Παρασκευή, 3 Απριλίου 2009

Πριν υπάρξει το Σύμπαν

Όλοι γνωρίζουμε την κλασική Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Η Θεωρία αυτή δεν μας λέει τίποτε για το υλικό που προϋπήρχε αυτής της Μεγάλης Έκρηξης, ούτε και για το τι την προκάλεσε. Το μεγάλο αυτό επιστημονικό κενό επιχειρεί να το καλύψει σήμερα η Πληθωριστική Θεωρία, εισάγοντας μια σειρά νέων ιδεών και φυσικών καταστάσεων …

Η κλασική Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, μέσα από την οποία, όπως πιστεύουμε σήμερα, γεννήθηκε το παρατηρούμενο Σύμπαν μας, αν και μας διηγείται πως εξελίχθηκε το Σύμπαν μετά το μεγάλο κοσμικό “μπαμ”, δεν μας λέει τίποτε για το υλικό που προϋπήρχε αυτής της Μεγάλης Έκρηξης, ούτε και το τι την προκάλεσε.

Βέβαια, πάντα πλανιόταν πάνω από την επιστημονική άποψη, το φιλοσοφικό δόγμα ότι “ …τίποτα δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το τίποτα”. Η σκέψη όμως αυτή έβρισκε αντίθετη την δυτική θεολογία, η οποία θεωρούσε αιρετική κάθε προσπάθεια επιστημονικής ερμηνείας της προέλευσης της ορατής ύλης του Σύμπαντος, θεωρώντας ότι πίσω από την Μεγάλη Έκρηξη υπήρχε μόνον ο Θεός. Η επιστήμη, όμως, δεν υπόκειται σε θεολογικά δόγματα και το μεγάλο αυτό κενό επιχειρεί σήμερα να το καλύψει η Πληθωριστική Θεωρία, εισάγοντας μια σειρά νέων ιδεών και φυσικών καταστάσεων. Ας δούμε λοιπόν κάποιες βασικές ιδέες αυτής της σύγχρονης κοσμολογικής άποψης.

Τα πεδία Χιγκς

Όπως πιστεύουμε σήμερα, οι τέσσερις δυνάμεις που παρατηρούνται στο Σύμπαν, δηλαδή, η βαρύτητα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, ή ισχυρή και η ασθενής πυρηνική αλληλεπίδραση, τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, ήταν ενωμένες σε μια και μοναδική δύναμη.

Η δύναμη αυτή τις επόμενες, ελαχιστότατες, στιγμές της ζωής του Σύμπαντος, διασπάστηκε και κατ’ αυτό τον τρόπο δημιουργήθηκαν οι δυνάμεις που γνωρίζουμε σήμερα.

Αίτιο της διάσπασης της μιας και μοναδικής δύναμης που υπήρχε στην αρχή της συμπαντικής ζωής, σήμερα, θεωρούνται ότι είναι κάποια πεδία τα οποία ονομάζονται πεδία Χίγκς (Higgs), από τον Σκωτσέζο φυσικό Πίτερ Χιγκς, καθηγητή του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, ο οποίος πρώτος τα επινόησε.

Όπως γνωρίζουμε σήμερα, η ενέργεια ενός πεδίου είναι συγκεντρωμένη σε ένα σύνολο ομοειδών στοιχειωδών σωματιδίων τα οποία και το δημιουργούν. Έτσι ακριβώς και η ενέργεια των πεδίων Χιγκς είναι μαζεμένη σε ένα μεγάλο αριθμό σωματιδίων, τα οποία ονομάζονται, αντιστοίχως, σωματίδια Χιγκς.

Η ιδέα ύπαρξης των πεδίων και των σωματιδίων Χιγκς είναι ένα από τα βασικά στοιχεία πάνω στα οποία στηρίζεται μια νέα φυσική θεωρία, η Θεωρία του Πληθωρισμού, η οποία έχει στόχο να διερευνήσει τόσο το τι υπήρχε πριν την Μεγάλη Έκρηξη όσο και τα φυσικά φαινόμενα που την δημιούργησαν.

