Τρίτη, 21 Οκτωβρίου 2008

Τι υπήρχε πριν από τη γένεση του παντός;

Αν το Σύμπαν δημιουργήθηκε από μια μεγάλη έκρηξη, τότε τι ακριβώς προκάλεσε αυτήν την κοσμογονική έκρηξη; Και γιατί άραγε να έχει συμβεί μία μόνο φορά; Οι πιο απίστευτες κοσμολογικές θεωρίες επιχειρούν να κατανοήσουν την προϊστορία του Κόσμου για να προβλέψουν ίσως το απώτερο μέλλον του...

Μέχρι πρόσφατα η επιστήμη θεωρούσε ότι ακόμη και το να αναρωτηθεί κανείς σχετικά με το τι προκάλεσε ή έστω τι υπήρχε πριν από το Big Bang, την κοσμογονική έκρηξη που δημιούργησε το Σύμπαν, αποτελούσε ένα σχεδόν «μεταφυσικό» ερώτημα, ανάξιο της σοβαρής επιστημονικής έρευνας. Αν, σύμφωνα με την επικρατέστερη σήμερα κοσμολογική θεωρία, ο «χώρος» και ο «χρόνος» δεν υπήρχαν πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη αλλά δημιουργήθηκαν από αυτήν, τότε δεν έχει κανένα νόημα να ρωτάμε «πού» και «πότε» έλαβε χώρα η Μεγάλη Εκρηξη!

Πράγματι, για την «ορθόδοξη» κοσμολογία το να διερωτάται κανείς τι υπήρχε πριν από το Big Bang αποτελεί μια σχεδόν αιρετική απορία. Παραδόξως, μια ανάλογη και εξ ορισμού αιρετική απορία έχει διατυπωθεί από αρχαιοτάτων χρόνων ενάντια στις θρησκευτικές αντιλήψεις: αν ο Θεός δημιούργησε τα πάντα, τότε ποιος δημιούργησε τον Θεό; Ευτυχώς, στην επιστήμη η δογματική σκέψη και οι πρακτικές αποκλεισμού των ενοχλητικών ερωτημάτων σπανίως καταφέρνουν να ανακόψουν για πολύ την ανάπτυξη της γνώσης. Το αισιόδοξο αυτό συμπέρασμα φαίνεται να επιβεβαιώνουν και οι πρόσφατες εξελίξεις στην κοσμολογία.

Σήμερα, η επιστήμη της φυσικής είναι σε θέση να ανασυγκροτήσει ικανοποιητικά την ιστορία της δημιουργίας του Σύμπαντος μέχρι ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου μετά το Big Bang. Ωστόσο, σύμφωνα με πολλούς ειδικούς, αυτό το απειροελάχιστο κλάσμα του χρόνου που μας διαφεύγει αποτελεί το κλειδί για την κατανόηση τόσο της θεμελιώδους δομής όσο και της εξέλιξης του Σύμπαντος τα επόμενα 14 δισεκατομμύρια χρόνια.

Δύο χιλιετίες συστηματικής διερεύνησης της φύσης οδήγησαν τον 20ό αιώνα τους επιστήμονες στο εκπληκτικό συμπέρασμα ότι τα πάντα στο Σύμπαν δημιουργούνται από τις αλληλεπιδράσεις όλων των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης-ενέργειας, σύμφωνα με τις τέσσερις θεμελιώδεις φυσικές αλληλεπιδράσεις (δυνάμεις): της βαρύτητας, του ηλεκτρομαγνητισμού και της ασθενούς και ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Μεγάλο μέρος της ιστορίας της φυσικής ως επιστήμης μπορεί να περιγραφεί ως η μεγαλειώδης προσπάθεια να ενοποιηθούν σε ένα ενιαίο εξηγητικό πρότυπο, δηλαδή σε μια ευρύτερη και παντοδύναμη θεωρία, όλες οι δυνάμεις και όλα τα βασικά συστατικά τις ύλης.

Μετά την ενοποίηση -από τον Μάξγουελ- των μαγνητικών και ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων στην ενιαία ηλεκτρομαγνητική δύναμη, ο Αϊνστάιν κατάφερε να ενοποιήσει τη βαρύτητα με τον ηλεκτρομαγνητισμό, ενώ κατά τη δεκαετία του 1970 η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είχε καταφέρει να ενοποιήσει στο καθιερωμένο πρότυπο τις τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις. Μόνον η βαρύτητα αντιστέκεται πεισματικά στις προσπάθειες να την εντάξουν σε αυτό το εξηγητικό μοντέλο. Ωστόσο, το μέχρι σήμερα άπιαστο όνειρο μιας «θεωρίας των Πάντων» εξακολουθεί να αποτελεί τον τελικό στόχο της βασικής έρευνας στη φυσική.

