Ένα σύμπαν δίχως τέλος: Πέρα από το Big Bang

Άρθρο, Δεκέμβριος 2007

Κυκλοφόρησε πρόσφατα ένα βιβλίο των κοσμολόγων Paul Steinhardt και Neil Turok με τίτλο Endless Universe: Beyond the Big Bang. Σε αυτό διαπραγματεύονται την ιστορία ενός Κόσμου δίχως τέλος, ένα κυκλικό σύμπαν που πεθαίνει και ξαναγεννιέται κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια.

Το αίτημα των ανθρώπων να καταλάβουν τον κόσμο έχει μια μακροχρόνια και σεβαστή ιστορία. Αλλά το αληθινό δέος από αυτή την προσπάθεια της κατανόησης της Φύσης είναι ότι αν και ερχόμαστε με ένα ελλιπές σύνολο εργαλείων, μπορούμε να φτιάχνουμε θεωρίες που να είναι εντυπωσιακά ακριβείς και αποτελεσματικές.

Πάνω από 70 χρόνια αφότου υποστήριξε ο Αϊνστάιν ότι το πιο ακατανόητο πράγμα για τον Κόσμο είναι ότι ήταν κατανοητό, το σχόλιό του ισχύει ακόμα και σήμερα.

Τα πρώτα χρόνια της κοσμολογίας ήταν μεθυστικές εποχές. Αφ' ενός, τα σύνορα της παρατήρησης και της μέτρησης ωθούνταν προς τα έξω με ένα απίστευτο ρυθμό, δείχνοντας ότι το σύμπαν ήταν μια δυναμική και εξελισσόμενη θέση. Αφ' ετέρου, η εφαρμογή των νέων κβαντικών θεωριών έδινε μια συγκεκριμένη εικόνα για το πώς συντέθηκαν τα στοιχεία στο πρώιμο σύμπαν, και μαζί με τη νέα θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, έδωσε μια καταπληκτική εικόνα και ιστορία του Κόσμου. Ακόμα αυτή η νέα "κοσμολογία" ήταν ένας οριακός τομέας της επιστήμης, επειδή η σύγκριση των αριθμών της παρατήρησης και της θεωρίας ήταν δαιμονικά δύσκολη.

Βαθμιαία, εντούτοις, αυτές οι λεπτομέρειες ξεκαθάρισαν και το δύσκολο μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης επιβεβαιώθηκε θεαματικά. Υπήρξε μόνο ένα εξεζητημένο πρόβλημα: το σύμπαν έπρεπε να έχει αρχίσει με μια τέτοια ακριβή - και απίθανη - κατάσταση, που φάνηκε σαν να έπρεπε να έχει δημιουργηθεί παρά απλώς να είχε γίνει. Ένα τέτοιο συμπέρασμα είναι ίσως θεολογικά αποδεκτό, αλλά, επειδή οι Paul Steinhardt και Neil Turok είναι από αυτούς που επισημαίνουν, ότι η επιστήμη είναι για αυτό που μπορεί ή δεν μπορεί να αποδείξει, κι όχι για αυτό που επιθυμούμε να είναι αληθινό.

Το μοντέλο του κυκλικού σύμπαντος υποδεικνύει ότι ο Κόσμος πεθαίνει και ξαναγεννιέται κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια.

Το βιβλίο αρχίζει σε αυτό το σημείο, με τη θεωρία του πληθωρισμού - η πρώτη προσπάθεια να πάνε το Big Bang πέρα από τα σύνορα της πειραματικής φυσικής. Ο πληθωρισμός ήταν μια προσπάθεια να πάρουμε ιδέες από την τότε σύγχρονη φυσική υψηλής ενέργειας και να εφαρμοστούν στο πρώιμο σύμπαν, για να προσφέρουν ένα επιθυμητό φαινόμενο. Το αποτέλεσμα ήταν να έχουμε διάφορες παρόμοιες κοσμολογικές θεωρίες, όμως ο πληθωρισμός δεν απάντησε στο ζήτημα της αρχής, και μείναμε έτσι με την απορία εάν θα μπορούσε πράγματι να συμβεί κάτι "πριν από το χρόνο".

Οι Paul Steinhardt και Neil Turok μας ζητούν να σκεφτούμε ότι αυτή ερώτηση έχει μεγάλη σημασία. 'Έχοντας λάβει υπ' όψιν τους τις αδυναμίες του πληθωρισμού, προχωρούν λεπτομερώς περιγράφοντας ότι ο πληθωρισμός έχει τα δικά του "εξεζητημένα προβλήματα", και υποστηρίζουν ότι η εποχή μας είναι ώριμη για μια νέα ιδέα. Ένα προς ένα σημείο δείχνουν ότι τα προβλήματα για τα οποία είχε σχεδιαστεί ο πληθωρισμός να λύσει, μπορεί επίσης να λυθεί από μια εναλλακτική ιδέα: το κυκλικό σύμπαν.

Σε αυτό το μοντέλο, το σύμπαν υπήρχε από πάντα - πεθαίνει και μετά υποβάλλεται σε μια κοσμική αναγέννηση κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια περίπου. Αυτό μπορεί να ακούγεται εξεζητημένο, καθώς είναι δύσκολο να φανεί πώς μπορούμε να περάσουμε μέσω μιας ιδιομορφίας όπου όλα, συμπεριλαμβανομένου του χώρου και του χρόνου, παύουν να υπάρχουν, αλλά όπως οι δύο συγγραφείς εξηγούν, αυτή η δυσκολία προκύπτει επειδή σκεφτόμαστε σε τρεις διαστάσεις.

