Punts clau
1. La maduració de la cosmologia: de l’especulació a l’observació
En cosmologia descobrim el passat.
L’evolució de la cosmologia. Fa temps que la cosmologia era vista com un terreny d’especulacions sense límits, però avui s’ha convertit en una ciència rigorosa, impulsada per observacions espectaculars realitzades amb satèl·lits sofisticats i instruments terrestres. Aquesta transformació permet als científics traçar la història de l’expansió de l’univers i obtenir pistes sobre el seu origen, evolució i destí.
Els telescopis com a màquines del temps. Els cosmòlegs són viatgers en el temps que, mitjançant telescopis, miren enrere en el temps profund. La llum d’estrelles i galàxies llunyanes ha viatjat milions o fins i tot milers de milions d’anys per arribar fins a nosaltres, oferint una finestra al passat de l’univers. Això permet estudiar la radiació còsmica de fons de microones (CMB), un vestigi del gran esclat calent, i desxifrar els patrons que hi queden codificats.
Observacions clau:
- L’expansió de l’espai: prevista per Lemaître el 1927 i confirmada per les observacions d’Hubble.
- La radiació còsmica de fons de microones: una instantània de l’univers 380.000 anys després del big bang.
- L’expansió accelerada: descoberta el 1998, que suggereix l’existència de l’energia fosca.
2. L’estranya bioamabilitat de l’univers
Sembla com si l’univers hagués estat dissenyat d’alguna manera per fer possible la vida.
L’ajustament perfecte per a la vida. L’univers mostra una aptitud extraordinària per a la vida, amb propietats físiques fonamentals que semblen estar dissenyades per facilitar l’aparició d’organismes vius. Aquest “factor Goldilocks” es manifesta en la força de la gravetat, les variacions de temperatura en la CMB, el nombre de dimensions espacials i les propietats químiques dels elements.
Exemples de coincidències còsmiques:
- La gravetat: si fos més forta, les estrelles moririen massa ràpidament perquè la vida complexa pogués evolucionar.
- Les variacions de temperatura de la CMB: si fossin més grans, els forats negres gegants dominarien; si fossin més petites, no es formarien galàxies.
- La relació massa neutró-púton: un lleu canvi impediria la formació d’àtoms.
- La densitat de l’energia fosca: un valor més gran hauria impedit la formació de galàxies.
L’enigma del disseny. Les lleis fonamentals de la física semblen estar específicament dissenyades per facilitar l’aparició de la vida. Això planteja preguntes profundes sobre la naturalesa més profunda d’aquestes lleis i el nostre lloc dins del seu esquema.
3. La revolució de la relativitat: espai-temps i gravetat
D’ara endavant, l’espai com a tal i el temps com a tal s’esvairan completament a les ombres i només una mena d’unió dels dos conservarà la independència.
L’espai-temps d’Einstein. La teoria de la relativitat especial d’Einstein va revolucionar la nostra comprensió de l’espai i el temps, fusionant-los en una única entitat quadridimensional anomenada espai-temps. Aquest marc va introduir el concepte d’un límit còsmic de velocitat (la velocitat de la llum) i va redefinir la nostra relació amb l’univers.
La relativitat general i la gravetat. La teoria de la relativitat general d’Einstein descriu la gravetat com una manifestació de la curvatura i deformació de l’espai-temps causada per la massa i l’energia. Aquesta interpretació geomètrica explica fenòmens com la desviació de la llum al voltant d’objectes massius i l’existència dels forats negres.
Conceptes clau:
- Espai-temps: una unió quadridimensional d’espai i temps.
- Cones de llum: estructures que defineixen el passat i el futur d’un observador.
- Horitzó d’esdeveniments: la frontera d’un forat negre, més enllà de la qual res no pot escapar.
- Ones gravitacionals: ondulacions en l’espai-temps causades per masses accelerades.
4. La paradoxa del big bang: un començament més enllà de la comprensió
Podem comparar l’espai-temps amb una copa oberta i cònica.
L’àtom primigeni de Lemaître. Georges Lemaître va proposar que l’univers va començar amb un àtom primigeni, un punt diminut d’una densitat impressionant, la desintegració del qual va crear la matèria, l’espai i el temps. Aquesta idea, inicialment rebuda amb escepticisme, va establir les bases de la teoria del big bang.
