p6d8dj

Zusammenfassung
Der Beitrag stellt einige Paradigma der zeitgenössischen Kosmo¬logie und deren philosophische Implikationen vor. Dabei wird dem Geozentrismus der Antike (Ptolemaus) und dem mittelalterlichen Heliozentrismus (Kopernikus) die Weltansicht der heutigen infla¬tionaren Kosmologie gegenübergestellt. Die Pentade der grundle¬genden Wechselwirkungen aus der modernen Physik ist hier der Ausgangspunkt für dialektisch spekulative Schlußfolgerungen.
1. Geocentrismul modern
In fiecare epoca istorica, omul a „imbracat“ Universul cu „rochia“ stiintei nivelului respectiv de dezvoltare a civilizatiei incercand astfel sa obtina legile corpurilor ceresti care au reprezentat astronomia (¹ ¢stronom…a) acelor vremuri. Prin urmare, astronomia este una dintre cele mai vechi stiinte, chiar daca in decursul timpului s au desprins din ea mai multe stiinte noi. La inceput, observatiile erau lipsite de o analiza cantitativa a feno¬menelor, dar aceste goluri erau abundent umplute de imaginatie si de evaluari pur intui¬tive ale dimensiunii cosmice. De remarcat este faptul ca anumite ipoteze din antichitate sunt pastrate si dezvoltate in zilele noastre. Cu toata dezvoltarea astronomiei observatio¬nale, a celei stelare si a cosmologiei, se foloseste inca din abundenta modelul universului geocentric prin utilizarea notiunilor de sfera cereasca, astronomie sferica etc. Aceasta in¬seamna ca pamantul este considerat centrul referential al Universului, iar toate corpurile ceresti se afla pe o sfera imaginara numita sfera cereasca, pozitiile lor sunt determinate cu suportul matematic al trigonometriei sferice, iar miscarile lor relative sunt studiate cu ajutorul mecanicii ceresti clasice.
Ipotezele fundamentale care au stat la baza sistemului geocentric elaborat de Ptolemeu in secolul al II lea e. n. in lucrarea Megale Syntaxis (Marea Constructie) sunt urmatoarele :

1) Pamantul este in centrul Universului.
2) Pamantul este imobil.
3) Miscarile corpurilor ceresti sunt circulare si uniforme.
In acest model de univers, astrii se rotesc in jurul Pamantului pe diferite sfere concen¬trice. Erorile de predictie a pozitiilor astrilor sunt corectate cu ajutorul „epiciclelor“ si al teoriei excentricitatii (notiuni care descriu deplasarea pe traiectorii circulare a corpurilor ceresti), teorie elaborata anterior de matematicianul si astronomul antic Apoloniu in lu¬crarea Conica.
Datorita dezvoltarii astronomiei practice, modelul ptolemeic a devenit insuficient deoarece datele obtinute prin masuratori erau incapabile sa satisfaca noile necesitati ale navigatiei maritime. Astfel, in secolul al XVI lea, Copernic prezinta modelul heliocentric in lucrarea De revolutionibus orbium coelestium aparuta in 1543. Ipotezele sistemului he¬liocentric sunt urmatoarele:
1. In centrul Universului se afla Soarele si nu Pamantul.
2. Pamantul sferic si planetele se misca in jurul Soarelui, in acelasi sens, si se rotesc in jurul unuia din diametrele lor.
3. Orbitele planetelor sunt circulare.
Miscarile planetelor sunt uniforme, iar vitezele liniare sunt cu atat mai mari, cu cat planetele sunt mai apropiate de Soare si invers.
Noua conceptie despre univers a revolutionat intreaga astronomie a acelor vremuri si a avut un rol important in dezvoltarea astronomiei moderne. Cu toate acestea, daca ana¬lizam ideea care sta la baza modelului heliocentric -; Soarele, centrul Universului -; pu¬tem spune ca acest model a fost practic abandonat, chiar daca anumite aspecte sunt fo¬losite azi pentru a modela miscarea planetelor sistemului solar.
