Viteza luminii

Viteza luminii în vid este o importantă constantă fizică universală; conform cunoștintelor pe care le avem în prezent, este viteza de propagare a luminii în vid perfect - independent de parametri fizici ai luminii cum sunt: culoarea, intensitatea, direcția, polarizarea sau durata propagării. Această caracteristică este proprie nu numai luminii din spectrul vizibil, ea este valabilă tuturor radiațiilor de natură electromagnetică cum sunt: undele radio, lumina infraroșie și ultravioletă, radiațiile X și Gamma. Viteza luminii în vid, conform teoriei relativității restrânse al lui Einstein reprezintă valoarea limită a vitezei pe care o poate atinge un corp, indiferent de mediul în care se propagă. Valoarea sa, exprimată în unități din Sistemul Internațional, este de 299.792.458 m/s (metri pe secundă). Determinări experimentale de mare precizie au demonstrat stabilitatea foarte mare a valorii vitezei luminii în vid: măsurătorile de laborator au arătat că variația vitezei de propagare pentru raze de lumină de culori (lungimi de undă) diferite se încadrează într-o abatere de valori ce reprezintă unu la 1014 parte din valoarea determinată.

Lumina se propagă cu viteză atât de mare încât nici un fapt empiric comun nu permite evaluarea sa pe cale obișniută, de-a lungul istoriei au existat polemici științifice și filozofice privind caracterul finit sau infinit al vitezei ei. Viteza de propagare a luminii este de milioane de ori mai mare decât a sunetului, poate înconjura Pământul de aproximativ 7 ori în decursul unei secunde, parcurge distanța de la Pământ la Lună în mai puțin de 1,3 secunde. Pentru a fi posibilă măsurarea cu suficientă precizie a valorii vitezei luminii a fost nevoie de tehnici speciale care au evoluat odată cu dezvoltarea diferitelor ramuri ale fizicii.Prima determinare experimentală a valorii vitezei luminii, după nenumărate încercări eșuate a fost făcută de către Ole Rømer în anul 1676. Începând cu secolul al XX-lea performanțele determinărilor experimentale s-au îmbunătățit atât de mult încât au permis cunoașterea valorii ei cu o eroare relativă de 3,34x10-7%, această precizie, extrem de mare a condus la redefinirea etalonului unității de lungime, metrul, printr-o nouă definiție, bazată pe „valoarea exactă” a vitezei luminii în vid adoptată prin convenție.

Valoarea vitezei de propagare a luminii în orice mediu material transparent este mai mică decât valoarea vitezei luminii în vid. Ea depinde de caracteristicile electrice și magnetice ale mediului în care se deplasează și nu se modifică pentru un mediu material transparent, omogen și izotrop. La trecerea luminii dintr-un mediu transparent, omogen și izotrop într-un alt mediu are loc modificarea vitezei, concomitent cu schimbarea direcției de propagare, fenomen cunoscut în optica geometrică sub denumirea de refracție.

Conform teoriilor actuale, general acceptate, viteza luminii în vid este cea mai mare viteză posibilă din univers. Totuși, în alte medii decât în vid lumina are o viteză mai redusă, putând fi depășită, așa cum se întâmplă de exemplu în cadrul efectului Cerenkov.

Determinările cantitative ale valorii vitezei luminii au devenit de-a lungul timpului din ce în ce mai precise, odată cu perfecționarea metodelor și dispozitivelor experimentale.Începând din anii 1940, toate măsurătorile efectuate au avut o eroare relativă de măsurare sub 0,005%.Rezultatele măsurătorilor ulterioare convergeau spre valoarea de 299 792 450 m/s.Cunoașterea valorii cu o precizie atât de mare a ridicat problema redefinirii etalonului pentru unitatea de lungime.Fizicianul maghiar Zoltán Bay propune în 1965 înlocuirea etalonului unității de lungime cu un etalon bazat pe definiția unității de timp și valoarea vitezei luminii.El a motivat propunerea pe baza studiilor sale legate de stabilitatea și precizia de măsurare a vitezei luminii.În anul 1983, al 17. Congres Internațional pentru Greutăți și Măsuri, ținut la Paris, a adoptat o nouă definiție pentru metru și anume:

Metrul este lungimea drumului parcurs de lumină în vid în timp de 1/299 792 458 dintr-o secundă.

