Filosofia cosmologiei

Sursa: Smeenk, Christopher and George Ellis, „Philosophy of Cosmology”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Winter 2017 Edition), Edward N. Zalta (ed.), https://plato.stanford.edu/archives/win2017/entries/cosmology/. (Rezumat)

 

Cosmologia studiază universul fizic ca întreg, originea sa, structura la scară mare și evoluția sa. Deși a devenit în ultimul secol o ramură importantă a fizicii și astronomiei, ea păstrează o dimensiune filosofică aparte. Spre deosebire de alte științe, cosmologia cercetează un singur obiect: universul existent. Nu dispunem de alte universuri observabile cu care să-l comparăm și nici nu putem repeta evoluția sa experimental. În plus, universul reprezintă cadrul global al existenței umane, ceea ce conferă teoriilor cosmologice implicații privind viața, sensul și locul omului în natură.

Modelul cosmologic standard descrie un univers care a evoluat dintr-o stare inițială extrem de fierbinte și densă, extinzându-se, răcindu-se și formând treptat stele, galaxii și structuri cosmice. Fundamentul său matematic este relativitatea generală, în special soluțiile Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker, care presupun că universul este aproximativ omogen și izotrop la scară foarte mare. Modelul include materia obișnuită, radiația, materia întunecată, energia întunecată și o etapă inflaționară timpurie. Este susținut de numeroase observații, precum expansiunea cosmică, radiația cosmică de fond, abundența elementelor ușoare și distribuția galaxiilor. Totuși, el se bazează pe extrapolarea teoriilor fizice mult dincolo de domeniile în care acestea au fost testate direct și conține componente a căror natură rămâne necunoscută.

O problemă filosofică fundamentală este subdeterminarea teoriilor de către observații. Observăm numai regiunea universului din care lumina sau alte semnale au avut timp să ajungă până la noi. Orizontul cosmic limitează astfel ceea ce putem afla despre structura globală, topologia și regiunile îndepărtate ale universului. Chiar dacă observațiile confirmă foarte bine modelul standard în universul accesibil, pot exista modele cosmologice diferite care reproduc aceleași date locale, dar descriu în mod diferit universul dincolo de orizontul nostru. Cosmologia presupune și un „orizont al fizicii”: procesele din universul foarte timpuriu implică energii atât de mari încât nu pot fi reproduse în acceleratoarele terestre.

Un alt obstacol este varianța cosmică. Pentru a utiliza metode statistice, cosmologii tratează universul observat ca pe o realizare particulară dintr-un ansamblu imaginar de universuri posibile. Dar universul real este unic, astfel încât unele abateri dintre observații și predicții pot fi fie semne ale unei teorii incomplete, fie simple fluctuații statistice ale singurului univers pe care îl putem observa. Nu putem repeta „experimentul cosmic” pentru a decide cu certitudine între aceste posibilități.

Problema originii universului ocupă un loc central. Extrapolarea relativității generale spre trecut conduce la o singularitate, unde densitatea și curbura tind spre infinit, iar descrierea clasică a spațiului și timpului încetează să mai fie aplicabilă. Teoremele singularităților arată că această limită nu este doar rezultatul simplificărilor modelelor omogene, ci apare într-o clasă largă de spațiu-timpuri. Ele nu demonstrează însă că universul a fost creat literalmente din nimic și nici nu descriu o stare fizică aflată „înaintea” Big Bangului. Singularitatea indică mai curând limita relativității generale și necesitatea unei teorii a gravitației cuantice. Unele modele cuantice înlocuiesc singularitatea printr-un „salt” cosmic, în care universul atinge o dimensiune minimă și începe apoi să se extindă.

Starea timpurie a universului prezintă trei caracteristici greu de explicat: uniformitatea remarcabilă a regiunilor care aparent nu au putut comunica între ele, geometria aproape plată și existența unor perturbații primordiale coerente, din care s-au format structurile cosmice. Inflația cosmică încearcă să explice aceste proprietăți printr-o etapă de expansiune extrem de rapidă. Totuși, inflația are ea însăși nevoie de anumite condiții inițiale și nu elimină complet întrebarea privind originea acestora. O altă abordare, asociată lui Roger Penrose, consideră că universul a început într-o stare extrem de specială, cu entropie gravitațională scăzută, condiție care ar explica săgeata timpului.

Articolul analizează și raționamentul antropic și problema „reglajului fin”. Existența structurilor complexe și a vieții pare să depindă sensibil de valorile constantelor fundamentale. Printre explicațiile propuse se numără acceptarea acestor valori ca fapte contingente, existența unor legi fizice mai profunde, ipoteza unui proiectant și multiversul. În scenariile multiversului, ar exista numeroase universuri cu proprietăți diferite, iar noi observăm unul compatibil cu apariția observatorilor. Această soluție întâmpină însă dificultăți serioase: stabilirea probabilităților într-un ansamblu posibil infinit, definirea observatorului „tipic” și formularea unor predicții testabile. Fără rezolvarea acestor probleme, aproape orice observație ar putea fi compatibilă cu teoria multiversului.

În concluzie, cosmologia este o știință empirică solidă, dar metodele sale nu pot fi identice cu cele ale fizicii experimentale obișnuite. Evaluarea unui model cosmologic trebuie să țină seama nu numai de concordanța cu datele, ci și de puterea explicativă, coerența cu alte teorii, capacitatea de a unifica fenomene diferite și robustețea predicțiilor sale. Totodată, rezultatele fizicii cosmologice nu justifică automat concluzii despre existența sau inexistența sensului și scopului. Trecerea de la descrierea universului fizic la interpretarea semnificației sale pentru viața umană necesită argumente filosofice suplimentare și o categorie mult mai largă de experiențe și date.