În „Calcularea cosmosului”, Ian Stewart prezintă un ghid emoționant către cosmos, de la sistemul nostru solar la întregul univers. Începând cu integrarea babiloniană a matematicii în studiul astronomiei și cosmologiei, Stewart urmărește evoluția înțelegerii noastre despre cosmos: modul în care legile lui Kepler ale mișcării planetare l-au determinat pe Newton să-și formuleze teoria gravitației. Cum, două secole mai târziu, neregulile minuscule din mișcarea lui Marte l-au inspirat pe Einstein să-și creeze teoria generală a relativității. Cum, în urmă cu optzeci de ani, descoperirea că universul se extinde a dus la dezvoltarea teoriei Big Bang a originilor sale. Cum originea și expansiunea cu un singur punct au condus cosmologii să teoretizeze noi componente ale universului, cum ar fi inflația, materia întunecată și energia întunecată. Dar inflația explică structura universului de astăzi? Există de fapt materia întunecată? Ar putea o revoluție științifică care să provoace ortodoxia științifică de lungă durată și să transforme din nou înțelegerea noastră despre univers? Mai jos este prezentat un extras din „Calcularea cosmosului: modul în care matematica dezvăluie universul” (cărți de bază, 2016).
Aceste progrese în explorarea și utilizarea spațiului nu depind doar de o tehnologie inteligentă, ci și de o serie lungă de descoperiri științifice care se întorc cel puțin până acum în Babilonia antică acum trei milenii. Matematica se află în centrul acestor progrese. Desigur, ingineria este vitală și au fost necesare descoperiri în multe alte discipline științifice înainte de a putea realiza materialele necesare și a le asambla într-o sondă de spațiu de lucru, dar mă voi concentra asupra modului în care matematica ne-a îmbunătățit cunoștințele despre univers.
Povestea explorării spațiale și povestea matematicii au mers din mână din cele mai vechi timpuri. Matematica s-a dovedit esențială pentru înțelegerea Soarelui, a Lunii, a planetelor, a stelelor și a vastei panoplii a obiectelor asociate care formează împreună cosmosul - universul considerat la scară largă. Timp de mii de ani, matematica a fost cea mai eficientă metodă a noastră de a înțelege, înregistra și prezice evenimentele cosmice. Într-adevăr, în unele culturi, cum ar fi India antică în jurul anului 500, matematica era o sub-ramură a astronomiei. Dimpotrivă, fenomenele astronomice au influențat dezvoltarea matematicii timp de peste trei milenii, inspirând totul de la predicțiile babiloniene despre eclipse până la calcul, haos și curbura spațiului timpului.
Inițial, principalul rol astronomic al matematicii a fost să înregistreze observații și să efectueze calcule utile despre fenomene, cum ar fi eclipsele solare, în care Luna ascunde temporar Soarele, sau eclipsele lunare, unde umbra Pământului ascunde Luna. Gândindu-se la geometria sistemului solar, pionierii astronomici și-au dat seama că Pământul merge în jurul Soarelui, chiar dacă pare invers. Anticii au combinat, de asemenea, observațiile cu geometria pentru a estima dimensiunea Pământului și distanțele față de Lună și Soare.
Tipare astronomice mai profunde au început să apară în jurul anului 1600, când Johannes Kepler a descoperit trei reguli matematice - „legi” - pe orbitele planetelor. În 1679, Isaac Newton a reinterpretat legile lui Kepler pentru a formula o teorie ambițioasă care descria nu doar modul în care se mișcă planetele sistemului solar, ci și mișcarea orice sistemul corpurilor cerești. Aceasta a fost teoria lui despre gravitație, una dintre descoperirile centrale în schimbarea sa mondială Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principiile matematice ale filozofiei naturale). Legea gravitației Newton descrie modul în care fiecare corp din univers atrage fiecare alt corp.