Cu alte cuvinte, valoarea aproximativă a vitezei luminii în vid este de treisute de mii de kilometri pe secundă sau un miliard de kilometri pe oră.

Viteza luminii în orice alt mediu decât vidul este mai mică decât c. Factorul de micșorare a vitezei luminii este egal cu indicele de refracție al mediului respectiv. Anumite experimente au reușit încetinirea vitezei luminii până la 17 m/s.

Experiența lui Fizeau ( metoda roții dințate)

În anul 1849 Armand Hyppolite Louis Fizeau (1819-1896), un fizician francez, a măsurat pentru prima dată viteza luminii pe o cale neastronomică, obținând valoarea de 3,15x108 m/s.În figura alăturată este prezentat montajul experimental folosit de către Fizeau în experiența sa.

Schema dispozitivului experimental al lui Fizeau. L: sursa de lumină, S1: oglindă semitransparentă, Z: roata dințată, S2: oglindă reflectătoare și B: observatorul. Prin Δs este notată distanța dintre planul roții dințate (Z) și planul oglinzii reflectătoare (S2)

Cu ajutorul unei lentile convergente (nefigurat în imagine) lumina provenită de la sursa L era strânsă și trimisă pe oglindasemitransparentă S1 care o reflecta și care făcea ca în planul roții dințate să se formeze o imagine a sursei.Oglinda S1 era o așa-numită oglindă „semiargintată”; stratul reflector al ei era atât de subțire încât numai aproximativ jumătate din lumina incidentă era reflectată, cealaltă jumătate fiind transmisă.În spatele roții dințate se afla o altă lentilă astfel ca imaginea din planul roții dințate să dea un fascicul paralel de lumină; după aceasta fasciculul trecea printr-o lentilă care focaliza lumina pe oglinda S2. În experiența lui Fizeau distanța Δsdintre oglinda S2 și roata dințată Z era de 8633 m.Când lumina întâlnea din nou oglinda S1, o parte din ea era transmisă observatorului Bprintr-o lentilă.Observatorul vedea imaginea sursei L după ce lumina a parcurs drumul 2Δs, dus și întors.Pentru a determina timpul necesar luminii să parcurgă această distanță era nevoie ca ea să fie marcată într-un fel.Acest lucru sa realizat prin întreruperea fasciculului de lumină cu ajutorul roții dințate Z. Timpul necesar parcurgerii distanței 2Δs era de 2Δs/c, timp în care roata dințată s-a rotit doar cu atât cât era necesar ca trenul de undă luminoasă care a scăpat printre doi dinți ai roții să ajungă înapoi în planul roții astfel ca să fie obturat de un dinte.Lumina fiind obturată de dintele roții, ea nu mai ajungea la ochiul observatorului.Viteza de rotație a roții dințate era reglabilă, asfel încât pentru o anumită turație (viteză unghiulară), observatorul nu mai vedea licăririle luminii întrerupte de roata dințată.Procedeul a constat în mărirea treptată a vitezei unghiulare ω a roții dințate până la dispariția imaginii sursei L.Dacă se notează cu φ unghiul la centru dintre o adâncitură și un dinte al roții, timpul de rotație necesar pentru ca roata să facă unghiul φ este 2Δs/c, sau pus în ecuație:φ/ω=2Δs/c,relație din care rezultă valoarea vitezei luminii: c=2ωΔs/φ.

