6η θεωρία για την προέλευση και την εξέλιξη του Σύμπαντος Το σύμπαν δημιουργήθηκε από μόνο του

Άρθρο, Απρίλιος 2007

Το κενό είναι ένας χώρος χωρίς ύλη, που σημαίνει όμως ότι μπορεί να περιέχει ενέργεια ή μπορούν να αποκτήσουν ενέργεια. Η ενέργεια του κενού χώρου αναφέρεται συχνά και ως Λ, που μερικές φορές λέγεται και "κοσμολογική σταθερά". Έτσι, για να εξηγήσουμε αυτήν την θεωρία, πρέπει να αρχίσουμε με τον κενό χώρο.

Ο ρώσος φυσικός Andrei Linde πρότεινε ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις (όπως αυτές που συναντήσαμε στην 4η θεωρία) μπορούν να αναγκάσουν να αυξηθεί η ενεργειακή κατάσταση του χώρου ή με άλλα λόγια, να μεγαλώσει το Λ. Ας σημειωθεί ότι η ενεργειακή κατάσταση δεν μειώνεται. Αυτό οφείλεται στους νόμους της θερμοδυναμικής, ένας από τους οποίους δηλώνει ότι πάντα σπαταλάται λίγη ενέργεια σε κάθε διαδικασία. Για να εξηγήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό, θα πάρουμε ως παράδειγμα τη θερμότητα. Η θερμότητα είναι απλά οι τυχαίες δονήσεις των σωματιδίων. Μπορείτε να το δείτε αυτό οπτικά όταν βράζει το νερό. Είναι σαφές ότι τα μόρια στο νερό κινούνται πιο έντονα. Αυτή η τυχαία κίνηση των μορίων είναι σαφώς πιο 'άτακτη', που στη φυσική μεταφράζεται σε "εντροπία".

Η θερμοδυναμική υποστηρίζει ότι ο Κόσμος έχει ένα ενσωματωμένο "θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου". Είναι ανάλογο με το βέλος του χρόνου που χρησιμοποιούμε: αναγκαζόμαστε πάντα να ταξιδεύομε στο μέλλον, και ποτέ στο παρελθόν. Το ίδιο πράγμα ισχύει για το θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου: ο Κόσμος αναγκάζεται πάντα να κινηθεί προς μια υψηλότερη κατάσταση της εντροπίας (μια πιο άτακτη κατάσταση), και ποτέ σε μια μεγαλύτερη τάξη . Αυτό μπορεί να δειχθεί αρκετά εύκολα με ένα παζλ στερεών σωμάτων. Όταν όλα τα κομμάτια είναι στο κιβώτιο τους σε ένα σωρό, δεν περιμένει κανείς να τα αδειάσει πάνω στο τραπέζι και αμέσως όλα να τακτοποιηθούν όπως πρέπει. Αλλά για να λύσετε το παζλ - να τα βάλετε όλα στη σειρά τους δηλαδή σε μια κατάσταση λιγότερης εντροπίας - πρέπει να ξοδέψετε ενέργεια.

Έστω λοιπόν ότι έχουμε έναν κενό χώρο, σε σχήμα μικρής σφαίρας και ότι το ενεργειακό περιεχόμενό του (το Λάμδα) είναι ένα τοπίο με λόφους και κοιλάδες. Η σφαίρα βρίσκεται στη χαμηλότερη ενεργειακή κοιλάδα, άρα με μηδενική ενέργεια. Εντούτοις, λόγω των τυχαίων διακυμάνσεων που πραγματοποιούνται - όπως δέχεται η θεωρία του Linde, που λέγεται "χαοτική" ή "αιώνιος πληθωρισμός", η σφαίρα ξαφνικά "πηδά" στον γειτονικό της λόφο. Αυτή η διαδικασία είναι η κβαντική διάνοιξη σήραγγας.

Όταν το κενό σύμπαν μας αποκτήσει ξαφνικά αυτήν την ενέργεια, αναγκάζεται να υποβληθεί σε μια γρήγορη διαστολή. Είναι η γνωστή θεωρία του πληθωρισμού που τη συναντήσαμε πριν. Έτσι το σύμπαν διογκώνεται και εξελίσσεται από εκεί και πέρα στο Καθιερωμένο Μοντέλο όπως ξέρουμε.