El problema de la singularitat. La teoria del big bang implica una singularitat a l’origen del temps, on la curvatura de l’espai-temps esdevé infinita i les lleis de la física deixen de ser vàlides. Això planteja una paradoxa: com poden les lleis de la física determinar l’origen de l’univers si no s’apliquen en la singularitat?
La indeterminació quàntica. Lemaître va especular que la indeterminació quàntica podria resoldre el problema de causalitat plantejat pel big bang. Saltos quàntics aleatoris podrien haver generat un univers complex a partir d’un àtom primigeni senzill, fent que la idea d’un començament fos més fàcil d’acceptar.
5. La cosmologia quàntica: una fusió de gravetat i incertesa
Clarament, el quàntic inicial no podia amagar en si mateix tot el curs de l’evolució.
La unificació de la relativitat i la teoria quàntica. La cosmologia quàntica busca reconciliar la relativitat general i la teoria quàntica per entendre l’origen de l’univers. Això requereix un nou marc que vagi més enllà de la separació tradicional entre lleis i condicions.
La proposta sense límits de Hawking. Stephen Hawking i Jim Hartle van proposar que l’univers no té límit en el passat, substituint la singularitat inicial per un origen quàntic suau i arrodonit. Això implica que el temps mateix emergeix d’un estat més profund, sense temps.
El paper de les fluctuacions quàntiques. Es creu que les fluctuacions quàntiques, amplificades per la inflació, van sembrar la formació de galàxies i estructures a gran escala a l’univers. Aquestes fluctuacions també contribueixen a les variacions de temperatura en la CMB.
6. El multivers i el principi antròpic: un debat controvertit
El principi antròpic és un consell de desesperació.
El concepte de multivers. La teoria del multivers suggereix que el nostre univers és només un entre molts, cadascun amb les seves pròpies propietats físiques. Això sorgeix de la teoria de la inflació, que tendeix a generar no un sinó molts universos.
El principi antròpic. Aquest principi afirma que observem l’univers tal com és perquè existim. Suggerix que els efectes de selecció actuen a través del multivers, afavorint universos aptes per a la vida.
Crítiques al principi antròpic:
- Compromet el procés científic de predicció i falsificació.
- Introdueix un element subjectiu en la física.
- No explica per què les metalleis del multivers són com són.
7. La cosmologia top-down de Hawking: una nova perspectiva
La història de l’univers depèn de la pregunta que formulis.
Una visió des de dins. La cosmologia top-down de Hawking rebutja la visió des de fora, posant èmfasi en que som dins de l’univers, no a fora. Això exigeix una nova filosofia de la física que tingui en compte les nostres limitacions inherents com a observadors.
Repensar les lleis de la física. Aquesta cosmologia suggereix que les lleis de la física no són veritats immutables i atemporals, sinó propietats emergents de l’univers, modelades per la seva evolució i les nostres observacions. Això implica un element retrospectiu en la cosmologia, on el present influeix en la nostra comprensió del passat.
Elements clau:
- Rebuig d’un estat clàssic global.
- Èmfasi en la interconnexió de l’univers.
- Reconeixement del paper de l’observador en la configuració de la realitat.
8. L’univers hologràfic: la informació a la superfície
El teixit de l’existència es teixeix complet.
El principi hologràfic. Aquest principi suggereix que el contingut informatiu d’un volum d’espai pot codificar-se a la seva superfície límit. Això implica que l’univers podria ser un holograma, amb tota la seva complexitat projectada des d’una superfície de dimensió inferior.
Forats negres i holografia. L’entropia d’un forat negre és proporcional a l’àrea del seu horitzó d’esdeveniments, cosa que suggereix que els forats negres emmagatzemen informació a la seva superfície. Això va conduir a la dualitat hologràfica, que relaciona la gravetat en un volum d’espai amb una teoria quàntica de camps a la seva frontera.
Implicacions per a la cosmologia. La cosmologia hologràfica suggereix que la història i les propietats de l’univers estan codificades en una frontera llunyana, posant en qüestió la nostra comprensió de l’espai, el temps i la causalitat.
9. La fletxa del temps: de l’ordre al desordre
M’hi moc poc, però sembla que he arribat molt lluny.
