Τα Παράξενα των Ισημεριών

Ορισμένοι φίλοι κοιτάζοντας τα διάφορα επιτραπέζια ημερολόγια και την διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, με ρώτησαν γιατί η ημέρα της ισημερίας δεν συμπίπτει με την ημέρα που έχουμε ίση ημέρα και ίση νύχτα.

Πρόκειται για μία πολύ σωστή παρατήρηση, γιατί μερικές φορές παίρνουμε ορισμένα πράγματα ως δεδομένα. Πάρτε, για παράδειγμα, την παρατήρηση των φίλων μου για την Ανατολή και τη Δύση του Ήλιου. Ξέρουμε, δηλαδή, ότι καθημερινά ο Ήλιος θα ανατείλει στην Ανατολή και θα δύσει στη Δύση, και ξέρουμε επίσης ότι η διάρκεια της ημέρας είναι μικρότερη το Χειμώνα και μεγαλύτερη το Καλοκαίρι, ενώ το αντίθετο συμβαίνει για την διάρκεια της νύχτας. Υπάρχουν, όμως, δύο ημέρες στη διάρκεια ενός έτους που η Ημέρα έχει την ίδια διάρκεια με την Νύχτα. Αυτές οι δύο ημέρες ονομάζονται Ισημερίες (ίση μέρα-ίση νύχτα) και σηματοδοτούν η μία την πρώτη μέρα της Άνοιξης και η άλλη την πρώτη μέρα του Φθινοπώρου. Ας δούμε, όμως, τι ακριβώς συμβαίνει, γιατί αυτό που αποκαλούμε «Ισημερία» (Ανοιξιάτικη και Φθινοπωρινή) δεν είναι στην πραγματικότητα ακριβώς έτσι!

Όπως ξέρετε κάθε μέρα η Γη βρίσκεται σε διαφορετική θέση πάνω στην τροχιά της από αυτήν που βρισκόταν την προηγουμένη, και από κάθε νέα θέση εμείς πάνω στη Γη αντικρίζουμε τον Ήλιο από διαφορετική γωνία. Έτσι κάθε φορά που η Γη συμπληρώνει μία πλήρη περιφορά γύρω από τον Ήλιο, μας φαίνεται ότι ο Ήλιος ήταν αυτός που συμπλήρωσε έναν κύκλο γύρω από τη Γη, πάνω στην εκλειπτική. Η εκλειπτική δηλαδή δεν είναι τίποτε άλλο παρά η απεικόνιση, ή η προέκταση πάνω στην ουράνια σφαίρα, της γήινης τροχιάς γύρω από τον Ήλιο.

Αν παρατηρήσουμε την εκλειπτική και τη συγκρίνουμε με τον ουράνιο ισημερινό (την προέκταση δηλαδή του ισημερινού της Γης και την αποτύπωσή του πάνω στον ουράνιο θόλο) θα δούμε ότι οι δύο αυτοί κύκλοι δε συμπίπτουν, αλλά αντίθετα τέμνονται, σχηματίζοντας γωνία ίση με 23 μοίρες και 27 πρώτα λεπτά, λόγω της κλίσης που έχει ο άξονας της Γης σε σχέση με το επίπεδο που σχηματίζει η εκλειπτική. Η γωνία αυτή ονομάζεται «λόξωση της εκλειπτικής», και τα δύο αυτά σημεία στα οποία τέμνονται οι δύο κύκλοι ονομάζονται «ισημερινά σημεία».

Στο πρώτο σημείο ο ουράνιος ισημερινός τέμνει την εκλειπτική εκεί όπου ο Ήλιος βρίσκεται στις 20-21 Μαρτίου. Το σημείο αυτό ονομάζεται εαρινό ισημερινό σημείο, και από την ημέρα αυτή αρχίζει η Άνοιξη. Εκ διαμέτρου αντίθετα η τομή γίνεται όταν ο Ήλιος βρίσκεται στις 22-23 Σεπτεμβρίου. Το σημείο αυτό ονομάζεται φθινοπωρινό ισημερινό σημείο, και από την ημέρα αυτή αρχίζει το Φθινόπωρο. Θα θεωρούσε, λοιπόν, κάποιος ότι στις δύο αυτές ημέρες, σε ολόκληρη τη Γη, η νύχτα είναι ίση με την ημέρα, δηλαδή επί 12 ώρες ο Ήλιος βρίσκεται πάνω από τον ορίζοντα και επί 12 ώρες βρίσκεται κάτω από τον ορίζοντα, έχουμε δηλαδή ίση-μέρα: ισημερία.

Τα πράγματα, όμως, δεν είναι ακριβώς έτσι! Γιατί η «ίση μέρα-ίση νύχτα», όταν δηλαδή ό Ήλιος φτάνει στα ισημερινά σημεία, συμβαίνει μόνο στους τόπους που βρίσκονται ακριβώς πάνω στον γήινο ισημερινό. Στις περιοχές που βρίσκονται είτε πάνω είτε κάτω από τον ισημερινό η «ίση μέρα-ίση νύχτα» συμβαίνει μερικές ημέρες πριν ή μετά από την «ισημερία». Πάρτε για παράδειγμα την Αθήνα που βρίσκεται 38 περίπου μοίρες βόρεια του ισημερινού, και παρ’ όλο που ο Ήλιος θα φτάσει στο Φθινοπωρινό ισημερινό σημείο στις 23:44 της Κυριακής, 23 Σεπτεμβρίου 2013, εντούτοις η «ίση μέρα-ίση νύχτα» για την Αθήνα θα συμβεί στις 26 Σεπτεμβρίου όταν η ημέρα και η νύχτα θα έχουν την ίδια διάρκεια!

ΑΝΑΤΟΛΗ & ΔΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ

Ημερομηνία	Ανατολή	Δύση	Διάρκεια Ημέρας	Ύψος Ήλιου
20 Σεπ. 2013	07:11	19:25	12h 14m 09s	53,0°
21 Σεπ. 2013	07:12	19:24	12h 11m 44s	52,6°
22 Σεπ. 2013	07:13	19:22	12h 09m 18s	52,2°
23 Σεπ. 2013	07:14	19:21	12h 06m 52s	51,8°
24 Σεπ. 2013	07:15	19:19	12h 04m 27s	51,4°
25 Σεπ. 2013	07:15	19:17	12h 02m 01s	51,0°
26 Σεπ. 2013	07:16	19:16	11h 59m 35s	50,6°
27 Σεπ. 2013	07:17	19:14	11h 57m 10s	50,3°

Η Επιταχυνόμενη Διαστολή του Σύμπαντος και η Σκοτεινή Ενέργεια

Από τις αρχές του τρέχοντος μηνός μία καταπληκτικής ανάλυσης φωτογραφική μηχανή 570 megapixels αξίας 50 εκατομμυρίων δολαρίων, που έχει τοποθετηθεί στο τηλεσκόπιο τεσσάρων μέτρων Blanco στο Cerro Tololo της Χιλής, ξεκίνησε να καταγράφει τον νυχτερινό ουρανό του Νότιου ημισφαιρίου  κάτι που θα συνεχιστεί για τα επόμενα πέντε χρόνια. Κάθε φωτογραφία καταγράφει 100.000 γαλαξίες, ενώ στο τέλος του προγράμματος θα έχουν καταγραφεί συνολικά 300 εκατομμύρια γαλαξίες και 4.000 supernova εκρήξεις. 

Στο τέλος αυτής της προσπάθειας 200 ερευνητών, από 23 ερευνητικά κέντρα έξη χωρών, θα έχει δημιουργηθεί μία εντυπωσιακή κοσμική ταινία που θα μας ξεναγεί στα 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια της εξελικτικής πορείας του Σύμπαντος. Στην ταινία αυτή θα βρίσκεται η απάντηση σε ένα από τα πιο πολύπλοκα και ενδιαφέροντα κοσμολογικά προβλήματα που εντοπίστηκε μόλις πριν από 15 περίπου χρόνια. Πρόκειται για το περίφημο πρόβλημα της επονομαζόμενης «σκοτεινής ενέργειας» που αποτελεί το 68,3% των συστατικών του Σύμπαντος και η οποία τα τελευταία 6,5 δισεκατομμύρια χρόνια υποχρεώνει το Σύμπαν να διαστέλλεται επιταχυνόμενο.

Ας πάρουμε όμως τα πράγματα με τη σειρά.

Οι περισσότεροι επιστήμονες, μέχρι τα τέλη σχεδόν του περασμένου αιώνα, θεωρούσαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιβραδύνεται, κάτι που θεωρούνταν απολύτως φυσιολογικό, αφού σ’ αυτές τις κολοσσιαίες κοσμικές κλίμακες η βαρύτητα είναι εκείνη η φυσική αλληλεπίδραση που υπερισχύει. Και καθώς η βαρύτητα είναι πάντα ελκτική, από τη στιγμή της δημιουργίας του και μετά, από τη στιγμή δηλαδή που η Μεγάλη Έκρηξη γέννησε τον ίδιο το χώρο και το χρόνο, η διαστολή του επιβραδύνεται. Γι’ αυτό, όταν ξεκίνησε στα 1987 το διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα Supernova Cosmology Project, ο βασικός του στόχος ήταν να υπολογίσει, μέσα από την ανίχνευση συγκεκριμένων supernova εκρήξεων, αυτόν ακριβώς το ρυθμό επιβράδυνσης της διαστολής του.

Λίγα χρόνια αργότερα, και συγκεκριμένα το 1995, μία δεύτερη ερευνητική ομάδα, η High Z Supernova Team, μπήκε στο παιχνίδι. Τα αποτελέσματα των δύο ερευνητικών ομάδων που ανακοινώθηκαν επίσημα τον Ιανουάριο και τον Φεβρουάριο του 1998 άφησαν τη διεθνή επιστημονική κοινότητα "με το στόμα ανοιχτό"! Γιατί η ανάλυση των δεδομένων, αντί απλά να οδηγήσει στον υπολογισμό του ρυθμού επιβράδυνσης της διαστολής του Σύμπαντος με περισσότερη ακρίβεια, όπως όλοι περίμεναν, οδήγησε τους ερευνητές στο ακριβώς αντίθετο, στο συμπέρασμα δηλαδή ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται!

Οι επιστήμονες κατέληξαν ότι, προκειμένου να εξηγηθεί αυτή η επιταχυνόμενη κοσμική διαστολή, το συνολικό απόθεμα μάζας και ενέργειας του Σύμπαντος θα πρέπει να κυριαρχείται από ένα άγνωστο, παράξενο και βαρυτικά απωστικό "κάτι". Αυτό το κάτι το ονόμασαν "σκοτεινή ενέργεια". Και είναι πράγματι σκοτεινή γιατί, ακόμα και σήμερα, 15 χρόνια μετά την επιβεβαίωση της ύπαρξής της, η φύση της σκοτεινής αυτής ενέργειας εξακολουθεί να διαφεύγει από τους επιστήμονες. Με αυτά τα νέα δεδομένα προκύπτει κάτι εξίσου εντυπωσιακό, που αναδεικνύει παράλληλα και τον όγκο της άγνοιάς μας για το Σύμπαν στο οποίο ζούμε. Γιατί φαίνεται ότι από το συνολικό ποσοστό μάζας και ενέργειας του Σύμπαντος ένα συγκλονιστικό 68,3% αντιστοιχεί στην άγνωστη σκοτεινή ενέργεια, ενώ ένα ακόμα 26,8% αντιστοιχεί στην εξίσου άγνωστη σκοτεινή ύλη, και μόλις το 4,9% που απομένει αντιστοιχεί στην κλασική, βαρυονική ύλη από την οποία αποτελούνται τα μυριάδες άστρα των 100 δισεκατομμυρίων γαλαξιών του Σύμπαντος, αλλά κι εμείς οι ίδιοι.

