Originea universului de John Barrow
CUPRINS
1. Universul pe înţelesul tuturor
2. Marele catalog al universului
3. Singularitatea şi alte probleme
4. Inflaţia şi particulele elementare
5. Inflaţia şi cercetările satelitului COBE
6. Timpul – o şi mai scurtă istorie
JOHN D. BARROW este profesor de matematică şi fizică teoretică la Universitatea Cambridge. Este autorul a peste 300 de articole ştiinţifice în domeniile cosmologiei şi astrofizicii. A participat de asemenea la proiectul Millennium, o iniţiativă care urmăreşte îmbunătăţirea înţelegerii matematicii de către publicul larg. Între cele 15 cărţi publicate se numără: The Left Hand of Creation (împreună cu John Silk), Pi in the Sky, Theories of Everything, The Anthropic Cosmological Principle (împreună cu Frank Tipler), The World within the World.
Prefaţă
Trăim în universul ajuns la deplina lui înflorire, mult timp după ce majoritatea evenimentelor spectaculoase au avut deja loc. Priveşte cerul într-o noapte înstelată şi vei vedea câteva mii de stele, cele mai multe din ele străpungând bezna într-o mare fâşie pe care o numim Calea Lactee. Asta e tot ce ştiau cei din vechime despre univers. Cu timpul, pe măsură ce au apărut telescoape cu putere de rezoluţie din ce în ce mai mare, un univers neînchipuit de vast s-a ivit vederii noastre. O mulţime de stele se adună în insule de lumină numite galaxii, iar de jur-împrejurul galaxiilor se întinde un ocean rece de microunde – ecou al big bang-ului de acum 15 miliarde de ani. Timpul, spaţiul şi materia par să-şi aibă originile într-un eveniment exploziv din care s-a născut universul de astăzi într-o stare de expansiune generală, răcindu-se încet şi rarefiindu-se continuu.
La început, universul a fost un infern de radiaţii, prea fierbinte pentru ca vreun atom să poată supravieţui. În primele minute, s-a răcit suficient pentru ca nucleele şi elementele cele mai uşoare să se formeze. Abia câteva milioane de ani mai târziu cosmosul a devenit suficient de rece pentru a apărea atomi întregi, urmaţi curând de molecule simple, iar, după miliarde de ani, de şirul complex de evenimente care au dus la condensarea materiei în stele şi galaxii. Apoi, odată cu apariţia condiţiilor planetare stabile, au rezultat complicatele produse ale biochimiei prin procese pe care încă nu le înţelegem. Dar cum şi de ce a fost iniţiat acest şir subtil de evenimente? Ce ne pot spune cosmologii zilelor noastre despre începutul universului?
Diferitele povestiri din vremurile străvechi despre creaţie nu sunt teorii ştiinţifice în sens modern. Ele nu încercau să dezvăluie ceva nou despre structura lumii; erau destinate pur şi simplu să gonească spectrul necunoscutului din închipuirile omului. Găsindu-şi locul în ierarhia creaţiei, cei din vechime puteau să se raporteze la lume şi să evite teribila confruntare cu necunoscutul sau cu incognoscibilul. Descrierile ştiinţei moderne trebuie să ne ofere mult mai mult. Ele trebuie să fie îndeajuns de profunde pentru a ne spune despre univers mai mult decât punem noi în ipotezele noastre. Ele trebuie de asemenea să se extindă îndeajuns pentru a putea face predicţii, astfel încât să putem testa capacitatea lor de a explica lucruri pe care le cunoaştem deja despre lume. Ele trebuie să dea coerenţă şi unitate unei mulţimi de fapte disparate.
