loc, plin de materie și energie, în diverse forme, care se desfășoară pe scena spațiu-timpului, în conformitate cu legile fizicii. Acest lucru este exemplificat de această imagine a telescopului spațial Hubble a roiului de galaxii IDCS J1426.5+3508. Cât de mult trebuie să iei, totuși, înainte de a rămâne cu adevărat fără nimic? NASA, ESA și M. Brodwin (Universitatea din Missouri)
Când ne uităm la lumea și la Universul nostru de astăzi, vorbim și ne gândim la toate lucrurile care se află în el. Acestea variază de la particule, atomi și ființe umane până la planete, stele, galaxii și cele mai mari structuri dintre toate. În funcție de ceea ce ne interesează, putem discuta despre gaz, praf, radiații, găuri negre sau chiar despre materia întunecată. Dar toate lucrurile pe care le vedem, le observăm sau despre a căror existență deducem astăzi s-ar putea să nu fi fost acolo dintotdeauna. Unele dintre acestea au apărut dintr-o materie preexistentă care a existat anterior, dar altele se pare că au apărut din nimic. Deloc surprinzător, nu toată lumea este de acord asupra a ceea ce înseamnă, din punct de vedere științific, atunci când vorbim despre ceea ce este de fapt „nimic”. În funcție de persoana pe care o întrebați (sau de momentul în care o întrebați), s-ar putea să obțineți unul dintre cele patru sensuri distincte. Iată de ce sunt toate relevante.
alte galaxii în vecinătatea sa pe o rază de 100 de milioane de ani lumină în orice direcție. Totuși, aceasta nu este o realizare adevărată a spațiului gol. ESA/Hubble & NASA și N. Gorin (STScI); Mulțumiri: Judy Schmidt
1.) Un moment în care „lucrul” care vă interesează nu exista. Cum a făcut Universul planete? Dar stelele? Ce ziceți de o asimetrie a materiei? Aceste lucruri nu au existat întotdeauna, ci mai degrabă au trebuit să fie create. Atunci când mecanismul este cunoscut, în mod normal spunem că „lucrul” nostru a fost creat din ceva, mai degrabă decât din nimic. Planetele au provenit din detritusul reciclat al generațiilor anterioare de stele, unde elementele grele care alcătuiesc nucleele și suprafețele solide ale acestora au fost create și apoi expulzate înapoi în mediul interstelar. Stelele provin din contractarea norilor de gaz, care conțin regiuni care devin suficient de dense și de fierbinți pentru a declanșa fuziunea nucleară. Atât planetele, cât și stelele sunt materie care provine din forme preexistente de materie; ele sunt un lucru care provine din ceva, mai degrabă decât din nimic.
radiație, cu puțin mai multă materie creată la un moment dat, conducând la Universul nostru de astăzi. Cum a apărut această asimetrie, sau cum a apărut de unde nu a existat nicio asimetrie la început, este încă o întrebare deschisă. E. Siegel / Beyond The Galaxy
Dar materia pe care o avem astăzi nu a provenit din materie preexistentă. La un moment dat, în trecutul îndepărtat, Universul a fost compus din cantități egale de materie și antimaterie; legile fizicii pe care le-am descoperit ne permit doar să le creăm în cantități egale. Cu toate acestea, Universul pe care îl avem astăzi este alcătuit în proporție covârșitoare din materie și nu din antimaterie, unde fiecare dintre miliardele și miliardele de galaxii pe care le cunoaștem sunt alcătuite din materie și nu din antimaterie. De unde a apărut asimetria materiei noastre? Dintr-o stare simetrică anterioară; dintr-o stare în care materia și antimateria existau în cantități egale. Dintr-o perioadă în care nu exista asimetrie. Potrivit unora, acest lucru înseamnă că materia pe care o avem astăzi a apărut din nimic, deși alții care aderă strict la una dintre celelalte definiții contestă acest lucru.