Σήμερα λοιπόν, 2.500 χρόνια από τότε που οι προσωκρατικοί Ίωνες φιλόσοφοι πρώτοι προσπάθησαν να εξηγήσουν "αυτόν τον κόσμο το μικρό τον μέγα" με ορθολογικό τρόπο, απαλλαγμένο από θρησκευτικές δοξασίες και την αναγωγή σε υπερφυσικά φαινόμενα, ένα σχεδόν αιώνα μετά τη μεγάλη επιστημονική επανάσταση του 20ου αιώνα που βασίστηκε στην Κβαντική Μηχανική και στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, τους θεμέλιους λίθους της σύγχρονης φυσικής, αλλά και 15 χρόνια μετά την επιβεβαίωση της επιταχυνόμενης διαστολής του Σύμπαντος, μια σειρά από κορυφαία κοσμολογικά ερωτήματα εξακολουθούν να παραμένουν αναπάντητα.

Για να περιγράψουμε όσο είναι δυνατό την εξέλιξη των επαναστατικών ιδεών που οδήγησαν την επιστημονική κοινότητα να παραδέχεται σήμερα ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται, θα χρειαστεί να ανατρέξουμε περίπου 100 χρόνια πριν, όταν η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν είχε διατυπωθεί ακόμα, σε μια εποχή όπου ήταν κοινή πεποίθηση ότι το Σύμπαν είναι σταθερό, αιώνιο και αμετάβλητο. Σύμφωνα με το κοσμοείδωλο εκείνης της εποχής, το Σύμπαν αποτελούνταν αποκλειστικά από τον Γαλαξία μας, ένα απομονωμένο δηλαδή σμάρι άστρων περιβαλλόμενο από το απέραντο κενό του διαστήματος. Μέσα σ’ αυτό το γενικότερο κλίμα απόρριψης μιας κοσμολογικής εξέλιξης, κι αυτός ακόμη ο Einstein, που διατύπωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, ήταν αδύνατο να μείνει ανεπηρέαστος. Πιστεύοντας και ο ίδιος ακράδαντα σε ένα στατικό Σύμπαν και συνειδητοποιώντας ότι η επίλυση των εξισώσεων της Γενικής Σχετικότητας αναδεικνύει και δυναμικές λύσεις, με άλλα λόγια επιτρέπει την ύπαρξη είτε διαστελλόμενων είτε συστελλόμενων συμπάντων, ο Einstein προσπάθησε "τεχνητά" να τις "ακυρώσει" εισάγοντας στις εξισώσεις του, κάπως αυθαίρετα ίσως, έναν ακόμη όρο, γνωστό σήμερα ως κοσμολογική σταθερά.

Η κοσμολογική σταθερά αντιπροσώπευε μια μορφή ενέργειας διάχυτης σε όλο το χώρο, η οποία είχε την παράξενη ιδιότητα να αντιστέκεται στη περαιτέρω συστολή του Σύμπαντος ακριβώς κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να οδηγεί σε ένα στατικό Σύμπαν. Σιγά-σιγά όμως η εικόνα των επιστημόνων για το Σύμπαν άρχισε να αλλάζει. Ήδη στα 1922 και 1924, ο Ρώσος μαθηματικός Alexander Friedmann (1888-1925) δημοσίευσε ορισμένες λύσεις των εξισώσεων της Γενικής Σχετικότητας, οι οποίες αντιστοιχούσαν σε μη στατικά Σύμπαντα. Ούτε όμως ο Einstein ούτε κανένας άλλος ενδιαφέρθηκε ιδιαίτερα για το επιστημονικό έργο του Friedmann, ο οποίος πέθανε ένα χρόνο αργότερα από τύφο, μην έχοντας τη δυνατότητα να υποστηρίξει και να κάνει ευρύτερα γνωστές τις απόψεις του. Ανεξάρτητα από τον Friedmann, ένας Βέλγος αστρονόμος και ιερέας ο Georges Lemaitre (1894-1966) κατέληξε το 1927 στο ίδιο ακριβώς συμπέρασμα, ενώ τέσσερα χρόνια αργότερα προχώρησε ακόμη περισσότερο, προτείνοντας ότι το Σύμπαν προήλθε από ένα υπέρπυκνο και υπέρθερμο "αρχέγονο άτομο" ενέργειας.

Οι πρώτες ισχυρές παρατηρησιακές ενδείξεις ότι "υπάρχουν πολλά περισσότερα εκεί έξω απ’ όσα ονειρεύονταν" ως τότε οι επιστήμονες δεν άργησαν να έρθουν, αρχικά μέσα από τις μελέτες του αστρονόμου Vesto Slipher (1875-1969) και άλλων. Κορυφώθηκαν όμως κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1920 με τις πρωτοποριακές παρατηρήσεις του Αμερικανού αστρονόμου Edwin Hubble (1889-1953). Χρησιμοποιώντας το νέο τηλεσκόπιο Hooker στο Αστεροσκοπείο του όρους Wilson, ο Hubble συνειδητοποίησε αρχικά ότι οι αμυδροί "νεφελοειδείς" που είχαν εντοπιστεί από λιγότερο ισχυρά τηλεσκόπια της εποχής του ήταν στην πραγματικότητα άλλοι γαλαξίες σαν τον δικό μας. Η "απομάκρυνση" του ανθρώπου από το κέντρο του κόσμου που είχε ξεκινήσει με την απόρριψη αρχικά του γεωκεντρικού και αργότερα του ηλιοκεντρικού συστήματος συνεχίστηκε έτσι και με τον Hubble, ο οποίος απέδειξε ότι όχι μόνο ο Ήλιος μας αλλά ούτε κι ο Γαλαξίας μας κατείχε κάποια ξεχωριστή θέση στο Σύμπαν. Λίγο αργότερα, διαπιστώνοντας ότι οι γαλαξίες αυτοί απομακρύνονταν από εμάς με ταχύτητες ανάλογες της απόστασής τους, ο Hubble ανακάλυψε και την διαστολή του Σύμπαντος. Το αναμφισβήτητο αυτό γεγονός υποχρέωσε τον Einstein να αποσύρει από τις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας την κοσμολογική σταθερά, παραδεχόμενος ότι η εισαγωγή της ήταν "η μεγαλύτερη γκάφα της ζωής" του.

Έκτοτε, και για αρκετά χρόνια, η πιθανότητα ύπαρξης μιας τέτοιας βαρυτικά απωστικής ενέργειας παρέμενε ως ένα ακόμα ενδιαφέρον παράδοξο, αν και όπως έγραφε πριν από σχεδόν 40 χρόνια ο μεγάλος Αμερικανο-Ρώσος κοσμολόγος George Gamow (1904-1968) στην αυτοβιογραφία του: "Η γκάφα αυτή, την οποία εν τέλει ο ίδιος ο Einstein απέρριψε, χρησιμοποιείται μερικές φορές, ακόμα και σήμερα, από τους κοσμολόγους και η κοσμολογική σταθερά ανασηκώνει το απειλητικό της κεφάλι ξανά και ξανά και ξανά".

Απ’ ό,τι φαίνεται είχε δίκιο γιατί η κοσμολογική σταθερά "ήρθε τελικά για να μείνει". Και δεν αποκλείεται να αποδειχθεί ότι ίσως η "μεγαλύτερη γκάφα της ζωής" του Einstein δεν ήταν τόσο η εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς στις εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας όσο αυτή ακριβώς η απόρριψή της. Γιατί οι επιστήμονες σήμερα υιοθετούν την άποψη ότι η επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος θα πρέπει να οφείλεται σε κάποιον φυσικό μηχανισμό ανάλογο ίσως της κοσμολογικής σταθεράς.

Η τυχαία ανακάλυψη το 1965 από τους Arno Penzias (1933- ) και Robert Wilson (1936- ) της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, του θερμικού αυτού υπολείμματος του υπέρθερμου παρελθόντος του αρχέγονου Σύμπαντος, αποτέλεσε το δεύτερο, μετά τη διαστολή του Σύμπαντος, θεμελιώδες παρατηρησιακό δεδομένο πάνω στο οποίο στηρίζεται η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Το τρίτο αφορά στην επονομαζόμενη εποχή της πυρηνοσύνθεσης και στις μετρήσιμες περιεκτικότητες του νεαρού Σύμπαντος σε υδρογόνο, ήλιο και λίθιο, οι οποίες ταιριάζουν απόλυτα με αυτές που προβλέπει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Οι τρεις αυτές θεμελιώδεις παρατηρήσεις σε συνδυασμό με τις μελέτες, μεταξύ άλλων, των Friedmann, Lemaitre και Gamow οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι εάν γυρίσουμε την κοσμική ταινία της εξέλιξης του Σύμπαντος προς τα πίσω, όταν οι γαλαξίες του Σύμπαντος βρίσκονταν πλησιέστερα ο ένας με τον άλλον, όταν το ίδιο το Σύμπαν γινόταν ολοένα και νεότερο, ολοένα και θερμότερο, θα φτάσουμε σε ένα "σημείο" όπου η πυκνότητα και η θερμοκρασία του γίνονται άπειρες, όπου ο χώρος και ο χρόνος παύουν να έχουν νόημα. Πρόκειται για τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, που πριν από 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια δημιούργησε τον ίδιο το χώρο και το χρόνο, καθώς και όλη την ύλη και την ενέργεια που εμπεριέχει. Από τη στιγμή αυτή και μετά, το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται με επιβραδυνόμενο ρυθμό εξαιτίας της βαρύτητας που τείνει να φρενάρει την επέκτασή του, ενώ η θερμοκρασία του συνεχώς μειώνονταν.