Metodele folosite de cosmologii moderni sunt simple, însă nu neapărat evidente pentru neiniţiaţi. Până la proba contrară, ele pornesc, de la presupunerea că legile care conduc lumea local, aici, pe Pământ, sunt valabile pretutindeni în univers. Există locuri în univers, mai ales în trecutul lui, în care condiţiile de densitate şi temperatură sunt extreme, ceea ce se află în afara experienţei noastre directe pe Pământ. Uneori ne aşteptăm ca teoriile noastre să fie valabile în aceste domenii – şi într-adevăr aşa se şi întâmplă. În alte împrejurări însă, apelăm la aproximaţii ale legilor adevărate din natură – aproximaţii care au limite de aplicabilitate cunoscute. Când ajungem la aceste limite, trebuie să încercăm să găsim noi aproximaţii adaptate condiţiilor neobişnuite pe care le întâlnim. Multe teorii fac predicţii ce nu pot fi testate prin observaţie. Acest gen de predicţii determină în numeroase cazuri tipul de observator sau de satelit ce urmează să fie conceput.
Cosmologii vorbesc adesea despre construirea „modelelor cosmologice”. Ei înţeleg prin asta generarea unor descrieri matematice simplificate ale structurii şi trecutului universului, descrieri matematice simplificate ale structurii trecutului universului, descrieri care să surprindă principalele sale trăsături. După cum un aeromodel reproduce unele dintre caracteristicile avionului real, dar nu pe toate, la fel şi un model de univers nu poate spera să cuprindă fiecare detaliu al structurii universului. Modelele noastre cosmologice sunt foarte grosolane şi simple. Ele încep prin a trata universul ca pe un ocean complet uniform de materie. Aglomerarea materiei în stele şi galaxii e ignorată. Abia când cercetezi aspecte mai delicate, cum ar fi originea stelelor şi a galaxiilor, apar abateri de la perfecta uniformitate considerată iniţial. Această strategie funcţionează remarcabil. Una dintre cele mai frapante trăsături ale universului nostru este faptul că partea sa vizibilă e atât de bine descrisă de modelul-simplificat al distribuţiei uniforme a materiei.
O altă trăsătură importantă a modelelor noastre cosmologice este că implică proprietăţi – ca densitatea sau temperatura – ale căror valori numerice pot fi găsite doar prin observaţii, iar numai anumite combinaţii ale valorilor observate pentru unele dintre aceste cantităţi sunt compatibile cu modelul. Astfel, compatibilitatea dintre model şi universul real poate fi verificată.
În explorarea universului au fost urmate mai multe direcţii. În afară de sateliţi, nave spaţiale şi telescoape, am folosit microscoape, acceleratoare şi ciocniri între atomi, calculatoare şi gândire umană pentru a ne lărgi înţelegerea privind întregul mediu cosmic. În afară de lumea spaţiului extraterestru – stele, galaxii şi mari structuri cosmice –, am ajuns să preţuim subtilităţile labirintice ale adâncului din microcosmos. Aici am găsit lumea subatomică a nucleelor şi a componentelor lor: cărămizile elementare ale materiei – atât de puţine la număr, atât de simple ca structură, dar care în combinaţie pot fi organizate în uriaşa gamă a complexităţii pe care o vedem pretutindeni în jurul nostru şi din care facem şi noi parte.
Aceste două frontiere ale cunoaşterii – lumea microscopică a părţilor elementare ce constituie materia şi lumea astronomică a stelelor şi galaxiilor – s-au unit în chip neaşteptat în vremea din urmă. Dacă odinioară ele reprezentau domenii aparţinând unor grupuri diferite de savanţi ce încercau să răspundă la întrebări destul de diferite prin mijloace separate, acum preocupările şi metodele lor sunt intim legate. Secretul naşterii galaxiilor poate fi dezvăluit de studiul particulelor elementare în detectori îngropaţi adânc sub pământ; identitatea acelor particule elementare poate fi stabilită prin observaţii asupra luminii, provenind de la o stea îndepărtată. Şi, dacă încercăm să reconstituim istoria universului cercetând urmele fosile din copilăria şi adolescenţa sa, aflăm că, reunind aspectele cele mai mari şi cele mai mici ale lumii fizice, percepem mai bine unitatea impresionantă a universului.
