Πέμπτη, 4 Μαρτίου 2010

Η Μεγάλη Έκρηξη κόντρα στο Αέναο Σύμπαν

Από τον Δρ. Χαρίτονα Τομπουλίδη

Όταν ήμουνα μικρός, αλλά και όταν σπούδαζα μαθηματικά και αστρονομία στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, ήθελα να μάθω πώς δημιουργήθηκαν όλα αυτά τα πράγματα που βρίσκονται γύρω μου. Πως δημιουργήθηκε ο ήλιος, τα άστρα. Πως δημιουργήθηκε το σύμπαν. Αυτή ήταν και η αιτία που έγινα αστρονόμος. Ήθελα να λύσω το αιώνιο πρόβλημα που απασχολεί όλους του ανθρώπους, όλων των εποχών: Πως δημιουργήθηκε το σύμπαν. Να γίνω δηλαδή κοσμολόγος. Τελικά έγινα αστρονόμος και ακόμη ψάχνω να βρω την απάντηση, ύστερα από 35 χρόνια έρευνας.

Όλοι οι άνθρωποι μοιράζονται το ίδιο ερώτημα μ΄ εμένα και όλοι ψάχνουν να βρουν απαντήσεις. Απαντήσεις στο αιώνιο αυτό πρόβλημα δίνουν όλες οι θρησκείες και πάρα πολλά φιλοσοφικά συστήματα και φιλόσοφοι ανά τους αιώνες απάντησαν θεωρητικά στο ερώτημα αυτό.

Σήμερα όμως με την ανάπτυξη των επιστημών και της τεχνολογίας πολλές από τις απλοϊκές απαντήσεις που δίνονταν από τις θρησκείες και τους φιλοσόφους έχουν καταργηθεί. Η επιστήμη είναι η κοινή γλώσσα, ο κοινός παράγοντας που ενώνει όλους τους ανθρώπους ανεξαρτήτου θρησκείας, ιδεολογίας ή καταγωγής. Και αυτή σήμερα μας δίνει κάποιες απαντήσεις στο αιώνιο αυτό πρόβλημα της δημιουργίας.

Σήμερα λοιπόν όλοι παραδεχόμαστε ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε ύστερα από μια μεγάλη έκρηξη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Ήταν όμως αυτή η μεγάλη έκρηξη, η αρχή της δημιουργίας ή ήταν μήπως μια από τις πολλές εκρήξεις που συμβαίνουν στο σύμπαν;

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι η επικρατούσα θεωρία σήμερα για τη δημιουργία του Σύμπαντος και όλων των παραγόντων του. Δηλαδή του χρόνου, του χώρου, της ύλης, της ακτινοβολίας και αργότερα και της βιολογικής ζωής. Αυτή όμως η θεωρία αφήνει πολλά ερωτήματα αναπάντητα. Όπως: Τί ήταν αυτό που δημιούργησε την έκρηξη; Πώς δημιουργήθηκαν οι γαλαξίες; Πώς δημιουργήθηκε η ζωή; Θα μπορούμε κάποτε να δούμε την αρχή της δημιουργίας;

Εφέτος γιορτάζουμε το 2009 σαν παγκόσμιο έτος αστρονομίας. Γιατί; Γιατί το 1609 για πρώτη φορά στην ιστορία του ο άνθρωπος έστρεψε το τηλεσκόπιο- ένα όργανο που ανακαλύφθηκε το 1608- προς τον ουρανό και άλλαξε όλη την ιστορία της ανθρωπότητας. Πέρασαν όμως αιώνες μέχρι να αφήσουμε τη Γη μας σαν το κέντρο του σύμπαντος ή ακόμη και του ηλιακού μας συστήματος. Τα σχολικά βιβλία της Ελλάδας άρχισαν να γράφουν περί ηλιοκεντρικού συστήματα και όχι γεωκεντρικού δύο αιώνες αργότερα.

Τι θα γράφουν τα βιβλία του 22ου αιώνα; Θα γράφουν για τις ανακαλύψεις που έκανε ο WMAP, στις αρχές του 21ου αιώνα και που άλλαξαν όλον τον τρόπο σκέψης της ανθρωπότητας για τη δημιουργία του σύμπαντος. Και θα πάρει αυτή τη φορά πολύ λιγότερο από έναν αιώνα μέχρι να το αποδεχθεί ο κοινός άνθρωπος και να το περάσει στα σχολικά βιβλία. Μα τι είναι ο WMAP και τι έκανε;

Ο WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) είναι ένας δορυφόρος μέτρησης της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, που μας παρουσίασε τις μετρήσεις του σε έναν χάρτη του ουράνιου θόλου και μας έκανε να αλλάξουμε ότι πιστεύαμε για το σύμπαν και τις θεωρίες μας περί κοσμολογίας.