Observam ca modelul „geocentric“ este utilizat azi de astronomia observationala. Sa examinam definitia sferei ceresti intalnita in manualele de specialitate:
Sfera inchipuita de raza arbitrara, cu centrul intr un punct arbi¬trar din spatiu, pe suprafata careia ne apar situate corpurile ceresti la un anumit moment, din punctul considerat din spatiu…
Daca se compara cele doua modele cu definitia moderna a sferei ceresti, observam ca cea din urma preia ideea de baza a geocentrismului cu anumite simplificari, prin reduce¬rea sferelor la una singura. Aspectele dialectice valabile pana in zilele noastre au aparut in momentul in care s a schimbat centrul sistemului de referinta, si anume renuntarea la teoria epiciclelor si la teoria excentricitatii in favoarea introducerii notiunii de miscare aparenta -; rezultat al compunerii miscarilor de rotatie reale a planetelor in jurul Soarelui cu miscarea de rotatie a Pamantului in jurul Soarelui si in jurul axei lui proprii.
2. Cosmologia inflationara
In evolutia ideilor stiintifice se porneste in general de la ipoteza ca legile care sunt va¬labile pe pamant sunt legi care guverneaza intregul Univers, iar teoriile cele mai impor¬tante apar in momentul in care se constata ca exista in Univers locuri care sfideaza aceste legi datorita conditiilor fizice extreme imposibil de realizat experimental in laboratoarele terestre. Din acest motiv, modelele cosmologice sunt in stransa legatura cu dezvoltarea cercetarilor din lumea microcosmosului, a particulelor elementare. Raspunsurile la marile intrebari cosmogonice sunt date de fapt de fizica particulelor elementare.
Principala ipoteza cosmologica discutata azi -; Big Bang ul („Marea Explozie“) si mo¬delul „Universului Inflationar“ sunt exemplificari ale legaturilor dintre cercetarile in do¬meniul microcosmosului si in domeniul macrocosmosului. Ipoteza Big Bang ului isi are originea in teoria „atomului initial“ elaborata in anii ’30 de Georges Lemaitre , foarte contestata de astronomii si matematicienii contemporani lui. Mai tarziu, in anii ’40, echipa fizicianului Georges Gamow, formata din doi studenti, Ralph Alpher si Robert Hermann, incercau aplicarea cunostiintelor de ultima ora la acea vreme din domeniul fi¬zicii in explicarea originii Universului -; cautarea unor urme ale exploziei primordiale.
In anul 1948 , cei doi fizicieni au stabilit ipoteza unei radiatii remanente in urma Marii Explozii, radiatie care are o temperatura de 5 K, dupa calculele lor. Independent de aceasta comunicare si mult mai tarziu, doi ingineri de la Bell Telephone Laboratories din New Jersey, Arno Penzias si Robert Wilson orientau o antena ultrasensibila pentru re¬ceptia undelor radio de la satelitul Echo. Ei au fost foarte surprinsi de un zgomot parazit al antenei care de fapt s a dovedit a fi radiatia cosmica remanenta prezisa anterior. Masuratorile efectuate de ei dau o valoare de aproximativ 3 K a temperaturii radiatiei , foarte aproape de valoarea prezisa de grupul lui Gamow. Aceasta descoperire si apoi confirmarea ei experimentala a dus practic la renuntarea la modelul „universului rece“ elaborat anterior de Zeldovici , dupa care nu exista acea eliberare de energie termica.
In anul 1980, o alta ipoteza vine in completarea evolutiei universului timpuriu -; mo¬delul „Universului Inflationar“. Primii pasi in noua cosmologie au fost facuti de fizicianul Alan C. Guth de la MIT care explica cu succes omogenitatea, izotropia, problema planici¬tatii universului si neconservarea sarcinii barionice. Acestea nu puteau fi explicate prin modelul „clasic“ al Big Bang ului care descrie o evolutie „liniara“ in formarea universului.