Această carte îşi propune să prezinte pe scurt începutul pentru uzul începătorilor. Ce mărturii avem privind istoria timpurie a universului? Care sunt cele mai recente teorii despre naşterea universului? Le putem oare testa prin observaţie? Cum se raportează existenţa noastră de ele? Acestea sunt unele dintre întrebările care vor apărea în călătoria noastră spre originile timpului. Voi prezenta unele dintre cele mai noi teorii despre natura timpului, „universul inflaţionar”, „găurile de vierme” şi voi explica semnificaţia observaţiilor făcute de satelitul COBE, observaţii care au fost primite cu entuziasm în primăvara anului 1992.
Doresc să mulţumesc colegilor şi colaboratorilor mei cosmologi pentru discuţiile purtate şi descoperirile lor care au făcut posibilă apariţia acestei povestiri moderne despre originea universului. Anthony Cheetham şi John Brockman au avut ideea acestui proiect. Rămâne de văzut dacă a fost înţelept din partea lor să mă invite să particip. Aş vrea de asemenea să le mulţumesc lui Gerry Lyons şi Sarei Lippincott pentru îndrumările lor cu caracter editorial. Soţia mea, Elizabeth, mi-a acordat un mare sprijin şi astfel am dus mai repede lucrarea la bun sfârşit, fără să fiu obligat să-mi abandonez complet alte preocupări. Ca de fiecare dată, ei îi datorez totul. Doar pe tinerii membri ai familiei – David, Roger şi Louise – proiectul a părut să nu-i impresioneze. Totuşi, ei îl îndrăgesc pe Sherlock Holmes.
Brighton, martie 1994
1.
Universul pe înţelesul tuturor
„Vă mulţumesc”, spuse Sherlock Holmes, „că mi-aţi atras atenţia asupra unui caz care fără îndoială prezintă unele trăsături interesante.”
Câinele din Baskerville
Cum, de ce şi când a apărut universul? Cât de mare e? Ce formă are? Din ce e alcătuit? Acestea sunt întrebări pe care orice copil curios le-ar putea pune, dar sunt şi întrebări cu care cosmologii zilelor noastre se luptă de mai multe decenii. Pentru ziarişti şi autorii de ştiinţă popularizată, unul din motivele de atracţie ale cosmologiei este acela că multe probleme de la frontierele acestui domeniu sunt uşor de prezentat. Luaţi de exemplu frontierele electronicii cuantice, ale secvenţelor de ADN, ale neurofiziologiei sau ale matematicii pure, şi nu veţi găsi probleme pe care specialistul să le poată traduce atât de uşor în limbajul de zi cu zi.
Până la începutul secolului XX, nici filosofii şi nici astronomii nu s-au îndoit că spaţiul e absolut fix – o arenă în care stelele, planetele şi toate celelalte corpuri cereşti îşi desfăşoară mişcarea. În cursul anilor 1920 însă, această reprezentare simplă a suferit transformări: întâi sub imboldul fizicienilor care cercetau consecinţele teoriei lui Einstein privind gravitaţia, apoi sub imboldul observaţiilor făcute de astronomul american Edwin Hubble asupra luminii provenind de la stele din galaxii îndepărtate.
Hubble a făcut apel la o proprietate simplă a undelor. Dacă sursa lor se îndepărtează de receptor, atunci frecvenţa cu care undele sunt receptate scade. Ca să înţelegeţi despre ce e vorba, mişcaţi din deget în sus şi în jos într-o apă liniştită şi priviţi crestele valurilor care se îndreaptă spre un punct oarecare de pe suprafaţa apei. Deplasaţi acum degetul, îndepărtându-l de acel punct şi continuând să faceţi valuri, iar valurile vor ajunge acolo cu o frecvenţă mai scăzută decât cea cu care sunt emise. Deplasaţi apoi degetul spre punctul de recepţie, iar frecvenţa va creşte. Această proprietate caracterizează toate undele. În cazul undelor sonore, ea e răspunzătoare de schimbarea tonului la şuieratul locomotivei sau la sirena maşinii de poliţie care trece pe lângă voi. Lumina e şi ea o undă, iar când sursa ei se îndepărtează de observator scăderea frecvenţei undelor luminoase se traduce prin faptul că lumina vizibilă receptată pare ceva mai roşiatică. De aceea efectul e numit „deplasare spre roşu”. Când sursa luminoasă se apropie de observator, frecvenţa receptată creşte, lumina vizibilă devine mai albastră, iar efectul e numit „deplasare spre albastru”.
