DIN CE ESTE FĂCUTĂ LUMEA SENSIBILĂ?

(fragment din LUMINA CELUI NEVAZUT. O privire teologică în raţionalitatea Creaţiei şi teoriile ştiinţifice recente despre Univers, 2 volume, 1100 p., Capitolul 7, lucrare în curs de apariție în colecția Știință, Filosofie, Teologie - Dialog pentru cunoaștere, colecție coeditată de Ed. Basilica a Patriarhiei Române, Ed. Universității Alexandru Ioan Cuza din Iași și Ed. Universității din București)

Viaţa omului în lume antrenează inevitabil întrebări simple, care s-au dovedit însă, de cele mai multe ori, foarte dificile. Obişnuim să ne întrebăm adesea din ce anume este făcut un lucru sau ce sunt de fapt forţele care mişcă o bilă pe un plan înclinat. Felul în care sunt formulate aceste întrebări este strâns legat de felul în care cunoaştem lumea. Avem simţuri cu care percepem materia, care ne permit să atingem, să luăm în mâini, să cântărim. Felul acesta de a recepta lucrurile prin simţuri ne îndeamnă într-un fel să căutăm ceea ce ar trebui să fie un fel de „suport ultim“ al materiei, ceva care să dea seama de întinderea şi consistenţa lucrurilor materiale pe care le putem atinge şi pe care, adesea, le putem fărâmiţa.

În ultimele două secole, dar mai ales în ultimele decenii, în încercarea de a înţelege din ce sunt făcute lucrurile, fizicienii au coborât tot mai adânc în structura acestora. Ce răspuns dau ei astăzi la o astfel de întrebare? Prin textele prezentate aici încercăm să arătăm că, potrivit datelor actuale, materia are caracteristici surprinzătoare. Am văzut anterior că atomii ce alcătuiesc moleculele dintr-o piatră au proprietăţi stranii. Atomii, ca şi moleculele, nu se ating efectiv între ei, nu stau lipiţi unii de alţii aşa cum stau cărămizile, puse una peste alta, într-un zid. Ei sunt mai degrabă entităţi diafane suspendate într-o reţea de legături de natură cuantică. Între atomii unei reţele moleculare există spaţii goale. Practic, nu există ceva „material“ care să unească aceşti atomi între ei, un fel de lipici consistent care să-i ţină la un loc, aşa cum sugerează simţurile. Un fir de aţă neîntrerupt şi întins este în realitate un şir de miliarde de miliarde de atomi, situaţi la o distanţă infimă unii de alţii, dar care sunt legaţi între ei prin interacţiuni.

Mai departe, măriţi suficient de mult, atomii dezvăluie şi ei o structură corpusculară, un nucleu şi electroni. Am văzut că în miezul atomului de hidrogen se află un nucleu de 100 000 de ori mai mic, iar în jurul acestuia din urmă se află electroni, cu dimensiuni comparabile cu cele ale nucleului. Dacă mărim nucleul unui atom până la dimensiunile unei înţepături de compas în planşa unei mese (o treime dintr-un milimetru), electronul are cam tot aceeaşi mărime, dar se roteşte la o distanţă de 100 000 de ori mai mare, adică pe la 30 de metri distanţă de înţepătura din planşa mesei, între nucleu şi electroni nefiind nimic altceva decât vid cuantic.

a. Corpusculi tot mai mici și câmpuri de materie

Dacă atomul este alcătuit dintr-un nucleu şi câţiva electroni atât de mici, în ce constă de fapt „materia“ percepută de noi ca fiind definitorie pentru obiectele formate din atomi? Cum alcătuiesc atomii obiecte precum pietrele, de vreme ce fizica îi dezvăluie ca fiind constituiţi mai mult din vid decât din substanţă? Oare „nucleul“ este „materia“ din atom?

