Nimic

Liniștea: scara coboară sub zero#

Nivelul unui sunet în decibeli compară o presiune cu o referință de 20 de micropascali, apropiată de cel mai slab sunet pe care îl aude o ureche tânără, sănătoasă. Zero decibeli înseamnă acest prag, nu liniștea, iar ce e mai încet primește un număr negativ. O șoaptă are aproximativ 30 dB, o conversație obișnuită aproximativ 60, o mașină de tuns iarba aproximativ 90. Fiecare scădere de 20 dB împarte presiunea la zece.

În 2015, Guinness World Records a declarat o cameră anecoică din Clădirea 87 a Microsoft, de la Redmond, cel mai liniștit loc de pe Pământ, cu o medie de −20,35 dBA. Titlul a fost preluat de la Orfield Laboratories din Minneapolis, unde se măsuraseră −13 dBA în 2012. În 2021, Orfield a recâștigat titlul, cu −24,9 dBA, recordul pe care Guinness îl listează azi; cei care intră în astfel de camere spun că își aud sângele pompat.

În jurul anului 1951, compozitorul John Cage a intrat într-o cameră anecoică de la Harvard, așteptându-se la liniște. A auzit două sunete, unul înalt și unul grav. Inginerul i-a spus că primul era sistemul lui nervos, iar al doilea, sângele care îi circula. Cage a tras concluzia că liniștea nu poate fi obținută. Pe 29 august 1952, pianistul David Tudor a cântat în premieră 4′33″ al lui Cage, trei părți în care interpretul nu cântă nimic.

Sunetul are nevoie și de ceva prin care să treacă. La o miime de milibar, o moleculă de aer parcurge aproximativ 6,7 centimetri până să lovească alta, așa că moleculele nu mai transmit presiunea unei unde sonore ca aerul obișnuit. În cameră, butonul sunetului nu mai are efect când butonul materiei coboară atât de jos.

Întunericul: pereții strălucesc#

Lumina directă a soarelui, vara, dă aproximativ 100.000 de lucși; un birou, câteva sute; luna plină, între 0,1 și 0,3; o noapte senină fără lună, aproximativ 0,001; o noapte înnorată fără lună, aproximativ 0,0001 sau mai puțin. Fiecare pas al butonului de lumină înseamnă de zece ori mai puțină lumină.

Să ții lumina afară e partea ușoară. Tot ce e cald strălucește, mai ales în infraroșu, pe care ochiul nu îl vede. O cutie închisă la temperatura camerei e plină de această radiație: aproximativ 500 de milioane de fotoni în fiecare centimetru cub. Numărul lor scade cu cubul temperaturii, așa că, odată închise obloanele, doar butonul de căldură îi mai poate elimina. Strălucirea roșie de pe ecran ține locul acestei lumini infraroșii.

Spațiul cosmic e întunecat pentru ochi, dar nu e lipsit de lumină. Radiația rămasă din Universul timpuriu, măsurată la 2,725 K, pune aproximativ 411 fotoni în fiecare centimetru cub. Nici cele mai negre straturi, precum un material din nanotuburi de carbon făcut la MIT în 2019, nu înghit toată lumina care cade pe ele: acela absoarbe cel puțin 99,995%.

Frigul: ultimul pas durează la nesfârșit#

Cea mai joasă temperatură măsurată e de 38 de picokelvini, adică 38 de miimi de miliardime de grad peste zero absolut. În 2021, o echipă de la turnul de cădere liberă din Bremen a lăsat să cadă un nor de atomi de rubidiu și i-a încetinit împrăștierea cu lentile magnetice. Valoarea descrie cât de încet se mișcau atomii și s-a menținut aproximativ două secunde.

Cel mai rece obiect cunoscut din natură e Nebuloasa Bumerang, la aproximativ 1 K, mai rece chiar decât strălucirea de 2,7 K a spațiului din jur, pentru că gazul ei se dilată foarte repede.