Το πληθωριστικό Σύμπαν

Αυτές οι μεγάλες θεωρητικές ενοποιήσεις δεν άφησαν ανεπηρέαστη την κοσμολογία, η οποία μάλιστα αποτελεί για τη θεωρητική φυσική ένα ιδανικό εργαστήριο όπου οι ερευνητές δοκιμάζουν τις πιο εξωφρενικές θεωρίες τους. Για παράδειγμα, η καθαρά θεωρητική προοπτική της μεγάλης ενοποίησης των μικροσκοπικών και των μακροσκοπικών φαινομένων δεν θα είχε γίνει ποτέ αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα αν δεν υπήρχαν σοβαρές ενδείξεις από την «πραγματική» ιστορία του Σύμπαντος. Πράγματι, το επικρατέστερο σήμερα κοσμολογικό μοντέλο υποστηρίζει ότι μόλις έγινε το Big Bang, και στα αμέσως επόμενα στάδια, οι τέσσερις, διαφορετικές σήμερα, θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης ήταν τότε ενοποιημένες σε μια μοναδική και άκρως αινιγματική «υπερδύναμη», η οποία καθιστούσε ομοιόμορφο και σχεδόν ομοιογενές το πρώιμο Σύμπαν.

Για κάποιον ανεξήγητο λόγο, αυτή η αρχική συμμετρία έσπασε, πυροδοτώντας όλες τις μετέπειτα εξελίξεις. Στα επόμενα πρώιμα στάδια το νεογέννητο υπέρθερμο Σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται και να ψύχεται με έναν τρόπο «πληθωριστικό». Αρχικά αποσπάστηκε η δύναμη της βαρύτητας, ενώ οι υπόλοιπες τρεις δυνάμεις παρέμεναν ενωμένες. Αυτή η υπέρπυκνη φυσαλίδα του πρώιμου Σύμπαντος συνέχισε να διογκώνεται με εκρηκτικούς ρυθμούς, ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία του συνέχισε να πέφτει, ώσπου κάποια στιγμή αποσπάστηκε η ισχυρή πυρηνική δύναμη.

Τότε μόνο άρχισαν να σχηματίζονται, μέσα σε αυτή την «καυτή σούπα», όλα τα στοιχειώδη υποατομικά σωματίδια που, στα μετέπειτα στάδια, θα συγκροτήσουν τη συνολική ύλη-ενέργεια.

Σε αυτήν τη σκοτεινή φάση της εξέλιξής του το Σύμπαν ήταν απολύτως «αδιαφανές», επειδή το φως, για την ακρίβεια τα φωτόνια, απορροφούνταν αμέσως μόλις δημιουργούνταν. Μόλις όμως αποσπάστηκε η ασθενής πυρηνική δύναμη, άρχισε αυτομάτως και η σύνθεση των πρώτων ατομικών πυρήνων, ενώ τα φωτόνια έπαψαν να σκεδάζονται μέσα στην υπέρπυκνη κοσμική σούπα: το αρχέγονο φως διέφυγε επιτέλους και άρχισε να ταξιδεύει ελεύθερο.

Στα επόμενα στάδια η περαιτέρω πτώση της θερμοκρασίας, σε συνδυασμό με την ακατάπαυστη πυρηνοσύνθεση και τη σύντηξη των νεογέννητων πυρήνων, θα δημιουργήσουν τις προϋποθέσεις για τη διαμόρφωση των άστρων, των γαλαξιών και των πλανητών.

Κάπως έτσι, πριν από μερικά χρόνια, η σύγχρονη φυσική δοκίμασε να συνοψίσει σε ένα ενοποιημένο μοντέλο εξήγησης το λεγόμενο «Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο», τις μέχρι τότε εκπληκτικές ανακαλύψεις της κοσμολογίας και της σωματιδιακής φυσικής.

