L’estructura íntima del cosmos

Ja hi som de nou. Ahir va tornar a ser el tercer dimecres de mes: cafè científic a la Casa Orlandai. Va venir Matteo Cavalli-Sforza, director de l’IFAE (Institut de Física d’Altes Energies) per parlar de L’Estructura íntima del cosmos. Matteo ens va parlar dels primers microsegons del Big Bang, i la formació de les primeres partícules fins als megacúmuls de galàxies.

Va ser el dia que més persones hi va haver, no sé si haurem de canviar de sala, però m’agrada el format de proximitat, és una de les raons per fer un cafè científic i no una conferència. Volem crear un clima on els participants se sentin propers al científic, el puguin tocar, li puguin fer preguntes sense la distància que marca una tarima, encara que no n’hi hagi.

Dels primers microsegons a la vida

En termes matemàtics, el Big Bang va ser un punt geomètric de dimensió zero, una paradoxa que va tenir lloc fa 13.700 milions d’anys BP (before present, és a dir, abans d’ara).

L’expansió va anar acompanyada de creació de matèria, cosa que va comportar que es formés una sopa molt homogènia on hi havia les primeres partícules, quarks (up and down), gluons (de glue: cola; com en diuen en català? O en italià, vaja. Penseu-hi i riureu.) I també altres partícules que només van existir en el moment de la formació de l’univers, durant una fracció de segon després del Big Bang.

També es van formar fotons, les partícules que amb la seva energia van permetre, més endavant, transformar l’univers en brillant. Recordem que podrem passar de massa a energia per la senzilla fórmula d’Einstein (E=mc2). Una centèsima després de la formació de l’univers, aquestes partícules es van poder consolidar van composar protons, neutrons i electrons.

En els tres primers minuts de l’Univers es va formar l’hidrogen, que només és un protó; poc després es van formar el deuteri i el liti. El quart minut es va formar l’heli, que són dos protons i dos electrons units a altes temperatures. En formar-se els àtoms, l’univers es va tornar transparent. I es va crear la llum. Fins aleshores, l’Univers havia viscut les seves edats fosques. Com a residu del Big Bang va restar un fons de neutrins a l’Univers.

Aquestes partícules tenen diverses estabilitats. Els neutrons dins els nuclis són estables, fora d’ell no; només resisteixen de 20 a 30 minuts. Els protons, per contra, poden mantenir-se deu elevat a 31 anys; moltíssim més que la vida de l’Univers. Gairebé el triple de l’edat de l’Univers. Els electrons són partícules amb càrrega, petits imants que al llarg del temps conserven l’energia, però no conserven la massa. Els neutrins no són perfectament estables, mentre que els fotons s’emeten i s’absorbeixen, no són eterns.

Fa 1.000 milions d’anys, les partícules més grans, l’hidrogen i l’heli, bàsicament, van formar els estels. I dins els estels, que són reactors de fusió nuclear, es van formar altres elements més pesats. D’estels que van esclatar, o que van perdre pols, es va originar la matèria de la que es van fer els planetes i de la qual estem fes nosaltres, que no som més que pols d’estels.

De vegades, han emergit de la matèria propietats especials. Fa 380 milions d’anys, va sorgir la vida. La vida és una propietat emergent de la matèria. Nosaltres som una part de la matèria que va tenir una propietat emergent: la vida. La intel·ligència pot ser-ne una de la vida, més enllà de l’evolució darwiniana.

L’Univers

L’Univers té, doncs, l’edat que li determina el Big-Bang. A partir d’ella podem obtenir la seva dimensió. Si calculem l’extensió des del moment de la seva formació, veiem que el càlcul és simple, tot i donar xifres espectaculars. L’Univers té 13.700 milions d’anys. La velocitat de la llum va a 300.000 km/seg. Si multipliquem aquesta velocitat per 3.600 segons que té una hora, per 24 hores que té un dia i per 365,4 dies que té un any; podem arribar a determinar que l’Univers té 13.700.303.989 km de radi d’esfera, ja que la llum va sortir d’un punt i s’escampa en totes direccions.

Einstein va pensar en un univers estàtic, sense expansió, sembla que no gaire convençut, però va descriure una constant cosmològica. Hubble, més endavant va propugnar la teoria d’un univers en expansió. I aleshores Einstein va eliminar la constant dels seus càlculs.

