Grăunțe de spațiu

„Există un paradox în chiar miezul felului nostru de a înţelege lumea. Secolul XX ne-a dăruit cele două nestemate despre care am vorbit: relativitatea generală şi  mecanica   cuantică.   Din  prima   s-a  dezvoltat   cosmologia,   împreună   cu astrofizica,  studiul  undelor  gravitaţionale,  al găurilor  negre şi multe altele.  A doua a constituit piatra de temelie pentru fizica atomică, fizica nucleară, fizica particulelor  elementare,  fizica  stării  condensate  şi multe,  multe  alte  domenii. Două  teorii  darnice,  fundamentale   pentru  tehnologia  de  azi  şi  care  ne-au transformat vieţile. Şi totuşi, ele nu pot fi amândouă corecte, cel puţin în forma lor actuală, pentru că se contrazic reciproc.

Un student care dimineaţa audiază un curs de relativitate generală, iar după- amiaza unul de mecanică cuantică ar putea trage concluzia că profesorii lui sunt neghiobi  ori nu s-au învrednicit  să comunice  între ei de un secol.  Dimineaţa lumea e un spaţiu curb în care totul e continuu, după-amiaza lumea e un spaţiu plat în care cuantele de energie efectuează salturi.

Paradoxul  este  că  ambele  teorii  funcţionează  remarcabil  de  bine.  Natura seamănă cu acel rabin la care vin doi oameni ca să tranşeze o dispută. După ce-l ascultă pe primul, rabinul zice: „Ai dreptate.“ Al doilea insistă să vorbească şi el, rabinul îl ascultă şi zice: „Şi tu ai dreptate.“ Nevasta rabinului, care l-a auzit din camera alăturată, strigă: „Dar nu pot avea amândoi dreptate!“ Rabinul stă o clipă pe gânduri, apoi spune: „Ai dreptate şi tu.“

Un  grup  de  fizicieni  teoreticieni  împrăştiaţi  pe  cele  cinci  continente  se străduieşte din greu să tranşeze chestiunea. Domeniul lor de studiu se numeşte „gravitaţie cuantică“: obiectivul lor este să găsească o teorie, adică un set de ecuaţii, dar mai cu seamă o perspectivă coerentă asupra lumii prin care să iasă din schizofrenie.

Nu e prima dată când fizica se confruntă cu două teorii de mare succes, dar aparent  contradictorii.  Efortul  de a sintetiza  a fost răsplătit  în trecut  cu mari progrese   în   înţelegerea   lumii.   Newton   a   descoperit   gravitaţia   universală combinând  parabolele  lui  Galilei  cu  elipsele  lui  Kepler.  Maxwell  a  ajuns  la ecuaţiile electromagnetismului combinând teoria electricităţii cu cea a magnetismului.   Einstein   a  descoperit   relativitatea   rezolvând   o  contradicţie aparentă între electromagnetism şi mecanică. Fizicienii nu pot decât să se bucure când dau peste o asemenea contradicţie între două teorii de succes: este o şansă extraordinară.  Putem  oare  construi  un  cadru  conceptual  care  să  ne  dea  o perspectivă asupra lumii compatibilă cu ce ne spun ambele teorii?

Dincolo de frontierele cunoaşterii, în avangardă, unde se forjează noile idei, intuiţii şi încercări, unde se deschid drumuri, pentru a fi apoi abandonate, în efortul  de  a  imagina  ceea  ce  n-a  fost  încă  imaginat,  ştiinţa  devine  şi  mai frumoasă.

Cu douăzeci de ani în urmă ceaţa era deasă. Astăzi au apărut piste care au trezit entuziasmul şi optimismul. Fiind vorba de mai multe piste, nu putem spune că problema a fost rezolvată. Multitudinea generează controverse, dar dezbaterea e bine-venită:  până când ceaţa nu se risipeşte  complet,  avem nevoie de spirit critic şi puncte de vedere opuse. Una dintre principalele încercări de a rezolva problema  este  o  direcţie  de  cercetare  numită  „gravitaţia  cuantică  cu  bucle“, urmată de o echipă numeroasă de cercetători din mai multe ţări.

