Ο Μύθος της αρχής του χρόνου
Μέρος 1ο

Άρθρο του Gabriele Veneziano από την ιστοσελίδα Sciam.com, Μάιος 2004

1o, 2ο, 3ο,4ο,5ο

Η θεωρία χορδών μας λέει ότι η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν η αρχή του Σύμπαντος αλλά ούτε και του χρόνου. Ήταν απλά το αποτέλεσμα μιας προϋπάρχουσας κατάστασης. 

Η ερώτηση αν η στιγμή της μεγάλης έκρηξης ήταν πραγματικά η αρχή του χρόνου ή όχι, και αν το σύμπαν υπήρχε και πριν από εκείνη τη στιγμή, θα έμοιαζε βλάσφημη μόλις πριν από μια δεκαετία. Οι περισσότεροι κοσμολόγοι επέμεναν ότι μια τέτοια ερώτηση δεν έχει νόημα. Δεν έχει νόημα να σκεφτόμαστε χρόνους πριν από το Big Bang, όπως δεν έχει νόημα να ρωτάμε τι υπάρχει πιο βόρεια από το βόρειο πόλο. Η εξέλιξη όμως της θεωρητικής φυσικής, και ειδικώτερα η γέννηση της θεωρίας χορδών, έχουν αλλάξει αυτή την αντιμετώπιση. Η κατάσταση του σύμπαντος πριν από το Big Bang αποτελεί το τελευταίο μέτωπο της κοσμολογίας. 

Η νέα προθυμία να εξετάσουμε τι θα μπορούσε να συμβαίνει πριν από τη μεγάλη έκρηξη, είναι η τελευταία ταλάντωση σ' ένα διανοητικό εκκρεμές που ταλαντώνεται εδώ και χιλιάδες χρόνια στα μυαλά των ανθρώπων. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το θέμα της αρχής του χρόνου έχει εμπλέξει τους φιλόσοφους και τους θεολόγους κάθε πολιτισμού. Μια φημισμένη εξέταση του ζητήματος αυτού από τη σκοπιά της τέχνης υπάρχει στο έργο του Paul Gauguin του 1897: D'ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous? Από πού ερχόμαστε; Τι είμαστε; Πού πηγαίνουμε; Το έργο απεικονίζει τον κύκλο της γέννησης, της ζωής και του θανάτου, και αυτές οι προσωπικές αναφορές σχετίζονται με τις κοσμικές αναφορές. Μπορούμε ν' ακολουθήσουμε τη γραμμή της ζωής προς τα πίσω για γενιές, πίσω ακόμα και από τα ζώα προγόνους μας, πίσω και από τις αρχικές μορφές ζωής, μέχρι τη σύνθεση των στοιχείων στο πρωταρχικό σύμπαν και μέχρι την άμορφη ενέργεια που υπήρχε στο σύμπαν πριν από τη σύνθεση των στοιχείων. Προεκτείνεται άραγε το οικογενειακό μας δέντρο άπειρα πίσω στο χρόνο; Ή κάπου οι ρίζες του σταματάνε; Είναι ο Κόσμος πεπερασμένης διάρκειας όπως εμείς; 

Οι αρχαίοι Έλληνες διαφωνούσαν έντονα για την αρχή του χρόνου. Ο Αριστοτέλης που υποστήριζε ότι δεν υπήρχε αρχή, επινόησε την αρχή ότι από το τίποτα δεν μπορεί να δημιουργηθεί κάτι. Εφόσον το Σύμπαν δεν θα μπορούσε να περάσει από το απόλυτο τίποτα σε κάτι, άρα έπρεπε να υπήρχε για πάντα. Γι αυτόν και άλλους λόγους, το Σύμπαν έπρεπε να εκτείνεται απεριόριστα στο παρελθόν και στο μέλλον. Οι Χριστιανοί θεολόγοι έπαιρναν μάλλον την αντίθετη θέση. Ο Αυγουστίνος έλεγε πως ο Θεός υπάρχει έξω από τον χώρο και τον χρόνο, και είναι ικανός να δημιουργήσει αυτές τις δομές όπως και άλλα χαρακτηριστικά του κόσμου μας. Όταν τον ρωτούσαν: "Τί έκανε ο Θεός πριν να δημιουργήσει τον κόσμο;" ο Αυγουστίνος απαντούσε:  Ο ίδιος ο χρόνος είναι τμήμα της δημιουργίας του Θεού, κι έτσι δεν υπάρχει κάτι "πριν". 