Πριν από την δημιουργία

Ένα δεύτερο βασικό στοιχείο πάνω στο οποίο θεμελιώνεται η Θεωρία του Πληθωρισμού είναι η ύπαρξη μιας νέας παράξενης κατάστασης της ύλης, που προϋπήρχε της αισθητής δημιουργίας, την οποία ονομάζουμε ψευδοκενό. Μέσα από το υλικό αυτό, όπως πιστεύουμε σήμερα, αναδύθηκε το αισθητό και μετρήσιμο Σύμπαν που έχουμε την ψευδαίσθηση ότι μας περιβάλει σαν ένα τεράστιο κοσμικό μπαλόνι.

Τι είναι όμως το ψευδοκενό; Το ψευδοκενό είναι και αυτό ένα πεδίο, παρόμοιο με το πεδίο Χιγκς, που το ονομάζουμε επίσημα πεδίο πληθωρισμού. Μην ξεχνάμε ότι πληθωρισμός στην καθομιλουμένη σημαίνει κατά περίπτωση, αύξηση, φούσκωμα ή διαστολή.

Αυτή η παράξενη κατάσταση της ύλης που προϋπήρχε του αισθητού μας Σύμπαντος, αν την μελετήσουμε για μικρά χρονικά διαστήματα, μοιάζει σαν να είναι σταθερή. Αν όμως την μελετήσουμε για μεγάλες χρονικές περιόδους θα αντιληφθούμε μέσα της πολύ μεγάλες αναταραχές.

Το κενό του ψευδοκενού

Εφόσον όμως το ψευδοκενό αποτελεί μια, έστω και παράδοξη, κατάσταση της ύλης, είναι λογικό επακόλουθο να μπορούμε να εντοπίσουμε μέσα του, κάτω από κάποιες συνθήκες, περιοχές πραγματικού κενού. Δηλαδή, αφού το ψευδοκενό είναι μια κατάσταση ύπαρξης, μέσα του μπορούμε να διακρίνουμε –κατά περίπτωση- κάποιες περιοχές στις οποίες αυτή η παράδοξη ύπαρξη παίρνει ελαχιστότατες τιμές.

Τι σημαίνει όμως “κενό” του ψευδοκενού; Σημαίνει μια περιοχή που μέσα της δεν υπάρχει καθόλου ενέργεια; Δηλαδή, μια περιοχή που η ενέργειά της έχει συνεχώς την τιμή μηδέν; Ασφαλώς και όχι, γιατί κάτι τέτοιο θα ήταν αντίθετο με την αρχή της απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ. Η αρχή αυτή μας λέει ότι ένα μέγεθος, όπως για παράδειγμα η πυκνότητα ενέργειας, δεν μπορεί να έχει συνέχεια την ίδια τιμή, δηλαδή την τιμή μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι μια περιοχή “κενού” μέσα στο ψευδοκενό δεν είναι μια περιοχή που η ενέργειά της είναι συνεχώς μηδέν, αλλά, αντίθετα, μια περιοχή που παρουσιάζει μια ελάχιστη τιμή της πυκνότητας της ενέργειάς του.

Η Θεωρία του Πληθωρισμού

Μέσα σε αυτές τις περιοχές του ψευδοκενού, όπως περιγράφει η θεωρία, δημιουργείται μια ισχυρότατη απωστική δύναμη, η οποία είναι το αίτιο το οποίο δημιουργεί μια εκπληκτικά γρήγορη διαστολή του κενού χώρου. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται μια ταχύτατα διαστελλόμενη φυσαλίδα κενού μέσα στο υλικό του ψευδοκενού.

Όπως υπολογίζουμε σήμερα, τις πρώτες στιγμές μετά την γέννηση του Σύμπαντος οι συνθήκες ήταν οι κατάλληλες προκειμένου να δημιουργηθεί αυτό το φαινόμενο κι έτσι σε απειροελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου διπλασιάστηκαν οι διαστάσεις του Σύμπαντος.
Την ταχύτατη αυτή διαστολή του τότε νεαρότατου Σύμπαντος ο σπουδαίος φυσικός και κοσμολόγος Alan Guth την ονόμασε πληθωρισμό κι έτσι έγινε ο πατέρας της Θεωρίας του Πληθωρισμού.

