3η θεωρία για την προέλευση και την εξέλιξη του Σύμπαντος Το σύμπαν χωρίζεται στα δύο

Άρθρο, Μάρτιος 2007

3η Θεωρία: Το σύμπαν χωρίζεται στα δύο

Αυτή η θεωρία προέρχεται επίσης από την Μ-θεωρία, αλλά κατά παράξενο τρόπο είναι πολύ διαφορετική. Η ιδέα από την οποία προέρχεται είναι ότι ο Κόσμος είχε κάποτε 10 διαστάσεις, αλλά αυτός ο δέκα-διαστατικός Κόσμος ήταν πολύ ασταθής, επειδή είχε ένα είδος "τάσης" παρόμοιας με αυτήν που έχει ένα τεντωμένο ελατήριο ή ένα ελαστικό φύλλο. Κατά συνέπεια, το αρχικό σύμπαν χωρίστηκε σε δύο Κόσμους: ο ένας έχει έξι διαστάσεις και ο άλλος τέσσερις. Ο Κόσμος των τεσσάρων διαστάσεων είναι ο δικός μας (τρεις διαστάσεις του χώρου κι μία του χρόνου), που παρήγαγε ύλη, τους γαλαξίες και τα άστρα, ενώ συνεχίζει να διαστέλλεται. Έτσι στην πραγματικότητα το big bang ήταν ο διαχωρισμός ενός σύμπαντος 10 διαστάσεων.

Αυτή η διαδικασία λέγεται ότι συνέβη μέσα σε χρόνο 10^-43 δευτερολέπτων μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο έξι διαστάσεων αδελφός μας Κόσμος, εν τω μεταξύ, κατέρρευσε χωρίς να παράγει καθόλου ύλη. Από εκείνη την ημέρα, οι έξι διαστάσεις παραμένουν τυλιγμένες πάνω σε μια "σφαίρα" όχι μεγαλύτερη από 10^-32 εκατοστά σε διάμετρο.

Αριστερά: Το σύμπαν ξεκίνησε σαν μια απείρως μικρή οντότητα 10 διαστάσεων που άρχισε στον χρόνο μηδέν να διαστέλλεται. Όταν έφτασε σε ένα ορισμένο μέγεθος, διασπάστηκε σε δύο μέρη, ένα με έξι διαστάσεις και ένα με τις τέσσερις γνωστές μας  διαστάσεις. Το πρώτο τμήμα των έξι διαστάσεων σταμάτησε να αυξάνεται. Το δεύτερο τμήμα (ο Κόσμος μας) συνεχίζει να διαστέλλεται.

Αυτή η θεωρία διατυπώθηκε από αρκετούς θεωρητικούς φυσικούς, συμπεριλαμβανομένων και των L. Dixon, J. Harvey και του Edward Witten του πανεπιστημίου Princeton και του Ιρανού Cumrun Vafa καθηγητή στο Χάρβαρντ. Σύμφωνα με το Vafa, ο Κόσμος των έξι διαστάσεων είναι με μορφή "στρεβλωμένου τόρου" - με άλλα λόγια, μια μορφή σαν ντόνατς.

Ο λόγος που αυτή η ιδέα χρησιμοποιεί έναν Κόσμο 10 διαστάσεων που χωρίζεται σε δύο άλλους  Κόσμους, οφείλεται στο γεγονός ότι στις πολλές διαστάσεις, οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής ενοποιούνται με φυσικό τρόπο. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη του ηλεκτρομαγνητισμού, η βαρύτητα μαζί με την ισχυρή και ασθενή πυρηνική δύναμη είναι διαφορετικές εκφράσεις της ίδιας ενιαίας δύναμης. Όταν λοιπόν το σύμπαν των 10 διαστάσεων χωρίζεται, και το σύμπαν των 4 διαστάσεων επεκτείνεται, η βαρύτητα γρήγορα διαχωρίζεται από την ενοποιημένη δύναμη. Μετά από 10^-35 δευτερόλεπτα, η ισχυρή πυρηνική δύναμη ανεξαρτοποιείται από την ηλεκτρασθενή. Αυτό το φαινόμενο είναι μια κατάρρευση της Μεγάλης Ενοποιημένης Θεωρίας (GUT), και εμφανίζεται επειδή το σύμπαν έγινε πιο ψυχρό (μόνο 10³² βαθμούς Kelvin). Η τελευταία ηλεκτρασθενής δύναμη χωρίζεται και η ηλεκτρομαγνητική γίνεται ανεξάρτητη από την ασθενή πυρηνική μόλις η θερμοκρασία είναι ακριβώς 10¹⁵ βαθμούς Kelvin. Μετά, όλα τα φαινόμενα στο σύμπαν προχωρούν όπως τα ξέρουμε από την συμβατική θεωρία της εξέλιξης του Κόσμου (θεωρία του big bang).