Gravitaţia  cuantică  cu  bucle  este  o  tentativă  de  a  combina  relativitatea generală  şi mecanica  cuantică.6 E o încercare  prudentă,  fiindcă foloseşte  doar ipoteze  deja  conţinute  în  aceste  teorii,  rescrise  pentru  a  le  face  reciproc compatibile.  Consecinţele  ei sunt însă radicale:  o nouă modificare  profundă a felului în care privim structura realităţii.

Ideea e simplă. Relativitatea generală ne-a învăţat că spaţiul nu e un recipient inert, ci o entitate dinamică: un fel de imensă scoică mobilă care ne conţine, şi care poate fi comprimată şi răsucită. Pe de altă parte, mecanica cuantică ne-a învăţat că toate câmpurile de acest fel sunt „constituite din cuante“ şi au o structură fină, granulară. Rezultă de aici că şi spaţiul fizic e „constituit din cuante“.

Predicţia principală a gravitaţiei cuantice cu bucle este aceea că spaţiul nu e continuu, nu e infinit divizibil, ci e alcătuit din grăunţe sau „atomi de spaţiu“. Ele sunt minuscule: de un miliard de miliarde de ori mai mici decât cel mai mic nucleu atomic. Teoria descrie aceşti atomi de spaţiu într-o formă matematică şi oferă  ecuaţiile  care  determină  evoluţia  lor.  Ei  se  numesc  „bucle“  sau  inele, pentru  că  sunt  legaţi  între  ei,  formând  o  reţea  de  relaţii  care  „ţese“  textura spaţiului, ca inelele împletite fin în urzeala unei zale imense.

Unde se află aceste cuante de spaţiu? Nicăieri. Nu se află în spaţiu, fiindcă ele însele sunt spaţiul. Spaţiul e creat prin interacţia acestor cuante individuale de gravitaţie. Vedem încă o dată că lumea înseamnă mai curând relaţii interactive decât obiecte.

A doua consecinţă  a teoriei  este însă şi mai tulburătoare.  Aşa cum dispare ideea  de  spaţiu  continuu  care  conţine  obiecte,  dispare  şi  ideea  de  „timp“ elementar şi primar care se scurge independent de obiecte. Ecuaţiile care descriu grăunţele de spaţiu şi materie nu mai conţin variabila „timp“.

Asta nu înseamnă că totul e imobil şi neschimbător. Dimpotrivă, înseamnă că schimbarea  e  ubicuă  –  dar  procesele  elementare  nu  pot  fi  ordonate  într-o succesiune  comună de „momente“.  La scara minusculă a grăunţelor de spaţiu, dansul naturii nu se desfăşoară după ritmul baghetei unui singur dirijor, într-un singur  tempo;  fiecare  proces  dansează  independent  de  vecini,  în  ritmul  lui propriu.  Scurgerea  timpului  e  interioară  lumii,  se  naşte  în  lumea  însăşi  din relaţiile între evenimente cuantice care constituie lumea şi sunt sursa timpului.

Lumea descrisă de teorie se îndepărtează  aşadar şi mai mult de cea cu care suntem obişnuiţi. Nu mai există un spaţiu care „conţine“ lumea, şi nu mai există un timp „în care“ au loc evenimentele.  Există doar procese elementare în care cuante  de  spaţiu  şi  de  materie  interacţionează   permanent  între  ele.  Iluzia spaţiului şi timpului continue care ne înconjoară este doar vederea înceţoşată a acestei  colcăieli  de  procese  elementare,  aşa  cum  un  lac  liniştit  de  munte  e constituit de fapt din dansul nebunesc al unei mulţimi imense de molecule de apă.”

Carlo Rovelli. Șapte scurte lecții de fizică. Humanitas, 2017.

Acest articol a fost publicat în Ontologie, Spațiu și timp. Pune un semn de carte cu legătura permanentă.