Atomul, într-o reprezentare mai ușor de vizualizat, în centru având nucleoni (protoni și neutroni), și pe orbite electroni. Cu amendamentul esențial că nici protonii, nici electronii nu sunt particule în sesnul granulelor de materie veritabile, în multe situații experimentale aceștia dovedind o evidentă comportare ondulatorie. (Foto: classroom.ldisd.net)

Deşi un răspuns afrimativ ar fi preferabil, pentru o explicaţie simplă a lumii sensibile, nu avem parte de aşa ceva. Am văzut că şi în nucleul unui atom există alte particule, care îl compun, protoni şi neutroni, iar situaţia se repetă la o scară mult mai redusă. Protonii şi neutronii nu sunt bile veritabile, „pline“ cu „materie“, grele şi impenetrabile. Ei sunt alcătuiţi din alte particule, numite quarcuri, inimaginabil de mici. Este adevărat că, sondând structura materiei până la scări de ordinul unei miliardimi dintr-o miliardime de metru, fizicienii au dezvăluit o structură alcătuită dintr-un set de particule.^[1] Totuşi, materialitatea obiectelor nu rezidă însă în aglomerarea acestor granule. Masa neutronilor şi protonilor din nucleu este mult mai mare decât cea pe care o au quarcurile care îi formează. Aproape 99 % din masa protonilor provine din energia de mişcare a quarcurilor şi abia 1 % din masă provine din masa micilor lor constituenţi.^[2]

În anii 60, nucleonii erau considerați particule fundamentale, fără structură internă. La mai puțin de două decenii, fizicienii au adoptat modelul cuarcilor, calauziti de numeroase date experimentale. Protonii si a neutronii sunt alcatuiti din cuarci, avand sarcină fracționară. În imagine, o reprezentare a constituientilor protonului - doi cuarci up si un cuarc down (up up down sau uud , avand sarcinile +2/3, +2/3  si -1/3, dand ca rezultat sarcina +1 a protonului)

Rezultatele mecanicii cuantice întăresc şi mai mult această stranie reprezentare. Pe măsură ce dimensiunile entităţilor acestora din structura materiei scad, se evidențiază tot mai mult o anumită comportare surprinzătoare. Particulele care intră în alcătuirea nucleului nu se mai comportă ca şi cum ar fi simple granule, ci şi ca unde. Am văzut că, în situaţii experimentale bine alese, se poate proba că ele au proprietăţi ondulatorii în toată regula. Un electron, de exemplu, nu se află la un moment dat într-un singur punct din spaţiu – cum ar fi cazul unei simple granule de materie –, ci este „răspândit“ într-o anumită regiune, la fel ca o undă, iar situaţia se păstrează aşa până se intervine asupra lui, într-o încercare de măsurare a unor parametri ai lui.

b. Interacțiuni prin câmpuri

Pe lângă cele afirmate până acum, mai este valabil și altceva. Noi percepem în Univers şi altceva decât substanţă (de felul celei depozitate în corpurile solide, să spunem). În anumite condiţii, percepem prin simţuri şi anumite câmpuri fizice, cum ar fi radiaţia luminoasă sau atracţia gravitaţională. Acestea par a fi diafane. Ele sunt, în tot cazul, diferite de ceea ce simţurile ne indică a fi lucrurile materiale (din categoria substanţei). Aşa cum am văzut, fizica distinge în Univers patru interacţiuni fundamentale, prin care se pot descrie cele mai multe dintre fenomenele lumii fizice. Între acestea, două sunt, între anumite valori, la îndemâna experienţei: câmpul gravitaţional şi câmpul electromagnetic. Însă, chiar dacă percepem aceste câmpuri, nu o facem prin atingere. Nu putem cântări lumina şi nici nu o putem aduna sau strânge la un loc, cum putem face cu picăturile de apă de pe un geam. Ei bine, mecanica cuantică ne dezvăluie că şi acolo unde noi percepem câmpuri, în radiaţia luminoasă sau în atracţia gravitaţională, există de fapt o structură corpusculară. Interacţiunile (câmpurile de interacţiuni) nu au doar o comportare ondulatorie. Ele sunt şi discrete. Fiecărei interacţiuni îi corespunde un anumit corpuscul care o mediază, o particulă pe care o putem considera ca fiind „cel mai mic pachet de forţă”,^[3] manifestarea ca atare a interacţiunilor fiind descrisă drept un schimb de particule sau de astfel de „pachete“ de energie.