Ένα Σύμπαν φυσαλίδων

Ας δούμε όμως πως εξελίχθηκε το προηγούμενο φαινόμενο. Σιγά-σιγά οι διαστελλόμενες φυσαλίδες του πραγματικού κενού γέμισαν το χώρο του συμπαντικού ψευδοκενού, δημιουργώντας ένα φαινόμενο που μοιάζει σαν το βράσιμο του νερού. Οι φυσαλίδες, κατά κύματα, εμφανίστηκαν σε νέες τυχαίες θέσεις στον χώρο. Αρχικά, οι δημιουργούμενες φυσαλίδες ήταν μικρές, ενώ στην συνέχεια μεγάλωναν με ταχύτητα που πλησίαζε την ταχύτητα του φωτός. Η διαστολή αυτή συνεχίστηκε μέχρις ότου οι φυσαλίδες γέμισαν όλο τον χώρο. Στο εσωτερικό των φυσαλίδων επικρατούσαν συνθήκες πραγματικού κενού και μέσα σ’ αυτό το κενό τα πεδία Χιγκς δημιουργούσαν μια σειρά ιδιαίτερων φυσικών ιδιοτήτων για κάθε μια φυσαλίδα ξεχωριστά.

Κατά την διάρκεια αυτού του συμπαντικού αναβρασμού, η ενέργεια των πεδίων Χιγκς είχε την δυνατότητα να παράγει σωματίδια μεγάλης ενέργειας, τα οποία συγκρουόμενα μεταξύ τους παρήγαν με την σειρά τους άλλα σωματίδια. Τότε η πληθωριστική διαστολή σταμάτησε και ως αποτέλεσμα των προηγούμενων διαδικασιών έχουμε την δημιουργία μιας νέας σειράς σωματιδίων πολύ υψηλών θερμοκρασιών, ικανών να δημιουργήσουν αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη.

Όπως είναι φανερό –σύμφωνα με την Θεωρία του Πληθωρισμού- η Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι η αρχή της συμπαντικής δημιουργίας εφόσον πριν από αυτή, όπως ήδη αναφέραμε, δημιουργήθηκε μια σειρά φυσικών διεργασιών που την προκάλεσαν.

Αυτό όμως που θέλουμε να τονίσουμε είναι, ότι με βάση τη Θεωρία του Πληθωρισμού υπολογίζουμε ότι η ακτίνα του ορατού στον άνθρωπο Σύμπαντος είναι 3X1023 φορές μικρότερη από την ακτίνα ολόκληρου του μη αισθητού, άρα και μη παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Με λίγα λόγια, το παρατηρούμενο και μετρούμενο από τις ανθρώπινες αισθήσεις και τα επιστημονικά όργανα Σύμπαν δεν είναι παρά ένα σπυρί σταριού μέσα σ’ ένα πολύ μεγάλο σιτοβολώνα!

Όπως είναι φανερό, οι υπόλοιπες περιοχές του Σύμπαντος, πέραν των ορατών, είναι γεμάτες είτε από άλλες συμπαντικές φυσαλίδες είτε από την ομοιογενή μάζα του ψευδοκενού.

Μετά την Μεγάλη Έκρηξη

Ας δούμε όμως ποια είναι η πιθανή μελλοντική εξέλιξη των φυσαλίδων κενού οι οποίες, σύμφωνα με την Θεωρία του Πληθωρισμού, πλημμυρίζουν ολόκληρο το Σύμπαν.

Όπως είπαμε, κάποια στιγμή η πληθωριστική διαστολή σταματάει. Τη στιγμή εκείνη η ενέργεια μετασχηματίζεται δημιουργώντας τη συνηθισμένη ύλη που υπάρχει σήμερα στο ορατό Σύμπαν.

Με λίγα λόγια, οι φυσαλίδες του πραγματικού κενού, από κει και πέρα, μετατρέπονται διαδοχικά σε φυσαλίδες πραγματικής ύλης.

