Όταν
η επιστήµη, η οποία παραδέχεται µόνο τις εµπειρικές αποδείξεις, αρχίζει
να προσπαθεί να λύσει φιλοσοφικά ερωτήµατα χρησιµοποιώντας πολλές φορές
σαν όπλο της την πίστη, κάτι καλό συµβαίνει. Ειδικά στην αστρονοµία,
πολλά χρόνια µετά την διατύπωση της θεωρίας των χορδών, άρχισαν οι
αστροφυσικοί να ανοίγουν το µυαλό τους και να ενστερνίζονται σιγά-σιγά
νέες καινοτόµες ιδέες και να δέχονται πράγµατα που αλλιώς µόνο µε την
πίστη θα µπορούσαν να τα δεχθούν. Η ύπαρξη πολλαπλών διαστάσεων και
συµπάντων µέχρι πρότινος µόνο στη σφαίρα της φαντασίας µπορούσε να
ισχύει. Κι αυτό γιατί δεν υπάρχει – προς το παρόν – απόδειξη παρά µόνο
ενδείξεις. Η απουσία απόδειξης όµως δεν συνιστά και απόδειξη απουσίας.
Κι όµως είµαστε σε καλό δρόµο. Όσο υπάρχουν ερευνητές όπως ο Brian
Greene που πιστεύουν σε κάτι περισσότερο απ’ αυτό που µπορούν να
αποδείξουν, η συλλογική συνειδητότητα θα αυξάνει τις δονήσεις της…
“Αυτό που µε ενδιαφέρει πραγματικά είναι αν ο Θεός είχε επιλογή στη δημιουργία του κόσµου”.
Με αυτόν τον τρόπο ο Άλµπερτ Αϊνστάιν, µε τον χαρακτηριστικό του ποιητικό τρόπο, αναρωτήθηκε αν το σύµπαν µας είναι το µοναδικό.
Η αναφορά στον Θεό µπορεί εύκολα να παρεξηγηθεί, αν και η φύση του
ερωτήµατος του Αϊνστάιν δεν ήταν θεολογική. Ήθελε να µάθει αν οι φυσικοί
νόµοι δημιούργησαν υποχρεωτικά ένα µοναδικό σύµπαν – το δικό µας –
γεµάτο µε γαλαξίες, άστρα και πλανήτες. Ή αντίθετα, όπως οι εκθέσεις
αυτοκινήτων κάθε χρόνο ανανεώνουν τα εκθέµατά τους, αν θα επέτρεπαν
πολλά σύµπαντα µε διαφορετικά χαρακτηριστικά το καθένα. Σε αυτή την
περίπτωση, είναι η υπέροχη πραγµατικότητα όπως την ξέρουµε – µέσα από πανίσχυρα
τηλεσκόπια και τεράστιους επιταχυντές σωµατιδίων – το αποτέλεσµα κάποιας
τυχαίας διαδικασίας, µιας κοσµικής ζαριάς η οποία επέλεξε τα δικά µας
χαρακτηριστικά µέσα από µια πληθώρα πιθανοτήτων; Ή µήπως υπάρχει µια
βαθύτερη εξήγηση του λόγου που τα πράγµατα είναι όπως είναι;
Στις µέρες του Αϊνστάιν, η πιθανότητα το σύµπαν µας να µπορούσε να
είχε δηµιουργηθεί διαφορετικά ήταν ένας γρίφος για τους επιστήµονες.
Πρόσφατα όµως, αυτό το ερώτηµα άρχισε να απασχολεί πολύ πιο σοβαρά τους
φυσικούς. Και αντί απλά να φανταζόµαστε πως το σύµπαν µας θα µπορούσε να
έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά, οι υποστηρικτές τριών ανεξάρτητων
θεωριών σήµερα µας δείχνουν ότι υπάρχουν και άλλα σύµπαντα – ξεχωριστά
από το δικό µας – τα περισσότερα κατασκευασµένα από διαφορετικά είδη
σωµατιδίων και που διέπονται από διαφορετικές δυνάµεις, δηµιουργώντας
όλα µαζί έναν τεράστιο Κόσµο.
Το πολυσύµπαν – όπως ονοµάζεται αυτός ο τεράστιος Κόσµος – είναι µια
από τις πιο πολωτικές έννοιες που προέκυψαν από την φυσική τις
τελευταίες δεκαετίες, δηµιουργώντας θερµές αντιπαραθέσεις µεταξύ εκείνων
που προτείνουν ότι αυτό είναι το επόµενο στάδιο στην κατανόηση της
πραγµατικότητας κι εκείνων που ισχυρίζονται πως είναι ανοησία, µια
παρωδία που γεννήθηκε από θεωρητικούς φυσικούς οι οποίοι άφησαν την
φαντασία τους ανεξέλεγκτη.