Η θεωρία χορδών - η πιο μεγάλη θεωρητική πρόοδος στην κοσμολογία από τότε που προτάθηκε ο πληθωρισμός - έχει φέρει μαζί της μια νέα άποψη του χώρου και του χρόνου. Επιτυγχάνει το στόχο του Αϊνστάιν να φέρει τη βαρύτητα κάτω από την κβαντική ομπρέλα, αλλά το κάνει με ένα κόστος. Προκειμένου να είμαστε σύμφωνοι με την κβαντομηχανική πρέπει να ζήσουμε σε 10 (ή ακόμα και 11) διαστάσεις! Για πολλά χρόνια, οι θεωρητικοί των χορδών απέφυγαν την κοσμολογία, επειδή δεν ήταν δυνατό να χτιστεί ένας ρεαλιστικός κόσμος, αλλά οι πρόσφατες εξελίξεις στην κατανόηση της δομής αυτών των πρόσθετων διαστάσεων, καθώς επίσης και μια επανάσταση με τον τρόπο που τα εξετάζουμε, σημαίνουν ότι ο χρόνος ήταν ώριμος για ένα ριζικά νέο κοσμολογικό μοντέλο.

Στο μοντέλο των Steinhardt και Turok, το σύμπαν είναι απλά μια φέτα (γνωστή ως βράνη) μέσα σε αυτές τις πρόσθετες διαστάσεις, και το Big Bang ήταν μια σύγκρουση μεταξύ των βρανών - μια τεράστια κοσμική σύγκρουση. Αυτό το μοντέλο στηρίζεται σε μια ιδέα, τη Μ-θεωρία, στην οποία οι χορδές ζουν σε δύο βράνες στην άκρη του χωροχρόνου των 11 διαστάσεων. Εφαρμόζοντας τους συνηθισμένους κανόνες της θεωρίας χορδών οδηγούμαστε σε μια γενική εικόνα στην οποία αυτές οι βράνες μπορούν να κινηθούν η μία πάνω στην άλλη, και περιστασιακά (κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια σύμφωνα με τους Steinhardt και Turok) να χτυπά η μια στην άλλη. Είναι αυτό το χτύπημα που είναι υπεύθυνο για αυτό που θεωρούμε ως Big Bang, αν και από την άποψη των πολλών διαστάσεων είναι μια σύγκρουση αντί για μια ιδιομορφία.

Δημιουργώντας ένα Εκπυρωτικό Σύμπαν

1. Μια βράνη με παράξενη φυσική, διαφορετική από τη δική μας, ορίζει το ένα άκρο της 5ης διάστασης. 3. Άλλες βράνες κινούνται μέσα στην 5η διάσταση.

2. Μια άλλη βράνη προορισμένη να γίνει το σημερινό σύμπαν μας, ορίζει το άλλο άκρο της 5ης διάστασης. 4. Όταν μια η βράνη κτυπά με δύναμη την δική "μας" βράνη, τότε γεννάται το σύμπαν στο οποίο ζούμε.

Αυτό το βιβλίο μπορεί να μην σας πείσει ότι οι συγγραφείς έχουν δίκιο. Αλλά είναι σωστό να επισημανθεί ότι το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής κοινότητας δεν δέχεται το μοντέλο τους, και ότι πολλές βασικές αρχές του δεν έχουν αποδειχθεί. Εντούτοις, αυτό το βιβλίο συλλαμβάνει τον ενθουσιασμό της επιστημονικής προόδου, και πιάνει το σφυγμό να βρεθεί μια νέα ιδέα. Ένα μήνυμα που οι συγγραφείς στέλνουν είναι ότι δεν πρέπει ποτέ να δεχτούμε κάτι, απλά επειδή οι περισσότεροι άνθρωποι λένε ότι είναι αληθινό, αλλά θα πρέπει συνεχώς να προκαλούμε και να ψάχνουμε για εναλλακτικές λύσεις σε οποιαδήποτε εικόνα που δεν μπορεί να αποδειχθεί.

Πριν περίπου 2.300 χρόνια ο φιλόσοφος Ζήνων ο Κιτιεύς από την Κύπρο, ιδρυτής της σχολής των Στωικών, είχε δώσει μιαν αρκετά διαφορετική εξήγηση για την κοσμογονία:

«Κατά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα το Σύμπαν ολόκληρο εκπυρώνεται και ανασυντίθεται εκ νέου».

Μια ανακύκλωση, δηλαδή, με εκπύρωση. Από αυτή την ιδέα οι θεμελιωτές της θεωρίας του ανακυκλούμενου Σύμπαντος βάφτισαν το ανασυσταθέν Σύμπαν «εκπυρωτικό». Στη θεωρία τους διαβλέπουν όντως μια αέναη αλυσίδα αναγεννήσεων, όμοια με αυτήν που διαπίστωσε μαθηματικά ο Ashtekar, από σύμπαντα που πορεύονται μέχρι θανάτου και ανασταίνονται διαστελλόμενα, για να ξαναρχίσει ο κύκλος της ζωής τους.

Πηγή: PhysicsWorld