Μας έδειξε ότι στην αρχή της δημιουργίας υπήρχε ανισοτροπία στην κατανομή της ακτινοβολίας και της ύλης που ίσως να ήταν η αιτία που δημιουργήθηκαν οι γαλαξίες. Μας έδειξε αυτός, μαζί με άλλες επιπλέον παρατηρήσεις, ότι εμείς βλέπουμε μόνο το 4% του σύμπαντος και ότι το 73% είναι σκοτεινή ενέργεια και το 23% σκοτεινή ύλη, Μας έδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενο και ότι είναι και επίπεδο. Πώς θα τα εξηγήσει αυτά όλα η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης; Ίσως αντί να τροποποιηθεί η ίδια έπρεπε να βρει μηχανισμούς που να εξηγούν την εικόνα αυτή του σύμπαντος που μας δίνουν αυτές οι νέες παρατηρήσεις. Και ποιοι είναι αυτοί οι μηχανισμοί που επινοήθηκαν;

Είναι το πληθωριστικό σύμπαν και η ανθρωπική αρχή, το πολυσύμπαν και η ενέργεια του κενού. Η ανισοτροπία στην ακτινοβολία υποβάθρου, που προέρχεται σύμφωνα με το μοντέλο, από την περίοδο πριν από 13,3 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, δηλαδή περίπου 380 000 χρόνια μετά τη δημιουργία του σύμπαντος από μια μεγάλη έκρηξη, οφείλεται στην πληθωρηστική ενέργεια. Τι είναι αυτή η ενέργεια; Είναι μια ενέργεια που υποχρέωσε το σύμπαν στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου, μετά την Μεγάλη Έκρηξη να διασταλεί εκθετικά, δηλαδή, το σύμπαν διαστέλλονταν με ταχύτητες πολύ μεγάλες, μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός. Ο πληθωρισμός αυτός, που όπως είπα οφείλονταν στην πληθωριστική ενέργεια και στην βαρύτητα διήρκεσε 10 ˉ³° sec.Από τον χρόνο αυτό και μετά το Σύμπαν διπλασιάζονταν σε μέγεθος κάθε 10 ˉ³³ sec ( ο δείκτης είναι 35 όχι 33) . Οι ασύλληπτοι αυτοί ρυθμοί διπλασιασμού του μεγέθους του σύμπαντος σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα προκάλεσαν τις ανισοτροπίες στην ακτινοβολία υποβάθρου που παρατήρησε ο WMAP πριν λίγα χρόνια. Οι ανισοτροπίες αυτές εξηγούν και τη δημιουργία των γαλαξιών . Το σύμπαν μετά από 380 000 χρόνια από τη δημιουργία του, πέρασε στην εποχή της ύλης και έγινε ομογενές και ισότροπο συνεχιζόμενο να διαστέλλεται. Τα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία, έδωσαν τη δυνατότητα στις αναπτυγμένες μορφές ζωής, σαν εμάς, να δημιουργηθούν, και σαν συνείδηση του σύμπαντος να ψάχνουν σήμερα να ανακύψουν τις ρίζες τους και τις ρίζες της δημιουργίας του οίκου τους, του Σύμπαντος.

Νέες όμως παρατηρήσεις δείχνουν ότι το Σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται πάλι επιταχυνόμενο και να είναι επιπλέον και επίπεδο. Τι σημαίνει αυτό, ή μάλλον πως εξηγείται; Η πληθωριστική ενέργεια που υπήρχε στην αρχή και ίσως εξαφανίστηκε μετά, αύξησε την πυκνότητα της συνολικής ακτινοβολίας του Σύμπαντος και σήμερα αυτή άρχισε να δρα απωθητικά . Έγινε μια «σκοτεινή ενέργεια», που μαζί με κάποια «σκοτεινή ύλη», που δε γνωρίζουμε από τι αποτελούνται ούτε η μια ούτε η άλλη, «τανύζουν» το σύμπαν σαν ένα σεντόνι που το τραβάμε από τις άκρες και το κάνουμε επίπεδο.