Cu toate acestea, nimeni nu contestă faptul că problema științifică a bariogenezei, sau originea asimetriei materie-antimaterie, este una dintre cele mai presante enigme din fizica teoretică de astăzi. Multe idei și mecanisme abundă pentru modul în care materia noastră (și nu antimateria) a ajuns să existe, dar ne lipsesc dovezile necesare pentru a declara un învingător.
pentru trei dintre cele patru forțe (cu excepția gravitației), pentru întreaga suită de particule descoperite și pentru toate interacțiunile acestora. Din teoria cuantică a câmpurilor asociată, ne putem da seama, de asemenea, de proprietățile vidului cuantic. Contemporary Physics Education Project / DOE / NSF / LBNL
2.) Spațiul gol. Gândiți-vă la toate „lucrurile” care există astăzi în Univers. Gândiți-vă la fiecare constituent fundamental al materiei; la fiecare cuantă de radiație; la fiecare gaură neagră; la fiecare masă; la fiecare particulă și antiparticulă. Acum, imaginați-vă că le eliminați pe toate. Imaginați-vă că le scoateți cumva din Univers, lăsând în urmă doar spațiu gol. Ce v-ar rămâne? Unii numesc asta „nimic” și sunt destul de mulțumiți de această definiție.
calcul care arată particule virtuale în vidul cuantic. Chiar și în spațiul gol, această energie a vidului este diferită de zero. Derek Leinweber
Entitatea cunoscută sub numele de spațiu-timp este încă acolo, la fel ca și legile fizicii. Toate câmpurile prezente în spațiul gol, de la câmpul Higgs la câmpurile gravitaționale și până la câmpurile cuantice pe care le vizualizăm adesea ca perechi de particule-antiparticule care intră și ies din existență, sunt încă acolo. Legile fizice, cum ar fi teoria cuantică a câmpurilor, sunt încă prezente; relativitatea generală este încă prezentă; constantele fundamentale nu numai că sunt încă prezente, dar au aceleași valori ca și în prezent. Iar vidul spațiului gol în sine are încă o energie a punctului zero care este diferită de zero. Aceasta se manifestă astăzi sub forma energiei întunecate și, cu o valoare diferită de zero în trecutul îndepărtat, a fost forța motrice din spatele inflației cosmologice. Când oamenii vorbesc despre Universul apărut din nimic, acesta este tipul de „nimic” la care se referă: Big Bang-ul fierbinte născut prin inflație.
materie, energie sau curbură de orice tip. Dacă acest spațiu are cea mai mică energie a punctului zero posibilă, nu va fi posibil să fie redus mai mult. Amber Stuver / Living Ligo
3.) Spațiu-timp gol în starea de cea mai mică energie posibilă. Ce s-ar întâmpla dacă energia punctului zero a Universului ar fi redusă la adevărata sa stare fundamentală? Când inflația a luat sfârșit, a avut loc o scădere uriașă a energiei vidului Universului: de la scara inflației la valoarea pe care o are astăzi. Această scădere a energiei spațiului gol a fost responsabilă de creșterea masivă a energiei particulelor și de originea Big Bang-ului fierbinte. Dar nu există nicio garanție că ne aflăm acum în adevărata stare de cea mai joasă energie; este posibil să ne aflăm doar într-o stare de vid fals vid, iar vidul adevărat să ne aștepte după o altă tranziție catastrofală, care să modifice Universul.
energia E este mai mare decât cea din vidul adevărat sau din starea fundamentală, dar există o barieră care împiedică câmpul să se rostogolească în mod clasic spre vidul adevărat. În timpul inflației. universul nu se află într-o stare de vid adevărat; astăzi, s-ar putea să nu fie nici așa. Utilizatorul Wikimedia Commons Stannered
Dacă ați ajunge la ceea ce este adevărata stare fundamentală și ați expulza toată materia, energia, radiația și ondulațiile spațio-temporale din Universul vostru, cu ce ați rămâne? Aceasta este, poate, ideea supremă a ceea ce poate fi „neantul fizic”: unde încă mai ai o scenă pe care Universul să joace. Poate că nu există nici actori, nici distribuție, nici scenariu și nici scenă, dar în marele abis al neantului, aveți încă o scenă. Vidul cosmic ar fi la minim; nu ar exista nicio speranță de a extrage muncă, energie sau particule reale din acest vid, dar spațiu-timpul și legile fizicii ar exista în continuare. În teorie, dacă ați adăuga o particulă în acest Univers, aceasta nu ar fi atât de diferită de o particulă izolată existentă astăzi în Universul nostru.