Pulsarii si Quasarii

Pulsarul

Pulsarul este o stea foarte mică (cu o rază de 10-15 km), dar foarte densă, numită stea neutronică (rămășiță a unei stele care a colapsat), ce emite energie sub forma unui flux de particule electromagnetice concentrat la polii magnetici ai stelei. Ținând cont că axa magnetică a stelei nu coincide cu axa sa de rotație, radiația, privită dintr-un punct din spațiu, este văzută așa cum ar fi observată lumina unui far. Pulsarul poate fi detectat (cu ajutorul unui radiotelescop) doar când fluxul e îndreptat spre Pământ.

Primul pulsar a fost descoperit în 1967 de către Jocelyn Bell Burnell și Antony Hewish de la Universitatea Cambridge. Cei doi au detectat un semnal regulat cu frecvența de un puls la câteva secunde, constând în pulsuri de radiație electromagnetică - semnale radio. Steaua neutronică a fost denumită mai târziu CP 1919. Aceasta emite radiație sub formă de unde radio, dar s-au descoperit pulsari care emit raze X și/sau raze gamma.

Astronomii au descoperit trei tipuri distincte de pulsari, după natura sursei de energie care alimentează radiația:

1. Pulsarii de rotație: pierderea energiei de rotație alimentează radiația
2. Pulsarii de acumulare: (în principal pulsarii cu raze X) energia potențială a materiei acumulate alimentează radiația
3. Magnetarii: slăbirea unui câmp magnetic puternic alimentează radiația.

Quasar-ul

Un quasar este un nucleu galactic activ îndepărtat, care emite enorme cantități de energie. Quasarii au fost identificați inițial ca surse cvasi-punctiforme de radiație electromagnetică (incluzând unde radio și lumină vizibilă), asemănătoare prin aceasta stelelor, mai curând decât galaxiilor, care sunt surse extinse. Asfel se explică numele de quasar, o contracție a denumirii în limba engleză quasi-stellar radio source (sursă radio cvasi-stelară). Natura acestor obiecte a fost inițial controversată, rămânând astfel până în anii 1980. Astăzi există un consens științific în această privință: un quasar este o regiune compactă, cu rază de 10 până la 10.000 de ori raza Schwarzschild a găurii negre supermasive din galaxie, alimentată prin discul de creștere.

Quasarii sunt prin excelență obiecte cosmice foarte îndepărtate. Cel mai apropiat quasar (din cei peste 120.000 recenzați până acum se află la o distanță de 240 megaparseci, (~ 780 milioane de ani lumină), iar cel mai îndepărtat (numit CFHQS J2329-0301, cu un decalaj spectral de 6,3) la aproape 13 miliarde de ani lumină. Dacă se ia în considerare că Universul s-a născut în urmă aproximativ 13,7 miliarde de ani, înseamnă că lumina acestui ultim quasar a fost emisă când Universul avea mai puțin de 1 miliard de ani. Astronomii din echipa franco-canadiană care a descoperit acest quasar estimează că masa totală a găurii negre din centrul său atinge cam 500 de milioane de mase solare.

Cel mai luminos quasar observat vreodată (botezat 3C 273 și aflat în constelația Virgo) are o magnitudine absolută de circa 12,9, însă o magnitudine relativă de –26,7. Asta înseamnă că dacă acest obiect celest ar fi la o distanță de aproximativ 33 de ani lumină de Terra, ar lumina la fel de intens precum Soarele.

Gravitatia

Gravitația este fenomenul fizic natural prin care corpurile fizice se atrag reciproc, cu o forță a cărei intensitate depinde de masele acestora și de distanța dintre ele. Este una din cele patru interacțiuni fundamentale din natură cunoscute, alături de interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleară tare și interacțiunea nucleară slabă.

În fizica modernă gravitația este descrisă de teoria relativității generalizate, dar în cele mai multe situații practice (la scara macroscopică) se poate aplica cu mare exactitate șilegea atracției universale a lui Sir Isaac Newton, din mecanica clasică. Aceasta spune că oricare două corpuri acționează unul asupra celuilalt cu o forță de atracție, numită forța gravitațională, direct proporțională cu masele celor două corpuri și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Natura și motivul existenței forței gravitaționale nu sunt teoretic încă deplin elucidate.