Τι από τα δύο λοιπόν ισχύει; Και γιατί θα πρέπει να µας ενδιαφέρει;
Για να κατανοήσουµε την απάντηση θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουµε την
µεγάλη έκρηξη.
Η αναζήτηση της έκρηξης
Το 1915, ο Αϊνστάιν δηµοσίευσε την σπουδαιότερη από τις εργασίες του,
την γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία αποτελούσε το αποκορύφωµα
δεκαετούς έρευνας πάνω στην κατανόηση τη δύναµης της βαρύτητας. Η θεωρία
του ήταν ένα θαύµα µαθηµατικής οµορφιάς, η οποία περιείχε εξισώσεις που
εξηγούσαν τα πάντα, από τις κινήσεις των πλανητών µέχρι την τροχιά το
φωτός των άστρων µε απίστευτη ακρίβεια.
Μέσα σε λίγα χρόνια, επιπλέον µαθηµατικές αναλύσεις συµπέραναν πως το
ίδιο το διάστηµα διαστέλλεται, τραβώντας µαζί του όλους τους γαλαξίες
µακριά τον έναν από τον άλλον. Αν και ο Αϊνστάιν αρχικά αντιστάθηκε
σθεναρά σ’ αυτήν την αναπάντεχη εµπλοκή της θεωρίας του, παρατηρήσεις
που έγιναν από τον µεγάλο Αµερικανό αστρονόµο Edwin Hubble, την
επιβεβαίωσαν. Και σε µικρό χρονικό διάστηµα, οι επιστήµονες σκέφτηκαν
πως αν το διάστηµα διαστέλλεται τώρα, τότε παλιότερα το σύµπαν θα έπρεπε
να ήταν µικρότερο. Κάποια στιγµή στο απώτερο παρελθόν, όλα όσα βλέπουµε
– τα συστατικά όλων των πλανητών, όλων των άστρων, όλων των γαλαξιών,
ακόµα και το ίδιο το διάστηµα – πρέπει να ήταν συµπιεσµένα σε µια
απειροελάχιστη κουκκίδα η οποία διεστάλη και εξελίχθηκε στο σύµπαν όπως
το γνωρίζουµε.
Έτσι γεννήθηκε η θεωρία της µεγάλης έκρηξης. Στις δεκαετίες που
ακολούθησαν, η θεωρία απέκτησε απίστευτη υποστήριξη. Κι όµως, οι
επιστήµονες ήξεραν πως η θεωρία είχε ένα πολύ σηµαντικό µειονέκτηµα.
Βασικά της έλειπε η έκρηξη. Οι εξισώσεις του Αϊνστάιν κάνουν
καταπληκτική δουλειά στο να περιγράψουν πώς εξελίχθηκε το σύµπαν ένα
κλάσµα του δευτερολέπτου µετά την µεγάλη έκρηξη, αλλά καταρρέουν (όπως
ένας υπολογιστής χειρός όταν προσπαθείτε να διαιρέσετε το 1 µε το 0)
όταν εφαρµοστούν στο ακραίο περιβάλλον της πρώτης στιγµής του σύµπαντος.
Η µεγάλη έκρηξη λοιπόν δεν µπορεί να µας δώσει στοιχεία για το τι ήταν
αυτό που δηµιούργησε την ίδια την έκρηξη.
Καύσιµο για την φωτιά
Το 1980, ο φυσικός Alan Guth πρότεινε µια βελτιωµένη έκδοση της
θεωρίας της µεγάλης έκρηξης, η οποία ονοµάζεται πληθωριστική κοσµολογία
και η οποία υποσχόταν να γεµίσει αυτό το κρίσιµο κενό. Η πρόταση
επικεντρωνόταν σε ένα υποθετικό κοσµικό καύσιµο, το οποίο αν ήταν
συγκεντρωµένο σε µια πολύ µικρή περιοχή, θα µπορούσε να δηµιουργήσει µια
µικρή αλλά πανίσχυρη εξώθηση του διαστήµατος – µια τεράστια έκρηξη. Για
την ακρίβεια, οι µαθηµατικοί υπολογισµοί έδειξαν πως η εξώθηση αυτή θα
µπορούσε να είναι τόσο ισχυρή που οι µικροσκοπικοί κυµατισµοί της
κβαντικής σφαίρας θα είχαν τεντωθεί τόσο πολύ που θα είχαν απλωθεί σε
όλο το διάστηµα. Όπως το υπερεκτεινόµενο ελαστικό ύφασµα δείχνει τα
σχέδια της ύφανσής του, έτσι και οι κυµατισµοί αυτοί δείχνουν το
ακριβές σχέδιο των µικροσκοπικών διακυµάνσεων της θερµοκρασίας, η οποία
είναι ελαφρώς υψηλότερη και ελαφρώς χαµηλότερη σε διάφορα σηµεία. Στις
αρχές του 1990, ο δορυφόρος Cosmic Microwave Background Explorer
(Κοσµικός Ερευνητής Ακτινοβολίας Υπόβαθρου) της NASA, εντόπισε πρώτος
αυτές τις διακυµάνσεις της θερµοκρασίας, δίνοντας βραβείο Νόµπελ στους
αρχηγούς της οµάδας John Mather και George Smoot.