Hubble a descoperit că lumina provenind de la galaxiile pe care le privea prezenta o deplasare spre roşu sistematică. Măsurând valoarea deplasării, el putea determina cât de repede se îndepărtează sursele de lumină, iar prin compararea strălucirii aparente a stelelor de acelaşi tip (stele a căror strălucire intrinsecă trebuie să fie aceeaşi) putea deduce distanţele lor relative faţă de noi. Hubble a descoperit că, cu cât sursa de lumină se afla mai departe, cu atât se îndepărta mai repede de noi. Această tendinţă poartă numele de Legea lui Hubble, iar în figura 1.1 e ilustrată prin date recente. Figura 1.2 prezintă un exemplu de semnal luminos receptat de la o galaxie îndepărtată, spectrul deplasat spre roşu al diverşilor atomi fiind comparat cu cel emis de aceiaşi atomi în laborator.
Figura 1.1. O ilustrare modernă a Legii lui Hubble care prezintă creşterea direct proporţională a vitezei de îndepărtare (recesie) a galaxiilor în raport cu distanţa.
Ceea ce descoperise Hubble era expansiunea universului. În locul unei arene neschimbătoare în care să putem urmări perindarea locală a planetelor şi stelelor, el a găsit că universul se afla într-o stare dinamică. A fost cea mai mare descoperire a ştiinţei secolului XX şi a confirmat previziunile teoriei generale a relativităţii privind universul: nu poate fi static. Atracţia gravitaţională dintre galaxii le-ar aduna laolaltă dacă nu s-ar îndepărta unele de altele. Universul nu poate rămâne nemişcat.
Dacă universul se află în expansiune, atunci când inversăm sensul istoriei şi privim spre trecut ar trebui să găsim dovezi că el provine dintr-o stare mai mică, mai densă – o stare ce pare să fi avut la un moment dat dimensiunea zero. Acesta este începutul care a devenit cunoscut sub numele de big bang (marea explozie).
Figura 1.2. Spectrul unei galaxii îndepărtate (cunoscută sub numele de Markarian 609) care arată că trei linii spectrale (notate cu Hβ, O şi O), în jurul lungimii de undă de 5000 Ǻ, şi două (notate cu Hα, N), în jurul lungimii de undă de 6500 Ǻ, sunt sistematic deplasate spre lungimi de undă mai mari decât cele măsurate în laborator. Poziţiile liniilor obţinute în laborator sunt indicate prin săgeţile notate LAB; poziţiile măsurate sunt marcate prin vârfurile graficului spectrului. Deplasarea spre roşu (lumina roşie vizibilă e în jurul lungimii de unda de 8000 Ǻ) permite calcularea vitezei de îndepărtare
Dar am mers puţin prea repede. Rămân lucruri importante de spus privind expansiunea actuală a universului, înainte de a începe să răscolim trecutul. Înainte de toate, trebuie precizat ce anume se află în expansiune. În filmul Annie Hall, Woody Allen stă întins pe canapeaua psihanalistului şi vorbeşte despre spaima care-l cuprinde când se gândeşte la expansiunea universului: „Asta înseamnă că Brooklyn-ul se dilată, eu mă dilat, tu te dilaţi, cu toţii ne dilatăm.” Slavă Domnului, se înşela. Noi nu ne dilatăm. Nici Brooklyn-ul. Nici Pământul. Nici sistemul solar. De fapt, nici Calea Lactee. Nici măcar conglomeratele de mii de galaxii pe care le numim roiuri galactice. Aceste ansambluri de materie sunt menţinute prin forţele chimice şi gravitaţionale care acţionează între constituenţii lor – forţe mai puternice decât forţa expansiunii.