În viața de zi cu zi fenomenul este observat pretutindeni ca forță de atracție exercitată de Pământ asupra tuturor corpurilor terestre, forță numită greutate. Valoarea greutății unui corp este direct proporțională cu masa lui și este orientată spre centrul Pământului. Coeficientul de proporționalitate se numește accelerație gravitațională și este egal cu accelerația unui corp care cade liber în cîmpul gravitațional al Pământului.

La nivel astronomic gravitația este responsabilă de faptul că Luna se rotește în jurul Pământului și că sistemul Pământ-Lună se rotește în jurul Soarelui. De asemenea gravitația este forța care a dus la apariția tuturor planetelor și sateliților naturali ai acestora, prin atracția reciprocă dintre particulele de materie care se roteau în jurul Soarelui. În cadrul unei galaxii, diferitele stele și sisteme stelare sunt menținute împreună tot prin fenomenul gravitației, iar evoluția întregului univers (de exemplu modul în care acesta se dilată în timp) este la rândul ei dictată de forțele de gravitație dintre toate particulele de materie existente.

Interacțiunea gravitațională este produsă (generată) de întâlnirea (interferența) câmpurilor gravitaționale ale corpurilor (maselor) cosmice. Câmpul gravitațional (gravific) este generat de anumite particule din substanța corpului și se manifestă prin câmpul de accelerație normală (perpendiculară) la suprafața corpului. Poate fi măsurat de exemplu direct la suprafața Pământului sau a Lunii.

Soarele

Soarele, Helios, Zeul RA, Sunna, Amaterasu sau cel care face sa existe viata pe Pamant.

Soarele este steaua aflată în centrul sistemului nostru solar. Pământul, toate celelalte planete, asteroizii, meteoriții, cometele precum și cantitățile enorme de praf interplanetar orbitează în jurul Soarelui, care totuși, prin mărimea sa, conține mai mult de 99% din masa întregului sistem solar. Energia provenită de la Soare (sub forma luminii, căldurii ș.a.) face posibilă întreaga viațăde pe Pământ, de ex. prin fotosinteză, iar prin intermediul căldurii și clima favorabilă.

În cadrul discuțiilor dintre cercetători, Soarele este desemnat uneori și prin numele său latin Sol, sau grecesc Helios. Simbolulsău astronomic este un cerc cu un punct în centru: Unele popoare din antichitate îl considerau ca fiind o planetă.

Conform cunoștințelor actuale, în decursul următorilor aproximativ 5 miliarde de ani Soarele se va transforma într-o gigantă roșie și apoi într-o pitică albă, în cursul acestui proces dând naștere la o nebuloasă planetară. În cele din urmă își va epuiza hidrogenul și atunci va trece prin schimbări radicale, întâlnite des în lumea stelelor, care vor conduce printre altele și la distrugerea totală a Pământului

Hidrogenul reprezintă aproximativ 74% din masa Soarelui, heliul 25%, iar restul este constituit din cantități mici de elemente mai grele. Datorită acestei compoziții și a temperaturilor ridicate, pe Soare nu există o crustă (scoarță) solidă, și nici materie în stare lichidă, toată materia solară fiind în întregime în stare de plasmă și gazoasă.

Soarele face parte din clasa spectrală G2V. "G2" înseamnă că
temperatura la suprafață este de aproximativ 5.500°C,
iar spectrul său conține linii de metale ionizate și neutre precum și foarte slabe linii de hidrogen.

Soarele este o stea din a treia generație, a cărei formare este posibil să fi fost declanșată de undele de șoc ale unei supernove aflate în vecinătate. Acest fapt este sugerat de prezența în abundență în sistemul nostru solar a metalelor grele cum ar fi aurul și uraniul; cea mai plauzibilă explicație a provenienței acestora fiind reacțiile nucleare dintr-o supernova sau transmutațiile prin absobția de neutroni din interiorul unei stele masive de generația a doua.