Μέρος Πρώτο: Η ιστορία και το µυστήριο
Το 1929, ο αστρονόµος Edwin Hubble ανακάλυψε πως οι µακρινοί γαλαξίες
αποµακρύνονταν από εµάς και ότι το ίδιο το διάστηµα διαστελλόταν. Αυτή
ήταν µια επαναστατική ιδέα. Η επικρατούσα θεωρία µέχρι τότε έλεγε πως το
σύµπαν ήταν στατικό και σε ένα πράγµα συµφωνούσαν όλοι: πως το σύµπαν
θα έπρεπε να επιβραδύνει.
Προχωράµε γρήγορα στη δεκαετία του ’90, όπου δύο οµάδες αστρονόµων
που κέρδισαν το βραβείο Νόµπελ αποφάσισαν να µετρήσουν τον ρυθµό µε τον
οποίο επιβράδυνε το σύµπαν. Ανακάλυψαν όµως πως συνέβαινε ακριβώς το
αντίθετο: το σύµπαν διαστέλλεται. Αυτή ήταν µεγάλη έκπληξη για τους
αστρονόµους. Η επόµενη ερώτηση ήταν: ποια δύναµη δηµιουργεί αυτή τη
συµπεριφορά; Η βαρύτητα µπορεί να απωθήσει εκτός από το να έλξει.
Σύµφωνα µε τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, αν το σύµπαν είναι γεµάτο µε µια
οµοιόµορφη, αόρατη οµίχλη, η βαρύτητα αυτής της οµίχλης θα ήταν
απωθητική. Και η απωθητική βαρύτητα που είναι γνωστή ως σκοτεινή
ενέργεια, είναι αυτό ακριβώς που χρειάζεται για να εξηγηθεί η έννοια ότι
οι γαλαξίες απωθούν ο ένας τον άλλον και προκαλούν την επιτάχυνση της
διαστολής του σύµπαντος και όχι την συστολή του.
Κι εδώ έρχεται το µυστήριο: όταν οι αστρονόµοι προσπάθησαν να
υπολογίσουν πόση ακριβώς σκοτεινή ενέργεια χρειάζεται για να επιταχυνθεί
η διαστολή του σύµπαντος, κατέληξαν σε ένα νούµερο το οποίο ήταν
“θεαµατικά µικρό”. Το µυστήριο λοιπόν ήταν να µπορέσουν να εξηγήσουν
αυτό το νούµερο. Ήθελαν όµως η απάντηση να βγαίνει µέσα από τους
φυσικούς νόµους. Κανείς όµως δεν έχει καταφέρει να κάνει κάτι τέτοιο
µέχρι τώρα. Θα έπρεπε όµως να µας ενδιαφέρει κάτι τέτοιο; Φυσικά. Μπορεί
να πρόκειται για µια τεχνική λεπτοµέρεια, αλλά η λεπτοµέρεια κάνει τη
διαφορά. Και τελικά, µια λεπτοµέρεια που µπορεί ενδεχοµένως να εξηγήσει
τα πολλαπλά σύµπαντα, θα έπρεπε να µας ενδιαφέρει.
Μέρος δεύτερο: Η λύση του µυστηρίου
Η κεντρική ιδέα της θεωρίας των χορδών είναι αρκετά απλή. Αν
εξετάσουµε ένα κοµµάτι ύλης µε όλο και µεγαλύτερη ανάλυση, πρώτα θα
δούµε µόρια, µετά άτοµα και µετά υποατοµικά σωµατίδια. Εξετάζοντας αυτά
τα σωµατίδια, θα βρούµε κάτι άλλο: ένα λεπτό, δονούµενο νήµα ενέργειας,
µια µικρή δονούµενη χορδή. Αυτές οι χορδές είναι που δονούνται και
δηµιουργούν όλα τα διαφορετικά σωµατίδια που φτιάχνουν την “κοσµική
συµφωνία ολόκληρου του πλούτου που υπάρχει στον κόσµο γύρω µας”.