Conform ipotezei enuntate de Guth, universul timpuriu a inclus unele regiuni de gaz mult mai fierbinti decat temperatura tranzitiei de faza care, dilatandu se, isi pastreaza va¬loarea campului Higgs de zero. Supraracirea acestor regiuni a dus la o anumita stare a materiei numita „vid fals“ cu proprietati prezise de teoria cuantica a campurilor. Valoarea de zero pentru campul Higgs impune o densitate foarte mare de materie, aparitia unei presiuni negative care ar conduce la efectul unei forte gravitationale efectiv repulsive.
Pana nu demult, anumite cantitati ca energia, momentul liniar, momentul unghiular, sarcina electrica si sarcina barionica erau considerate conservate. Conform noilor ipo¬teze, se exclude din marimile enuntate momentul liniar total, deoarece nu poate fi definit in termeni absoluti, apoi sarcina electrica totala si momentul unghiular al universului ob¬servabil, deoarece acestea au valori neglijabile in conditii terestre. Cu privire la sarcina barionica se cunoaste legea neconservarii ei gratie teoriilor G. U. T. (Grand Unification Theories), iar energia totala poate fi impartita in energie gravitationala si energie negravi¬tationala. Energia campului gravitational, desi neglijabila in conditii de laborator, este foarte importanta in cosmologie si se impune chiar o redefinire a ei.
3. Ex nihilo
Sa vedem cum se explica aparitia substantei in univers. In modelul standard, energia negravitationala scade rapid in timpul extinderii universului timpuriu, pe cand in faza ul¬terioara a evolutiei universului inflationar, aceasta forma se creeaza in intregime in mo¬mentul in care vidul fals trece prin expansiunea sa accelerata si se elibereaza cand are loc tranzitia de faza, in final ea devenind substanta. Desi exista numeroase teorii referitoare la universul foarte timpuriu, singura teorie care este aproape independenta de detaliile conditiilor initiale este cea a modelului inflationar. Deoarece in fizica nu exista nici o lege care sa interzica crearea Universului dintr o cantitate infinitezimala, se poate enunta, speculand, ca universul a aparut pur si simplu din nimic.
4. Pentada fortelor
Un alt aspect al cosmologiei si fizicii moderne este studiul asupra interactiunilor fun¬damentale. Sa vedem in continuare care este contributia fizicii moderne in acest dome¬niu si care sunt implicatiile ei in filosofie. Pana in prezent se cunosc patru interactiuni fundamentale si corespunzator fiecareia dintre ele, forta fundamentala ce o masoara si bozonul fundamental ce o mijloceste. Din acestea rezulta urmatorul tabel:
Interactiunea Forta Bozonul intermediar gravitationala gravitationala gravitonul electromagnetica electromagnetica fotonul slaba slaba W+, W , Z0 tare tare gluonul
Referitor la particulele care mijlocesc interactiunile, se poate spune ca ele au valoarea marimii care le caracterizeaza -; spinul -; unitara, cu exceptia gravitonului, cu spinul 2.
Interactiunile gravitationale (cu raza lunga de actiune) sunt determinate de masele corpurilor care introduc notiunea moderna de spatiu curb. Teoria moderna a atractiei universale este data de teoria relativitatii generalizate a lui Einstein. Teoria cuantica a gravitatiei care introduce notiunea de cuanta a campului gravitational -; gravitonul -; pre¬vede posibilitatea transformarii unor particule elementare in gravitoni, ceea ce ar face posibila detectarea lor.
Interactiunile electromagnetice sunt determinate de exemplu de sarcinile corpurilor si sunt de raza lunga de actiune. Teoriile cuantice asociaza fotonul ca fiind purtatorul aces¬tei interactiuni.