În 2017, Lluís Masanes și Jonathan Oppenheim au dedus a treia lege a termodinamicii: în ipoteze generale (o baie termică cu capacitate calorică pozitivă), răcirea oricărui sistem până la zero absolut ar cere un număr infinit de pași sau un timp infinit.

Nici la capăt mișcarea nu se oprește. Mecanica cuantică lasă fiecărei particule ținute pe loc o energie minimă mai mare decât zero. Heliul o arată la scară mare: la presiune obișnuită rămâne lichid oricât de rece ar fi și îngheață doar când e comprimat la aproximativ 25 de atmosfere. Tremurul ușor al prafului din cameră ține locul acestei mișcări.

Golul: vidul își păstrează o energie#

Aerul de la nivelul mării conține aproximativ 25 de miliarde de miliarde de molecule în fiecare centimetru cub. Tuburile fasciculelor Marelui Accelerator de Hadroni de la CERN sunt vidate până la 10⁻¹⁰–10⁻¹¹ milibari, o presiune de aproximativ zece mii de miliarde de ori mai mică decât a aerului. Într-o serie de măsurători publicată în 2017, experimentul BASE de la CERN a ținut antiprotoni într-o capcană rece timp de 405 zile, fără ca vreunul să se piardă prin dezintegrare sau ciocniri cu gazul, ceea ce arată că gazul din ea era sub aproximativ 3×10⁻¹⁸ milibari: cel mult câteva molecule pe centimetru cub, cam cât în vântul solar din apropierea Pământului. Media întregului Univers e de aproximativ un proton la patru metri cubi.

Scoate toți atomii și vidul rămâne. În teoria cuantică, spațiul gol păstrează o energie minimă care nu poate fi eliminată, iar explicația obișnuită a efectului Casimir se sprijină pe ea: două suprafețe metalice aflate la câțiva micrometri sau mai puțin una de alta sunt împinse una spre cealaltă. Steve Lamoreaux a măsurat forța în 1997, iar Umar Mohideen și Anushree Roy au măsurat-o cu o precizie de aproximativ 1% în 1998. Perechile care pâlpâie în cameră sunt o imagine a acestei idei, nu a ceva ce poate fi văzut.

Zero: numit, niciodată atins#

Fizica doar se apropie de zero; matematica îl poate pur și simplu numi. Cele mai vechi reguli scrise care s-au păstrat pentru calculul cu zero se află în Brāhmasphuṭasiddhānta a lui Brahmagupta, din 628: un număr înmulțit cu zero dă zero, iar zero adunat cu zero dă zero. În 1202, Liber Abaci al lui Fibonacci a făcut cunoscute în Europa latină cifrele arabe, pe care el le numea indiene, și semnul 0, „pe care arabii îl numesc zephir”.

Cuvintele păstrează ideea de gol. Zero vine din cuvântul arab ṣifr, „gol”, el însuși o traducere a cuvântului sanscrit śūnya, „vid”; din același cuvânt arab vine și englezescul cipher. Nimic vine din latinescul nemica, pe care dicționarele vechi îl explică prin „nicio fărâmă”. În engleză, nothing e pur și simplu „niciun lucru”.

În anii 1920, John von Neumann a definit fiecare număr ca mulțimea tuturor numerelor dinaintea lui, pornind de la mulțimea vidă. Scris doar cu acolade, un număr n are nevoie de 2ⁿ perechi: 3 este {{},{{}},{{},{{}}}}, opt perechi. Fiecare pas în sus dublează tot ce a fost înainte, de aceea fiecare desen din secțiunea de mai sus conține desenul dinainte, la jumătate de mărime, și încă o dată tot ce e în el.

Ce arată camera#

Fiecare buton folosește o scară logaritmică: fiecare rotire în jos cu același unghi împarte mărimea la același factor, așa că zero s-ar afla infinit de jos. Capătul fiecărui buton e cea mai mică valoare măsurată; la lumină e o cameră închisă, iar la materie, media Universului. Praful, viteza lui, raza de lumină și undele sunt desenate pe scări comprimate, ca toate patru să încapă pe același ecran. Amplitudinea fâșâitului, când sunetul e pornit, urmează decibelii: scade de zece ori la fiecare 20 dB.