Όµως, τα µαθηµατικά της θεωρίας των χορδών δεν λειτουργούν. Δηλαδή
δεν λειτουργούν αν δεν επιτρέψουµε την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων, εκτός
των τριών που ήδη γνωρίζουµε – µήκος, πλάτος, ύψος. Η θεωρία των χορδών
λέει πως υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις διπλωµένες σε τόσο µικρό χώρο που
δεν ανιχνεύονται. Αν και είναι κρυµµένες όµως, έχουν µια πολύ σηµαντική
επίπτωση: το σχήµα αυτών των επιπλέον διαστάσεων περιορίζει τον τρόπο
µε τον οποίο δονούνται. Και φυσικά, η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας
σε κάθε σύµπαν επίσης καθορίζεται από το σχήµα των επιπλέον διαστάσεών
του. Τώρα λοιπόν πρέπει να ανακαλύψουµε το σχήµα αυτών των διαστάσεων.
Κι ένα ακόµα πρόβληµα: δεν ξέρουµε µε ποιον τρόπο µπορούµε να το
κάνουµε. Και αν και στην αρχή υπήρχαν µόνο πέντε πιθανά σχήµατα γι’
αυτές τις διαστάσεις, τώρα υπάρχουν δισεκατοµµύρια, 10500 για την
ακρίβεια. Κάποιοι ερευνητές απογοητεύτηκαν. Και τότε προτάθηκε µια λύση.
Να αντιστρέψουµε το πρόβληµα. Ίσως σε ένα πολυσύµπαν, τα σχήµατα αυτά
να είναι κατανεµηµένα επί ίσοις όροις. Ίσως να είναι όλα τα σύµπαντα
πραγµατικά, αλλά µε διαφορετικά σχήµατα, µε διαφορετικά χαρακτηριστικά
και µε διαφορετική ποσότητα σκοτεινής ύλης. Αντί λοιπόν να προσπαθούµε
να απαντήσουµε στις λάθος ερωτήσεις, καλύτερα είναι να ξανασκεφτούµε το
πρόβληµα. Ίσως η σωστή ερώτηση είναι γιατί οι άνθρωποι βρίσκονται σε
ένα σύµπαν µε αυτή τη συγκεκριµένη ποσότητα σκοτεινής ενέργειας, αντί να
βρίσκονται σε κάποιο από τις υπόλοιπες πιθανότητες; Άλλωστε, τα
σύµπαντα µε περισσότερη σκοτεινή ενέργεια απ’ όση υπάρχει εδώ εκρήγνυνται αµέσως µετά την δηµιουργία τους και δεν σχηµατίζονται
γαλαξίες. Τα σύµπαντα µε µικρότερη ποσότητα σκοτεινής ενέργειας
υφίστανται ταχύτατη ενδόρρηξη (έκρηξη προς τα µέσα) και πάλι δεν
δηµιουργούνται γαλαξίες. Και χωρίς γαλαξίες δεν υπάρχει καµία πιθανότητα
δηµιουργίας άστρων και πλανητών, οπότε δεν υπάρχει η πιθανότητα ζωής σ’
αυτά τα σύµπαντα.
Μέρος τρίτο: Η κοσµολογική θεωρία που ολοκληρώνει την ιστορία
Συχνά οραµατιζόµαστε µια κοσµική έκρηξη η οποία δηµιούργησε το σύµπαν
µας και έσπρωξε το διάστηµα προς τα έξω. Η θεωρία της µεγάλης έκρηξης
αφήνει απ’ έξω, όπως είπαµε, την ίδια την έκρηξη και µας λέει πώς
εξελίχθηκε το σύµπαν µετά απ’ αυτήν, χωρίς να µας δίνει κανένα στοιχείο
ως προς τι ήταν αυτό που την δηµιούργησε.
Η πληθωριστική κοσµολογία περιγράφει ένα συγκεκριµένο είδος καυσίµου
το οποίο θα µπορούσε, µε φυσικό τρόπο, να παράγει το διαστελλόµενο
σύµπαν. Το καύσιµο αυτό είναι τόσο αποδοτικό που είναι αδύνατον να
χρησιµοποιηθεί όλο, κάτι που σηµαίνει πως θα µπορούσε να δηµιουργήσει
όχι µόνο την δική µας µεγάλη έκρηξη, αλλά και αµέτρητες άλλες, κάθε µια
από τις οποίες θα δηµιουργούσε µε την σειρά της ένα άλλο σύµπαν
διαφορετικό από το δικό µας. Αν ενώσουµε αυτή τη θεωρία µε την θεωρία
των χορδών, µπορούµε να φανταστούµε την ύπαρξη άλλων συµπάντων µε
επιπλέον διαστάσεις σε µια µεγάλη ποικιλία διαφορετικών σχηµάτων. Μόνο
σε σύµπαντα σαν το δικό µας τα φυσικά χαρακτηριστικά – όπως η ποσότητα
σκοτεινής ύλης – είναι σωστά ώστε να υπάρξει ζωή.
