Spațiul-timp în… timp și în spațiu (I)

18.370 0

Fizicienii moderni au confirmat aproape în mod dramatic una dintre ideile de bază ale spiritualității orientale care exprimă faptul că toate conceptele pe care le utilizăm pentru a descrie natura sunt în fond limitate și nu sunt trăsături esențiale ale realității, așa cum suntem tentați să le considerăm, ci niște creații ale minții; părți ale unei hărți, și nu ale teritoriului. Ori de câte ori extindem domeniul experiențelor noastre, limitările minții noastre raționale devin evidente și atunci trebuie să modificăm și chiar să abandonăm unele dintre conceptele noastre anterioare care ne apar acum eronate.

Noțiunile noastre despre spațiu și timp constituie trăsături de bază pe harta realității noastre. Ele servesc pentru a ordona lucrurile și evenimentele în mediul înconjurător și tocmai de aceea sunt de o importanță capitală nu numai în viața noastră zilnică, ci, de asemenea, și în încercarea de a înțelege realitatea prin intermediul științei și filosofiei. Nu există nicio lege a fizicii care să nu necesite conceptele de spațiu și timp în formularea sa. Profunda modificare a acestor concepte de bază adusă de teoria relativității a fost de aceea una dintre marile revoluții în istoria științei.

Fizica clasică a fost fundamentată pe ambele noțiuni privite în maniera absolută, cea a unui spațiu tridimensional independent de obiectele materiale pe care le conține și subordonându-se legilor geometriei euclidiene și a timpului privit ca o dimensiune separată care din nou a fost considerată absolută și concepută ca desfășurându-se cu o anumită rată independent de lumea materială. În Occident, noțiunea de timp și spațiu a fost atât de adânc înrădăcinată în mințile filosofilor și a oamenilor de știință încât ei le-au considerat drept proprietăți adevărate și de necontestat ale naturii.

Credința că geometria este inerentă în natură și nu mai curând decât că este o parte din sistemul pe care îl utilizăm pentru a descrie natura, își are originea în gândirea greacă. Geometria demonstrativă a fost trăsătura centrală a matematicii grecești și ea a avut o profundă influență asupra filosofiei grecești. Metoda sa de a porni de la axiome considerate incontestabile și a deriva teoreme din acestea prin metoda rațiunii deductive a devenit caracteristică gândirii filosofice grecești; tocmai de aceea geometria a fost considerată centrul activităților intelectuale și a format baza antrenamentului filosofic. Pe poarta academiei lui Platon din Atena se spune că era gravată inscripția: „Nu vă este permisă intrarea aici fără să cunoașteți bine geometria.” Grecii considerau că teoremele lor matematice erau expresia adevărurilor eterne și exacte despre lumea reală, și în viziunea lor aceste forme geometrice erau manifestări ale frumuseții absolute. Geometria a fost considerată de ei ca fiind combinația perfectă a logicii și a frumuseții și într-adevăr se credea despre aceasta că este de origine divină. De aici și dictonul lui Platon, „Dumnezeu este un perfect geometrician.”

Atât timp cât geometria a fost privită ca fiind o revelație a lui Dumnezeu, era în mod implicit evident pentru greci faptul că paradisul trebuie să aibă o perfectă formă geometrică. Aceasta însemna de asemenea că stelele și celelalte corpuri cerești trebuiau să aibă o mișcare circulară. Pentru a prezenta această imagine ca fiind și mai geometrică, ei s-au gândit să fixeze o serie de sfere cristaline concentrice care se deplasau ca un întreg cu pământul în centru.

În secolele următoare, geometria greacă a continuat să exercite o influență puternică asupra științei și filosofiei vestice. „Elementele lui Euclid” a constituit textul standard în școlile europene până la începutul acestui secol, și geometria euclidiană a fost considerată adevărata natură a spațiului pentru mai bine de două mii de ani. A fost nevoie de genialitatea lui Einstein pentru a-i face pe oamenii de știință și pe filosofi să realizeze că geometria nu este totdeauna inerentă în natură, ci este impusă de către minte. În cuvintele lui Henri Margenau acest aspect este descris astfel:
„Ceea ce recunoaște în mod deosebit teoria relativității este faptul că geometria… este o construcție a intelectului. Doar atunci când această descoperire este complet acceptată, mintea se poate simți liberă să stăpânească noile noțiuni despre spațiu și timp, devenind capabilă să supravegheze șirul de posibilități disponibile pentru a le defini, și să selecteze acele formulări care sunt conforme observațiilor.”