Με εξαίρεση τα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη δημιουργία του, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης περιγράφει με μεγάλη ακρίβεια την μετέπειτα εξέλιξή του. Αντιμετωπίζει εντούτοις ορισμένα θεμελιώδη προβλήματα, τα οποία εικάζεται ότι αίρονται στο πλαίσιο της θεωρίας του Πληθωριστικού Σύμπαντος, η αρχική μορφή της οποίας αποδίδεται συνήθως σε δημοσίευση του αμερικανού φυσικού Alan Guth (1947- ) το 1981, αν και λίγους μήνες νωρίτερα ο Έλληνας αστροφυσικός Δημοσθένης Καζάνας (1950- ) είχε κινηθεί στα ίδια περίπου πλαίσια σε μελέτη του που είχε δημοσιευθεί το 1980. Σύμφωνα με τη θεωρία του Πληθωρισμού, για ένα απειροελάχιστο χρονικό διάστημα το πολύ νεαρό Σύμπαν διογκώθηκε με εκρηκτικό τρόπο, εξαιτίας μιας άγνωστης μορφής ενέργειας που προκάλεσε ένα είδος κοσμικής βαρυτικής απώθησης και οδήγησε σε μια εκθετικά επιταχυνόμενη διαστολή. Εάν λοιπόν εξαιρέσουμε αυτήν τη πρώτη, απειροελάχιστη χρονικά αλλά ακραία εκθετική διαστολή του εμβρυακού Σύμπαντος, οι αστρονομικές παρατηρήσεις των τελευταίων 15 ετών μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν εισήλθε σε μια δεύτερη, αλλά πιο ομαλή περίοδο επιταχυνόμενης διαστολής, που οφείλεται στην σκοτεινή ενέργεια ή, για να είμαστε πιο ωμοί, που δεν γνωρίζουμε ακόμη τι την προκαλεί. Μια πιθανή εξήγηση είναι ένας φυσικός μηχανισμός, αντίστοιχος με την κοσμολογική σταθερά του Einstein.

Το εξαιρετικά ενδιαφέρον είναι ότι κάτι αντίστοιχο με την κοσμολογική σταθερά του Einstein προβλέπεται και από την κβαντική φυσική, τη φυσική του ελάχιστου. Ο κενός χώρος, λέει η κβαντική φυσική, δεν είναι στην πραγματικότητα καθόλου κενός αλλά αντίθετα είναι γεμάτος με μια "θάλασσα" εικονικών στοιχειωδών σωματιδίων που δημιουργούνται ξαφνικά και εξαϋλώνονται τόσο αστραπιαία που η απευθείας ανίχνευσή τους είναι αδύνατη. Το γεγονός αυτό προσδίδει στον κενό χώρο μια ενεργειακή πυκνότητα, μιας μορφής ενέργεια, αντίστοιχη κατά κάποιο τρόπο με την κοσμολογική σταθερά του Einstein. Μια παράξενη ενέργεια με αρνητική πίεση, που της προσδίδει βαρυτικά απωστικές ιδιότητες.

Όταν όμως οι επιστήμονες προσπάθησαν να υπολογίσουν αυτή την ενέργεια του κενού βασισμένοι στις γνώσεις τους της κβαντικής φυσικής βρέθηκαν μπροστά σε ένα ακόμα παράδοξο αφού η τιμή στην οποία κατέληξαν ήταν 10 στην 120η δύναμη φορές μεγαλύτερη από αυτήν που απαιτείται για να εξηγήσει την κοσμική επιτάχυνση. Ένας ασύλληπτα ακραίος αριθμός, ακόμα και για τα κοσμολογικά δεδομένα, αφού για παράδειγμα από τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης μέχρι σήμερα έχει περάσει ένας αριθμός της τάξης των 10 στην 17η δύναμη "μόλις" δευτερολέπτων. Για να το πούμε διαφορετικά, αν και η κβαντική μηχανική μας προσφέρει με απόλυτα φυσικό τρόπο έναν υποψήφιο για τη σκοτεινή ενέργεια, ο υποψήφιος αυτός είναι 120 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από αυτόν που θέλουμε. Και για να γίνουν τα πράγματα ακόμη πιο δυσνόητα, η κοσμική επιτάχυνση του Σύμπαντος, η στιγμή δηλαδή που η κοσμολογική σταθερά, ή οτιδήποτε άλλο είναι αυτή η σκοτεινή ενέργεια, υπερίσχυσε της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, φαίνεται να ξεκίνησε πριν από περίπου 6,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Γιατί όμως τότε και όχι νωρίτερα ή αργότερα; Η βαθύτερη αιτία γι’ αυτό παραμένει μέχρι σήμερα άγνωστη.

Άλλοι επιστήμονες πάλι, υιοθετούν την άποψη ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι κάποιο νέο είδος δυναμικού ενεργειακού πεδίου, διάχυτου σε όλο το χώρο, που ονομάστηκε πεμπτουσία, η οποία σε αντίθεση με τη κοσμολογική σταθερά μεταβάλλεται στο χώρο και στο χρόνο. Κάποιοι άλλοι, τέλος, που αποτελούν και τη μειοψηφία, υποστηρίζουν ότι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein κάπου καταρρέει και απαιτείται μια νέα θεωρία βαρύτητας.

Όπως και να 'χει το πράγμα, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, ένα από τα κορυφαία επιστημονικά επιτεύγματα της ανθρώπινης νόησης και ο ακρογωνιαίος λίθος της σύγχρονης επιστήμης, έδωσε, μαζί με τη Κβαντική Φυσική, το έναυσμα για τη μεγάλη επανάσταση που σημειώθηκε στην εξέλιξη των ιδεών στις φυσικές επιστήμες, ο απόηχος της οποίας ακούγεται μέχρι σήμερα. Κι όμως, εξακολουθούμε ακόμα να αγνοούμε πολλά. Ποιος, για παράδειγμα, είναι ο βαθύτερος φυσικός μηχανισμός που προκάλεσε την εποχή του κοσμολογικού πληθωρισμού; Σχετίζεται η εκθετικά επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος στη διάρκεια της πληθωριστικής εποχής με την επιταχυνόμενη διαστολή που προκαλεί η παρουσία της σκοτεινής ενέργειας; Ποια είναι η φύση της σκοτεινής ενέργειας; Παραμένει η πυκνότητά της σταθερή στο χρόνο ή μεταβάλλεται;

Για να βρεθούν οι απαντήσεις σ’ αυτά και σ’ άλλα θεμελιώδη κοσμολογικά ερωτήματα, για να καταφέρουμε, με άλλα λόγια, να αποκαλύψουμε την πολύ καλά κρυμμένη ρότα που οδηγεί στην Ιθάκη της κοσμολογικής γνώσης, θα χρειαστεί μια νέα επιστημονική επανάσταση η οποία θα ξεκινά από εκεί που μας άφησε ο Einstein. Το ερευνητικό πρόγραμμα της NASA "Πέρα από τον Einstein" (Beyond Einstein) σχεδιάστηκε με σκοπό να βοηθήσει τους επιστήμονες να κάνουν τα πρώτα τους βήματα σ’ αυτό το δύσβατο μονοπάτι, προτείνοντας μεταξύ άλλων την υλοποίηση συγκεκριμένων ερευνητικών προγραμμάτων και διαστημικών αποστολών, σχεδιασμένων να διερευνήσουν αυτά ακριβώς τα ερωτήματα. Ένα από τα τέσσερα ερευνητικά προγράμματα που θα διερευνήσουν το δεδομένο θέμα είναι κι αυτό που ξεκίνησε στις αρχές του μήνα στη Χιλή. 

Η Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ δήλωσε πρόσφατα ότι η αποκρυπτογράφηση της φύσης της σκοτεινής ενέργειας είναι ίσως το πιο σημαντικό από τα αναπάντητα ακόμη ερωτήματα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη Αστροφυσική. Και δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι μέσα από τις προσπάθειες των επιστημόνων να το απαντήσουν, οι γνώσεις μας για τον χώρο, τον χρόνο και την ύλη, αλλά και γι’ αυτήν ακόμη την μελλοντική εξέλιξη του ίδιου του Σύμπαντος, θα διευρυνθούν εντυπωσιακά. Πόσο λάθος είχαν τελικά όλοι εκείνοι οι επιστήμονες, οι φιλόσοφοι και οι λόγιοι που στα τελευταία 300 και συναρπαστικότερα χρόνια της εξέλιξης των ιδεών στις φυσικές επιστήμες αποφαίνονταν κατά καιρούς ότι "το τέλος της φυσικής" πλησίαζε και ότι σύντομα θα αποκαλύπταμε τους φυσικούς νόμους που διέπουν τη λειτουργία του Σύμπαντος σε όλο τους το μεγαλείο! Κι όμως κάθε φορά μια νέα επιστημονική επανάσταση τους διέψευδε, ανοίγοντας καινούριους ορίζοντες προς διερεύνηση. Η στιγμή για την επόμενη επανάσταση ίσως να πλησιάζει. Και ίσως σε τελική ανάλυση να είχε απόλυτο δίκιο ο μεγάλος προσωκρατικός φιλόσοφος Ηράκλειτος, που κι αυτόν τον είχαν χαρακτηρίσει "σκοτεινό", όταν έλεγε ότι "η φύσις κρύπτεσθαι φιλεί".

Των Διονύση  Π. Σιμόπουλου,  Διευθυντή Ευγενιδείου Πλανηταρίου και  

Αλέξη  Α. Δεληβοριά Αστρονόμου Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Αναδημοσίευση από το site του περιοδικού "ΠΤΗΣΗ και ΔΙΑΣΤΗΜΑ" και αργότερα από τη pemptousia.gr

Η αρχιτεκτονική του χάους

Ανακαλύπτοντας τα μυστικά της επιβίωσης σ' έναν αβέβαιο κόσμο

Τι ακριβώς εννοούμε όταν λέμε πως κάτι -μια φυσική δομή ή ένα κοινωνικό σύστημα- «βυθίστηκε» ή «κατέρρευσε» στο χάος;

Από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, η επίκληση του χάους γίνεται αποκλειστικά για να περιγράψουμε διεργασίες αποδιοργάνωσης, αποσάθρωσης και καταστροφής. Οι περισσότεροι από εμάς είναι απολύτως πεπεισμένοι ότι η εισβολή του χάους στα φυσικά, κοινωνικά, οικονομικά ή βιολογικά συστήματα οδηγεί, αναπόδραστα και νομοτελειακά, στην αποδόμησή τους: η επικράτηση του χάους ισοδυναμεί με πλήρη αποδιοργάνωση, και άρα με ολοκληρωτική καταστροφή κάθε μορφής οργάνωσης.

Θα πρέπει συνεπώς να ακούγεται τρελό ή και ολότελα παράδοξο το να τολμά κανείς να μιλά για «αρχιτεκτονική του χάους», υπονοώντας ότι πίσω από την αταξία κρύβεται κάποιο είδος οργάνωσης. Κοντολογίς, ότι ακόμη και οι χαώδεις δυναμικές κρύβουν κάποια... δομή.

Στο άκουσμα τέτοιων προκλητικών δηλώσεων ο δύσπιστος αναγνώστης θα μπορούσε να αντιτείνει: οι μεγάλες φυσικές καταστροφές, όπως ο πρόσφατος μεγα-σεισμός στην Ιαπωνία, η τελευταία διεθνής οικονομική κρίση ή οι επιδημίες ασθενειών που ταλανίζουν την ανθρωπότητα δεν αποτελούν άραγε τα απτά όσο και τραγικά παραδείγματα της «καταστροφικής δύναμης» και της «οργής» της φύσης, της εισβολής δηλαδή του «παράλογου» χάους στην εύτακτη και εύρυθμη ανθρώπινη πραγματικότητα;

Με πολλά επιχειρήματα θα μπορούσε να αντικρούσει κανείς αυτή την αφελή κρυπτοθεολογική και άκρως απλοϊκή ταύτιση της φύσης με τις «δυνάμεις του κακού». Σε κάθε περίπτωση πάντως είναι ολότελα ακατανόητο το πώς και το γιατί η φύση θα έπρεπε (ή θα μπορούσε!) να είναι «οργισμένη» ή «εκδικητική» με τους ανθρώπους.