Masa Soarelui este insuficientă pentru a genera explozia într-o supernovă, în schimb, în 4-5 miliarde de ani, el va intra în faza de gigantă roșie, straturile exterioare urmând să se extindă, în timp ce hidrogenul din centru va fi consumat, iar miezul se va contracta și încălzi. Fuziunea heliului va începe când temperatura în centru va ajunge la 3×108 K. Deși probabil expansiunea straturilor exterioare ale Soarelui va atinge actuala traiectorie a Pământului, cercetări recente sugerează că în faza premergătoare, datorită pierderii de masă, orbita Pământului va fi împinsă mai departe, prevenind astfel înghițirea Pământului (totuși atmosfera Pământului se va evapora și împrăștia).

Soarele.

Faza de gigantă roșie va fi urmată de împrăștierea straturilor exterioare ale Soarelui datorată intenselor pulsații termice, dând naștere unei nebuloase planetare. Soarele se va transforma apoi într-o pitică albă, răcindu-se în timp. Această succesiune a fazelor este tipică evoluției stelelor de masă mică spre medie.

În timpul unei erupții solare o cantitate enormă de energie care se află în cromosferă și coroană este eliberată dintr-o dată. Materia este proiectată în coroană și particule de atomi accelerate până la viteze foarte mari sunt expulzate în spațiul interplanetar. Aceste fenomene sunt însoțite de o emisie de raze X (Röntgen), de unde radio și, în cazul erupțiilor mai puternice, de lumină vizibilă. Când ajung în apropierea Pământului și intră în atmosferă, în special deasupra regiunii polului nord, particulele creează aurorele polare. De asemenea, ele perturbă propagarea undelor radio în jurul globului. Uneori ele duc și la defectarea rețelelor de distribuire a electricității.

Când Soarele devine mai activ, suprafața sa se acoperă de pete și se observă mai multe erupții solare decât până atunci. Acestea eliberează în spațiu, printre altele, și mănunchiuri enorme de raze invizibile: raze X, raze ultraviolete, unde radio. Ele sunt însoțite și de producerea unui flux intens de particule atomice, încărcate electric: vântul solar. Cele care au mai multă energie ajung până la Pământ în câteva ore și se strâng în jurul planetei noastre. Pătrunzând în atmosferă, ele produc raze mișcătoare frumos colorate, aurorele polare. În emisfera nordică acestea sunt numite și aurore boreale, iar în emisfera sudică sunt numite aurore australe. Ele au aspectul unor perdele mari, roșiatice sau verzui, care unduiesc pe cer. Se pare că variațiile activității solare influențează clima de pe Pământ.

Spaţiu-timpul

Ce este spatiu-timpul (spacetime) ?

Spațiu-timp este un model care combină spațiul tri-dimensional și timpul uni-dimensional într-o construcție numită continuu spațiu-timp, unde timpul joacă rolul celei de-a patra dimensiuni. Conform spațiului euclidian, universul nostru are trei dimensiuni spațiale, și o dimensiune temporală.

În teoria relativității restrânse, spațiul și timpul sunt mărimi între care există o legătură intrinsecă și ca urmare, nu pot fi considerate entități separate. Este deci natural să se considere că diferitele evenimente se petrec într-un continuu cvadridimensional, numit spațiu-timp, în care trei coordonate (x, y, z) se referă la spațiu și una t se referă la timp. Introducerea unui astfel de concept se datorează matematicienilor Henri Poincaré și Hermann Minkowski. De aceea continuuul cvadridimensional se mai numește și spațiu Minkowski. ( http://ro.wikipedia.org/wiki/Spațiu-timp )