Interactiunile slabe sunt de raza foarte mica de actiune si se manifesta in general la dezintegrarea particulelor elementare.
Interactiunile tari sunt de raza mica de actiune si se manifesta intre quarci, la scara nucleara si sunt descrise de cromodinamica cuantica.
Conform teoriilor GUT care explica si universul inflationar, unificarea interactiunilor se face la diferite paliere de energie si doar la energii foarte mari poate apare potentialul Higgs care ar determina o forta gravitationala de respingere. Dupa cum se vede, pro¬blema este de ordin tehnic: nu se pot realiza acceleratoare de particule la o asemenea energie pentru a se pune in evidenta forta prezisa de modelul universului inflationar. Cu toate acestea, pornind pe alte cai de cercetare, s a pus in evidenta existenta unei noi forte, de tip gravitational si repulsiv, corespunzatoare unei noi interactiuni fundamena¬tale. Punctul de plecare in evolutia acestei descoperiri il reprezinta experimentul efectuat de Colella, Overhauser si Werner in anul 1975 , care au masurat diferenta de faza dintre doua fascicule de neutroni cauzata de campul gravitational. Rezultatele acestui experi¬ment au starnit discutii si controverse, deoarece la viteza mica nu se pot pune in evidenta efectele relativiste, fiind perfect valabile legile mecanicii clasice newtoniene.
Ideea unei noi interactiuni fundamentale a fost preluata si dezvoltata in anii ’80 de teoreticianul Ephraim Fischbach de la Purdue University si aplicata violarii simetriei CP la dezintegrarea mezonului K neutru de viata lunga. In acelasi timp, echipa de experi¬mentatori de la Brookhaven National Laboratory, condusa de Sam Aronson (specialist in experimente cu mezoni K), investiga regenerarea mezonilor K de viata scurta.
La inceputul anului 1983, erau deja conturate doua cai independente de cercetare, care presupuneau existenta unui nou tip de interactiune:
1) dependenta de faza a energiei pentru mezonii K si
2) modificarea legii gravitatiei newtoniene insotite de testele experimentale cores¬punzatoare.
In acel moment, cercetarile au fost indreptate spre cautarea unei forte de raza lunga de actiune, asemeni fortei gravitationale, ceea ce s a dovedit a fi o pista falsa. De subli¬niat ca studiile lui Fuji de la inceputul anilor ’70, care propune modificarea teoriei Brans Dicke incluzand o particula masiv scalara, erau deja publicate, desi grupurile de la BNL si Purdue University nu le cunosteau inca. Daca acceptam existenta particulei pro¬puse de Fuji, apare o noua forta de raza scurta (10 m 30 Km). In continuare, Fuji pro¬pune reanalizarea cu mijloace de masura ultramoderne a experimentelor facute de Eötvös, Pekar si Fekete in anul 1922. De abia in anul 1986, Fischbach si Aronson refac experimentul mai sus mentionat, acesta fiind un pas important in descoperirea celei de a cincea forte. Fischbach a specificat ca, daca exista o forta de raza scurta de actiune, de¬pendenta de natura substantei, atunci ea trebuie pusa in evidenta prin reanalizarea ex¬perimentului lui Eötvös. In urma refacerii experimentului si a publicarii rezultatelor care erau foarte apropiate de erorile de masurare, contributia cea mai importanta a grupului lui Fischbach a fost scoaterea in evidenta a unei forte de raza medie de actiune depen¬dente de compozitia substantei si proportionala cu sarcina barionica sau hipersarcina, aceasta forta fiind de tip repulsiv.
In anul 1974, Octav Onicescu elaboreaza cosmologia invariantiva care se refera la miscarea galaxiilor considerate ca unitati materiale ale universului, iar unul din rezulta¬tele acestei teorii este faptul ca in acelasi timp cu interactiunea gravitationala exista o in¬teractiune de repulsie de tipul unei forte elastice.