La fletxa entròpica. La fletxa del temps sorgeix de la tendència del desordre a augmentar, mesurat per l’entropia. La segona llei de la termodinàmica estableix que l’entropia sempre creix en un sistema tancat.
El misteri de l’entropia baixa. L’univers va començar en un estat extremadament ordenat i de baixa entropia. Això planteja la pregunta de per què les condicions inicials van ser tan especials i com va emergir la fletxa del temps.
La indeterminació quàntica. La indeterminació quàntica podria haver generat un univers complex a partir d’un àtom primigeni senzill. Si la complexitat de l’univers actual fos el resultat d’innombrables accidents congelats en la seva evolució embrionària, més que la conseqüència necessària d’unes condicions inicials perfectament orquestrades, no seria més fàcil acceptar la idea d’un començament?
10. La recerca d’una teoria unificada: la teoria de cordes i la M-teoria
Les matemàtiques “et prenen de la mà”, deia, “per descobrir noves teories físiques”.
El Model Estàndard. El Model Estàndard de la física de partícules descriu totes les partícules de matèria conegudes i les tres forces que governen les seves interaccions (electromagnètica, feble i forta). No obstant això, no inclou la gravetat ni la matèria fosca.
La teoria de cordes i la M-teoria. La teoria de cordes intenta unificar totes les forces, inclosa la gravetat, substituint les partícules puntuals per cordes diminutes que vibren. La M-teoria és una xarxa de teories de cordes interconnectades que ofereix una visió més completa de l’univers.
El paisatge del multivers. La teoria de cordes prediu un vast paisatge de possibles universos, cadascun amb les seves pròpies lleis físiques. Això planteja la pregunta de per què el nostre univers té les propietats específiques que té.
11. El destí de la informació en els forats negres: un enigma quàntic
Estic morint... per... una... tassa... de... te.
La radiació de Hawking. Els forats negres emeten un degoteig feble de radiació tèrmica, coneguda com a radiació de Hawking, a causa d’efectes quàntics prop de l’horitzó d’esdeveniments. Aquesta radiació fa que els forats negres s’evaporin lentament amb el temps.
La paradoxa de la informació. L’evaporació dels forats negres planteja una paradoxa: què passa amb la informació que cau dins d’un forat negre quan aquest desapareix? La teoria quàntica diu que la informació no es pot destruir, però els càlculs de Hawking suggerien que es perdia per sempre.
La resolució hologràfica. El principi hologràfic ofereix una possible solució a la paradoxa de la informació. Suggerix que el contingut informatiu d’un forat negre està codificat en el seu horitzó d’esdeveniments i que aquesta informació es conserva en la radiació de Hawking.
12. Les implicacions humanístiques: recuperar el nostre lloc en el cosmos
Som junts, l’univers i nosaltres.
Les limitacions de la visió des de fora. Arendt va argumentar que la recerca del coneixement objectiu en la ciència pot conduir a l’alienació de la terra, una pèrdua de connexió amb la nostra condició humana. És com si observéssim el món i les nostres activitats des de fora.
Una perspectiva des de dins. La teoria final de Hawking adopta una perspectiva des de dins, reconeixent que formem part de l’univers que intentem comprendre. Això requereix un nou enfocament de la cosmologia que integri l’observació i reconegui la finitud del nostre coneixement.
Recuperar el nostre lloc. En abraçar la nostra perspectiva humana, podem recuperar el sentit de pertinença al cosmos i trobar significat en la nostra existència. Això exigeix un canvi d’enfocament, passant de buscar una teoria final a comprendre la interconnexió de totes les coses.
Última actualització:
Ressenyes
Sobre l’origen del temps explora l’última teoria cosmològica de Stephen Hawking, desenvolupada conjuntament amb Thomas Hertog. Els lectors la troben fascinant però alhora exigent, i valoren especialment l’estil clar i accessible d’Hertog. El llibre aborda temes com la física quàntica, els conceptes de l’univers hologràfic i una aproximació de dalt a baix a la cosmologia. A més, ofereix una mirada profunda a la vida de Hawking i al seu procés científic. Tot i que alguns troben difícils certs conceptes complexos, molts agraeixen les idees que conviden a la reflexió i el context històric que aporta. Les ressenyes són, en general, positives, i els lectors valoren especialment la perspectiva actualitzada sobre les obres anteriors de Hawking.