Με αφορμή λοιπόν τις πρόσφατες φυσικές και κοινωνικοοικονομικές καταστροφές έχει, πιστεύουμε, ιδιαίτερο ενδιαφέρον να εξετάσουμε αν, και σε ποιο βαθμό, η σύγχρονη επιστημονική σκέψη είναι όντως σε θέση να κατανοεί αφ' ενός τη χαώδη και ενίοτε καταστροφική δυναμική της φύσης και αφ' ετέρου τα νοητικά κολλήματα και τις γνωσιακές προκαταλήψεις που, μέχρι πολύ πρόσφατα, μας εμπόδιζαν να αναγνωρίζουμε -και ακόμη λιγότερο να κατανοούμε- το ρόλο και τη σημασία των χαοτικών φαινομένων.

Εξάλλου, όπως θα δούμε, η αναγνώριση του δημιουργικού ρόλου του χάους και των χαοτικών δυναμικών στην εξέλιξη των πολύπλοκων συστημάτων -φυσικών και κοινωνικών- συνεπάγεται τη ριζική αναθεώρηση όχι μόνο της κυρίαρχης, μέχρι πρόσφατα, επιστημονικής μεθόδου, αλλά και της ίδιας της επιστημονικής ορθολογικότητας. Ισως μάλιστα έτσι μπορεί να εξηγηθεί η επίμονη παραγνώριση και η συστηματική υποβάθμιση του χάους από την επιστημονική σκέψη.

Η διάψευση των βεβαιοτήτων

«Η επιστήμη εξακολουθεί να είναι η εξ αποκαλύψεως προφητική περιγραφή του κόσμου, όπως αυτός φαίνεται από ένα θεϊκό ή δαιμονικό σημείο αναφοράς». Με αυτό το καυστικό σχόλιο ο νομπελίστας Ιλια Πριγκοζίν και η στενή συνεργάτις του Ιζαμπέλ Στέντζερς στιγματίζουν τις μεταφυσικές προϋποθέσεις και τις ιδεοληψίες της κλασικής φυσικής, δηλαδή της επιστήμης του Νεύτωνα, «του νέου Μωυσή, στον οποίο αποκαλύφθηκε η αλήθεια του κόσμου», όπως επισημαίνουν στο σπουδαίο βιβλίο τους «Τάξη μέσα από το Χάος» (βλ. ελλ. έκδ. Κέδρος).

Πράγματι, ήδη από το 17ο αιώνα, την εποχή της διαμόρφωσης της νεότερης επιστημονικής μεθόδου από τους Γαλιλέο, Καρτέσιο και Νεύτωνα, η κατανόηση και η τεχνολογική ιδιοποίηση του φυσικού κόσμου βασίστηκε στην αναγωγιστική σκέψη και πρακτική: στην απλοποίηση των προβλημάτων, μέσω των κατάλληλων μαθηματικών εργαλείων, και στη συστηματική αναγωγή των σύνθετων φαινομένων σε πιο απλά, τα οποία και θεωρούνταν «η αιτία» των πρώτων.

Μάλιστα, πάνω σε αυτό ακριβώς το υπερφιλόδοξο αναγωγιστικό πρόγραμμα θα θεμελιωθεί σχεδόν το σύνολο της νεότερης σκέψης και της κοινωνικής πρακτικής: από τη φιλοσοφία μέχρι τις πολιτικές και οικονομικές επιστήμες. Ετσι, σταδιακά επικράτησε ένας ιδιαίτερα παραγωγικός και αιτιοκρατικός τρόπος σκέψης (ντετερμινισμός) που, αργά ή γρήγορα, υποσχόταν να μας αποκαλύψει τα προαιώνια και τελικά αίτια όλων των φαινομένων: όχι μόνο των φυσικών ή των βιολογικών, αλλά και των ανθρωπολογικών ή των κοινωνικών.

Δυστυχώς όμως, παρά τις επίμονες προσπάθειες της «κλασικής» επιστήμης, αποδείχτηκε ότι όλα ανεξαιρέτως τα ορατά ή μακροσκοπικά συστήματα, αυτά δηλαδή που μελετούν οι αστροφυσικοί, οι γεωλόγοι, οι βιολόγοι, οι μηχανικοί, οι οικονομολόγοι, οι γιατροί, υπακούουν σε δύο τουλάχιστον βασικές αρχές οργάνωσης:

1. Οι απλοί νόμοι δεν οδηγούν κατ' ανάγκην σε απλές συμπεριφορές, και
2. ελάχιστες και φαινομενικά ασήμαντες μεταβολές στις παραμέτρους που διαμορφώνουν ένα πολύπλοκο (δηλαδή μη γραμμικό) σύστημα, μπορεί να οδηγήσουν στο μέλλον σε πολύ μεγάλες αλλαγές στη δομή και τη συμπεριφορά του.

Φανταστείτε, λοιπόν, τις δραματικές συνέπειες που είχε η πρόσφατη και εντελώς απρόσμενη ανακάλυψη ότι οι απολύτως ντετερμινιστικοί φυσικοί νόμοι και οι κανόνες οργάνωσης της φύσης οδηγούν κατά κανόνα σε εντελώς χαώδεις και απρόβλεπτες συμπεριφορές (και το αντίστροφο)!

Και, όπως αποδείχτηκε, πρόκειται για το πολύ συνηθισμένο φαινόμενο που σήμερα αποκαλείται «ντετερμινιστικό χάος» (σημειώστε το οξύμωρο των δύο όρων). Ερευνώντας μάλιστα τέτοια χαοτικά φαινόμενα οι επιστήμονες θα διαπιστώσουν ότι είναι πάντα και εγγενώς «μη γραμμικά»: δεν μπορούμε να προβλέψουμε τη μελλοντική τους συμπεριφορά, ακόμη και αν γνωρίζουμε επαρκώς τις αρχικές συνθήκες ή τις προγενέστερες καταστάσεις τους. Ομως, για όλες αυτές τις εξελίξεις θα πούμε περισσότερα στο επόμενο άρθρο μας σχετικά με τον ανεπίλυτο δεσμό που συνδέει πλέον άρρηκτα την αταξία με τη γένεση και τη διατήρηση της πολυπλοκότητας.

Συχνά ταυτίζουμε -εσφαλμένα- το χάος με την απόλυτη αταξία, δηλαδή με την απουσία κάθε οργάνωσης και εσωτερικής συνοχής: «χαώδεις» είναι οι καταστάσεις ή τα φαινόμενα που θεωρούμε ότι δεν υπόκεινται σε ακριβείς κανόνες ή νόμους και συνεπώς αντιστέκονται σε κάθε μας προσπάθεια πρόβλεψης, ελέγχου ή τεχνολογικής χειραγώγησής τους. Πρόκειται, ενδεχομένως, για μια νοητική στάση που πολύ πιθανά σχετίζεται με την ίδια την οργάνωση και τη λειτουργία του ανθρώπινου νου.

Η ακαταμάχητη έλξη του... χάους

Εντούτοις, σήμερα το χάος έχει πλέον εισβάλει επίσημα και μάλιστα πολύ δημιουργικά στην ανθρώπινη σκέψη: και όχι μόνο, όπως στο παρελθόν, ως το μέτρο της άγνοιάς μας, αλλά ως η απαραίτητη προϋπόθεση για μια βαθύτερη κατανόηση του κόσμου που μας περιβάλλει! Η εγγενής αστάθεια και η ευαισθησία από τις αρχικές συνθήκες, με άλλα λόγια η χαώδης ή, αν προτιμάτε, η μη γραμμική δυναμική, θεωρούνται πλέον τα τυπικά γνωρίσματα όλων των πολύπλοκων δομών (φυσικών ή τεχνητών): από την εύρυθμη λειτουργία της ανθρώπινης καρδιάς μέχρι το παγκόσμιο χρηματοπιστωτικό σύστημα.

Τώρα, ένα εύλογο αλλά εξαιρετικά ανησυχητικό ερώτημα που προκύπτει από αυτές τις εξελίξεις είναι το εξής: Οι σημερινοί πολιτικοί, πέρα από τα επιστημονικοφανή πυροτεχνήματα που κατά καιρούς χρησιμοποιούν, διαθέτουν άραγε τα απαραίτητα γνωστικά εργαλεία για να κατανοήσουν, και κυρίως για να αντιμετωπίσουν, την πολύπλοκη δυναμική τάξης-αταξίας, όπως αυτή αποκρυσταλλώνεται στην τρέχουσα κρίση του κυρίαρχου μοντέλου διαχείρισης της κοινωνίας;

Διότι είναι πλέον σαφές ότι για τη σημερινή πολύμορφη πλανητική κρίση -κρίση ταυτόχρονα γεωλογική, οικολογική και κοινωνικοοικονομική- ευθύνεται πρωτίστως το κλασικό γραμμικό, αναγωγιστικό και απολύτως απλοϊκό πρότυπο κατανόησης και διαχείρισης της χαώδους δυναμικής που συνεπάγεται αλλά και προϋποθέτει η νέα «παγκοσμιοποιημένη» ανθρώπινη κατάσταση.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Σαββατιάτικη ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ της 19ης Μαρτίου 2011

οι μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις

Ο αλλόκοτος βρόχος: τάξη - αταξία

Μέχρι τα μέσα του εικοστού αιώνα στη δυτική σκέψη κυριαρχούσε η άποψη ότι για την επιστημονική «εξήγηση», και συνεπώς για την ουσιαστική κατανόηση, οποιουδήποτε φαινομένου αναγκαία και ικανή συνθήκη είναι η ανακάλυψη των «αιτιών» και των «νόμων» που καθορίζουν την εμφάνιση και την ανάπτυξή του.

Ακόμη και αυτή η ίδια η ορθολογικότητα της ανθρώπινης σκέψης θεωρούσαν ότι ταυτίζεται και εξαρτάται αποκλειστικά από την ικανότητά της να ερμηνεύει «αιτιοκρατικά» τα περίπλοκα φαινόμενα που διερευνά, είτε αυτά είναι φυσικά είτε κοινωνικά.

Με ποια εργαλεία όμως μπορούμε να αποτιμήσουμε την επιτυχία ή όχι μιας επιστημονικής εξήγησης, δηλαδή μιας αιτιοκρατικής περιγραφής; Ο ασφαλέστερος τρόπος είναι προφανώς η μαθηματικοποίηση του προβλήματος. Και, ως γνωστόν, οι διαφορικές εξισώσεις αποτελούν αποδεδειγμένα τον πλέον επιτυχή τρόπο «μετάφρασης» στη γλώσσα των μαθηματικών των γραμμικών, δηλαδή των αυστηρά ντετερμινιστικών διασυνδέσεων μεταξύ αιτίας - αποτελέσματος.