Filosofia oriental, spre deosebire de cea greacă, a susținut întotdeauna că spațiul și timpul sunt construcții ale minții. Înțelepții orientali le-au tratat ca și pe celelalte concepte intelectuale ca fiind relative, limitate și iluzorii. În textele budiste, de exemplu, găsim următoarele afirmații:
„Am fost învățați de BUDDHA, o, călugări, faptul că… trecutul, viitorul, spațiul fizic și ființele umane nu sunt nimic altceva decât nume, forme ale gândurilor, cuvinte ale limbajului uzual, ele fiind doar realități superficiale.”

Din această cauză, în Orientul îndepărtat geometria nu a atins niciodată statutul pe care l-a avut în Grecia antică, ceea ce nu înseamnă că indienii și chinezii cunoșteau puțin despre ea. Ei au utilizat-o cu înțelepciune în mod extensiv în clădirea altarelor cu o formă geometrică precisă, în măsurarea ținuturilor, în realizarea hărților cerești, dar niciodată pentru a determina adevărurile abstracte și eterne. Această atitudine filosofică este de asemenea reflectată în faptul că vechea știință orientală și yoga, în general, nu au găsit necesar să adapteze natura printr-o schemă cu linii drepte și cercuri perfecte. Remarcile lui Joseph Needham despre astrochimia chineză sunt foarte interesante în legătură cu aceasta:

„Astronomii chinezi nu au simțit nevoia unei explorări geometrice – sistemele componente ale organismului universal și-au urmat propriul TAO, fiecare în funcție de natura sa, și mișcarea lor poate fi transpusă în forma esențială «nonreprezentațională» a algebrei. Prin aceasta, chinezii au fost eliberați de obsersia astronomilor europeni care considerau cerul drept cea mai perfectă figură […] ei neexperimentând deloc închisoarea medievală a sferelor cristaline.”

Prin aceasta, vechii filosofi și oameni de știință orientali aveau deja cu anticipație atitudinea care este acum de bază în teoria relativității – faptul că noțiunile noastre despre geometrie nu sunt proprietăți absolute și nemodificabile ale naturii, ci construcții intelectuale. Ashvaghosha afirmă în această direcție: „Să se înțeleagă clar că spațiul nu este nimic altceva decât o particularizare și nu reprezintă o existență reală prin sine însuși… spațiul există doar în relație cu conștiința noastră particularizatoare.”

Același lucru se aplică și ideii de timp. Înțelepții orientali și yoghinii considerau ambele noțiuni atât cea de spațiu, cât și cea de timp ca stări de rezonanță particulară ale conștiinței, cu anumite energii subtile. Fiind capabili să transceandă acest stadiu obișnuit prin meditație, ei au realizat faptul că noțiunile convenționale și superficiale de spațiu și timp nu reprezintă adevărul ultim. Noțiunile rafinate de spațiu și timp înțelese ca urmare a rezultatului experiențelor spirituale par să fie similiare noțiunilor din fizica modernă, așa cum au fost exemplificate de teoria relativității.

Care este atunci această nouă viziune asupra spațiului și timpului care derivă din teoria relativității? Ea se bazează înainte de toate pe descoperirea faptului că toate măsurătorile spațiale și temporale sunt relative. Această relativitate a specificațiilor spațiale nu a reprezentat bineînțeles nimic nou. Era binecunoscut și înainte de Einstein faptul că poziția unui obiect în spațiu poate fi definită doar relativ prin raportarea la un alt obiect. Aceasta se face în mod obișnuit cu ajutorul a trei coordonate iar punctul în care aceste coordonare sunt măsurate poate fi numit punctul de localizare a „observatorului”.

Pentru a ilustra relativitatea unor astfel de coordonate, să ne imaginăm doi observatori plutind în spațiu și observând o umbrelă din părți opuse. Observatorul A vede umbrela în stânga și ușor înclinată, astfel încât capătul superior este mai aproape de el. Observatorul B, pe de altă parte, vede umbrela în dreapta sa astfel încât capătul inferior, deci de jos este mai aproape de el. Extinzând acest exemplu bidimensional la trei dimensiuni, devine clar faptul că toate specificațiile spațiale – cum ar fi „stânga”, „dreapta”, „sus”, „jos”, „oblic” etc. – depind de pozițiile observatorilor, și prin aceasta sunt relative. Aceasta se cunoștea cu mult înainte de teoria relativității. În ce privește timpul, totuși situația în fizica clasică este complet diferită. Ordinea temporală a două evenimente a fost considerată independentă de orice observator. Specificațiile referitoare la timp – cum ar fi „înainte”, „după” sau „simultan” – au fost considerate ca având un înțeles absolut independent de sistemul de coordonate.