Numai dacă trecem dincolo de scara marilor roiuri de sute şi mii de galaxii putem vedea că expansiunea învinge atracţia gravitaţională locală. De pildă, vecinul nostru cel mai apropiat, galaxia Andromeda, se îndreaptă spre noi pentru că atracţia gravitaţională dintre Andromeda şi Calea Lactee e mai puternică decât efectul expansiunii universale. Nu galaxiile însele, ci abia roiurile galactice pot fi considerate etaloane ale expansiunii cosmice. Pentru a căpăta o imagine simplă, închipuiţi-vă firele de praf de pe suprafaţa unui balon care se umflă. Balonul se va dilata, iar firele de praf se vor îndepărta unele de altele, dar nu se vor dilata în acelaşi fel. Ele reprezintă etaloane pentru gradul de întindere a cauciucului. În mod analog, cel mai bine e să privim dilatarea universului ca pe dilatarea spaţiului dintre roiurile de galaxii, aşa cum se vede în figura 1.3.
Figura 1.3. Dilatarea universului privită ca dilatarea spaţiului. Punctele marcate pe suprafaţa balonului reprezintă roiuri de galaxii. Spaţiul dintre roiuri creşte, dar nu şi dimensiunea roiurilor. Acesta e analogul unui univers cu două dimensiuni spaţiale, reprezentat de suprafaţa balonului. Orice roi de pe suprafaţa care se dilată vede toate celelalte roiuri îndepărtându-se de el. Observaţi că centrul dilatării nu se află pe suprafaţa balonului.
Ne-am putea apoi teme de implicaţiile faptului că toate roiurile galactice se îndepărtează de noi. De ce de noi? Dacă ştim ceva din istoria ştiinţei, ştim ce a demonstrat Copernic: Pământul nu e centrul universului. Desigur, dacă ne-am închipui că toate se îndepărtează de noi, ne-am instala din nou în centrul imensităţii. Însă nu e cazul. Universul în expansiune nu seamănă cu o explozie care îşi are originea într-un punct din spaţiu. Nu există un spaţiu fix pe fundalul căruia universul să se dilate. Universul conţine tot spaţiul existent!
Gândiţi-vă la spaţiu ca la o foaie elastică. Prezenţa şi mişcarea materiei pe acest spaţiu maleabil va produce adâncituri şi curburi. Spaţiul curbat al universului nostru este ca suprafaţa tridimensională a unei mingi cvadridimensionale – ceva ce nu ne putem imagina. Închipuiţi-vă însă universul ca pe o foaie, fără grosime, având numai două dimensiuni spaţiale. E ca suprafaţa unei mingi tridimensionale, ceea ce e mai uşor de reprezentat. Închipuiţi-vă apoi că această minge tridimensională se poate mări – ca balonul din figura 1.3 care se umflă. Suprafaţa balonului este universul bidimensional în expansiune. Dacă marcăm două puncte pe el, aceste puncte se îndepărtează unul faţă de altul pe măsură ce balonul se dilată. Faceţi apoi mai multe semne pe suprafaţa balonului şi umflaţi-l din nou. Veţi observa că indiferent în ce punct v-aţi situa, toate celelalte puncte vor părea că se îndepărtează de voi în timp ce balonul se umflă. Vizualizaţi astfel legea expansiunii a lui Hubble, căci punctele aflate la distanţă mai mare se îndepărtează unele faţă de altele mai repede decât cele aflate la distanţă mai mică. Morala acestui exemplu e că suprafaţa balonului reprezintă spaţiul, însă „centrul” dilatării balonului nu se află pe suprafaţă. Nu există vreun centru al dilatării pe suprafaţa balonului. Nici margine nu există. Nu puteţi cădea de pe marginea universului; universul nu se dilată în interiorul a ceva. El este tot ce există.