Η πρωταρχική ανωμαλία

Ωστόσο, και παρά τις εκπληκτικές προόδους που έχει να επιδείξει το «Καθιερωμένο Πρότυπο», δεν έλειψαν οι φωνές κάποιων ανικανοποίητων ερευνητών που δεν δίστασαν να επισημάνουν τα λογικά και επιστημονικά αδιέξοδα στα οποία οδηγεί η άκριτη αποδοχή αυτού του μοντέλου. Αρκετοί μάλιστα σοβαροί ερευνητές υποστηρίζουν ότι η ίδια η θεωρία του Big Bang δεν εξηγεί στην πραγματικότητα τίποτα. «Μολονότι αποκαλείται θεωρία της μεγάλης έκρηξης, δεν μας λέει απολύτως τίποτα για το ίδιο το γεγονός της μεγάλης έκρηξης! Δεν μας εξηγεί τι ήταν αυτό που εξερράγη ούτε τι προκάλεσε την έκρηξη· δεν μπορεί ούτε καν να περιγράψει τις συνθήκες αμέσως μετά την έκρηξη». Αυτά επισημαίνει, απολύτως δικαιολογημένα, ο Αλαν Γκαθ, ο επιφανής θεωρητικός φυσικός του ΜΙΤ, που συνέλαβε την επαναστατική θεωρία του «πληθωριστικού Σύμπαντος».

Αν μπορούσαμε να προβάλουμε την ταινία της δημιουργίας του Σύμπαντος προς τα πίσω, θα βλέπαμε το πρώιμο Σύμπαν να γίνεται ολοένα μικρότερο, πυκνότερο και απίστευτα θερμότερο. Οσο πλησιάζουμε στο σημείο μηδέν του χρόνου, οπότε υποτίθεται ότι άρχισε να μετρά το χρόνο το κοσμικό ρολόι, η θερμότητα αυξάνεται μέχρι που γίνεται δυνητικά άπειρη. Δυστυχώς όμως, σε αυτές τις ακραίες συνθήκες οι πολύτιμες εξισώσεις της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν μας είναι άχρηστες, αφού καμιά επιστημονική θεωρία δεν μπορεί να περιγράψει τι συμβαίνει όταν οι φυσικές ποσότητες (π.χ. θερμότητα, μάζα) τείνουν να γίνουν άπειρες! Μήπως αυτή η πρωταρχική «ανωμαλία», από την οποία ξεκίνησαν τα πάντα, αποτελεί το ανυπέρβλητο όριο των επιστημονικών μας γνώσεων; Μήπως, χωρίς να το συνειδητοποιούμε, φτάσαμε στο τέρμα της κοσμολογικής επιστημονικής μας περιπέτειας;

Οι συγκλονιστικές ανακαλύψεις της φυσικής έχουν πυροδοτήσει τις δυο τελευταίες δεκαετίες μια αχαλίνωτη παραγωγή των πιο εξωφρενικών θεωρητικών προτάσεων: από την κβαντική τηλεμεταφορά μέχρι την παλαβή εικασία ότι το Σύμπαν μας ίσως να είναι το προϊόν εργαστηριακών πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν σε κάποιο άλλο παράλληλο Σύμπαν! Τέτοιες «επιστημονικές» εικασίες δεν μπορούν να διαψευστούν αλλά ούτε βέβαια και να επιβεβαιωθούν, αφού, στην καλύτερη περίπτωση, έχουν προκύψει αποκλειστικά από την αυθαίρετη επένδυση τής, ομολογουμένως δημιουργικής, ανθρώπινης φαντασίας με κάποια αφηρημένα μαθηματικά μοντέλα, τα οποία, από τη φύση τους, είναι ικανά να «αποδεικνύουν» σχεδόν τα πάντα.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 24 Μαΐου 2008.

Ο αέναος κύκλος της δημιουργίας

Επί δεκαετίες, όλες οι εργώδεις προσπάθειες των φυσικών αποδείχτηκαν μάταιες· όλες ανεξαιρέτως απέτυχαν να υπερβούν το αδιαπέραστο εμπόδιο της «πρωταρχικής ανωμαλίας» που έχει υψώσει η αποδοχή της θεωρίας του Big Bang. Απροσδόκητα όμως, στα τέλη του 2001, δύο γνωστοί φυσικοί, ο Πολ Στάινχαρντ, καθηγητής Αστροφυσικής στο Πρίνστον, και ο Νιλ Τούροκ, καθηγητής στο Κέμπριτζ, αποφάσισαν να ταράξουν τα λιμνάζοντα νερά επαναφέροντας μια αρχαιότατη και φαινομενικά «παλαβή» ιδέα.