Δεν θυμίζουν όλα αυτά την «πεμπτουσία» του Αριστοτέλη ή την κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν ; Εισάγουμε δυνάμεις σκοτεινές και ύλες σκοτεινές για να δικαιολογήσουμε τις παρατηρήσεις της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του. Μήπως όλα αυτά μοιάζουν με παραμύθια; Μήπως οι απόγονοι μας μετά από κανά δύο αιώνες δεν θα γελάνε μαζί μας;

Μια νέα θεωρία για να εξηγήσει τη δημιουργία και την εξέλιξη του Σύμπαντος προτάθηκε πριν μερικά χρόνια από δύο επιστήμονες από τις δύο μεριές του Ατλαντικού. Τον Πολ Στάϊνχαρτ, αστροφυσικό του πανεπιστημίου του Πρίνστον και τον Νιλ Τούροκ, φυσικομαθηματικό του πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ. Το μοντέλο τους είναι το μοντέλο του Αέναου Σύμπαντος (Endless Universe) που το περιγράφουν όμορφα μαζί με το ιστορικό του στο βιβλίο τους με τον ίδιο τίτλο που κυκλοφόρησε στα ελληνικά από τις εκδόσεις ΑΒΓΟ, το 2008.

Το μοντέλο αυτό στηρίζεται στις νέες θεωρίες των υπερχορδών που προσπαθούν να παντρέψουν τις τρεις βασικές δυνάμεις ή αλληλεπιδράσεις του Σύμπαντος (την ηλεκτρομαγνητική, την ασθενή και την ισχυρή) με την τέταρτη, την βαρύτητα. Δηλαδή η μαθηματική του εξήγηση στηρίζεται στην κβαντική βαρύτητα.

Κατά το μοντέλο αυτό, ή Μεγάλη Έκρηξη είναι μια από τις ατελείωτες εκρήξεις που διαπερνά το Σύμπαν μας και επαναλαμβάνονται κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια. Το Σύμπαν μας είναι μία από τις Μ βράνες (από τη λέξη μεμβράνη και διεθνώς ) που υπάρχουν και που συγκρούσθηκε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια με μια άλλη βράνη (ένα παράλληλο σύμπαν) και έδωσε υφή στην ύπαρξη των γαλαξιών, των αστέρων και των ανθρώπων. Οι εκρήξεις αυτές των βρανών λαμβάνουν χώρα, όταν οι βράνες μετατοπίζονται σε διαστάσεις όπου η βαρύτητα παίζει βασικό ρόλο. Και οι μετατοπίσεις των βρανών αυτών γίνονται συνέχεια. Και όταν πλησιάσουν πολύ η μία στην άλλη και έρθουν σε επαφή, συγκρούονται και έχουμε τη δημιουργία ενός νέου «σύμπαντος». Έχουμε δηλαδή μια συνεχή δημιουργία. Ένα κυκλικό μοντέλο και όχι γραμμικό όπως είναι το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, το καθιερωμένο μοντέλο.

Στο κυκλικό μοντέλο, η αρχική ανωμαλία που είναι η αρχή της δημιουργίας του χρόνου, χώρου και του σύμπαντος γενικά, στο μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, δεν είναι τίποτε άλλο παρά μια γέφυρα από ένα παρελθόν γεμάτο ατελείωτους επαναλαμβανόμενους κύκλους εξέλιξης, κάθε ένας από τους οποίους συνοδεύεται από τη δημιουργία νέας ύλης, νέων γαλαξιών, νέων αστέρων και καινούριας ζωής. Γλιτώνει έτσι από τα προβλήματα της αρχικής δημιουργίας, καθώς και των πληθωριστικών δυνάμεων που δημιουργούν τις αρχικές ανισοτροπίες, μετά την ομαλότητα και μετά ξανά τις ανισοτροπίες στο τέλος. Το σύμπαν δηλαδή δεν είναι κάτι το ιδιαίτερο σε ένα πολυσύμπαν όπου εμείς κατοικούμε και η ζωή να δημιουργείται κάτω από ιδιαίτερες συνθήκες.

Στο κυκλικό μοντέλο το σύμπαν είναι πανταχού ίδιο. Κάθε περιοχή του διαστήματος περνάει από μια περίοδος ελεγχόμενης εξέλιξης, στο πλαίσιο μιας σειράς από τακτικά επαναλαμβανόμενους κύκλους. Οι κύκλοι ξεκινούν από μια έκρηξη – όχι την Μεγάλη Έκρηξη – και καταλήγουν σε μια σύνθλιψη, ενώ η σκοτεινή ενέργεια παίζει κρίσιμο ρόλο στην ομαλή διαδοχή τους, όχι στην επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος. Σε κάθε περιοχή του διαστήματος δημιουργούνται γαλαξίες, άστρα, πλανήτες και προφανώς ζωή, ξανά και ξανά. Το σύμπαν δεν είναι ούτε στατιστικό θαύμα, ούτε μία απίστευτη εύνοια της τύχης, αλλά το φυσιολογικό, αποτέλεσμα μιας δυναμικής εξελικτικής διαδικασίας, που διέπεται από τους νόμους της φύσης.