Trei lucruri din cameră sunt legate ca în natură. O rază de lumină se vede din lateral doar dacă ceva o împrăștie, așa că pălește pe măsură ce dispare aerul. Sunetul se oprește când moleculele sunt prea depărtate ca să-l poarte. Strălucirea infraroșie depinde de butonul de căldură. Bătăile inimii apar când camera devine mai liniștită decât pragul auzului, cum și-a auzit Cage propriul sânge. Ele țin locul bătăilor inimii celui care ascultă.

Surse#

• NIOSH (2001). General estimates of work-related noises. DHHS (NIOSH) Publication 2001-104. stacks.cdc.gov
• Guinness World Records (2015). Microsoft lab sets new record for the world’s quietest place. www.guinnessworldrecords.com
• Guinness World Records. Quietest place: Orfield Laboratories, −24.9 dBA, 19 November 2021. www.guinnessworldrecords.com
• Guinness World Records (2024). Inside the quietest place on Earth. www.guinnessworldrecords.com
• Cage, J. (1961). Experimental Music. In Silence: Lectures and Writings, p. 8. Wesleyan University Press. users.drew.edu
• NPR, Composers Datebook: 4′33″ (first performance, Woodstock, 29 August 1952). www.npr.org
• Leybold (2001). Fundamentals of Vacuum Technology, Table III: mean free path of air. physics.uwo.ca
• IES VE. Examples of illuminance (sunlight, interiors). help.iesve.com
• Bedrosian, T. A. & Nelson, R. J. (2017). Timing of light exposure affects mood and brain circuits. Translational Psychiatry 7: e1017, Table 1 (night-time illuminance). pmc.ncbi.nlm.nih.gov
• Fixsen, D. J. (2009). The temperature of the cosmic microwave background. The Astrophysical Journal 707: 916–920. arxiv.org
• Anchordoqui, L. Black-body photon number density (lecture problem set). lehman.edu
• Cui, K. & Wardle, B. L. (2019). Breakdown of native oxide enables multifunctional, free-form carbon nanotube–metal hierarchical architectures. ACS Applied Materials & Interfaces 11: 35212–35220. news.mit.edu
• Deppner, C. et al. (2021). Collective-mode enhanced matter-wave optics. Physical Review Letters 127: 100401. doi.org
• ALMA Observatory (2013). ALMA reveals ghostly shape of “coldest place in the universe”. www.almaobservatory.org
• Masanes, Ll. & Oppenheim, J. (2017). A general derivation and quantification of the third law of thermodynamics. Nature Communications 8: 14538. doi.org
• Enss, C. & Hunklinger, S. (2005). Low-Temperature Physics. Springer (helium solidifies only above about 25 bar). doi.org
• NIST CODATA. Loschmidt constant. physics.nist.gov
• CERN. A vacuum as empty as interstellar space. home.cern
• Sellner, S. et al. (2017). Improved limit on the directly measured antiproton lifetime. New Journal of Physics 19: 083023. doi.org
• NASA Goddard. The solar wind. umbra.nascom.nasa.gov
• Planck Collaboration (2020). Planck 2018 results VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics 641: A6. arxiv.org
• Lamoreaux, S. K. (1997). Demonstration of the Casimir force in the 0.6 to 6 μm range. Physical Review Letters 78: 5–8. doi.org
• Mohideen, U. & Roy, A. (1998). Precision measurement of the Casimir force from 0.1 to 0.9 μm. Physical Review Letters 81: 4549. arxiv.org
• MacTutor. A history of zero. mathshistory.st-andrews.ac.uk
• Sigler, L. E. (2002). Fibonacci’s Liber Abaci: a translation into modern English, ch. 1. Springer. doi.org
• Stanford Encyclopedia of Philosophy. Set theory (von Neumann ordinals). plato.stanford.edu
• Wiktionary. zero; cipher; nothing (citing the OED). en.wiktionary.org
• dexonline. nimic (DEX, DER, CADE, Șăineanu); zero. dexonline.ro