O întrebare pe care am putea-o pune în acest stadiu este dacă starea de expansiune a universului la care suntem martori va continua la nesfârşit. Dacă aruncăm o piatră în sus, ea se va întoarce pe Pământ atrasă de forţa gravitaţiei terestre. Cu cât o aruncăm mai puternic, cu atât mai multă energie îi vom imprima pietrei în mişcare şi cu atât mai sus se va ridica înainte de a se întoarce. Ştim că, dacă lansăm un proiectil cu o viteză mai mare de 11 kilometri pe secundă, el va scăpa complet atracţiei gravitaţionale terestre. Aceasta este viteza critică de lansare a rachetelor. Savanţii o numesc „viteză de evadare” de pe Pământ.
Consideraţii asemănătoare se aplică oricărui sistem în explozie sau expansiune care e încetinit de atracţia gravitaţională. Dacă energia mişcării de expansiune o depăşeşte pe cea generată de atracţia spre interior a gravitaţiei, atunci materia va depăşi viteza de evadare şi îşi va continua expansiunea. Dacă însă atracţia pe care gravitaţia o exercită asupra fragmentelor este mai mare, obiectele aflate în expansiune vor începe până la urmă să se apropie unele de altele, aşa cum se întâmplă în exemplul cu Pământul şi piatra. La fel se întâmplă şi cu universurile în expansiune; există o viteză critică de lansare la începutul expansiunii lor. Dacă viteza depăşeşte această valoare critică, atunci atracţia gravitaţională a materiei dintr-un asemenea univers nu va putea opri expansiunea, iar ea va continua la nesfârşit. Pe de altă parte, dacă viteza de lansare e mai mică decât valoarea critică, în cele din urmă expansiunea se va opri şi procesul va fi inversat, culminând cu o contracţie către dimensiune zero – exact aceeaşi stare de la care a pornit. Între aceste două cazuri extreme se află ceea ce eu aş numi un „univers de compromis”, care are exact viteza critică de lansare – adică valoarea cea mai mică ce îl va menţine în expansiune pentru totdeauna (vezi figura 1.4). Unul dintre marile mistere ale universului nostru este că în momentul de faţă se dilată într-un mod tulburător de apropiat acestui caz critic. Atât de aproape, încât deocamdată nu putem spune cu certitudine de ce parte a pragului critic se află. Nu cunoaştem prognoza pe termen lung.
Figura 1.4. Cele trei tipuri de univers în expansiune. Universurile „deschise” sunt infinite în mărime şi se dilată la nesfârşit. Universurile „închise” sunt finite şi sfârşesc prin a se contracta până la marea implozie (the big crunch). Graniţa dintre cele două tipuri e reprezentată de universul „critic”, care e infinit ca mărime şi se extinde la nesfârşit.
Cosmologii consideră faptul că ne aflăm atât de aproape de acest prag critic o proprietate stranie a universului, care se cere explicată. E greu de înţeles pentru că, pe măsură ce universul se dilată şi îmbătrâneşte, el se îndepărtează din ce în ce mai mult de pragul critic, dacă, la început, viteza sa de lansare nu va fi fost cumva exact viteza critică. Acest fapt creează o mare problemă. Universul se dilată de aproximativ cincisprezece miliarde de ani şi e în continuare atât de aproape de pragul critic încât nu putem spune de care parte a ei se află. Pentru a rămâne atât de aproape după o perioadă uriaşă de timp, ar trebui ca viteza de lansare a universului să fi fost „aleasă” astfel încât să difere de cea critică cu nu mai mult de unu împărţit la zece urmat de treizeci şi cinci de zerouri. De ce? Vom vedea mai târziu că încercările noastre de a afla ce s-a întâmplat în primele momente ale expansiunii universului oferă o posibilă explicaţie pentru această situaţie neobişnuită. Deocamdată ne vom mulţumi să înţelegem de ce un univers care conţine fiinţe umane trebuie să se afle foarte aproape de pragul critic după miliarde de ani de expansiune.