Universul își datorează originile Big Bang-ului fierbinte. Mai fundamental, Universul pe care îl avem astăzi nu poate lua naștere decât datorită proprietăților spațiu-timpului și legilor fizicii. Fără acestea, nu putem avea existență sub nicio formă. NASA / GSFC
4.) Ceea ce rămâne atunci când îndepărtezi întregul Univers și legile care îl guvernează. În sfârșit, poți concepe să îndepărtezi totul, inclusiv spațiul, timpul și regulile care guvernează orice fel de particule sau cuante de energie. Acest lucru creează un tip de „nimic” pentru care fizicienii nu au nicio definiție. Acest lucru merge dincolo de „nimic” așa cum există în Univers, realizând în schimb un fel de neant filosofic, absolut. Dar, în contextul fizicii, nu putem da sens acestui tip de neant. Ar trebui să presupunem că există o astfel de stare în afara spațiului și timpului, unde se poate avea apariția spațiu-timpului din această ipotetică stare de adevărat neant.
Dar este acest lucru posibil? Cum poate apărea spațiu-timpul într-o anumită locație, când nu există spațiu? Cum poți crea începutul timpului, dacă nu există conceptul de ceva de genul „înainte”, fără ca timpul să existe deja? Și atunci, de unde ar putea apărea regulile care guvernează particulele și interacțiunile lor? Această definiție finală a „nimicului” înseamnă chiar ceva sau este doar o construcție logică fără semnificație fizică proprie?
la scară cuantică se întind de-a lungul Universului în timpul inflației, dând naștere la imperfecțiuni atât în ceea ce privește densitatea, cât și undele gravitaționale. Deși spațiul care se umflă poate fi numit pe bună dreptate „nimic” în multe privințe, nu toată lumea este de acord. E. Siegel, cu imagini obținute de la ESA/Planck și de la DoE/NASA/ NSF interagency task force on CMB research
Nu există un consens aici. Cu limbajul care are ambiguitatea pe care o are, poți spune „nimic” și să te referi în mod legitim la oricare dintre acestea, cu puriștii care așteaptă cu nerăbdare să țipe la tine dacă îndrăznești să folosești „nimic” într-un context mai puțin pur decât definiția lor. Dacă ceva a apărut în mod fundamental acolo unde nu exista așa ceva înainte, îl poți numi „nimic”, dar nu toată lumea va fi de acord. Dacă îndepărtezi toată materia, antimateria, radiația și chiar curbura spațială, poți afirma cu siguranță că asta este ceea ce înseamnă „nimic”, dar există unele „lucruri” care încă mai există. Dacă îndepărtați apoi orice energie inerentă spațiului însuși, lăsând doar spațiu-timp și legile naturii, puteți numi și asta „nimic”. Dar, din punct de vedere filosofic, unii oameni vor fi în continuare nemulțumiți. Numai prin îndepărtarea și a acesteia, unii vor consimți în cele din urmă să numească o astfel de entitate „nimic”.”
Modelul sunt prezise să existe ca o consecință a legilor fizicii. Fără aceste legi, sau fără stadiul de spațiu-timp, poate apărea vreodată ceva sensibil? E. Siegel / Beyond The Galaxy
Deci cine are dreptate? Toți au dreptate, în felul lor. Cheia nu este să ne certăm sau să ne luptăm pentru ceea ce este cu adevărat „nimic”, ci să acceptăm și să înțelegem aceste definiții așa cum le folosesc oamenii. Este extrem de important să nu confundăm un înțeles cu altul sau să nu intrăm într-o ceartă despre motivul pentru care este greșit să folosim un cuvânt într-un anumit mod. În schimb, atunci când cineva – în special un om de știință – rostește cuvântul „nimic”, încercați să înțelegeți ce sens folosește și care este fenomenul pe care încearcă să îl explice. Pentru că, oricât de departe ne poate duce imaginația, singura formă adevărată de cunoaștere pe care putem spera să o avem cu privire la orice se bazează pe punerea la încercare în propria noastră realitate fizică. Orice altceva, oricât de logic ar fi, este doar o construcție a minții noastre.
Urmăriți-mă pe Twitter. Consultați site-ul meu web sau o parte din celelalte lucrări ale mele aici.