Πράγματι, όπως απέδειξε το 17ο αιώνα ο Νεύτων, εφαρμόζοντας το διαφορικό λογισμό στην περιγραφή των φυσικών φαινομένων, μπορούμε όχι απλώς να εξηγήσουμε νομοτελειακά (π.χ. με το νόμο της βαρύτητας) τη δυναμική των φυσικών φαινομένων στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον, αλλά και να ενοποιήσουμε φυσικά φαινόμενα που μέχρι τότε φαίνονταν εντελώς ανεξάρτητα μεταξύ τους: από την πτώση ενός μήλου πάνω στη Γη μέχρι την κίνηση ενός πλανήτη ή ενός δορυφόρου γύρω από τον Ηλιο.

Η εκδίωξη από τον γραμμικό παράδεισο

Σύμφωνα με το παραπάνω γραμμικό-αιτιοκρατικό πρότυπο εξήγησης, μικρά αίτια προκαλούν πάντα μικρά αποτελέσματα, ενώ όλες οι σημαντικές ή οι μεγάλες αλλαγές που παρατηρούνται προκύπτουν, υποτίθεται, αποκλειστικά από την αθροιστική συσσώρευση πολλών μικρών αιτιών.

Εντούτοις, ανέκαθεν ήταν γνωστό ότι πάρα πολλά φυσικά ή κοινωνικά φαινόμενα ήταν, και σε μεγάλο βαθμό παραμένουν ακόμη και σήμερα, μη προβλέψιμα. Τυπικά παραδείγματα είναι οι ξαφνικές αλλαγές του καιρού, οι μεγάλοι καταστροφικοί σεισμοί, η εκδήλωση μιας ασθένειας ή η ταχύτατη διάδοση μιας επιδημίας, καθώς και οι σοβαρές χρηματοπιστωτικές κρίσεις ή οι μεγάλες ιστορικές και κοινωνικές αλλαγές.

Και δυστυχώς, όπως συνειδητοποιούμε καθημερινά, η περιγραφή μέσω γραμμικών εξισώσεων τόσο των πολλαπλών αιτιών όσο και της πολύπλοκης δυναμικής αυτών των φαινομένων είναι όχι μόνον εξαιρετικά δύσκολη αλλά και άκρως παραπλανητική. Αλλά και οι όποιες προβλέψεις μας σχετικά με τη μελλοντική εξέλιξη τέτοιων πολύπλοκων φαινομένων αποδεικνύονται εξίσου επισφαλείς και αβέβαιες.

Πώς όμως εξηγείται αυτή η εμφανής ανεπάρκεια και η προβλεπτική αποτυχία του παραδοσιακού γραμμικού και ντετερμινιστικού τρόπου σκέψης; Η συνήθης απολογητική στρατηγική που υιοθετούν αρκετοί ειδικοί είναι να επικαλούνται την προσωρινή άγνοιά μας ορισμένων παραμέτρων. Με άλλα λόγια, διατείνονται ότι η εξόφθαλμη αδυναμία μας να κατανοούμε ή να προβλέπουμε τέτοια περίπλοκα φαινόμενα δεν οφείλεται καθόλου στην απλοϊκή και απλουστευτική μέθοδο προσέγγισής τους αλλά στην παράλειψη κάποιας υποθετικής μεταβλητής, την οποία «απλώς» δεν λαμβάνουμε υπόψη μας επειδή την αγνοούμε!

Και όπως θα δούμε, μόνο κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1960, η διεθνής επιστημονική κοινότητα άρχισε να προβληματίζεται σοβαρά γύρω από τη θεωρητική και την πρακτική αναγκαιότητα εφαρμογής κάποιων εναλλακτικών, δηλαδή μη γραμμικών μοντέλων εξήγησης. Αν, πάντως, θέλει κανείς να προσδιορίσει την επίσημη ημερομηνία εισόδου της χαώδους δυναμικής στην επιστήμη της φυσικής, θα πρέπει να ανασύρει από τη σκόνη της ιστορίας το πρωτοποριακό, μολονότι επί πολλά χρόνια λησμονημένο, έργο του Ζιλ-Ανρί Πουανκαρέ.

Ο μεγαλοφυής Γάλλος φυσικός και μαθηματικός δημοσίευσε το 1889 (!) μια εντυπωσιακή μελέτη με τον φαινομενικά αθώο τίτλο «Σχετικά με το πρόβλημα των τριών σωμάτων και τις εξισώσεις της δυναμικής» (βλ. ειδικό πλαίσιο). Σε 270 σκοτεινές σελίδες αυτός ο συντηρητικός επαναστάτης απέδειξε μαθηματικά ότι το μεγάλο όνειρο της κλασικής φυσικής για την πλήρη πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς ενός σύνθετου φυσικού συστήματος, το οποίο αποτελείται μόνο από τρία αλληλεπιδρώντα σώματα, είναι καταδικασμένο να μείνει απραγματοποίητο, και όχι τόσο εξαιτίας πρακτικών αδυναμιών αλλά αντίθετα από εγγενή φυσικά αίτια!

Η ανακάλυψη, και κυρίως η αποδοχή, της εγγενούς αστάθειας όλων των μη γραμμικών συστημάτων -της πλειονότητας δηλαδή των φυσικών, των βιολογικών και των κοινωνικών δομών- επιβάλλει ασύλληπτους περιορισμούς, ταυτόχρονα όμως ανοίγει και νέες δυνατότητες στην ανθρώπινη γνώση. Σήμερα θεωρείται βέβαιο ότι πολλές εκδηλώσεις της χαοτικής συμπεριφοράς ενός πολύπλοκου συστήματος δεν προκύπτουν -ούτε βέβαια εξηγούνται- από τα συστατικά μέρη που αποτελούν αυτό το σύστημα.

Χάος από το πέταγμα μιας... πεταλούδας

Τυπικό παράδειγμα αυτής της νέας συλλογικής και αναδυόμενης μη γραμμικής συμπεριφοράς αποτελεί η πρόβλεψη του καιρού. Ολοι γνωρίζουμε εμπειρικά ότι το χειμώνα κάνει κρύο ενώ το καλοκαίρι ζέστη. Πολύ πιο δύσκολο είναι να καθορίσουμε εκ των προτέρων, δηλαδή να προβλέψουμε, τις ακριβείς καιρικές συνθήκες που θα εκδηλωθούν, ας πούμε, έπειτα από δέκα ή περισσότερες ημέρες. Και όμως, γνωρίζουμε αρκετά καλά από ποιες βασικές μεταβλητές εξαρτάται ο καιρός σε έναν τόπο μια δεδομένη χρονική στιγμή. Παρ' όλα αυτά ο ορίζοντας πρόβλεψης του μελλοντικού καιρού παραμένει απελπιστικά περιορισμένος.

Το γιατί συμβαίνει αυτό το ανακάλυψε το 1963 ο Εντουαρντ Λόρεντζ όταν, θέλοντας να προσομοιώσει στον υπολογιστή ένα μοντέλο πρόβλεψης του καιρού, εισήγαγε τρία είδη δεδομένων -θερμοκρασία, πίεση του αέρα και ταχύτητα του ανέμου- υπό τη μορφή τριών συζευγμένων μεταξύ τους μη γραμμικών εξισώσεων. Οι εξισώσεις είναι μεταξύ τους συζευγμένες, επειδή τα αποτελέσματα κάθε εξίσωσης εισάγονται ως ακατέργαστα δεδομένα στις επόμενες εξισώσεις, δημιουργώντας έναν βρόχο ανάδρασης. Ετσι, χωρίς να το γνωρίζει, ο Λόρεντζ επανέλαβε ό,τι είχε κάνει πριν από 60 χρόνια ο Πουανκαρέ. Και μάλιστα κατέληξε στα ίδια συμπεράσματα: όπως ακριβώς τα τρία ουράνια σώματα, έτσι και οι τρεις ανατροφοδοτούμενες καιρικές μεταβλητές μάς αποκαλύπτουν την ύπαρξη ενός μη γραμμικού χαοτικού συστήματος, η συμπεριφορά του οποίου, έπειτα από κάποιο χρονικό διάστημα, είναι ουσιαστικά απρόβλεπτη. Και αυτό γιατί το καιρικό σύστημα είναι εξαιρετικά ευαίσθητο ακόμη και στις πιο ασήμαντες επιρροές. Ετσι, ακραία καιρικά φαινόμενα σε έναν τόπο μπορεί να πυροδοτηθούν από το φτερούγισμα μιας πεταλούδας σε κάποια μακρινή περιοχή!

Εκπληξη προκαλεί το ότι χρειάστηκε να περάσουν πάνω από εξήντα χρόνια μέχρι οι φυσικοί να αρχίσουν να ανακαλύπτουν «εκ νέου» και να συνειδητοποιούν τις απρόσμενες επιστημονικές και φιλοσοφικές συνέπειες της πρωτοποριακής έρευνας του Πουανκαρέ.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Σαββατιάτικη ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ της 26ης Μαρτίου 2011

Η πρώτη «ντροπαλή» εμφάνιση του χάους

Το πρόβλημα των «τριών σωμάτων» αποτελεί την πιο απλή εκδοχή του προβλήματος της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης των «πολλαπλών σωμάτων», που επί έναν αιώνα αποτελούσε τον εφιάλτη της νευτώνειας δυναμικής.

Για να μελετήσει αυτή την ασύλληπτης δυσκολίας σπαζοκεφαλιά, ο Πουανκαρέ αποφάσισε να υιοθετήσει μια γεωμετρική ή ακριβέστερα μια τοπολογική προσέγγιση του προβλήματος, δηλαδή να αναλύσει τις τροχιές των τριών αλληλεπιδρώντων σωμάτων στο χώρο των φάσεων. Πρόκειται για έναν αφηρημένο μαθηματικό χώρο που αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμος και βολικός για την αναπαράσταση περίπλοκων δυναμικών αλληλεπιδράσεων.

Αναλύοντας υπομονετικά τα γραφήματα που προέκυπταν από την είσοδο ενός τρίτου σώματος, κατέληξε στο εξωφρενικό συμπέρασμα ότι μακροχρόνιες προβλέψεις είναι αδύνατες διότι οι μαθηματικές εξισώσεις, δηλαδή οι σειρές που περιγράφουν τις τροχιές των τριών αλληλεπιδρώντων ουράνιων σωμάτων, όχι μόνο δεν συγκλίνουν σε κάποιες προκαθορισμένες θέσεις, αλλά αντίθετα αποκλίνουν!

Πρώτος λοιπόν ο Πουανκαρέ έδειξε πόσο ουτοπικό και πρακτικά ανεφάρμοστο ήταν το φιλόδοξο πρόγραμμα της «κλασικής» φυσικής για την ασφαλή πρόβλεψη και την πλήρη ντετερμινιστική περιγραφή όλων των φυσικών φαινομένων. Ανοίγοντας έτσι το δρόμο -χωρίς ίσως να το συνειδητοποιεί και ο ίδιος- για την επέλαση του χάους στη σύγχρονη επιστημονική σκέψη.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Σαββατιάτικη ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ της 26ης Μαρτίου 2011

η αυθόρμητη ανάδυση της πολυπλοκότητας

Αυτοοργάνωση: η απάντηση στην αβεβαιότητα

Στο συλλογικό φαντασιακό των δυτικών κοινωνιών αλλά και της κάθε επιστήμης, η έρευνα της πραγματικότητας έχει αξία και νόημα μόνο στο μέτρο που μας αποκαλύπτει τους «αιώνιους» και «αμετάβλητους» νόμους της φύσης.