Όμως στη θεωρία της αυτοδημιουργίας του σύμπαντος, τα γεγονότα δεν σταματούν εκεί. Αυτή η κβαντική διάνοιξη της σήραγγας δεν σταματά απότομα όταν αναδύεται το σύμπαν. Συνεχίζει να λειτουργεί. Η σφαίρα μας πηδά μέχρι ένα βουνό, αναγκάζοντας έτσι ένα μέρος του σύμπαντος να διογκωθεί πολύ γρηγορότερα από το υπόλοιπο. Μετά από μια μικρή χρονική περίοδο υπερπληθωρισμού, το κομμάτι αυτό του σύμπαντος εκρήγνυται μακριά από το σύμπαν και γίνεται ανεξάρτητο. Το σύμπαν έχει στην πραγματικότητα έχει γεννήσει ένα σύμπαν βρέφος, κατά την ορολογία του Stephen Hawking, αν και μερικοί φυσικοί προτιμούν τον όρο "σύμπαν φυσαλίδες". Η διαδικασία επαναλαμβάνεται, και έχουμε τελικά ένα πολυσύμπαν από βρέφη σύμπαντα, που γεννούν στη συνέχεια μίνι-σύμπαντα και λοιπά.

Ο J. Richard Gott με τον Li-Xin Li είδαν να υπάρχουν προβλήματα με την ιδέα της κβαντικής διάνοιξης σήραγγας, η οποία είναι αποδεκτή γενικά ως την αιτία για τον πληθωρισμό. Και πάλι λένε (όπως και στην 4η θεωρία), το σύμπαν δεν αρχίζει σαν κενό, επειδή έχει μια κβαντική κατάσταση υπέρθεσης. Και επιπροσθέτως, το φαινόμενο της διάνοιξης κβαντικής σήραγγας έχει μόνο ένα "τέλος" σε αυτό: το αποτέλεσμα. Όταν εμφανίζεται συνήθως η κβαντική σήραγγα τότε ένα σωματίδιο αρχίζει κάπου και καταλήγει κάπου αλλού. Εδώ, αρχίζει υποθετικά με το "τίποτα", το οποίο είναι ακόμα τόσο αδέξιο όσο και το αρχικό  ζήτημα "κάτι από το τίποτα".

Οι δύο πιο πάνω φυσικοί βρήκαν μια πιθανή λύση: το ταξίδι στον χρόνο. Το ταξίδι στον χρόνο είναι μια πολύ δημοφιλής έννοια στα βιβλία επιστημονικής φαντασίας καθώς και σε έργα όπως το X-Fles, έτσι μας κάνει αίσθηση αν χρησιμοποιήσουν ένα τέτοιο παράδειγμα οι Gott και Li-Xin Li στη θεωρία τους.  Στην ταινία sci-fi Back to the Future, ο πρωταγωνιστής γυρίζει στο παρελθόν και συναντά τη μητέρα του προτού να γεννηθεί, και γίνεται ο άντρας της. Δηλαδή ο ίδιος γεννά τον εαυτό του.

Οι Gott και Li-Xin Li πρότειναν ότι αυτό θα μπορούσε να συμβεί στην πραγματικότητα. Με τον ίδιο τρόπο που το σύμπαν μπορεί να γεννήσει ένα άλλο σύμπαν βρέφος,  γιατί δεν μπορεί να γεννήσει και το ίδιο; Και αυτή είναι η θεωρία τους: το σύμπαν γύρισε πίσω στον χρόνο και ήταν η μητέρα του.