Materia, în forma substanţei ce poate fi atinsă şi cântărită şi în forma câmpurilor, ţine până la urmă, aşa cum am văzut, de distribuţia constituenţilor fundamentali (Bose-Einstein şi Fermi-Dirac), care este dată de spinul particulelor, de împărţirea lor în fermioni şi bosoni. Pe de altă parte, structura duală, undă-corpuscul, dezvăluie, într-un fel, „textura“ realităţii fizice ca fiind deopotrivă energetică şi discretă, de natură cuantică, „făcută“ din pacheţele mici de energie. În plus, într-o accepţiune mai largă, relativitatea restrânsă arată că întreaga materie este de fapt energie. [Aceasta înseamnă, de exemplu, că atunci când se deplasează cu viteze din ce în ce mai mari, masa unei particule creşte. Însă nu pentru că se înmulţesc constituenţii ei, ci pentru că energia ei de mişcare este din ce în ce mai mare.]

Unde ajungem până la urmă? La întrebarea privind suportul ultim al lucrurilor, fizica dă aceste răspunsuri, care reflectă proprietăţile constituenţilor materiei din Univers, structura forţelor care mişcă lumea, proprietăţile spaţiului şi timpului. Întreg edificiul materiei, aflat la îndemâna simţurilor, este alcătuit din componente tot mai mici, cu o comportare ondulatorie. Aşadar, în ultimă instanţă, în abisul materiei nu găsim ceva solid şi fragmentabil de felul substanţei cu care ne-am obişnuit, care să poată fi atins, secţionat şi porţionat care să fie împărţit în „bucăţi” de material. Găsim entităţi energetice tot mai mici, cu o comportare care vădeşte caracterul lor ondulatoriu, şi forţe care le fixează pe acelea într-o anumită structură, iar în rest vid cuantic. Ceea ce noi percepem a fi substanţă consistentă şi impenetrabilă are, la nivel cuantic, caracteristicile unui câmp. Pe de altă parte, câmpurile, pe care noi le percepem ca fiind penetrabile şi lipsite de consistenţă, au şi ele o structură corpusculară. Materia este aşadar, pentru fizicieni, o ţesătură de energii, având o structură stranie, duală, şi undă, şi corpuscul, care scapă oricărei precizări exhaustive. Încercând o cuprindere a acestor rezultate, s-ar putea spune că, în ultimă instanţă, toate cele pe care le avem la îndemâna simţurilor sunt, potrivit descrierilor fizicii, forme diverse de energie, o ţesătură energetică. Lumea fizică este, de fapt, o mare de energie.

Materia, care pare impenetrabilă, are drept constituienti cuante de energie si campuri de interactiuni. Cu alte cuvinte, cu o camera de luat vederi imaginara, oricat de mica ar fi nevoie, am putea patrunde si trece prin orice lucru sensibil, fara sa intalnim ceva care sa aiba consistenta si opacitatea la care apelam in reprezentarile obisnuite ale structurii materiei, calauziti de sugestiile pe care ni le ofera perceptiile si simturile noastre. Desi aceste rezultate se cunosc de mai multe decenii, penetrabilitatea materiei, si constituientii ei siderali inca nu au patruns in reflectiile noastre obisnuite, nu au starnit uimire, nu au amenajat dispozitii contemplative, nu au produs vreo schimbare de anvergura in maniera in care ne intelegem trupul si lumea sensibila. 

De ce am amintit toate acestea aici? Faptul că materia este energie poate fi înţeles ca o punte deschisă de ştiinţe către depăşirea reperelor strâmte indicate de simţuri. Din perspectivă teologică, aceste dovezi ale fizicii pot sugera că lumea nu trebuie judecată doar prin prisma trupului. Nu trebuie să credem doar ceea ce simţurile pot verifica în mod comun. Faptul arătat de fizică, anume că materia, trupul omului, lucrurile şi întreaga lume sensibilă sunt o ţesătură de energii, sugerează că o reprezentare corectă a realităţii sensibile trebuie să depăşească pragul simţurilor. Unde nu vedem nimic, acolo sunt miliarde de particule, iar ceea ce ni se pare a fi consistent şi impenetrabil nu este întocmai aşa.