Αλλά από την άλλη εμείς ζούμε σε μια συμπαντική μεμβράνη εννιά διαστάσεων, που μέσω ενός κενού διαχωριζόμαστε από άλλες μεμβράνες συμπαντικές εννιά διαστάσεων. με τις οποίες συγκρουόμαστε και έτσι δημιουργείται μια νέα μεμβράνη όπου αναγεννιούνται όσα βλέπουμε γύρω μας. Ένας συνεχής δηλαδή συμπαντικός χορός. Αυτά όμως δεν είναι απλές θεωρίες. Είναι μοντέλα μαθηματικά που στηρίζονται συνεχώς σε παρατηρήσεις και πειράματα, τόσο πάνω στη Γη, όσο και στο διάστημα και σε υπόγειες τεράστιες σήραγγες επιταχυντών στοιχειωδών σωματιδίων.

Ζούμε σε μια εξαίρετη χρονική περίοδο όπου τα διάφορα κοσμολογικά μοντέλα δεν παραμένουν φιλοσοφικά ή θρησκευτικά λατρευτικά μοντέλα. Όλα δοκιμάζονται στην πράξη και σε πειράματα και όλα θα δοκιμασθούν στο μέλλον. Και όπως είπε ένας από τους συγγραφείς σε μία συνέντευξη του, όταν πολλοί τον ρωτούν τι θα κάνει αν τελικά το κοσμολογικό του μοντέλο καταρριφθεί. «Εγώ βέβαια δε θα αυτοκτονήσω. Σίγουρα θα απογοητευτώ, αλλά από την άλλη μεριά, η αποτυχία μου θα σημαίνει πρόοδο για την επιστήμη. Θα σημαίνει ότι η κοσμολογία «κλείνει την πόρτα» στο ενδεχόμενο που υπονοεί η θεωρία μας». Και αυτή είναι η ομορφιά της επιστήμης της κοσμολογίας και γενικά της επιστήμης. Να μην είναι καλυμμένη μέσα σ΄ ένα μόνο μοντέλο της δημιουργίας του σύμπαντος αλλά να δέχεται και άλλα και να τα δοκιμάζει στην πράξη. Όπως είπε ο Μπρεχτ: «Δεν μπορείς να σβήσεις από τη μάτια του ανθρώπου όσα έχουν δει» με αφορμή τη περίπτωση του Γαλιλαίο Γαλιλέι.

Σήμερα, για να παραφράσω λίγο τα λόγια του Τσάλς Ντίκενς, ζούμε στην καλύτερη εποχή και συγχρόνως στην χειρότερη. Είναι ο καιρός της σοφίας και ο καιρός της ανοησίας,. Καιρός της πίστης αλλά και της δυσπιστίας. Είναι ο καιρός των Φώτων, αλλά και η εποχή του Σκότους. Είναι η άνοιξη της ελπίδας, αλλά και ο χειμώνας της απόγνωσης.

Επομένως στο έτος 2009 είναι ακόμη πολύ νωρίς να προβλέψουμε πιο από τα δύο μοντέλα, αν όχι κάποιο τρίτο, θα φιλοξενείται στα σχολικά βιβλία του επόμενου αιώνα. Μπορούμε όμως όλοι μας να παρακολουθήσουμε πως εξελίσσεται και περνάει στην ωριμότητα μια νέα θεωρία, και πως μια ώριμη θεωρία ανανεώνεται και αναζωογονείται από την πρόκληση. Μπορούμε να απολαύσουμε την αντιπαράθεση των δύο εναλλακτικών οραμάτων για το σύμπαν και να παρεμβαίνουμε δυναμικά υπέρ του ενός ή του άλλου, σύμφωνα με τις δικές μας προσωπικές πεποιθήσεις όσο το τελικό αποτέλεσμα παραμένει αβέβαιο. Κι όλα αυτά μπορούμε να τα κάνουμε όντας βέβαιοι ότι η αντιπαράθεση δεν θα συνεχιστεί επ΄ άπειρον.

Χαρίτων Τομπουλίδης, Δρ αστροφυσικής

Δεν υπάρχουν σχόλια: