Forţele fundamentale, energia vacuumului, lipsa masei... Gaura neagră din inima atomului. Descoperirea care revoluţionează fizica. (articol din NEXUS MAGAZINE FRANCE, nr. 89, noiembrie-decembrie 2013)
Modelul standard nu este ultimul cuvânt din poveste
Modelul standard descrie toate particulele elementare din care este compusă materia - inclusiv electronii, cuarcii şi fotonii, precum şi interacţiunile dintre particulele elementare şi forţele universului, cum ar fi: interacţiunea puternică, interacţiunea slabă, interacţiunea electromagnetică şi, în cele din urmă, interacţiunea gravitaţională, pe care însă nu reuşeşte nici să o explice, nici să o integreze. Particulele, masa de energie a modelului standard, reprezintă doar 4% din masa universului. Tot restul de 96% ar fi materie întunecată şi energie întunecată.
Modelul standard nu este rodul unei revoluţii la nivel fundamental, ci mai degrabă rezultatul unei munci laborioase de dezvoltare, experiment după experiment. De exemplu, CERN are 2400 de angajaţi, plus opt mii de oamenii de ştiinţă din întreaga lume, cărora le pune la dispoziţie instrumentele sale de cercetare. În acest fel, CERN încearcă să valideze modelul standard creat în 1954.
Pe scurt, ar putea fi necesar să revenim la fizica atomică şi subatomică, la punctul în care Max Planck le-a lăsat. Nu ar fi o surpriză. Fondatorii mecanicii cuantice - Werner Heisenberg, Paul Dirac şi Niels Bohr - s-au convins că, în ceea ce priveşte bazele fizicii, nu este nevoie de încă o revoluţie pentru a putea explica forţa nucleară.
Suntem blocaţi din punct de vedere conceptual
Potrivit celor spuse de matematicianul Alain Connes, "... nimeni nu crede că modelul standard este ultimul cuvânt în această poveste, datorită în special numărului foarte mare de parametri liberi pe care îi conţine".
Teoria stringurilor apare în 1968 şi este rezultatul eforturilor prin care se urmăreşte perpetuarea modelului standard. David J. Gross, care a contribuit la reinventarea acestei teorii în anii '80 - ceea ce i-a adus Premiul Nobel pentru Fizică în 2004, a admis până la urmă că teoria stringurilor nu a fost atât de revoluţionară pe cât s-a sperat...
Aceste încercări ne arată că suntem blocaţi conceptual. Aşa cum a fost modificat de Einstein, modelul spaţio-temporal este extrem de util, dar poate că nu este fundamental.
Pentru a ilustra comentariile de mai sus, am de gând să mă întorc la raza protonului. Protonii, împreună cu neutronii, constituie nucleul atomului. Electronii unui atom gravitează în jurul nucleului la viteze de aproximativ 9/10 din viteza luminii. În principiu, întreaga materie din univers este alcătuită din atomi. Protonul însuşi este alcătuit din trei quarci. Raza protonului este considerată a fi una dintre constantele fundamentale din natură. În fizică, până recent, raza protonului a fost privită ca având o anumită valoare.
Găurile negre
Găurile negre
Existenţa găurilor negre a fost confirmată prin observaţie încă de la mijlocul anilor '80. Gaura neagră din interiorul galaxiei noastre se numeşte Sagittarius A. Ea are o masă care este de patru milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui nostru. Este o "gaură neagră" pentru că materia şi, prin urmare, energia E (de la E = M x C²) cade în ea. Este "neagră" din moment ce, dincolo de radiaţia Hawking, nu putem vedea nici ce este în interiorul său, nici marginile sale. Chiar şi lumina, care aparent îi dă strălucire, este absorbită. Noi îi deducem prezenţa datorită efectelor gravitaţionale pe care le exercita asupra împrejurimilor sale. Prin definiţie, o gaură neagră trebuie să îndeplinească criteriul Schwarzschild (rs = 2GM/c², unde rs este raza Schwarzschild - raza găurii negre, G este constanta gravitaţională, M este masa găurii negre şi c² este viteza luminii la pătrat).
Gaura neagră Schwarzschild este primul model teoretic de gaură neagră. Acesta a fost creat în 1915 ca răspuns la ecuaţiile lui Einstein cu privire la relativitatea generală. Karl Schwarzschild a demonstrat existenţa razei din care niciun obiect sau particulă nu poate scăpa (raza Schwarzschild).
Gaura neagră Schwarzschild este specifică, în sensul că se deduce de la metrica Schwarzschild care a fost concepută pentru obiecte sferice statice şi nu pentru cele care se rotesc. Singularitatea Schwarzschild l-a surprins chiar şi pe Einstein. Ea se referă la acea regiune din spaţiu-timp în apropierea careia anumite cantităţi devin nelimitat de mari.
(continuarea în partea a patra)