Μάλλον θα σκέφτεστε ότι είναι μια πολύ περίεργη ιδέα. Ας το κάνουμε λοιπόν πιο φυσικό. Φανταστείτε ότι το σύμπαν είναι σε μορφή μιας σάλπιγγας, που επεκτείνεται στο ένα άκρο του μέχρι το άπειρο. Σε κάποιο σημείο κατά μήκος του σωλήνα της σάλπιγγας, η σφαίρα ανοίγει μια κβαντική σήραγγα (μια ξαφνική αύξηση του Λ), και από εκεί εκβλαστάνει ένας νέος σωλήνας μέσα από το όργανο. Το ίδιο πράγμα συμβαίνει με αυτόν τον σωλήνα, μόνο που αυτή τη φορά ο σωλήνας διπλώνεται γύρω από τον εαυτό του και ενώνεται με το στενό άκρο της αρχικής σάλπιγγας (δηλαδή το επιστόμιο). Στην πραγματικότητα, αυτός ο σωλήνας είναι εξαιρετικά μικρός, αρκετά μικρός για να επικρατήσουν τα κβαντικά αποτελέσματα. Αντιπροσωπεύει επίσης έναν επαναλαμβανόμενο χωρόχρονο. Πάλι εδώ, η βιομηχανία των ταινιών επιστημονικής φαντασίας μας ξεπερνά. Στο φιλμ Groundhog Day βλέπουμε ένα άτομο που δοκιμάζει ανεξήγητα την ίδια μέρα επανειλημμένως. Λοιπόν, θα μπορούσε αυτός να βρισκόταν και στην αρχή του σύμπαντος.

Οι ίδιοι προτείνουν λοιπόν ότι το σύμπαν προέκυψε από κάτι κι όχι από το τίποτα, και αυτό το κάτι ήταν ο ίδιος ο εαυτό του. Όπως λένε οι δύο επιστήμονες τέτοιο γεγονός είναι δυνατό επειδή η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν επιτρέπει κλειστούς βρόχους του χρόνου, σαν καμπύλες. Άρα, επιτρέπεται και το ταξίδι στο χρόνο.

Ο Marcus Chown σχολιάζοντας τη θεωρίας τους λέει:

Πιστεύουν ότι οι νόμοι της φυσικής δεν απαγορεύουν στο σύμπαν να είναι η μητέρα του. Σε μια τέτοια περίπτωση είναι δυνατό ένας κλάδος του χωροχρόνου θα μπορούσε μέσω ενός ατέλειωτου βρόχου να κινηθεί προς τα πίσω για να σχηματίσει τον κύριο κορμό του. Ο χώρος θα ήταν τότε σε έναν βρόχο του χρόνου που θα αναδημιουργούσε μονίμως τον εαυτό του.

Υπάρχουν άραγε αποδεικτικά στοιχεία για αυτήν την θεωρία;

Η κβαντική διάνοιξη σήραγγας έχει πάμπολλες αποδείξεις. Η διάσπαση του ουράνιου είναι ένα παράδειγμα, που υπολογίστηκε από τον ρώσο George Gamow το 1928. Όταν διασπάται το ουράνιο, παράγει έναν πυρήνα ηλίου. Η ενέργεια με την οποία ο πυρήνας εκπέμπεται είναι μετρήσιμη, και διαπιστώνουμε ότι είναι αρκετά χαμηλή. Αυτό σημαίνει ότι ο πυρήνας του ηλίου δεν θα μπορούσε να έχει προέλθει από τον πυρήνα του αρχικού ουράνιου, θα πρέπει να έχει προέλθει από μια αρκετή απόσταση μακριά από αυτόν. Με άλλα λόγια, άνοιξε μια κβαντική σήραγγα αυθόρμητα από τον πυρήνα του ουράνιου στον χώρο και βρέθηκε κάπου μακριά.

Η κβαντική διάνοιξη σήραγγας παρατηρείται τόσο συχνά, στην πραγματικότητα, που λίγα πειράματα φυσικής σήμερα δεν πραγματοποιούνται χωρίς να λάβουν υπόψη τα αποτελέσματα αυτού του φαινομένου.

Η θεωρία υπερχορδών ταιριάζει αρκετά καλά με αυτό το μοντέλο, επίσης. Η θεωρία χορδών λέει ότι υπάρχουν ένδεκα διαστάσεις στον Κόσμο, οι περισσότερες από τις οποίες είναι διπλωμένες και απίστευτα μικρές, ακριβώς όπως ο κυκλικός σωλήνας Groundhog σε αυτή τη θεωρία.