Dacă universul începe să se dilate cu o viteză mult mai mare decât cea critică, atunci gravitaţia nu ar putea niciodată aduna laolaltă acele insule locale de materie spre a forma galaxii şi stele. Formarea stelelor este un pas crucial în evoluţia universului. Stelele sunt condensări ale materiei suficient de mari pentru a crea în centrele lor presiuni suficient de ridicate ca să iniţieze reacţii nucleare spontane. Aceste reacţii transformă hidrogenul în heliu de-a lungul unei perioade îndelungate şi calme a istoriei lor – la jumătatea căreia se află soarele nostru – însă, în etapa finală a vieţii lor, stelele se confruntă cu o criză de energie. Ele parcurg o perioadă explozivă de schimbări rapide în care heliul este transformat în carbon, azot, oxigen, siliciu, fosfor şi toate celelalte elemente care joacă un rol vital în biochimie. Când stelele explodează devenind supernove, aceste elemente se răspândesc în spaţiu şi în cele din urmă intră în alcătuirea planetelor şi oamenilor.
Stelele sunt sursa tuturor elementelor pe care se întemeiază complexitatea, şi prin urmare viaţa. Nucleul fiecărui atom de carbon din corpul nostru îşi are originea în stele.
Vedem astfel că universurile care se dilată mult mai repede decât pragul critic nu vor da niciodată naştere la stele şi deci nu vor produce niciodată cărămizile elementare necesare apariţiei unor entităţi atât de complexe ca fiinţele umane sau calculatoarele construite pe bază de siliciu. Pe de altă parte, dacă un univers se dilată cu mult sub viteza critică, expansiunea se transformă în contradicţie înainte ca stelele să fi avut timpul să se formeze, să explodeze şi să creeze constituenţii lumii vii. Avem iarăşi de-a face cu un univers incapabil să dea naştere vieţii.
Figura 1.5. Universurile care sunt mult peste pragul critic se dilată prea repede pentru ca materia să se condenseze în stele şi galaxii; asemenea universuri rămân lipsite de viaţă. Cele care sunt mult sub pragul critic colapsează înainte ca stelele să se formeze. Regiunea înnegrită reprezintă domeniul expansiunilor cosmologice şi epocilor în care pot apărea observatori.
Primim astfel o lecţie surprinzătoare: numai acele universuri care se dilată foarte aproape de pragul critic pot produce, după miliarde de ani, materia care alcătuieşte toate structurile suficient de complexe pentru a fi considerate „observatori”. N-ar trebui să ne surprindă să constatăm că universul nostru se dilată atât de aproape de pragul critic. Nu am putea exista într-un altfel de univers.
Dezvoltarea reprezentărilor noastre privind universul în expansiune şi reconstituirea istoriei sale a înaintat foarte încet. În anii ’30 preotul şi fizicianul belgian Georges Le Maâtre a jucat un rol important. Teoria sa despre „atomul primordial” a fost precursoarea a ceea ce este acum cunoscut sub numele de big bang. Cei mai importanţi paşi au fost făcuţi în ultima parte a anilor ’40 de George Gamow, un emigrant rus sosit în Statele Unite, şi de doi din tinerii săi studenţi, Ralph Alpher şi Robert Herman. Ei au început să ia în serios posibilitatea aplicării fizicii pe care o cunoşteau pentru a deduce ce s-a petrecut în stadiile timpurii ale universului în expansiune. Ei au descoperit un aspect esenţial: dacă universul s-ar fi format într-o stare fierbinte, densă într-un trecut îndepărtat, ar trebui să fi rămas nişte radiaţii de pe urma acestui început exploziv. Mai exact, ei şi-au dat seama că atunci când universul avea o vârstă de câteva minute trebuie să fi fost suficient de fierbinte pentru ca să aibă pretutindeni loc reacţii nucleare. Mai târziu, aceste remarcabile observaţii aveau să fie confirmate de cercetări mai aprofundate.