Στο διαστελλόμενο Σύμπαν μας, οι γαλαξίες απομακρύνονται ορμητικά ο ένας από τον άλλο σαν μια διαλυόμενη ομάδα ανθρώπων. Για οποιοδήποτε ζεύγος γαλαξιών, η απόστασή τους αυξάνει με ταχύτητα που είναι ανάλογη προς την απόστασή τους. Οι γαλαξίες ενός ζεύγους  που  απέχουν ο ένας με τον άλλο 500 εκατομμύρια έτη φωτός απομακρύνονται μεταξύ τους με διπλάσια ταχύτητα απ' ότι οι γαλαξίες ενός ζεύγους που χωρίζονται από απόσταση 250 εκατομμυρίων ετών φωτός. Συνεπώς όλοι οι γαλαξίες που βλέπουμε πρέπει να έχουν ξεκινήσει από το ίδιο σημείο την ίδια χρονική στιγμή, τη στιγμή της μεγάλης έκρηξης. Το συμπέρασμα αυτό ισχύει ακόμη και αν η κοσμική διαστολή έχει περάσει από περιόδους επιταχύνσεων και επιβραδύνσεων. Σε διαγράμματα χωροχρόνου (δεξιά εικόνα), οι γαλαξίες ακολουθούν μια ημιτονοειδείς τροχιές, που τους φέρνουν εμπρός και πίσω από την παρατηρήσιμη περιοχή του χώρου (κίτρινη σφήνα). Η κατάσταση όμως έγινε αβέβαιη κατά την ακριβή στιγμή που οι γαλαξίες (ή οι πρόγονοί τους) άρχισαν την προς τα έξω κίνησή τους. Στη θεωρία χορδών, οι γαλαξίες δεν καταρρέουν σε ένα σημείο, κι έτσι αποφεύγονται τα παράδοξα που γεννά η κατάρρευση την αρχική χρονική στιγμή.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein οδήγησε τους σύγχρονους κοσμολόγους πάνω-κάτω στα ίδια συμπεράσματα. Η θεωρία ισχυρίζεται ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι εύπλαστες οντότητες. Στις πολύ μεγάλες κλίμακες, ο χώρος είναι από τη φύση του δυναμικός, διαστέλλεται ή συστέλλεται με τον χρόνο, μεταφέροντας την ύλη μαζί του όπως μια παλίρροια μεταφέρει διάφορα αντικείμενα. Οι αστρονόμοι διαπίστωσαν στα 1920 ότι το σύμπαν μας σήμερα διαστέλλεται: οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο. Μια συνέπεια αυτού, όπως απέδειξαν τη δεκαετία του 1960 οι φυσικοί Stephen Hawking και Roger Penrose, είναι ότι ο χρόνος δεν μπορεί να εκτείνεται απεριόριστα προς τα πίσω. Αν αρχίσουμε να παίζουμε το φιλμ της  κοσμικής εξέλιξης προς τα πίσω, θα φτάσει κάποια στιγμή που όλοι οι γαλαξίες συγκεντρώνονται σε ένα απειροστό σημείο, γνωστό ως ανωμαλία, κάπως σαν να συνιστούν μια μαύρη τρύπα. Κάθε γαλαξίας ή μάλλον ο προγονός του συμπιέζεται σε ένα μεμονωμένο σημείο μηδενικού μεγέθους. Ποσότητες όπως η πυκνότητα, η θερμοκρασία, και η καμπυλότητα του χωροχρόνου απειρίζονται. Η ανωμαλία αυτή είναι ο τελικός κατακλυσμός, πίσω από τον οποίο δεν μπορεί να προχωρήσει η κοσμική προϊστορία μας. 

Παράξενη σύμπτωση

Η αναπόφευκτη ανωμαλία θέτει σοβαρά προβλήματα για τους κοσμολόγους. Ιδιαίτερα, δεν συμβιβάζεται εύκολα με τον υψηλό βαθμό ομογένειας και ισοτροπίας που παρατηρούμε στο σύμπαν στις πολύ μεγάλες κλίμακες. Για να φαίνεται ο κόσμος ίδιος σε κάθε του περιοχή, πρέπει να υπάρχει κάποιο είδος επικοινωνίας ανάμεσα στις διάφορες απομακρυσμένες μεταξύ τους περιοχές του, η οποία επικοινωνία, έκανε να συντονιστούν οι ίδιες ιδιότητες παντού στο σύμπαν. Αλλά η ιδέα μιας τέτοιας επικοινωνίας αντιφάσκει με το παλιό κοσμολογικό παράδειγμα. 