Anticipăm printr-o formulare scurtă că din perspectivă teologică, fizica dezvăluie materia ca energie, având constituţie duală, diferită de tot ceea ce poate cuprinde orizontul experienţei noastre, este deosebit de semnificativ. Părintele Dumitru Stăniloae crede că, în acest fel, materia poate fi mai uşor înţeleasă ca fiind mediul în care se manifestă lucrarea lui Hristos, pentru că esenţa ei, aşa cum a descoperit-o fizica modernă, este energetică^[4]. Raţiunea omului, limitată adesea la dovezile strânse prin simţuri, poate înţelege mai uşor că lumea şi trupul pot recepta energiile curăţitoare ale harului, pot resimţi lucrarea lui Dumnezeu. Fizica dezvăluie materia-energie a lumii ca având putinţa de a fi pătrunsă de lucrarea lui Dumnezeu şi că natura poate fi transfigurată prin Duhul Sfânt.

---

^[1] B. Greene, Universul elegant, p. 24.

^[2] În 2003, potrivit unor estimări, 90% din masa protonilor era considerată ca fiind dată de energia de mişcare a quarcurilor, 10 % corespunzând constituenţilor propriuzis (cf. Frank Wilczek, „In search of symmetry lost”, în: Nature, 433 (20 ian. 2003), p. 243 [disponibil în: DOI:10.1038/nature03281]). Recent, în cadrul experimentelor de la LHC (CERN), s-a descoperit o nouă particulă care indică faptul că masele cuarcilor apar din interacțiunile cu câmpul Higgs. Constatăm iarăși, dar de data aceasta după parcurgerea unui drum diferit, că masa este rezultatul unor interacțiuni ce are ca protagoniști factori de natură energetică – cuarcii și câmpul Higgs. Particulele, prin interacțiunea cu câmpul Higgs, dobândesc o anumită “grosime”, care le face să se miște mai încet, încât această ”rezistență la înaintare” cauzată de interacțiunea cuarcilor cu câmpul Higgs este, în ultimă instanță, ceea ce numim și înțelegem ca fiind masa particulelor. Mai mult decât atât, masa despre care se face vorbire aici, e apreciată ca reprezentând doar 1% din întreaga masă a protonilor și neutronilor. Să ne amintim că în cazul hidrogenului, de exemplu, nucleul contribuie cu 99,99% la masa atomului. Așadar, un procent din masa protonului și neutronului care formează nucleul atomic e pusă pe seama interacțiunii dintre cuarci și câmpul Higgs. Restul rămas, 99% din masa componentelor nucleului – indiferent despre ce atom este vorba - provine din energia transportată de gluonii (fără masă), gluoni care se deplasează de la un cuarc la altul, asigurând legătura dintre ei (cf. Jim Baggott, Higs: inventarea și descoperirea “particulei lui Dumnezeu”, traducere din engleză și postfață de Irinel Caprini, Editura Humanitas, București, p. 208). În modelul Standard, așadar, ”noțiunea de masă, ca proprietate intrinsecă sau măsură a cantității de substanță, a dispărut. Masa este în schimb construită în întregime din energia interacțiunilor care au loc între câmpurile cuantice elementare ale particulelor lor” (ibidem, p. 208). În fine, într-o altă lectură, simbolică de data aceasta, în aceste constatări pe care le face fizica adâncurilor s-ar putea întrevedea o anumită condiţie valabilă pentru întreaga lume creată. Este cunoscut faptul că fizica descrie în mod obişnuit timpul în strânsă legătură cu mişcarea. De aceea, mişcarea, prezentă în interiorul protonului şi neutronului, constituienţi ai atomului şi lucrurilor din categoria substanţei, sugerează că temporalitatea e întreţesută intim în chiar structurile fundamentale ale materiei. Neîncetata mişcare prezentă în interiorul constituienţilor atomului, şi desigur permanenta vibraţie a undelor – oricare ar fi acestea – ar putea fi văzute, într-o perspectiva simbolică, drept indicii ale temporalităţii ce caracterizează strcturile fundamentale ale materiei şi universului întreg.

^[3] F. Wilczec, „In search of symmetry lost”, p. 243.

^[4] Pr. Dumitru Stăniloae, Teologia dogmatică ortodoxă, vol. 2, Editura IBMBOR, Bucureşti, 2007, p. 15.