Sub aspect dialectic speculativ, daca luam in considerare „caracterul entitativ, nepro¬cesual , de simpla constatare“ al tabloului pentadic al interactiunilor, putem spune ca forta gravitationala reprezinta Atractia, iar a cincea forta Respingerea. Celelalte trei forte sunt o combinatie intre Atractie si Respingere dupa cum urmeaza: forta electromagnetica se manifesta ca o combinatie intre Atractie si Respingere in care actiunile lor se insu¬meaza (procesual este reprezentata prin combinatia dintre campul electric si campul ma¬gnetic); forta tare este tot o combinatie intre Atractie si Respingere, dar relatia dintre ele este de subordonare, Respingerea fiind subordonata Atractiei (din punct de vedere fe¬nomenologic, fortele tari sunt forte nucleare care apar intre nucleoni si mezoni, menti¬nand protonii si neutronii in interiorul nucleului care altfel s ar respinge); forta slaba este tot o manifestare ierarhica a combinatiei dintre Atractie si Respingere, asemanator celei anterioare, cu deosebirea ca in acest caz Atractia este subordonata Respingerii (din punct de vedere fizic, aceasta forta apare la dezintegrare, la ruperea unor legaturi).
Dialectic, existenta celei de a cincea forte reprezinta o necesitate in completarea ta¬bloului interactiunilor, iar aceasta paradigma pune deja o problema: fiecare forta fiind o entitate distincta tabloul pentadic al lor nu impune o ciclicitate, o inchidere a schemei, de aceea in literatura de specialitate apare ideea celei de a sasea, saptea forte fundamen¬tale.
Cu toate acestea, daca admitem existenta celei de a cincea forte putem raspunde afirmativ la cel putin una din intrebarile cheie ale cosmologiei: este Universul ciclic sau nu?
Bibliografie
Aronson, S., „Determination of the Fundamental Parameters of the K0 K0“ in Phys. Rev. Lett., vol. 48, 1982.
Barrow, J. D., Originea Universului, Humanitas, 1994.
Cletiu, M., „Universul in inflatiune“ in Viata studenteasca, nr. 21, 1988.
Colella, R., Overhauser A. W., Werner S. A., „Observation of Gravitationally Induced Quantum Interference“ in Phys. Rev. Lett., vol. 34.
Einstein A., Teoria relativitatii, Bucuresti, Ed. Tehnica, 1957.
Eötvös, R., Pekar D., Fékéte E., „Beitrage zum Gesetze der Proportionalitat von Tragheit und Gravitat“ in Ann. Phys., vol. 68, 1922.
Fischbach, E., „Interaction of the K0 K0 System“ in Phys. Lett., B16, 1982.
Fischbach, E., Aronson S., „Reanalysis of the Eötvös Experiment“ in Phys. Rev. Lett., vol. 56, 1986.
Fuji, Y., „Dilatonal Possible Non Newtonian Gravity“ in Nature, nr. 234, 1971.
Gamow, G., Alpher R. A., Herman R. in Physical Review, vol. 74, 1198 (1948); vol. 75, 701 (1949); 75, 332 A (1949).
Lemaitre, G., The Primeval Atom, Van Nostrand, 1950.
Onicescu, O., Mecanica invariantiva si cosmologia, Bucuresti, Ed. Academiei, Bucuresti, 1974.
Penzias, A., Wilson R. W., in Astrophysical Journal, vol. 142, 419 (1965).
Recami, E., „Fifth Force, Sixth Force, and all that“ in Il Nouvo Cimento, 105B, nr. 6, 1990.
Surdu, Al., Pentamorfoza artei, Bucuresti, Ed. Academiei Romane, 1993.
Toró, T., Fizica moderna si filosofie, Timisoara, Facla, 1973.
Ureche, V., Universul, vol. 1, Cluj Napoca, Dacia, 1982.
Weinberg, S., Primele trei minute ale Universului, Editura Politica, Bucuresti, 1984.