Μόλις εμφανιστεί μια τέτοια φυσαλίδα κανονικής ύλης, το τοίχωμά της διαστέλλεται με ταχύτητα που τελικά πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός. Κατά την διάρκεια της διαστολής, η τεράστια πυκνότητα ενέργειάς της, δηλαδή η ενέργεια των πεδίων Χιγκς, που είναι συγκεντρωμένη στο τοίχωμά της, μεγαλώνει συνεχώς. Όταν τα τοιχώματα δύο φυσαλίδων συγκρουστούν, η ενέργεια των φλοιών τους έχει την δυνατότητα να απλωθεί ομοιόμορφα στο πλαίσιο μιας νέας κοινής φυσαλίδας. Στη συνέχεια, η ενέργεια αυτή μετατρέπεται σε σωματίδια κανονικής ύλης, τα οποία εκτοξεύονται προς όλες τις κατευθύνσεις, συγκρουόμενα μεταξύ τους. Η κίνηση των σωματιδίων αυτών είναι εντελώς τυχαία και έτσι μπορούν να γεμίζουν ομοιόμορφα τον χώρο της νέας συμπαντικής φυσαλίδας.

Αυτό σημαίνει ότι εάν δύο φυσαλίδες βρίσκονται πολύ κοντά η μία στην άλλη, τότε πολύ γρήγορα τα τοιχώματά τους θα συγκρουστούν, απελευθερώνοντας ομοιόμορφα την ενέργεια τους προς όλες τις κατευθύνσεις στο πλαίσιο μιας νέας κοινής συμπαντικής φυσαλίδας .

Αντιθέτως, εάν οι φυσαλίδες δεν είναι κοντά την στιγμή της δημιουργίας τους, το ψευδοκενό –το οποίο παρεμβάλλεται μεταξύ τους- θα διασταλεί με τέτοια ταχύτητα ώστε τα τοιχώματά τους, ακόμη και αν κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, δεν θα μπορέσουν ποτέ να συναντηθούν.

Το αυτοαναπαραγόμενο Σύμπαν

Η Πληθωριστική Θεωρία περί δημιουργίας του Σύμπαντος συνεχώς ανανεώνεται οδηγώντας τον νου του ανθρώπου σε νέες αντιλήψεις.

Σύμφωνα λοιπόν με μια πολύ σύγχρονη εκδοχή της θεωρίας, που ονομάζεται “αέναος πληθωρισμός”, κάθε Σύμπαν-φυσαλίδα, μέσω μιας διαδικασίας κατάτμησής της σε περισσότερα ακριβή αντίγραφα της, έχει την δυνατότητα να δημιουργεί αενάως νέα Σύμπαντα-φυσαλίδες. Ωστόσο, ο αέναος πληθωρισμός με τον τρόπο αυτό, δεν απαντά στο ερώτημα πως δημιουργήθηκε το Σύμπαν, αφού θεωρεί την έννοια της αρχής του Σύμπαντος χωρίς νόημα, αποσυνδέοντάς την από τις μεθόδους αστρονομικής παρατήρησης. Το μόνο για το οποίο μπορούμε να συζητάμε, είναι για την τοπική φυσαλίδα μας. Την οποία -λόγω της άγνοιάς μας- ονομάζουμε Σύμπαν.

Αυτό συμβαίνει επειδή, αν ο πληθωρισμός συμβεί μία και μοναδική φορά, τότε χάνεται η πληροφορία για το τι υπήρχε πριν από αυτόν. Έτσι, οποιαδήποτε προσπάθεια να μάθουμε πως ξεκίνησε ο κόσμος μας, παρατηρώντας το ορατό Σύμπαν, είναι μάταιη! Συνεπώς, το ερώτημα ποια είναι η αρχή του ορατού Σύμπαντος παραμένει ένα καθαρά φιλοσοφικό ερώτημα.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
  • “Το Σύμπαν που αγάπησα – Εισαγωγή στην αστροφυσική”.
Των Μάνου Δανέζη και Στράτου Θεοδοσίου.- Εκδόσεις Δίαυλος – Αθήνα, 1999.
  • “Η κοσμολογία της νόησης”.
Των Μάνου Δανέζη και Στράτου Θεοδοσίου.- Εκδόσεις Δίαυλος – Αθήνα, 2004.

Διαβάστε και αυτό το άρθρο για τους Λεύκιππο και Δημόκριτο, τους πατέρες της Πληθωριστικής Κοσμολογίας

Των Μάνου Δανέζη και Στράτου Θεοδοσίου, του Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής, στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών.
Από το περιοδικό “γεωτρόπιο”, τεύχος Νο 453 που συνόδευε την “Σαββατιάτικη Ελευθεροτυπία” της 20ης Δεκεμβρίου 2008.