Υπάρχουν αποδείξεις για αυτήν την θεωρία;

Τα περισσότερα πράγματα αναφέρονται στη Μ-θεωρία χωρίς να υπάρχει κανένα αποδεικτικό στοιχείο για να τα  υποστηρίξουν, εκτός από το γεγονός ότι φαίνεται να είναι μια πολύ κομψή και ωραία θεωρία. Εάν οι θεωρητικοί των χορδών μπορούν να σκεφτούν πειράματα, όπου τα δεδομένα τους να δείχνουν ότι ταιριάζουν με τη θεωρία τους, τότε θα ήταν μια ισχυρή ένδειξη ότι δεν κάνουν λάθος.

Εκτός από την κατασκευή γιγαντιαίων επιταχυντών με ενέργειες έξω από τα γνωστά μας πλαίσια, υπάρχουν λίγοι τρόποι να παρατηρηθεί ή να ανιχνευθεί η ύπαρξη των βρανών που  προβλέπει η Μ-θεωρία. Εντούτοις, πρόσφατα στοιχεία (2003) από τον δορυφόρο WMAP της NASA μπορούν να εξηγηθούν ότι προέρχονται από ένα σύμπαν, που έχει μια μορφή που θα μπορούσε να αντιστοιχεί στη μορφή που προτάθηκε από αυτήν την θεωρία. Τα στοιχεία του WMAP είναι ένα διάγραμμα με καυτά και ψυχρά σημεία στο πρώιμο Σύμπαν, όπως ήταν 380.000 χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Ο Frank Steiner στο πανεπιστήμιο Ulm στη Γερμανία επισήμανε ότι εάν το σύμπαν είναι πράγματι με τη μορφή ενός μεσαιωνικού κέρατου ή σαν μια χοάνη - παρόμοιου από πολλές απόψεις με την ιδέα του στρεβλωμένου τόρου (orbifold) - τότε τα στοιχεία του WMAP εξηγούνται καθαρά και απλά. Το διάγραμμα του WMAP έχει δύο ενδιαφέρουσες ιδιότητες: περιοχές πολύ καυτού ή πολύ ψυχρού διαστήματος ποτέ δεν απέχουν πάνω από εξήντα μοίρες. Αφετέρου, οι περιοχές με ίδια θερμοκρασία εμφανίζονται όλες να είναι κατά προσέγγιση ελλειπτικές - όχι τέλειες στρογγυλές. Εάν το σύμπαν ήταν "επίπεδο", τότε οι περιοχές οφείλουν να είναι κυκλικές. Γι αυτό κι ένα σύμπαν σε σχήμα κέρατου ταιριάζει τέλεια με αυτά τα κριτήρια.

Στο μοντέλο αυτό, που λέγεται τοπολογία Picard, , το σύμπαν καμπυλώνεται με έναν παράξενο τρόπο. Το ένα άκρο του είναι απείρως μακρύ -που δεν μπορεί να παρατηρηθεί- αλλά τόσο στενό που έχει έναν πεπερασμένο όγκο. Στο άλλο άκρο, η χοάνη φλέγεται, αλλά όχι για πάντα - εάν θα μπορούσατε να πετάξετε προς το φλεγόμενο άκρο με ένα  διαστημόπλοιο, σε μερικά σημεία θα βρισκόσαστε πίσω από την άλλη πλευρά του κέρατου (δείτε και το σχήμα του σύμπαντος σύμφωνα με την τοπολογία Picard).

Ο Frank Steiner υποστηρίζει δηλαδή ότι οι πρόσφατες παρατηρήσεις υπαινίσσονται ότι το σύμπαν διαστέλλεται προς ένα σχήμα που μοιάζει με μια μακριά χοάνη, με έναν στενό λαιμό στο ένα άκρο και πιο ανοικτό το άλλο άκρο. Αυτό το σχήμα δείχνει ότι το διάστημα είναι πεπερασμένο και εξελίσσεται με έναν ασυνήθιστο τρόπο.

Η υιοθέτηση ενός τέτοιου προφανώς εξωτικού μοντέλου θα μπορούσε να εξηγήσει δύο μυστήριες παρατηρήσεις. Η πρώτη είναι το μοντέλο αυτό - σχήμα των καυτών και ψυχρών σημείων στην Μικροκυματική Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMBR) - εξασθενίζει στις μεγαλύτερες κλίμακες: δεν υπάρχει καμία καθαρή καυτή ή ψυχρή φυσαλίδα σε περιοχή διαμέτρου περίπου 60 μοίρες.

Αυτά τα μοντέλα του σύμπαντος - σαν χοάνη - προτάθηκαν στη δεκαετία του '90 για να ταιριάζουν με μια παρόμοια ανωμαλία που φάνηκε και από το δορυφόρο COBE

Ό τωρινός όγκος του σύμπαντος, σύμφωνα με το μοντέλο τους, είναι σχεδόν 10³² κυβικά έτη φωτός. Στο πολύ απώτατο παρελθόν, όταν ο Κόσμος ήταν ηλικίας μόνο 380.000 ετών, το μέγεθος αυτό θα ήταν κλάσμα αυτού του μεγέθους, πολύ μικρό για να επιτρέψει μεγάλες διακυμάνσεις.