A l’Univers s’estima que hi ha uns 100.000 milions de galàxies i cada galàxia té uns 100.000 milions d’estrelles. I que la matèria que forma l’Univers, la coneguda per nosaltres, és aproximadament el 4% de tota la matèria. Així doncs, la quantitat total de matèria és molt superior, és la matèria fosca. I també hi ha una energia fosca, la part desconeguda de l’energia de l’Univers; la part coneguda s’estima que és el 0,5% de l’energia de l’Univers.

Malgrat la incredulitat inicial fins i tot d’una part de la comunitat científica de l’existència de la matèria i l’energia fosques ara en les galàxies s’accepta, perquè s’ha vist que existeix una desviació de la llum que no es justifica per la massa que se’ls atribueix i la gravitació que haurien de generar. I, en base a aquestes desviacions, sobre els mapes de galàxies s’han fet línies com d’altitud, només que són clines d’energia que s’han vist indirectament.

L’espai interestel·lar va començar tenint una temperatura molt elevada, però ha perdut aquesta energia. Ara, la temperatura de l’espai interestel·lar és de 3ºK (els graus Kelvin formen l’escala absoluta que no és més que l’escala centígrada o Celsius, desplaçada 273º avall; és a dir que, 3ºK són -270ºC).

Els acceleradors de partícules

Tota aquesta història de l’Univers s’ha pogut experimentar en grans estructures com l’accelerador de partícules del CERN. Darrerament, l’accelerador de partícules del CERN va patir un error de disseny o de construcció, un problema d’imants superconductors i connexions, que en són molts més que no ens podem imaginar; per això el van haver d’aturar. En realitat està funcionant a una acceleració baixa fins que no l’arreglin i pugui funcionar a la velocitat que ha estat dissenyat.

Als acceleradors de partícules es pot recrear què va passar immediatament després del Big Bang i es pot respondre a preguntes com ara perquè les partícules tenen massa? Quina és la composició de la matèria fosca de l’Univers? Per què va triomfar la matèria sobre l’antimatèria en els primers moments de l’Univers fent possible la nostra existència? Quin era l’estat de la matèria just després del Big Bang?

Els científics que hi treballen fan aquesta mena de preguntes que presenten a un comitè que més seleccionarà els projectes més interessants per a realitzar els experiments. I han obtingut una visió més complexa encara. En Matteo ens va parlar de neutralins, partícules supersimètriques, antimatèria, de calcular la matèria i l’energia de l’univers…

Les reflexions finals

En realitat tot és molt més complicat, perquè per voler comprendre de forma tan allunyada dels nostres sentits l’estructura íntima de la matèria, ens hi acostem amb aparells molt allunyats de les nostres percepcions i, en conseqüència de la nostra lògica intuïtiva.

Diuen els astrofísics que, en realitat, allò que és increïble del nostre Univers és que el puguem entendre. I aquesta és una mica és la sensació que se’ns va quedar ahir, la tranquil·litat de pensar que l’Univers tan allunyat de les nostres dimensions ens és difícilment comprensible de forma intuïtiva.

¿Acabarem de conèixer tot el món? Un científic col·lega de Matteo va descriure la ciència és com una ceba però que la peles cap enfora, és a dir, cada cop que treus una capa, en trobes una altra. És a dir, que el saber científic és infinit, mai no ho sabrem tot. És com una estructura fractal.

De tot això, se’n poden derivar tot un munt d’idees. Si hi ha hagut altres Big Bangs, o si n’hi ha d’haver, això és una cosa que no sabem ara per ara. Hi ha qui ha parlat de multiversos. Podríem pensar que la matemàtica és universal, és per damunt del cervell humà, és subjacent en el món. Si fos així, podríem pensar que uns extraterrestres tindrien la mateixa matemàtica que nosaltres. A partir d’aquí, òbviament vam acabar parlant de filosofia i fins i tot en podríem dir teologia.

L’observació

Com a premi per al nostre esforç, alguns vam pujar al terrat a observar. I tant si vam veure aquesta vegada. Les Plèiades, Capella, Mízar (que en realitat van aparèixer quatre), Mart i Saturn, amb el telescopi. I a ull nu, també Artur, Sirius, Orion

Quina meravella. Com va dir en José: “Es una afición muy bonita.”

Més informació:

El origen del universo des del CERN.