Σκέφτηκαν λοιπόν να διερευνήσουν τις συνέπειες μιας μάλλον ασυνήθιστης επιστημονικής ιδέας: μήπως το ορατό μας Σύμπαν δεν είναι παρά ένα μικρό μόνο τμήμα μιας πολύ μεγαλύτερης και αόρατης πραγματικότητας; Θα μπορούσαμε να το φανταστούμε σαν μια γιγάντια λεπτή επίπεδη «μεμβράνη» ή απλώς «βράνη», τεσσάρων διαστάσεων -τριών για τον χώρο και μίας για τον χρόνο- η οποία πάλλεται μέσα σε έναν υπερχώρο πέντε ή περισσότερων διαστάσεων. Αυτή η πέμπτη διάσταση, ή και οι επιπλέον διαστάσεις, είναι αόρατες, επειδή δεν αλληλεπιδρούν σχεδόν καθόλου με τον Κόσμο μας παρά μόνο μέσω της δύναμης της βαρύτητας. Την ιδέα του «Κόσμου-βράνη» την υιοθέτησαν από τη διάσημη θεωρία-Μ των υπερχορδών, η οποία υποθέτει την ύπαρξη ενός υπερ-χωροχρόνου μέχρι και 11 διαστάσεων. Για τους θεωρητικούς φυσικούς, αυτός ο υπερχώρος σφύζει από ζωή: ίσως «εκεί έξω» να υπάρχει πλήθος από τέτοιους τεράστιους Κόσμους-βράνες που πάλλονται ασταμάτητα δημιουργώντας μια απίστευτη κοσμική αρμονία, την οποία δυστυχώς δεν μπορούμε ούτε να δούμε ούτε να ακούσουμε. Μόνον η δύναμη της βαρύτητας μπορεί να ταξιδεύει μέσα στον υπερχώρο όπου, σύμφωνα με τους ερευνητές, βρίσκονται αυτά τα παράλληλα Σύμπαντα-βράνες.

Διαπερνώντας όμως τον υπερχώρο, η βαρύτητα δημιουργεί κάποια έλξη ανάμεσα σε δύο γειτονικούς Κόσμους-βράνες, δηλαδή τους ωθεί να πλησιάζουν ο ένας τον άλλο ολοένα και περισσότερο, καθιστώντας, αργά ή γρήγορα, τη σύγκρουσή τους αναπόφευκτη και εξαιρετικά δημιουργική. Πράγματι, η βαρύτητα έρχεται ως από μηχανής θεός να «αναζωογονήσει» τις εξαντλημένες ενεργειακά βράνες, μετατρέποντας ένα μέρος της δικής της ενέργειας σε κινητική ενέργεια. Σύμφωνα με τη θεωρία των Στάινχαρντ και Τούροκ, η Μεγάλη Εκρηξη δεν είναι παρά το αποτέλεσμα της τιτάνιας σύγκρουσης ανάμεσα σε δυο τέτοιες βράνες, που κάθε μία τους φιλοξενεί ένα παράλληλο Σύμπαν. Η τεράστια ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται από αυτή τη σύγκρουση γεννά αυτό που συνήθως αποκαλούμε «μεγάλη έκρηξη». Βέβαια, όπως εξηγεί ο Νιλ Τούροκ, «η ύπαρξη των βρανών πριν από την πρωτογενή ανωμαλία σημαίνει ότι ο χρόνος υπήρχε ήδη πριν από το Big Bang. Συνεπώς, ο χρόνος μπορεί να ανασυγκροτηθεί και πέρα από τη μεγάλη έκρηξη»!

Αν πράγματι το Σύμπαν μας προέκυψε από μια τέτοια θεαματική σύγκρουση δύο παράλληλων Κόσμων-βρανών, τότε το τελευταίο Big Bang δεν ήταν καθόλου η αφετηρία του χρόνου αλλά το αποτέλεσμα αέναων διεργασιών αναγέννησης και καταστροφής που επαναλαμβάνονται κυκλικά, αλλά όχι και πανομοιότυπα, μέσα στο χρόνο και το χώρο της πέμπτης αόρατης διάστασης. Αυτή τη θεωρία του αέναου κύκλου από μεγάλες εκρήξεις και μεγάλες συνθλίψεις Συμπάντων οι επινοητές της την έχουν βαφτίσει με ένα ελληνικό όνομα: «Εκπυρωτικό Σύμπαν», έννοια που τη δανείστηκαν από τη στωική κοσμολογία. Δυστυχώς, το αίνιγμα της απαρχής και της δημιουργίας αυτών των αιωνόβιων βρανών ή του πολυδιάστατου υπερχώρου μέσα στον οποίο υπάρχουν, ή, ακόμη χειρότερα, του ίδιου του Χρόνου, παραμένει και σε αυτή την περίπτωση ανεξήγητο· απλώς επιχειρούν να το παρακάμψουν με την κυκλικότητα του μοντέλου.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 24 Μαΐου 2008.