Φυσικά, κάποιες ερωτήσεις παραµένουν. Ας πούµε: θα µπορέσουµε ποτέ να
επιβεβαιώσουµε την ύπαρξη άλλων συµπάντων; Είναι πολύ δύσκολο να
φανταστούµε πώς θα µπορούσε να γίνει κάτι τέτοιο, δεν είναι όµως απίθανο
να το καταφέρουµε. Η πληθωριστική θεωρία έχει υποστηριχθεί και µε
παρατηρήσεις. Η µεγάλη έκρηξη θα πρέπει να ήταν τόσο ισχυρή που καθώς το
διάστηµα επεκτεινόταν, απειροελάχιστες κβαντικές διακυµάνσεις θα
περνούσαν από τον µικρόκοσµο στον µακρόκοσµο, δηµιουργώντας ένα
χαρακτηριστικό ίχνος στο διάστηµα, το οποίο έχουν εντοπίσει ήδη τα
ισχυρά µας τηλεσκόπια. Με τον ίδιο τρόπο, ίσως να µπορέσουµε να
εντοπίσουµε αν ένα άλλο σύµπαν συγκρουστεί µε κάποιο άλλο, παρατηρώντας
διαφορές στην θερµοκρασία.
Αν δεχτούµε αυτές τις ιδέες, αυτό σηµαίνει πως στο απώτερο µέλλον οι
γαλαξίες θα αποµακρύνονται τόσο γρήγορα που δεν θα µπορούµε πια να τους
δούµε, όχι λόγω τεχνολογικών περιορισµών, αλλά επειδή το φως τους δεν θα
µπορέσει ποτέ να διανύσει το όλο και επεκτεινόµενο κενό µεταξύ µας. Και
αυτό σηµαίνει πως οι αστρονόµοι του µέλλοντος δεν θα βλέπουν τίποτε
άλλο από µια ατέλειωτη στατική, σκοτεινή ακινησία. Αυτοί οι αστρονόµοι
µπορεί να κοιτάξουν στα αρχαία αρχεία που θα τους έχουµε αφήσει, αλλά
και πάλι µάλλον θα καταλήξουν στο ότι το σύµπαν είναι στατικό και
αµετάβλητο και το µόνο του χαρακτηριστικό θα είναι η µικρή όαση ύλης
στην οποία θα ζουν. Μια εικόνα του σύµπαντος που γνωρίζουµε ότι είναι
λανθασµένη. Και θα πιστέψουν τα αρχεία των αρχαίων αστρονόµων; Αυτό
είναι πάλλον απίθανο. Αυτό σηµαίνει πως ζούµε σε µια εξαιρετικά
προνοµιούχα εποχή.
Ποιος είναι ο Brian Greene
Ο Brian Greene είναι θεωρητικός φυσικός, καθηγητής στο τµήµα φυσικής
και µαθηµατικών του πανεπιστηµίου της Columbia. Έχει επικεντρωθεί στις
ενοποιηµένες θεωρίες για πάνω από 25 χρόνια και είναι περισσότερο γνωστός από τα βιβλία του σχετικά µε την δοµή του
σύµπαντος, αλλά κυρίως από την σειρά ντοκιµαντέρ µε τίτλο “Η Δοµή του
Κόσµου (The Fabric of the Cosmos)” και “Κοµψό Σύµπαν (The Elegant
Universe)”.
Ο Brian Green πιστεύει πως η επιστήµη πρέπει να γίνει προσιτή στο ευρύ κοινό µε συναρπαστικούς νέους τρόπους.
“Ο Greene έχει ένα σπάνιο ταλέντο να εξηγεί τις πιο δύσκολες
επιστηµονικές ιδέες έτσι ώστε όλοι να µπορούν να εκτιµήσουν τις
ευχάριστες και διορατικές εξηγήσεις του” – Jennifer Birriel στο
περιοδικό Astronomy.
Μετάφραση: Νίκος Πνευματικός, για το www.elenaera.com
Πηγή: http://www.briangreene.org