Φανταστείτε λοιπόν πόσο δυσάρεστη έκπληξη ήταν για τους ειδικούς και το ευρύτερο κοινό, όταν διαπίστωσαν ότι στις περισσότερες περιπτώσεις ακόμη και η πλήρης γνώση των βασικών νόμων δεν συνεπάγεται αυτομάτως την πλήρη κατανόηση των φαινομένων ούτε οδηγεί, κατ' ανάγκην, σε ασφαλείς προβλέψεις για τη μελλοντική τους συμπεριφορά.

Πράγματι, όπως είδαμε στα δύο προηγούμενα άρθρα μας, περί τα τέλη του 1960 όλο και περισσότεροι επιφανείς επιστήμονες άρχισαν να συνειδητοποιούν αφενός πόσο μάταιη ήταν κάθε προσπάθεια «αναγωγής» των περισσότερων φυσικών φαινομένων στις απλούστερες δομικές τους μονάδες και αφετέρου πόσο ανέφικτη ήταν η «ακριβής πρόβλεψη» της συμπεριφοράς των πολύπλοκων συστημάτων (φυσικών και κοινωνικών): από τις τροχιές τριών αλληλεπιδρώντων ουράνιων σωμάτων μέχρι τη δυναμική των χρηματοπιστωτικών αγορών.

Η νεκροφιλική τάξη και...

Μέχρι πρόσφατα ταυτίζαμε το χάος με την απόλυτη ή παράλογη αταξία, δηλαδή με την απουσία κάθε μορφής οργάνωσης και εσωτερικής συνοχής: «χαώδεις» θεωρούνται οι καταστάσεις ή τα φαινόμενα που πιστεύουμε (εσφαλμένα) ότι δεν υπόκεινται σε ακριβείς κανόνες ή νόμους και συνεπώς αντιστέκονται σε κάθε μας προσπάθεια πρόβλεψης, ελέγχου ή τεχνολογικής χειραγώγησης.

Ωστόσο, όπως θα δούμε, η αναγνώριση της πανταχού παρουσίας της εγγενούς αστάθειας, και άρα της μη προβλεψιμότητας της χαώδους δυναμικής, θα ανοίξει νέους δρόμους για μια πολύ βαθύτερη, αν και όχι πλήρη, κατανόηση των πολύπλοκων συστημάτων.

Αρα, η εισβολή του χάους τόσο στη φύση όσο και στην ανθρώπινη σκέψη όχι μόνο δεν πρέπει να θεωρείται καταστροφική αλλά, αντίθετα, μπορεί να είναι άκρως δημιουργική.

Σε ό,τι αφορά ειδικότερα την επιστήμη της φυσικής, η οποία αποτελούσε το γνωστικό και μεθοδολογικό πρότυπο για κάθε άλλη «θετική» επιστήμη, η αναγνώριση αυτών των δύο ανυπέρβλητων περιορισμών της γνώσης μας -η διττή αδυναμία πλήρους αναγωγής και ασφαλούς πρόβλεψης- αποτέλεσε ένα ιδιαίτερα επώδυνο επιστημολογικό σοκ. Σαν να μην έφτανε η θεμελιώδης «αρχή απροσδιοριστίας» της κβαντικής μικροφυσικής, τώρα επιβάλλεται να αποδεχτούμε κάποια σαφή και μη παρακάμψιμα όρια στη γνώση και του μακρόκοσμου!

Πράγματι, η πρώτη θεωρητική αποκρυστάλλωση της παντοδυναμίας της αταξίας, αλλά και της θεωρητικής-πρακτικής αδυναμίας να εξηγήσουμε την προέλευση της τάξης και της πολυπλοκότητας, διατυπώθηκε ήδη από τα μέσα του 19ου αιώνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Αυτός ο αδιάψευστος μέχρι σήμερα φυσικός νόμος ορίζει ότι η αταξία στο ορατό Σύμπαν τείνει να μεγαλώνει επειδή η συνολική ενέργεια που περιέχει τείνει βαθμιαία να υποβαθμίζεται. Με άλλα λόγια, η συνολική «εντροπία» του Σύμπαντος μπορεί μόνο να αυξάνει με το πέρασμα του χρόνου.

Αν όμως ισχύει αυτός ο αδυσώπητος νόμος της συμπαντικής υποβάθμισης της ενέργειας και άρα της μεγιστοποίησης της αταξίας, τότε πώς εξηγείται η ανάδυση και η εξέλιξη μέσα στο Σύμπαν εξαιρετικά πολύπλοκων φαινομένων, όπως π.χ. η γένεση και η εξέλιξη των γαλαξιών ή της ζωής, καθώς και η επιβίωση των ανθρώπων με τις περίπλοκες και εξαιρετικά ενεργοβόρες κοινωνίες τους;

Η αχίλλειος πτέρνα της «κλασικής» θερμοδυναμικής ήταν ότι όλοι υπέθεταν πως αυτή ισχύει και εφαρμόζεται μόνο σε «κλειστά» και «απομονωμένα» συστήματα, σε ιδανικά δηλαδή συστήματα που δεν ανταλλάσσουν ύλη και ενέργεια με το περιβάλλον τους. Προφανώς, μέσα στο γνωστό μας Σύμπαν τέτοια συστήματα σε κατάσταση απόλυτης θερμικής ισορροπίας αποτελούν μόνο θεωρητικές αφαιρέσεις. Με άλλα λόγια, το γεγονός ότι περιόρισαν τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής στη μελέτη αποκλειστικά καταστάσεων ισορροπίας αποτελούσε έναν αδικαιολόγητο αυτοπεριορισμό της καθολικής εφαρμοσιμότητας αυτού του νόμου. Αντίθετα, όπως κατ' επανάληψη διαπίστωσαν, ενώ έχει καθολική ισχύ, ο νόμος αυτός αφήνει πολλά περιθώρια και ελευθερίες για τη δημιουργία πολύπλοκων δομών!

Μακριά από τη θερμοδυναμική ισορροπία, η οποία ισοδυναμεί με τον ενεργειακό θάνατο και την απόλυτη αταξία, η φύση μπορεί να αυτο-οργανώνεται και να πολυπλοκοποιείται, κοντολογίς να αποκτά ιστορία. Ενα ακόμη παράδειγμα όπου η ισχύς των φυσικών νόμων δεν αποκλείει καθόλου -ούτε όμως και επιβάλλει νομοτελειακά!- την ανάδυση πολύπλοκων φυσικών δομών και απρόβλεπτων συμπεριφορών.

...η ζωτική αταξία

Αν το μηχανικό ρολόι ήταν το τεχνολογικό πρότυπο της νεωτερικής «κλασικής» επιστήμης, τότε η μετα-νεωτερική επιστήμη του χάους και της πολυπλοκότητας έχει ασφαλώς ως πρότυπό της τον ψηφιακό υπολογιστή. Και είναι βέβαιο ότι καμία από τις εντυπωσιακές ανακαλύψεις και τις ακριβείς μαθηματικές περιγραφές των ασταθών συστημάτων και της χαώδους δυναμικής τους δεν θα είχαν πραγματοποιηθεί χωρίς την πρωτόγνωρη δυνατότητά μας να εκμεταλλευόμαστε τις απίστευτες υπολογιστικές δυνατότητες των υπολογιστών.

Το σύνολο των θεωριών του χάους και των μηχανισμών της ασταθούς και μη προβλέψιμης χαώδους συμπεριφοράς μπορεί κάλλιστα να θεωρηθεί ως η εφαρμογή, στην επιστήμη αλλά και στην κοινωνία, των νέων κατηγοριών και των κριτηρίων που συνεπάγεται η συστηματική χρήση των υπολογιστών. Σκεφτείτε τη μαζική και ενίοτε καταχρηστική εφαρμογή των υπολογιστικών εννοιών της πληροφορίας ή της ανάδρασης (feedback)!

Ολα τα σύγχρονα μαθηματικά εργαλεία για την περιγραφή και την αναπαράσταση του χάους στηρίχθηκαν κυρίως στην αξιοποίηση των υπολογιστών: από τους «παράξενους ελκυστές», που καθορίζουν τη μη γραμμική συμπεριφορά κάθε ασταθούς συστήματος, μέχρι τη δημιουργική «αυτο-ομοιότητα» που παρουσιάζουν οι εντυπωσιακές μορφοκλασματικές δομές (fractals) της νέας γεωμετρίας φράκταλ του Μπενουά Μάντελμπροτ.

Χάρη σε τέτοια «απτά» υπολογιστικά μοντέλα, η σύγχρονη επιστήμη κατάφερε να επιβεβαιώσει ποικιλοτρόπως την υποψία που διατύπωσε πριν από πολλές δεκαετίες ο Πουανκαρέ. Σήμερα θεωρείται δεδομένο ότι για τη δυναμική αστάθεια και άρα για την εγγενή μη προβλεψιμότητα της συμπεριφοράς των πολύπλοκων συστημάτων δεν ευθύνεται η απουσία αυστηρών φυσικών νόμων. Το ακριβώς αντίθετο συμβαίνει: απολύτως γνωστοί και ντετερμινιστικοί νόμοι οδηγούν στο χάος, δηλαδή σε τεράστιες αποκλίσεις στη συμπεριφορά κάθε πολύπλοκου συστήματος, εξαιτίας ελάχιστων αλλαγών στις αρχικές συνθήκες ή στις βασικές μεταβλητές του συστήματος.

Και υπό αυτήν ακριβώς την έννοια, ενώ στα πολύ απλά συστήματα η αταξία και το χάος λειτουργούν μάλλον καταστροφικά, στα πολύπλοκα συστήματα η αστάθεια και η αταξία λειτουργούν εποικοδομητικά, συμβάλλοντας αποφασιστικά στην περαιτέρω εξέλιξη και πολυπλοκοποίησή τους. Ενα απρόσμενο και ρηξικέλευθο συμπέρασμα που, μολονότι επιβεβαιώνεται από πλήθος επιστημονικών παρατηρήσεων, εντούτοις διστάζουμε να το υιοθετήσουμε ως εναλλακτικό μοντέλο διαχείρισης της επιστημονικής γνώσης και της κοινωνίας.

Ο μύθος της παντογνωσίας

Στο κλείσιμο του δεύτερου άρθρου μας για το χάος (βλ. «Ε» 26-03-11) διατυπώσαμε την απορία γιατί χρειάστηκε να περάσουν πάνω από εξήντα χρόνια μέχρι να αρχίσουν οι φυσικοί να ανακαλύπτουν «εκ νέου» και να συνειδητοποιούν τις απρόσμενες επιστημονικές και φιλοσοφικές συνέπειες της πρωτοποριακής έρευνας του Ζιλ-Ανρί Πουανκαρέ.

