ublo
bogdan's (micro)blog

bogdan » spațiu și timp

02:03 am on Aug 30, 2013 | read the article | tags: nice2know

și a zis Dumnezeu: “Să fie lumină!” și a fost lumină. (Geneza 1:3)

lumina este cheia percepției noastre despre univers. ochii percept razele de lumină împrăștiate de obiectele din jurul nostru pentru ca apoi creierul să construiască din fiecare fascicul realitatea în care trăim, spațiul. modul în care sistemul nostru vizual e construit: două ecrane pe care înregistrăm proiecții 2D ușor decalate pe care creierul nostru le procesează și determină a treia dimensiune spațială. creierul nu se oprește aici. capacitatea lui de a reține și procesa ulterior informația, în determinarea perechilor cauză-efect definește o nouă dimensiune a mediului care ne înconjoară, timpul. și pentru că spre deosebire de spațiu, în care ne putem deplasa aproape în orice direcție, ireversibilitatea unor evenimente – exemplul cel mai primitiv, moartea – crează în timp o direcție preferențială, pe care trebuie să o respectăm.

cam același raționament îl aveau și fizicienii până în secolul trecut. avem spațiu – interpretarea razelor de lumină, timp – interpretarea perechilor cauză efect, o săgeată a timpului – entropia și pentru că oriunde le observăm, aceste trei obiecte par să fie la fel, în mod automat sunt absolute și universale. relativismul newtonian a rezistat mai bine de două secole datorită congruenței perfecte între observații și ipotezele teoretice.

în 1905, einstein prelua mai multe concepte noi și hotăra să renunțe la sistemele de referință absolute. de fapt einstein a avut sclipirea de geniu de a pune sub semnul întrebări însăși modul în care observăm lumea: prin lumină. maxwell construise recent ecuațiile câmpului electromagnetic, iar din acestea lumina avea o viteză maximală. în vid. în mod esențial, einstein a luat în calcul influența acestei limitări asupra modului în care observăm lumea. a postulat în primul rând că legile fizice sunt aceleași peste tot în univers și sprijinit pe ecuțiile lui maxwell că lumina are aceeași viteză în vid indiferent de sistemul de referință.

nu mai intru în detalii fizice însă în 1905 spațiu și timpul absolut au devenit spațiul-timpul relativ, care se comprima sau dilata în funcție de observatori. câțiva ani mai târziu, einstein schimba cu totul perspectiva asupra lumii. în 1916, gravitația, una dintre cele patru forțe fundamentale pe care le cunoaștem a devenit o simplă proprietate intrinsecă a spațiu-timpului în care trăim. teoria generală a relativității descrie modul în care materia și energia curbează spațiu-timpul din jur, iar împreună cu principiul minimei acțiuni (lucrurile cel mai probabil să se întâmple sunt cele în care se consumă minimum de energie) crează iluzia gravitației ca o simplă consecință geometrică.

ceea ce mi se pare demn de luat în seamă este curiozitatea lui einstein de a chestiona lucruri pe care le luăm de-a gata: modul în care observăm lumea cu ajutorul luminii.

inspirați de curajul lui, câțiva ani mai târziu apăreau primele teorii moderne ale obiectelor microscopice. semnul de întrebare venea din natura duală a luminii și din energia pe care aceasta o purta. dacă obiectele pe care le observăm sunt atât de mici încât chiar și cea mai slabă rază de lumină poate să le afecteze starea? heisenberg, born, jordan, de broglie, schrodinger au fost printre pionierii inspirați de acest curent. consecința asupra spațiu-timpului? cuantificarea. împărțirea lui în cubulețe suficient de mici încât să se atingă limita principiului de incertitudine al lui heisenberg. un cubuleț de spațiu timp are 1 unitate plank de lungime la cub înmulțită cu o unitate plank de timp. în sistemul metric aproximativ 2.46 x 10^-150 m³s.

inspirația lui einstein nu a fost suficientă. ghinionul face ca mecanica cuantică și teoria relativității generalizate să nu fie compatibile. particulele sunt suficient de mici pentru a nu curba suficient de mult spațiul-timpul, iar cuantificarea nu este pe placul ecuațiilor diferențiale tensoriale. einstein a murit căutând soluția acestei probleme.

în 1970, hawking a găsit o abordare diferită pentru această problemă: renunțarea la lumină. cum? revoluția industrială a secolului XIX dezvoltase cu scopul creșterii productivității bazele teoriei informației: termodinamica. studiul sistemelor foarte mari de particule caracterizate exclusiv de informația pe care o poartă. hawking a eliminat mediatorul, lumina, axându-se asupra mediatului: informația. într-o succesiune rapidă, hawking a construit legile termodinamicii găurilor negre.

poate părea lipsit de relevanță, însă găurile negre sunt soluții speciale ale teoriei relativității, în care spațiu-timpul colapsează. imaginea nu are cum să fie intuitivă: în univers există regiuni speciale unde dispar noțiunile pe care le luăm de-a gata de când ne naștem, spațiul și timpul. putem spune că o gaură neagră este de fapt o margine a universului. hawking a reușit printr-un mecanism ingenios să facă legătura între gravitație și informația microscopică. primul pas către unificarea lui einstein.

modelul lui hawking a rezistat două zeci de ani și 10 dimensiuni spațio-temporale. căutările pentru originea spațiu-timpului însă s-au oprit într-un paradox: informația era distrusă în găurile negre. l-a costat o enciclopedie și un război științific public. în numai câțiva ani, susskind avea să renunțe la încă o preconcepție: materia și energia. universul în care trăim este definit de informașie. paradoxul era în acest fel rezolvat: găurile negre nu distrugeau informația ci o stocau pe suprafața lor. în acest fel, universul – spațiul, timpul, materia și energia – sunt doar manifestări incidente ale informației stocate pe suprafața marginilor universului (principiul holografic).

anul trecut s-a făcut încă un pas pentru unificare. într-o lucrare obscură, renunțând la orice influență observabilă, gravitația devenea consecință directă a informației. nu e un răspuns final. însă e cel mai bun pe care îl avem până în prezent.

articol inspirat de aici: the origins of space and time
sursă imagine: nasa