipoteze cosmologice: naive, teologice, descriptive, empirice, matematice. Preocupãrile in acest sens sunt tot atit de vechi ca si civilizatia insãsi. Aparitia cosmologiei trebuie pusã in legãturã cu insusi sistemul de gindire al omului, cind acesta, pentru prima datã, si-a creat o anumitã filosofie a propriei existente. In acest sens cosmologia nu numai cã include - ca parte integrantã a mijloacelor sale de investigatie - cercetarea astronomicã, dar ea, prin mesajul sãu, face din intreaga stiintã un subsistem al structurii sale. Iar etapele de dezvoltare ale cosmologiei nu sunt doar cele obtinute in cadrul strict al unei cronologii a dezvoltãrii tehnologice pe care s-a inscris civilizatia umanã, ci ele trebuie privite ca rezultatul intregii dezvoltãri social-istorice a omenirii.

Dupã toate probabilitãtile, prima cosmologie - ca sistem de idei privitoare la Existentã - corespunde epocii bronzului. Atunci au apãrut - dupã cum indicã multe izvoare istorice, inclusiv de pe meleagurile noastre - primele mitologii ale firmamentului, cu reprezentãri ale Soarelui si stelelor, dintre care cele mai multe in asociatie cu figuri de zei sau ambarcatiuni. Ulterior tema Oceanului primordial se regãseste atit in modelul biblic (Facerea, 1), cit si in cel sumerian sau babilonian. In fond, dupã cum afirma Mircea Eliade, actul creatiei nu era decit un proces de transformare a materiei (inepuizabile, ca element original si etern al cosmologiei primitive) de la o stare neorganizatã la o stare organizatã in cadrul unui proces gindit in sensul unui "prototip ceresc".

A urmat perioada "Sistemelor Lumii": "Almagesta" (Claudiu Ptolemeu), sau "Sphera" (Johaness de Sacrobosco) pentru sistemul geocentric, respectiv "De revolutionibus orbium coelesticum" (Nicolas Copernic), "Astronomia Nova" (Johann Kepler), "Dialogo" (Galileo Galilei) pentru sistemul heliocentric, sistem care, pentru prima datã, dãdea o imagine corectã a Pãmintului fatã de Soare. Ambele sisteme reduceau insã Universul la Sistemul solar, inchis in sfera "stelelor fixe". Ideea infinitãtii Universului se impune abia dupã stabilirea de cãtre Newton a legii atractiei universale. Aceastã disputã cosmologicã poate fi regãsitã si in antichitate (Democrit), si dupã Renastere (Giordano Bruno).

Problema este reluatã odatã cu formularea "sistemului ideilor cosmologice" si "antinomiilor" in celebra lucrare "Critica ratiunii pure" a lui Immanuel Kant. In viziunea lui Kant timpul este subiectiv, el neexistind in realitatea obiectivã decit ca o formã aprioricã a intuitiei.


In secolul al XIX-lea Universul era reprezentat printr-un model cosmologic infinit in timp si spatiu, distributia materiei caracterizindu-se prin omgenitate si izotropie. Spatiul fizic tridimensional este considerat euclidian, iar Universul stationar. Acesta este modelul newtonian, in care spatiul si timpul, independent unul de celãlalt, au caracter absolut. Intre altele, acest model nu reusea sã explice nici celebrele paradoxuri ale lui Olberts (1823) si Seeling (1895). Primul, paradoxul fotometric, arãta cã intr-un Univers infinit, umplut uniform cu surse de luminã, cerul nocturn ar trebui sã fie scãldat de o luminã orbitoare. Cel de al doilea, paradoxul gravitational, arãta cã intr-un Univers infinit, forta gravitationalã trebuie sã fie infinitã in orice punct, ceea ce nu are sens fizic.

Ambele paradoxuri isi gãsesc explicatia in cadrul cosmologiei relativiste. Astfel, s-a nãscut cosmologia modernã, practic dupã anul 1917, cind Einstein a compus primul model de Univers intr-o viziune cu totul nouã si cind astronomii, avind la dispozitie instrumente din ce in ce mai perfectionate, au furnizat "materia primã" noii teorii. Aceasta s-a petrecut in anul 1923 cind Hubble identificã pe o serie de fotografii ale spiralei din Andromeda imaginea unei stele gigantice din clasa cefeidelor, similarã celor din Galaxia noastrã. Moment de referintã, cãci prin aceastã descoperire se inaugureazã o nouã etapã in cunoasterea Universului: "pãtrunderea" in celelalte galaxii. Si odatã cu aceasta a venit si marea surprizã: sistemul galaxiilor prezintã aparenta unei expansiuni uniforme si izotrope, care, la prima vedere,este guvernatã de legea indepãrtãrii de Pãmint cu o vitezã proportionalã cu distanta (fenomen numit "red-shift", adicã "deplasarea spre rosu" in spectrele galaxiilor).

Acest fapt a surprins initial lumea astronomilor, tributari incã increderii excesive in "docilitatea" naturii fatã de aparentele ratiunii, Universul neputind fi imaginat decit in repaus. Un repaus implantat intr-o persistentã fundamentalã, la scarã cosmicã. Citiva ani mai tirziu, dupã Eddington si Weyl, si Würtz si-a insusit adevãratul sens al deplasãrii spre rosu a galaxiilor, explicat tot prin teoria relativitãtii. In 1929 Hubble si Humason publicã relatia dintre vitezã si distantã, care le poartã numele, pe baza observatiilor efectuate la Mount Wilson. In paralel cu aceste rezultate ale astronomiei de observatie, Robertson reusea sã fundamenteze principiile cosmologiei relativiste. In privinta deplasãrii spre rosu a galaxiilor au fost cãutate multe explicatii care sã nu contravinã unor concepte anterioare, dar fãrã succes. Rezultatele observationale nu puteau fi totusi infirmate.