Πιο συγκεκριμένα, θεωρείστε τι συνέβη μέσα σε 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, αφότου ελευθερώθηκε η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Η απόσταση μεταξύ των γαλαξιών έχει μεγαλώσει κατά ένα παράγοντα 1000 (εξαιτίας της διαστολής), ενώ η ακτίνα του παρατηρήσιμου σύμπαντος έχει αυξηθεί κατά τον πολύ μεγαλύτερο παράγοντα των 100.000 (γιατί το φως ξεπερνάει σε ταχύτητα τη διαστολή). Βλέπουμε σήμερα τμήματα του σύμπαντος που δεν θα μπορούσαμε να δούμε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Πράγματι σήμερα είναι η πρώτη φορά στην κοσμική ιστορία, που φτάνει στο γαλαξία μας φως από τους πιο μακρινούς γαλαξίες. Παρατηρώντας δηλαδή προς αντίθετες κατευθύνσεις του κοσμικού μας ορίζοντα διαπιστώνουμε μια ομογένεια στις ιδιότητές τους, πράγμα που συμβατικά δεν μπορεί να εξηγηθεί, αφού οι περιοχές αυτές δεν είχαν τον απαραίτητο χρόνο για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους, ούτε με φως ούτε με άλλα σήματα που οπωσδήποτε είναι πιο αργά από το φως.  

Παράθεμα 1ο

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας προβλέπει ότι ένα διαστελλόμενο Σύμπαν είχε κάποτε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή που γεννήθηκε. Άρχισε να υπάρχει τη στιγμή του big bang. 

Ακόμη, η Γενική Σχετικότητα παύει να ισχύει στην περιοχή του big bang, γιατί εκεί έρχεται στο προσκήνιο η κβαντομηχανική. Σήμερα, ο βασικός υποψήφιος για τη θεμελίωση μιας πλήρους κβαντικής θεωρίας της βαρύτητας - η θεωρία χορδών - εισάγει ένα ελάχιστο κβάντο μήκους, ως μια νέα θεμελιώδη σταθερά της φύσης, κάνοντας έτσι την ίδια την έννοια της γέννησης του σύμπαντος από ένα bang ανέφικτη. 

Το bang εξακολουθούμε να πιστεύουμε ότι συνέβη, αλλά δεν περιλάμβανε μια στιγμή με άπειρη πυκνότητα, και το σύμπαν μπορεί να προϋπήρχε εκείνης της στιγμής. Οι συμμετρίες της θεωρίας χορδών υποδεικνύουν ότι το σύμπαν δεν είχε μια αρχή και  δεν θα έχει και ένα τέλος. Το σύμπαν μπορεί να ξεκίνησε την ύπαρξή του σχεδόν άδειο και να οδηγήθηκε σε μια έκρηξη, ή μπορεί να έχει περάσει από ένα κύκλο θανάτου και αναγέννησης. Σε κάθε περίπτωση, η εποχή πριν από την έκρηξη θα είχε παίξει το ρόλο της για τον σχηματισμό του σημερινού μας Κόσμου. 
 

1o, 2ο, 3ο,4ο,5ο

Ο GABRIELE VENEZIANO, ένας θεωρητικός φυσικός στο CERN, ήταν ο πατέρας της θεωρίας χορδών  κατά τα τέλη της δεκαετίας 1960. Πήρε το διδακτορικό του το 1967 από το Ινστιτούτο Weizmann του Ισραήλ. Ακολούθως δίδαξε σε πολλά Ιδρύματα μεταξύ των οποίων και στο MIT. Από το 1977 βρίσκεται στο CERN στη Γενεύη. Το 1968 με την εργασία του γεννήθηκε το διπλό μοντέλο του Veneziano, που θεωρείται από τις πρόδρομες θεωρίες της Θεωρίας Χορδών.

Για τη συνεισφορά του τιμήθηκε με το βραβείο Heineman της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικών και του Αμερικανικού Ινστιτούτου Φυσικής, εκείνης της χρονιάς. Εκείνο τον καιρό οι χορδές θεωρήθηκαν ως αποτυχία και ο Veneziano σύντομα στράφηκε στην κβαντική χρωμοδυναμική όπου είχε αξιόλογες συνεισφορές. Μετά την επάνοδο στο προσκήνιο της θεωρίας χορδών, την δεκαετία του 1980, ο Veneziano ήταν από τους πρώτους που την εφάρμοσαν στις μαύρες τρύπες και την κοσμολογία.