Η απάντηση σε αυτό το φαινομενικά αθώο ερώτημα δεν είναι ούτε απλή ούτε προφανής. Και αυτό γιατί σε αυτή τη συστηματική «παράλειψη» εμπλέκονται όχι μόνο οι συνήθεις συντηρητικές αντιδράσεις της επιστημονικής κοινότητας απέναντι σε ριζικά νέες ή και επαναστατικές προσεγγίσεις, αλλά και το γεγονός ότι η αποδοχή του χάους και της μη προβλεψιμότητας ανατρέπει οριστικά κάθε ελπίδα για μια απλή και ενιαία εξήγηση της φύσης. Ελπίδα που αποτέλεσε, και ώς έναν βαθμό αποτελεί ακόμη, τον θεμελιωτικό μύθο της κλασικής επιστήμης.

Και μολονότι, κατά το παρελθόν, η κλασική επιστήμη είχε οδηγήσει στους μεγάλους θριάμβους της ανθρώπινης σκέψης -από τη νευτώνεια μηχανική μέχρι τη θεωρία της σχετικότητας- σήμερα αποδεικνύεται εμπόδιο όχι μόνο για το βάθεμα των γνώσεών μας αλλά και για τη συνειδητοποίηση των νέων κοινωνικών προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε: πολύπλοκα κοινωνικά προβλήματα που δεν επιδέχονται πλέον γραμμικές και απλοϊκές λύσεις.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την Σαββατιάτικη ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ της 2ας Απριλίου 2011

Η Μετεωρολογία σε ...γραμματόσημο

Με αφορμή την Παγκόσμια Ημέρα της Μετεωρολογίας στις 23 Μαρτίου ...
διαβάστε ένα πολύ ωραίο αφιέρωμα για τον ...
Μετεωρολογικό φιλοτελισμό!



Το αφιέρωμα είναι του Παναγιώτη Γιαννόπουλου, φυσικού-μετεωρολόγου της Ε.Μ.Υ., και δημοσιεύτηκε την 15η Μαρτίου 2008 στο περιοδικό "Έψιλον" της Κυριακάτικης Ελευθεροτυπίας

Το αίνιγμα της ανάδυσης του ανθρώπινου νου

Μπορεί η επιστήμη να εξηγήσει τη γένεση των διανοητικών μας ικανοτήτων ή μήπως απαιτείται κάποια «υπερφυσική» παρέμβαση;

Πριν από 100 χιλιάδες χρόνια, η ανάπτυξη του νου των μακρινών μας προγόνων είχε καταφέρει να παραγάγει μόνο κάποια ασύμμετρα και κακότεχνα λίθινα εργαλεία. Ξαφνικά, πριν από 50 χιλιάδες χρόνια, σε μια έκρηξη δημιουργικότητας και πρωτοτυπίας, ο πλανήτης μας γέμισε με απολιθώματα από νέα συμμετρικά εργαλεία, από περίτεχνες βραχογραφίες και από τάφους. Αδιαμφισβήτητες μαρτυρίες της μεγάλης νοητικής επανάστασης που είχε συντελεστεί στο εσωτερικό των κρανίων των πρωτανθρώπων.

Στις μέρες μας, οι παλαιοανθρωπολόγοι, οι αρχαιολόγοι και οι νευροψυχολόγοι ενώνουν τις δυνάμεις τους και συνεργάζονται στενά για να διερευνήσουν το πώς, το πότε και το πού εμφανίστηκαν για πρώτη φορά οι μοναδικές ανθρώπινες διανοητικές ικανότητες. Από το πόσο ικανοποιητικές θα κριθούν οι απαντήσεις τους θα εξαρτηθεί, όχι απλώς η βαθύτερη γνώση του μακρινού μας παρελθόντος, αλλά πλέον και η αναγκαιότητα για υπερφυσικές «εξηγήσεις» περί της επεμβάσεως ενός πάνσοφου Δημιουργού ή κάποιων υποθετικών «εξωγήινων σχεδιαστών».

Υπάρχουν, άραγε, κάποιες ασφαλείς αρχαιολογικές ενδείξεις, οι οποίες να πιστοποιούν με βεβαιότητα την ύπαρξη ή όχι τυπικά ανθρώπινων νοητικών ικανοτήτων κατά το μακρινό προϊστορικό μας παρελθόν; Διαφορετικοί ερευνητές έχουν υιοθετήσει κατά καιρούς τα πιο διαφορετικά κριτήρια: από το οργανωμένο κυνήγι με όπλα μέχρι τον εποικισμό άγνωστων περιοχών, και από τη χρήση νέων υλικών και εργαλείων μέχρι την ταφή νεκρών με ή χωρίς νεκρικές προσφορές.

Τέτοιες ομαδικές δραστηριότητες και συλλογικές συμπεριφορές παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, επειδή προϋποθέτουν όχι απλώς την ύπαρξη μιας οργανωμένης κοινωνικής ζωής, κάτι πολύ συνηθισμένο και σε απλούστερα είδη ζώων, αλλά μια κοινωνική ζωή που να βασίζεται στην αυτοσυνείδηση και τον έναρθρο λόγο, σε δύο δηλαδή τυπικά ανθρώπινα χαρακτηριστικά.

Ενώ όμως όλοι οι ειδικοί συμφωνούν για τις ιδιαίτερες γνωστικές και νοητικές ικανότητες που μας διαφοροποιούν από τα υπόλοιπα ζώα, δεν υπάρχει ακόμη ομοφωνία για το πότε και το πώς αυτές εμφανίστηκαν κατά την πρόσφατη εξελικτική ιστορία των πρωτευόντων.

Ενώ πριν από εκατό πενήντα χρόνια ο Κάρολος Δαρβίνος πρότεινε την πρώτη ολοκληρωμένη εξελικτική θεωρία για το πώς η φυσική επιλογή διαμορφώνει τα σωματικά και συμπεριφορικά χαρακτηριστικά κάθε ζωντανού οργανισμού, μόνο πρόσφατα η επιστήμη άρχισε να διερευνά πώς η εξέλιξη διαμορφώνει και τα νοητικά χαρακτηριστικά των οργανισμών (εξελικτική και γνωστική ψυχολογία).

Μάλιστα, αυτή η προκλητική ιδέα, ότι δηλαδή η εξέλιξη δεν αφορά μόνο τα υλικά σώματα αλλά και στις «άυλες» νοητικές ικανότητες που αυτά τα βιολογικά σώματα έχουν, θα αποτελέσει την προϋπόθεση για τη διαμόρφωση ενός νέου διεπιστημονικού κλάδου, της «γνωσιακής αρχαιολογίας».

Ένας «γνωσιακός αρχαιολόγος» δεν αρκείται στη χρονολόγηση και την ταξινόμηση ενός προϊστορικού τεκμηρίου, π.χ. ενός λίθινου εργαλείου, αλλά μελετά αυτά τα απολιθωμένα χειροτεχνήματα για να κατανοήσει τις νοητικές προϋποθέσεις και τις νευροβιολογικές ικανότητες του χειροτεχνουργού!

Για παράδειγμα, αναλύοντας τον τρόπο λάξευσης ενός λίθινου εργαλείου ή μελετώντας τη συμβολική περιπλοκότητα μιας βραχογραφίας, μπορεί να συναγάγει πολύτιμα συμπεράσματα για τις αφαιρετικές ή συνειδησιακές ικανότητες του πρωτόγονου τεχνίτη.

Η προϊστορία της σύγχρονης νόησης

Σύμφωνα με όλα τα διαθέσιμα δεδομένα -παλαιοντολογικά, βιολογικά και βιοχημικά- ο σύγχρονος άνθρωπος, που αυτοαποκαλείται αυτάρεσκα Homo Sapiens (Άνθρωπος ο Σοφός), έχει μια σαφή ζωική προέλευση. Αποτελεί το τελικό προϊόν μιας μακράς και πολυδαίδαλης εξελικτικής ιστορίας, που ξεκίνησε στην Αφρική πριν από περίπου 6 εκατομμύρια χρόνια, όταν οι πιο μακρινοί πρόγονοί μας αποσπάστηκαν από το μέχρι τότε κοινό γενεαλογικό δέντρο που τους συνέδεε με τους προγόνους των ανθρωποειδών πιθήκων (που κατέληξε στους γορίλες και τους χιμπαντζήδες).

Το επόμενο αποφασιστικό βήμα έγινε στην ανατολική Αφρική πριν από 3 εκατομμύρια χρόνια. Τότε η γενεαλογική μας γραμμή χωρίστηκε εκ νέου, παράγοντας τον Ρωμαλέο Πίθηκο του Νότου (Australopithecus robustus) και τον Αφρικανικό Πίθηκο του Νότου (Australopithecus africanus).

Από αυτό τον δεύτερο πρωτοάνθρωπο θα προκύψει αργότερα ο Homo habilis (Άνθρωπος ο Επιδέξιος) και από αυτόν θα εξελιχθεί, πριν από 1,7 εκατομμύρια χρόνια, ο Homo Erectus (Άνθρωπος που Περπατά Όρθιος). Παρά το παραπλανητικό όνομά του, ο Homo Erectus δεν ήταν ο πρώτος από τους ανθρωπίδες που ήταν ικανός να περπατά όρθιος, ήταν όμως ο πρώτος που χρησιμοποίησε συστηματικά λίθινα εργαλεία, υπέταξε τη φωτιά και αργότερα μετανάστευσε αρχικά στην Εγγύς Ανατολή και από εκεί στην Ευρώπη και την Άπω Ανατολή.

Πριν από 130.000 με 50.000 χρόνια, το εξελικτικό σκηνικό σε ό,τι αφορά την εξάπλωση των προγόνων μας είχε ως εξής: στην Ευρώπη και στη δυτική Ασία κυριαρχούν οι Νεάντερταλ (Homo Neanderthalensis), «πρωτόγονοι» ανατομικά και τεχνολογικά (βλ. Πλαίσιο) -στην Αφρική ζούσαν και εξελίσσονταν οι πρώτοι άνθρωποι που δεν διέφεραν και πολύ από εμάς- ενώ στην ανατολική Ασία υπήρχε ένα ανθρώπινο είδος που μάλλον διέφερε τόσο από τον σύγχρονο άνθρωπο όσο και από τους Νεάντερταλ.

Όμως αυτό το σκηνικό θα αλλάξει δραστικά μετά την είσοδο στην Ευρώπη των ευφυέστερων και τεχνολογικά ανώτερων ανθρώπων που εισέβαλαν από την Αφρική πριν από 40 - 35 χιλιάδες χρόνια. Εκείνη την περίοδο συνέβη το «μεγάλο εξελικτικό άλμα» που έλαβε χώρα στη γηραιά ήπειρο και θα οδηγήσει σταδιακά στην απόλυτη κυριαρχία του είδους μας, το οποίο χάρη στις ανώτερες νοητικές ικανότητές του θα δημιουργήσει τον πολιτισμό και την τέχνη. Ίσως γι' αυτό οι ειδικοί περιγράφουν αυτό το εξηγητικό σχήμα ως το «πολιτισμικό Big Bang».

Αξίζει να σημειωθεί ότι η προοδευτική ανάπτυξη του φυλογενετικού δένδρου που θα οδηγήσει στον σύγχρονο άνθρωπο συνοδεύεται πάντα από μια προοδευτική αύξηση της κρανιακής κοιλότητας και συνεπώς της πολυπλοκότητας του εγκεφάλου, η οποία, με τη σειρά της, οδήγησε στην προοδευτική πολυπλοκοποίηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς.