Presupunem că observăm dintr-un sistem de referință inerțial un ceasornic care se mișcă în mod arbitrar față de acest sistem. În orice moment, această mișcare poate fi considerată uniformă; ca urmare, în orice moment se poate introduce un sistem de referință legat solidar de ceas, care va constitui de asemenea un sistem de referință inerțial. În decursul unui interval de timp infinit de mic dt, ceasul parcurge distanța √(dx2 + dy2 + dz2). Față de sistemul de coordonate legat de ceasul mobil, acest ceas este în repaus, adicădx` = dy` = dz` = 0. Datorită invarianței intervalului ds2, se poate scrie dx2 + dy2 + dz2 - c2dt2 = -c2dt`2, de unde rezultă:
dt` = dt√(1 - (dx2 + dy2 + dz2) / c2dt2). Dar (dx2 + dy2 + dz2) / dt2 = v2, unde v este viteza ceasului mobil; atunci
dt` = dt√(1 - v2 / c2).

Timpul dt` se numește timp propriu. Folosind timpul propriu se poate defini cvadriviteza prin relația:
uα = drα / dt` = drα / dt * 1 / √(1 - v2 / c2).

Călătoria în timp este conceptul de mișcare între diferite momente de timp într-un mod analog cu mișcarea unui corp între diferite puncte în spațiu, fie prin trimiterea de corpuri (sau, în unele cazuri, doar informații) înapoi în timp într-un moment anterior prezentului, fie prin trimiterea de obiecte înainte în timp, din prezent spre viitor, fără a fi nevoie de trăirea experienței în intervalul de timp care survine (cel puțin nu într-un ritm normal).

Multivers

Universul nostru, cel în care trăim azi, ar fi doar unul dintr-o infinitate de astfel de alcătuiri, de "versuri" diferite, toate la un loc formând multiversul. Fiecărui "vers" (hai să-i zice, totuşi, univers, căvers prea sună a altceva) alcătuit din materie îi corespunde unul similar din antimaterie; dacă presupunem că toate aceste universuri se comportă la fel ca al nostru, adică se extind, atunci pe măsură ce se extind ajung, la un moment dat, să se ciocnească îmtre ele, materia şi antimateria se neutralizează, se anihilează reciproc, iar respectivul ansamblu vremelnic de două universuri dispare, eliberând, în proces, o uriaşă cantitate de energie. În termenii acestei ipoteze, Big Bang-ul "nostru", cel ce a dat naştere universului în care vieţuim în prezent, a fost doar unul dintr-o succesiune fără sfârşit de Big Bang-uri, ce se desfăşoară fără încetare într-un spaţiu de asemenea nesfârşit - o reacţie în lanţ, în care moartea unor universuri vechi e urmată de naşterea unora noi, în veci vecilor. Deci, nu se termină nicicând; multiversul, în ansamblul său, nu are sfârşit.

Multiversul este o mulțime ipotetică de mai multe universuri posibile (inclusiv universul în care ne aflăm) care împreună cuprind tot ceea ce există și poate exista: totalitatea spațiului, a timpului, materieiși a energiei, precum și constantele fizice și legile care-l descriu. Mulți cercetători cred că multiversul este doar o pistă falsă pentru fizică. Criticii multiversului susțin că acesta este pur și simplu mult prea convenabil pentru a explica lucrurile pe care nu le înțelegem- Teoria Big Bang-ului nu ne spune nimic despre ce anume a determinat extinderea rapidă a universului sau ce s-a întâmplat înainte de explozie. Răspunsurile la aceste întrebări le-ar putea da teoria multiversului. Diverse universuri dintr-un multivers sunt numite uneori universuri paralele. ( http://ro.wikipedia.org/wiki/Multivers )

În anii 1920 fizicienii descoperă particulele elementare și cercetează proprietățile acestora. Electronii însă le rezervă o surpriză: „Când cineva studiază proprietățile atomilor descoperă că realitatea este mai stranie decât și-ar fi închipuit oricine. Particulele au într-adevăr posibilitatea, într-un anumit sens, de a se afla simultan în mai multe locuri.” (cf. Alan Guth, profesor la Institutul de Tehnologie al (statului) Massachusetts) (MIT) din Cambridge, Massachusetts, SUA. Aceasta înseamnă că particulele nu există doar în universul nostru, ci apar și în alte universuri paralele cu al nostru. Alan Guth explică: „În esență, tot ceea ce se poate întâmpla se întâmplă într-una dintre alternative, ceea ce înseamnă că suprapus peste universul cunoscut există un univers alternativ, unde Al Gore este președinte și Elvis Presley este încă în viață.”

