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.