Αυτή η πολιτισμική εξέλιξη, μολονότι βασίζεται σε σαφείς και ήδη γνωστές βιολογικές προϋποθέσεις, δεν εξαρτάται άμεσα από κάποιες αλλαγές του ανθρώπινου γονιδιώματος· αντίθετα συνδέεται με επιγενετικές αλλαγές που σχετίζονται με την εξέλιξη του νου, όπως η εντυπωσιακή ανάπτυξη του έναρθρου λόγου, της μνήμης και της μάθησης.

Εντελώς διαφορετικά μοντέλα για τον ίδιο νου

Μέχρι πρόσφατα, το ευρύτερα αποδεκτό μοντέλο εξήγησης της ανάδυσης του σύγχρονου ανθρώπινου νου ήταν αυτό του απότομου, σχεδόν «μαγικού» άλματος προς τα εμπρός, δηλαδή της μεγάλης πολιτισμικής έκρηξης πριν από περίπου 40 χιλιάδες χρόνια.

Αυτή η μεγάλη πολιτισμική επανάσταση έλαβε χώρα στην κεντρική Ευρώπη και σχετίζεται με την ομαδική μετανάστευση ανθρώπων με τα δικά μας ανατομικά χαρακτηριστικά (άνθρωποι Κρο Μανιόν) από την Εγγύς Ανατολή. Έτσι επιχειρούν να εξηγήσουν την ξαφνική εμφάνιση των εκπληκτικών βραχογραφιών και των συμμετρικών εργαλείων από πέτρα και κόκαλα, αλλά και την ανακάλυψη τάφων με κτερίσματα. Ευρήματα που προϋποθέτουν την ανάπτυξη μιας ανώτερης τεχνολογίας, η οποία βασίζεται σε μια πιο σύνθετη αφαιρετική σκέψη.

Όπως όμως συμβαίνει συχνά με τα επιστημονικά μοντέλα που στηρίζονται σε εμπειρικά δεδομένα, στην προκειμένη περίπτωση σε παλαιοντολογικά ευρήματα, υπάρχουν πάντα και εναλλακτικές ερμηνείες.

Ένα τέτοιο εναλλακτικό μοντέλο εξήγησης της εμφάνισης του «σύγχρονου» νου υποστηρίζει ότι δεν υπήρξε καμία απότομη αλλαγή, αλλά αντίθετα μια σταδιακή βιολογική εξέλιξη που συνέβη στην Αφρική πριν από περίπου 200 χιλιάδες χρόνια. Εκεί αναπτύχθηκε και από εκεί διαδόθηκε βαθμηδόν σε όλο σχεδόν τον πλανήτη (Out of Africa).

Το δεύτερο εναλλακτικό μοντέλο στην ευρωπαϊκή Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) υποστηρίζει ότι όλες οι νοητικές προϋποθέσεις της σύγχρονης συμπεριφοράς (προφορικός λόγος, συμβολική σκέψη, τεχνογνωσία) ήταν κοινά χαρακτηριστικά όλων των ανθρώπινων πληθυσμών που υπήρχαν ήδη πριν από 150 χιλιάδες χρόνια (!) και ότι η εμφάνιση και επανεμφάνιση αυτών των ανώτερων νοητικών συμπεριφορών εξαρτάται από τοπικές κλιματολογικές ή γεωγραφικές συνθήκες, αλλά και από πολιτισμικές ή ενδεχομένως και γενετικές ανταλλαγές μεταξύ των διαφορετικών ανθρώπινων πληθυσμών.

Πέρα όμως από τις διάφορες εναλλακτικές ερμηνείες των απολιθωμένων ευρημάτων, παραμένει το μεγάλο ερώτημα σχετικά με την εξέλιξη στον χρόνο του ανθρώπινου νου. Η μεγάλη δυσκολία αυτού του ερωτήματος σχετίζεται με το γεγονός ότι τα νοητικά φαινόμενα είναι «άυλα» και δεν αφήνουν αποτυπώματα της εξέλιξής τους στον χρόνο.

Ο πρώτος σύγχρονος ερευνητής αυτής της εξέλιξης είναι ο Καναδός νευροψυχολόγος Merlin Donald, ο οποίος στο περίφημο βιβλίο του «Origins of the Modern Mind» υποστηρίζει ότι η ανάπτυξη της ανθρώπινης συμπεριφοράς αφορά τους τρόπους που ο νους μας αναπαριστά τις ίδιες του τις εμπειρίες.

Σύμφωνα με τον Donald, οι απαρχές ενός προανθρώπινου νου μπορούν να αναγνωριστούν ήδη πριν από 4 εκατομμύρια χρόνια, όταν οι πρώτοι Αφρικανοί ανθρωπίδες ανέπτυξαν μια «επεισοδιακή συνείδηση», συγκρίσιμη με αυτή των σημερινών χιμπαντζήδων. Μια υποτυπώδη συνείδηση, ικανή να συλλαμβάνει την άμεση σημασία των συμβάντων, αλλά ανίκανη να σκεφτεί τις συνέπειές τους στο απώτερο μέλλον ή το αφαιρετικό νόημά τους.

Το αμέσως επόμενο βήμα ήταν η ανάπτυξη της «μιμητικής συνείδησης», πριν από περίπου 2 εκατομμύρια χρόνια, που σηματοδοτεί την εμφάνιση ενός πρωτανθρώπινου νου. Από αυτή τη μιμητική συνείδηση θα προκύψει, πριν από 150 χιλιάδες χρόνια, η λεξιλογική-συμβολική σκέψη. Αν η μίμηση απελευθέρωσε τον νου από τα δεσμά τής πρόσκαιρης επεισοδιακής σκέψης, η έλευση της λεξιλογικής-συμβολικής συνείδησης τον απελευθέρωσε από τους πραγματολογικούς περιορισμούς της απλής μίμησης.

Το τελευταίο μεγάλο βήμα είναι η εξέλιξη του θεωρητικού-αφαιρετικού νου, που προϋποθέτει τη διαπλοκή του λόγου με την αφηρημένη σκέψη. Από τις περίτεχνες βραχογραφίες των σπηλαίων, που αναπαριστούν τις νοητικές εμπειρίες των πρώτων σύγχρονων ανθρώπων, μέχρι την ανακάλυψη της γραφής, πριν από 6 χιλιάδες χρόνια, δεν υπάρχει πια αγεφύρωτο χάσμα.

Μολονότι στο πρόβλημα της ανάδυσης του ανθρώπινου νου δεν διαθέτουμε ακόμη οριστικές απαντήσεις, δεν μπορεί σήμερα να θεωρείται άλυτο. Οπως η βιολογική θεωρία της εξέλιξης μας βοήθησε να εξηγήσουμε ορθολογικά την προέλευση και την ανάπτυξη της ζωής, η ανολοκλήρωτη σήμερα θεωρία της νοητικής εξέλιξης μας οδηγεί στο να κατανοήσουμε τον ανθρώπινο νου μάλλον ως προϊόν της φυσικής επιλογής και όχι βέβαια μιας υπερφυσικής επιφοίτησης, που τίποτα δεν εξηγεί, αφού θεωρεί ότι «γνωρίζει» τα πάντα.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 16 Μαΐου 2009.

Οι Νεάντερταλ: νοήμονες, αλλά όχι... «σοφοί»

Από τους πιο διάσημους και εντυπωσιακούς συγγενείς του σύγχρονου ανθρώπου είναι ο Ανθρωπος του Νεάντερταλ (Homo Neanderthalensis).

Οι Νεαντερτάλιοι εμφανίστηκαν πριν από 140 χιλιάδες χρόνια περίπου και εξαφανίστηκαν μυστηριωδώς πριν από 35 χιλιάδες χρόνια. Στη «σύντομη» ζωή τους εξαπλώθηκαν σε όλοι την ευρωπαϊκή ήπειρο - από τη δυτική Ευρώπη μέχρι την Κεντρική Ασία. Συνήθως τους θεωρούμε «κτηνώδεις» και «απολίτιστους», εξαιτίας των πρωτόγονων ανατομικών χαρακτηριστικών τους, διέθεταν όμως έναν αρκετά μεγάλο εγκέφαλο -ίσως 10% μεγαλύτερο από αυτόν των Homo Sapiens- ήταν κοινωνικά πλάσματα που κυνηγούσαν ομαδικά, έθαβαν τους νεκρούς τους και κατασκεύαζαν πέτρινα και ξύλινα εργαλεία. Είναι σαφές ότι διέθεταν κάποια πρωτόγονη νοημοσύνη και επικοινωνούσαν μέσω κάποιας υποτυπώδους μορφής λόγου. Εξαιτίας αυτών των χαρακτηριστικών τους θεωρήθηκαν εσφαλμένα οι πιο άμεσοι πρόγονοι του σύγχρονου ανθρώπου. Αυτό τουλάχιστον αποδεικνύουν οι πολυετείς έρευνες του μεγάλου παλαιογενετιστή Svante Paabo, διευθυντή του Εργαστηρίου Εξελικτικής Ανθρωπολογίας στο Ινστιτούτο Max Plank στη Λειψία. Πριν από ένα μήνα, μάλιστα, ο ίδιος ερευνητής ανακοίνωσε την πλήρη αποκρυπτογράφηση του πλήρους γονιδιώματος που εξήγαγε από τα απολιθωμένα οστά ενός Νεάντερταλ που έζησε πριν από 38 χιλιάδες χρόνια! Από αυτές τις πρώτες μοριακές αναλύσεις των γονιδίων αυτού του εκλιπόντος είδους προκύπτουν κάποια πολύ ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Πρώτα απ' όλα επιβεβαιώνεται ότι οι Νεάντερταλ ανήκουν σε διαφορετικό, αν και πολύ συγγενές, είδος με εμάς. Δεύτερον, η διαφοροποίηση των δύο ειδών του ανθρώπου συνέβη πριν από 800 χιλιάδες χρόνια και άρα τα δύο συγγενή είδη ανθρώπου εξελίχθηκαν παράλληλα, χωρίς γενετικές επιμιξίες.

Ένα άλλο πολύτιμο στοιχείο είναι η ύπαρξη στο γονιδίωμα των Νεάντερταλ του γονιδίου «FOXP2», που σχετίζεται άμεσα με την ανάπτυξη της γλώσσας, άρα είναι πολύ πιθανό να διέθεταν εξίσου αναπτυγμένες γλωσσικές ικανότητες.

Την εποχή της απόλυτης ευρωπαϊκής κυριαρχίας των Νεάντερταλ, πριν από 40 χιλιάδες χρόνια, εισέβαλαν από την Εγγύς Ανατολή οι πρώτοι σύγχρονοι άνθρωποι (Κρο Μανιόν), που μέσα σε λίγα χρόνια κατάφεραν να «εξαλείψουν» κάθε ίχνος από αυτό το πολύ ενδιαφέρον εξελικτικό παρακλάδι του ανθρώπινου γένους.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 16 Μαΐου 2009.