Alexander Vilenkin a realizat că dacă inflația universului nu se oprește dintr-o dată peste tot, atunci există întotdeauna o regiune a spațiului în care încă se întâmplă, prin urmare Big Bang-ul nu este un eveniment unic. Andrei Linde și Vilenkin au avansat ideea că Big Bang-uri se întâmplă mereu și noi Universuri se nasc încontinuu ducând la o expansiune eternă, la un multivers.

A Theory of Anything is useless because it does not rule out any possibility and worthless because it submits to no do-or-die tests. (Many papers discuss potential observable consequences, but these are only possibilities, not certainties, so the Theory is never really put at risk.)^[6]

— Paul Steinhardt, "Theories of Anything" edge.com'

Sfarsitul Universului

Soarta universului, cred numeroşi savanţi la ora actuală, depinde de câţiva factori, intens studiaţi, dar încă puţin cunoscuţi: forma Universului (v-aţi întrebat vreodată ce formă are imensitatea cosmică înconjurătoare? Nu e uşor de răspuns, e un subiect dificil, ameţitor de complicat, pe care fizica cosmologică încă nu l-a elucidat), materia neagră - asupra căreia se concentrează un mare număr de studii - şi aşa-numita ecuaţie de stare, care descrie matematic modul în care materia neagră răspunde la expansiunea universului.

Nu e uşor de operat mintal cu asemenea noţiuni, ce depăşesc mult sfera normală în care se mişcă gândirea noastră în viaţa de zi cu zi. E dificil de închipuit un univers în care geometria nu înseamnă linii, puncte, figuri şi corpuri geometrice, ci ceva prea vast pentru a fi cuprins cu mintea şi în care distincţia - de obicei destul de clară pentru noi, intuitiv -, între timp şi spaţiu se şterge, iar timpul devine el însuşi o (a patra) dimensiune a ceea ce există în univers. De aceea se şi vorbeşte despre spaţiu-timp, despre continuumul spaţiu-timp, văzut ca un ansamblu de dimensiuni care, împreună, în mod indisociabil unele de celelalte, descriu starea universului la un moment dat, la scara colosală pe care o presupune o astfel de descriere. E, într-adevăr, greu de cuprins cu mintea.

Abordând matematicile complexe ale fenomenului prin prisma a ceea ce se ştie până acum despre forma universului (alte calcule complexe), despre materia neagră (despre care mai e foarte mult de aflat), despre expansiune şi despre densitatea Universului, oamenii de ştiinţă au elaborat o serie de scenarii care se vor preciza ori infirma pe măsură ce aflăm mai multe despre marile necunoscute ale cosmosului. Şi iată, mai jos, câteva dintre aceste scenarii.


Big Freeze: expansiunea continuă a universului va face ca el, în cele din urmă, să se apropie asimptotic (adică să se tot apropie, dar fără a o atinge vreodată) de temperatura de zero absolut (minus 273 grade Celsius, după cum am învăţat la fizică). Ar fi necesare anumite condiţii legate de geometria universului, dar, una peste alta, e vorba despre faptul că, pe măsură ce s-ar extinde, universul s-ar tot răci, până când ar deveni atât de rece încât n-ar mai putea găzdui viaţă.
Un scenariu înrudit este moartea termică a universului: acesta ar evolua spre o stare - numită stare de entropie maximă - în care energia ar fi uniform distribuită, n-ar mai exista diferenţe de energie de la o zonă la alta, iar în absenţa unor astfel de diferenţe, nicio formă de mişcare, de transfer al informaţiei, n-ar mai fi posibilă. E ca şi când am pune în contact două obiecte care au aceeaşi temperatură: nu se întâmplă nimic, din punct de vedere termodinamic. Dacă unul dintre obiecte are o temperatură diferită de a celuilalt, atunci are loc un transfer de căldură, de energie, de la un corp la altul. Dar, în lipsa oricărei diferenţe, totul rămîne nemişcat, inert, mort. Transpus la scara cosmică, acest comportament ilustrează unul dintre destinele posibile ale universului: moartea termică.