Criticind acest punct de vedere, Conderc arãta in 1950: "A cãuta o interpretare ad-hoc, a dori sã indepãrtezi un fenomen sugerat intens de observatie, pentru cã duce la concluzii «prea mari», este desigur contrar oricãrei concluzii stiintifice adevãrate". In prezent aceastã controversã nu mai are decit un caracter istoric.

Modelul formulat de Einstein, desi nu a rezolvat problema cosmologicã, a marcat totusi revolutia in acest domeniu.nd cu teoria relativitãtii restrinse care abandoneazã ideile newtoniene asupra caracterului absolut al spatiului si timpului, desi "spatiul-timpul" lui Minkowski rãmine incã o formã geometricã independentã de continutul material al Universului, cit mai ales prin teoria relativitãtii generalizate, este realizatã unificarea descrierii matematice cu cea cauzalã a lumii. Astfel, in cadrul relativitãtii restrinse (anul 1905), notiunile primare newtoniene de spatiu absolut si timp absolut sunt inlocuite cu notiunea primarã de continuum spatiu-timp, prin introducerea reperului inertial. In acest spatiu in care nu existã drepte, lumina se propagã de-a lungul liniilor care indicã drumul cel mai scurt, geodezicele. Aceste linii sunt curbe inchise, un impuls luminos putind face deci inconjurul lumii si sã revinã la punctul de plecare. Volumul Universului, ca si circomferinta sa, sunt finite.

Spatiul este deci curbat si inchis, dar curbura spatiului nu afecteazã timpul care este "drept". In cadrul relativitãtii generalizate (anul 1917) continuumul spatiu-timp este inlocuit cu o nouã notiune primarã, "Universul spatio-temporal", avind ca model matematic o varietate remannianã cu 4 dimensiuni, tensorul metric al acestei varietãti fiind determinat de distributia materiei in Univers. Einstein stabileste aici 2 principii fundamentale: principiul relativitãtii generalizate (legile fenomenelor fizice sunt aceleasi in toate reperele posibile) si al echivalentei (pentru toate fenomenele fizice, local, cimpul gravitational este echivalent cu un cimp inertial, respectiv fortele de gravitatie si de inertie au aceeasi naturã, ele producind local aceleasi efecte fizice).

Practic vorbind, nu existã forte de atractie intre corpurile materiale. Materia schimbã insã geometria spatiului evenimentelor, acestea avind ca model matematic o varietate riemannianã ale cãrei geodezice vor fi traiectoriile corpurilor materiale ce se miscã datoritã unor viteze initiale, fãrã actiunea vreunei forte. Unul dintre succesele remarcabile ale acestei teorii a fost explicarea avansului periheliului lui Mercur, fapt confirmat cu ocazia unei eclipse totale de Soare din anul 1919 (o razã de luminãce trece pe lingã Soareare o deviatie teoreticã de 1",74). In acelasi timp, teoria respectivã nu a rezolvat problema naturii fortelor gravifice, ea fiind de fapt inlocuitã cu o altã problemã: de ce materia determinã structura geometricã a spatiului?

Teoria cosmogonicã a lui Einstein, casi a lui Fridman, de Sitter, Weyl, Robertson si altii, are un caracter inductiv. Ea este derivatã din relativitatea generalizatã printr-o extrapolare a principiilor valabile pentru fenomene locale, la scara intregului Univers. Aceasta, prin limitele sale, a generat dupã anul 1930 o nouã directie de dezvoltare, deductivã, cosmologia constituind nu o consecintã a interprepãrii rezultatelor observationale (conditie oricum necesarã), ci satisfacerea unor exigente teoretice fundamentale, care sã ofere un cadru adecvat legilor generale si fenomenelor fizice.

Punctul sãu de plecare nu il constituie ecuatiile einsteiniene ale cimpului, ci postulatele suplimentare introduse pentru ca problemele cosmologiei sã fie determinate inacest context. Astfel si-au construit modelele Milne, Eddington, Bondi, Whitrow, Gold. Dupã cum arãta J. Merleau-Ponty, "pentru ei este vorba de determinarea conceptului de Univers in functie de exigentele rationale si metrice ale cunoasterii fizice si de a verifica pinã la ce punct observatia autorizeazã rezultatele care pot fi obtinute aprioric din acest concept".

La noi in tarã acad. Octav Onicescu a dezvoltat Cosmologia invariantivã, care evidentiazã caracterul dinamic al legii lui Hubble si existenta simultan cu interactiunea gravitationalã a unei interactiuni de repulsie de tipul unei forte elastice.

Toate aceste modele de Univers asteaptã noi confirmãri (sau, dimpotrivã, infirmãri), rezultatele obtinute pinã in prezent nepermitindu-ne incã sã tragem o concluzie definitivã in acest sens. Universul s-ar putea dovedi a fi inchis sau deschis, dominat de materie sau de radiatie, aproape sigur nestationar. Dar nu acest lucru este determinant.

Viitoarele cercetãri vor lãmuri si aceste incertitudini, obtinindu-se in final acel model de Univers care sã corespundã intru totul Universului real. Important este in cazul de fatã modul indrãznet in care gindirea umanã, descãtusatã de dogmatismul traditional, capãtã o nouã infãtisare, fiind in prezent pregãtitã de a aborda, de pe pozitii riguros stiintifice, problemele fundamentale ale insãsi Existentei.

[revista «MAGAZIN», nr. 42(1566) din 17 octombrie 1987]

dr. Harald Alexandrescu