Einstein a recunoscut că specificațiile temporale, de asemenea, sunt relative și depind de observator. În viața zilnică, impresia că noi putem aranja evenimentele într-o unică secvență temporală este dată de faptul că viteza luminii, de 300.000 kilometri pe secundă, este atât de mare comparativ cu orice altă viteză pe care o putem experimenta, încât putem considera că observăm evenimentele în clipa în care se produc. Totuși, aceasta este incorect. Lumina are nevoie de un anumit timp pentru a călători de la eveniment la observator. În mod normal, acest timp este atât de scurt încât propagarea luminii poate fi considerată a fi aproape instantanee; iar atunci când observatorul se deplasează cu o viteză mai mare raportat la fenomenul observat, timpul scurs între desfășurarea evenimentului și observația sa joacă un rol crucial în stabilirea secvenței evenimentelor.

Einstein a arătat că într-un astfel de caz, observatori ce se deplasează cu viteze diferite vor ordona evenimentele diferit în timp. Două evenimente care par să se desfășoare simultan pentru unul dintre observatori, se pot desfășura în secvențe temporale diferite, pentru celălalt. Pentru viteze obișnuite, diferențele sunt atât de mici încât nu pot fi detectate, dar atunci când vitezele se apropie de cea a luminii, dau naștere unor efecte net măsurabile. În fizica energiilor înalte în care evenimentele sunt interacțiuni între particulele ce se deplasează cu viteze apropiate de cea a luminii, relativitatea timpului este bine stabilită și a fost confirmată de nenumărate experimente.

Relativitatea timpului ne forțează, de asemenea, să abandonăm conceptul newtonian al spațiului absolut. Un astfel de spațiu era privit ca și cum ar conține o configurație definită de materie în fiecare moment; dar acum această simultaneitate este privită ca fiind un concept relativ, depinzând de stadiul de mișcare al observatorului, nemaifiind posibil să definim un astfel de moment dat pentru întregul univers. Un eveniment îndepărtat care se desfășoară într-un anumit moment pentru unul dintre observatori, se poate desfășura mai devreme sau mai târziu pentru celălalt. Din această cauză, nu este posibil să vorbim despre „univers la un moment dat” într-un mod absolut; nu există spațiu absolut independent de observator.

Teoria relativității ne artă prin aceasta că toate măsurătorile implicând spațiul și timpul își pierd semnificația absolută și ne forțează să abandonăm conceptele clasice ale unui spațiu și ale unui timp absolut. Importanța fundamentală a acestui pas înainte a fost clar exprimată de către Mendel Sachs: „Adevărata revoluție care a venit odată cu teoria lui Einstein […] a fost abandonarea ideii că sistemul de coordonate spațio-temporal are o semnificație obiectivă ca entitate fizică separată. În locul acestei idei, teoria relativității susține că coordonatele spațiale și temporale sunt doar elemente ale limbajului care este folosit de un observator pentru a descrie mediul înconjurător.”

Această afirmație din partea unui fizician contemporan arată strânsa afinitate între noțiunile spațiului și timpului în fizica modernă și cele susținute de către înțelepții orientali care spuneau, așa cum a fost arătat anterior, că în afara energiilor lor specifice spațiul și timpul „nu sunt nimic altceva decât nume, forme ale gândirii, cuvinte ale limbajului uzual.”

Odată ce spațiul și timpul au fost aduse la rolul subiectiv al unor elemente aparținând limbajului unui observator particular utilizate pentru descrierea naturii fenomenului, fiecare observator va descrie fenomenul într-un mod diferit. Pentru a abstractiza câteva legi naturale, universale în descrierile lor, ei au trebuit să formuleze aceste legi într-un astfel de mod încât să aibă aceeași formă în toate sistemele de coordonate, pentru toți observatorii aflați în poziții arbitrare și mișcare relativă. Această necesitate este cunoscută ca principiul relativității și a constituit, de fapt, punctul de plecare al teoriei relativității. Este interesant că germenul teoriei relativității a fost conținut într-un paradox care l-a preocupat pe Einstein când avea doar șaisprezece ani.

El a încercat să-și imagineze cum ar apărea o rază de lumină pentru un observator care ar călători de-a lungul ei cu o viteză egală cu cea a luminii și a concluzionat că un astfel de observator ar vedea raza de lumină ca un câmp electromagnetic oscilând înainte și înapoi fără a se deplasa, fără a forma o undă. Un astfel de fenomen, totuși, este necunoscut în fizică. Aceasta l-a făcut pe tânărul Einstein să considere că ceva care este considerat de către un observator ca fiind un fenomen electromagnetic binecunoscut, numit undă de lumină, ar putea apare drept un fenomen contradictoriu pentru legile fizicii pentru alt observator și acesta ar putea să nu-l accepte. În anii următori, Einstein a realizat că principiul relativității poate fi satisfăcut și în descrierea fenomenelor electromagnetice doar dacă toate specificările spațiale și temporale sunt relative.