Combinând gravitația cu alte legi matematice despre mișcarea corpurilor, pionierat de Galilei cu un secol mai devreme, Newton a explicat și a prezis numeroase fenomene cerești. Mai general, el a schimbat modul în care ne gândim la lumea naturală, creând o revoluție științifică care continuă să fie în prezent. Newton a arătat că fenomenele naturale sunt (adesea) guvernate de tipare matematice, iar prin înțelegerea acestor tipare putem îmbunătăți înțelegerea naturii noastre. În epoca lui Newton, legile matematice au explicat ce se întâmplă în ceruri, dar nu au avut nicio utilizare practică semnificativă, în afară de navigație.
***
Toate acestea s-au schimbat atunci când URSS Sputnik satelitul a intrat pe orbita Pământului joasă în 1957, trăgând pistolul de pornire pentru cursa spațială. Dacă te uiți la fotbal la televiziunea prin satelit - sau la operă sau comedii sau documentare științifice - vei obține un beneficiu din lumea reală din ideile lui Newton.
Inițial, succesele sale au dus la o vedere a cosmosului ca un univers de ceasornic, în care totul urmează cu majestate căile puse în zorii creației. De exemplu, se credea că sistemul solar a fost creat în starea actuală, aceleași planete deplasându-se de-a lungul acelorași orbite aproape circulare. Desigur, totul a zguduit un pic în jur; avansurile perioadei în observațiile astronomice au făcut ca acest lucru să fie clar. Dar exista o convingere răspândită că nimic nu s-a schimbat, nu s-a schimbat sau s-ar schimba în vreun mod dramatic peste nenumărate eoni. În religia europeană era de neconceput că creația perfectă a lui Dumnezeu ar fi putut fi diferită în trecut. Vederea mecanicistă a unui cosmos regulat, previzibil, a persistat timp de trei sute de ani.
Nu mai. Inovațiile recente în matematică, cum ar fi teoria haosului, cuplate la computerele puternice de astăzi, capabile să zdrobească numerele relevante cu o viteză fără precedent, ne-au schimbat foarte mult părerile despre cosmos. Modelul de ceas al sistemului solar rămâne valabil pe perioade scurte de timp, iar în astronomie un milion de ani este de obicei scurt. Dar curtea noastră cosmică este acum dezvăluită ca un loc unde lumile au făcut și vor migra de pe o orbită în alta. Da, există perioade foarte lungi de comportament regulat, dar din când în când sunt punctate de explozii de activitate sălbatică. Legile imuabile care au dat naștere la noțiunea de univers al orologiei pot provoca, de asemenea, schimbări bruște și comportament extrem de neregulat.
Scenariile pe care astăzi le privesc astronomi sunt deseori dramatice. În timpul formării sistemului solar, de exemplu, lumi întregi s-au ciocnit cu consecințe apocaliptice. Într-o zi, în viitorul îndepărtat, probabil că o vor face din nou: există mici șanse ca fie Mercur, fie Venus să fie condamnat, dar nu știm care. Ar putea fi ambele și ne-ar putea lua cu ei. O astfel de coliziune a dus probabil la formarea Lunii. Pare ceva din știința ficțiunii și este… dar cel mai bun fel de „ficțiune” științifică în care doar noua invenție fantastică depășește știința cunoscută. Doar că aici nu există nicio invenție fantastică, doar o descoperire matematică neașteptată.
Matematică ne-a informat înțelegerea cosmosului la fiecare scară: originea și mișcarea Lunii, mișcările și forma planetelor și lunile însoțitoare ale acestora, complexitatea asteroizilor, cometelor și obiectelor centurii Kuiper și dansul celest grav al întregul sistem solar. Ne-a învățat cum interacțiunile cu Jupiter pot arunca asteroizi către Marte și de acolo Pământul; de ce Saturn nu este singur în a deține inele; cum s-au format inelele sale pentru a începe și de ce se comportă așa cum fac, cu împletituri, ondulări și „raze” rotitoare ciudate. Ne-a arătat cum inelele unei planete pot scuipa lungi, câteodată.
Ceasurile au dat loc artificiilor.
Extras din „Calcularea cosmosului: modul în care matematicile dezvăluie universul” de Ian Stewart. Copyright © 2016. Disponibil de la Basic Books, o amprentă a Perseus Books, LLC, o filială a Hachette Book Group, Inc. Toate drepturile rezervate.