Big Rip: acesta este un scenariu recent elaborat (2003) care introduce în ecuaţie o formă specială de energie, energia neagră fantomă. (Sună absolut înfricoşător. Bine că n-o să se întâmple prea curând.)
Termenul de energie fantomă desemnează o formă ipotetică de energie înzestrată cu o particularitate surprinzătoare: densitatea ei în univers ar creşte pe măsură ce universul se extinde, ceea ce contrazice, aparent, legile fizici, ba chiar şi pe cele ale logicii bunului-simţ. Dar, cum la scara nemăsurată a cosmosului nu se aplică întotdeauna legile logicii bunului-simţ, ba nici chiar ale fizicii cunoscute la un moment dat (să ne amintim că Einstein a inventat o fizică nouă pentru a descrie ceea ce se întâmplă la scara universului), şi acest scenariu, deşi încalcă vreo câteva principii acceptate până în prezent (şi de aceea e considerat de mulţi cam.. speculativ), ar putea, peste o vreme, să devină mai larg acceptat, pe măsură ce aflăm mai multe despre cosmos, inclusiv despre misterioasa energie fantomă.
Energia neagră fantomă, dacă există, ar fi responsabilă de accelerarea expansiunii universului, care, aşadar, nu s-ar extinde cu viteză constantă, ci din ce în ce mai repede, mai ameţitor, mai nebuneşte, apăsând din ce în ce mai tare pe acceleraţie... iar toată materia din univers, toate corpurile cereşti, mari şi mici, apoi moleculele şi atomii, toate s-ar îndepărta progresiv unele de altele, cu viteze şi la distanţe imposibil de măsurat, până când totul s-ar disloca, s-ar sfărâma, s-ar distruge complet sub acţiunea forţei colosale, de neoprit, care le-ar smulge pe unele de lângă celelalte.

Big Crunch: acesta ar reprezenta un fel de fenomen invers Big Bang-ului: ajuns la o anumită densitate, universul ar începe să se contracte treptat, pînă când... ar cădea în el însuşi; întreaga materie - stele şi planete, asteroizi de piatră şi comete de gheaţă, nori de praf cosmic şi misterioasa materie neagră -, dimpreună cu continuumul spaţiu-timp, s-ar reduce la o singularitate adimensională, cu alte cuvinte, la ceva infinit de mic, de unde fusese ceva infinit de mare. Cum ziceam, invers decât Big Bang-ul, în care s-a trecut de la ceva infinit de mic la ceva fără seamăn de mare şi care se tot extinde şi în momentul de faţă. Nu se ştie cum ar arăta rezultatul final al unui Big Crunch, dar acest scenariu aduce în vizor posibilitatea teoretică a unui scenariu ciclic, repetat la nesfîrşit: contractarea extremă a universului ar fi urmată de o nouă destindere şi expansiune... şi tot aşa, o succesiune infinită de evenimente Big Bang şi Big Crunch, care ne mulţumeşte cel puţin speranţa, adânc înrădăcinată în mentalul colectiv, că de fapt, nu se termină niciodată, că viaţa este o succesiune fără sfârşit de creare, distrugere şi re-creare, că totul merge în cerc, totul se repetă, ceea ce a fost va mai fi, iar moartea este totodată sfârşit al unei vieţi şi premisa alteia. Este vorba, deci, de un model ciclic, numit de fizicieni universul oscilant.