|
Σκοτεινοί ουρανοί
Και τι θα βλέπουν οι επιστήμονες του μέλλοντος καθώς θα κοιτάζουν στους
ουρανούς σε 100 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα; Χωρίς τηλεσκόπια, θα
βλέπουν λίγο
πολύ αυτό που βλέπουμε σήμερα: τα αστέρια του Γαλαξία μας. Τα μεγαλύτερα και
φωτεινότερα αστέρια θα έχουν κάψει τα πυρηνικά καύσιμά τους, αλλά τα πιο
πολλά από τα μικρότερα άστρα θα φωτίζουν ακόμα τον ουρανό της νύχτας.
Η μεγάλη διαφορά θα συμβεί όταν οι μελλοντικοί
επιστήμονες φτιάξουν τηλεσκόπια ικανά να βλέπουν γαλαξίες έξω από τον δικό μας.
Και το δυστύχημα θα είναι ότι δεν θα
βλέπουν κανένα γαλαξία! Οι κοντινοί γαλαξίες θα έχουν συγχωνευτεί με τον
Γαλαξία μας σχηματίζοντας ένα μεγάλο γαλαξία, και ουσιαστικά όλοι οι άλλοι γαλαξίες θα
έχουν απομακρυνθεί πάρα πολύ, δραπετεύοντας πέρα από τον ορίζοντα
γεγονότων.
Η εξαφάνιση των απόμακρων γαλαξιών δεν θα είναι άμεση αλλά βαθμιαία. Η
μετατόπιση προς το ερυθρό αυτών των γαλαξιών θα γίνει απείρως μεγάλο καθώς
θα πλησιάζουν τον ορίζοντα.
Οι Krauss και Starkman υπολόγισαν ότι αυτή μετατόπιση προς το ερυθρό (redshift) θα υπερβεί
το 5.000
για όλους τους γαλαξίες σε 100 δισεκατομμύρια χρόνια, που ανεβαίνει σε ένα
ακατανόητο 1053 σε 10 τρισεκατομμύρια χρόνια - και στον οποίο χρόνο ακόμη
και οι κοσμικές ακτίνες γ με την υψηλή ενέργεια θα έχουν τόσο μετατοπιστεί
προς το ερυθρό, που το μήκος κύματός τους θα είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος
του ορίζοντα.
Αυτά τα αντικείμενα θα είναι έπειτα αληθινά και απολύτως αόρατα σε μας.
Κατά συνέπεια, η κρίσιμη ανακάλυψη του Hubble για το σύμπαν
που επεκτείνεται δεν θα έχει καμιά αξία. Όλο η διαστελλόμενη ύλη στο σύμπαν θα έχει εξαφανιστεί
οπτικά πέρα από τον ορίζοντα, και όλα αυτά που θα παραμείνουν θα είναι μέρος
ενός βαρυτικά συνδεδεμένου σμήνους άστρων. Για τους
μελλοντικούς αστρονόμους, το αισθητό σύμπαν θα μοιάζει με το "σύμπαν
νησί" του 1908: μια ενιαία τεράστια συλλογή άστρων, στατικό και
αιώνιο, που θα περιβάλλεται από το κενό διάστημα.
Η εμπειρία μας αποδεικνύει ότι ακόμα και όταν έχουμε τα στοιχεία, το
σωστό κοσμολογικό πρότυπο δεν είναι και τόσο προφανές. Παραδείγματος χάριν,
από τη δεκαετία του '40 έως τα μέσα της δεκαετίας του '60, με το οικοδόμημα της
παρατηρησιακής κοσμολογίας να στηρίζεται μόνο στην ανακάλυψη του Hubble
για το σύμπαν που διαστέλλεται, μερικοί αστροφυσικοί ανάστησαν την ιδέα ενός
αιώνιου σύμπαντος: το σύμπαν της σταθερής κατάστασης, στο οποίο δημιουργείται
ύλη καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, έτσι ώστε το σύμπαν συνολικά να μην αλλάζει
με το χρόνο. Αυτή η ιδέα αποδείχθηκε ένα διανοητικό αδιέξοδο,
αλλά καταδεικνύει το είδος της μπερδεμένης ιδέας που μπορεί να αναπτυχθεί
ελλείψει των επαρκών παρατηρητικών στοιχείων.
Πού αλλού μπορούν οι αστρονόμοι του μέλλοντος να ψάξουν για τα στοιχεία της
Μεγάλης έκρηξης; Μήπως το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων θα τους επέτρεπε
να εξετάσουν τη δυναμική του σύμπαντος; Αλίμονο, όχι. Καθώς το
σύμπαν επεκτείνεται, τα μήκη κύματος της ακτινοβολίας υποβάθρου
εκτείνονται και η ακτινοβολία γίνονται πιο διάχυτη. Όταν το σύμπαν θα είναι 100
δισεκατομμυρίων ετών, τα μέγιστα μήκη κύματος της ακτινοβολίας μικροκυμάτων
θα είναι στην κλίμακα του μέτρου, που αντιστοιχεί στα ραδιοκύματα αντί
των μικροκυμάτων. Η ένταση της ακτινοβολίας θα αραιωθεί κατά έναν
παράγοντα ένα τρισεκατομμύριο και μπορεί να μην φανεί ποτέ.
Ακόμα πιο πέρα στο μέλλον, το κοσμικό υπόβαθρο θα γίνει αληθινά μη
παρατηρούμενο. Το διάστημα μεταξύ των άστρων στο Γαλαξία μας είναι γεμάτο με
ένα ιονισμένο αέριο ηλεκτρονίων. Τα χαμηλής συχνότητας ραδιοκύματα
τότε δεν θα μπορούν να διαπεράσουν ένα τέτοιο αέριο, θα απορροφώνται ή
θα ανακλώνται. Ένα παρόμοιο φαινόμενο είναι ο λόγος που οι ραδιοσταθμοί AM μπορούν να
ακουστούν μακριά από τις πόλεις της προέλευσής τους τη νύχτα. Τα ραδιοκύματα
ανακλώνται από την ιονόσφαιρα και πάνε πίσω προς στο έδαφος. Το διαστρικό μέσο μπορεί να θεωρηθεί ως μια μεγάλη ιονόσφαιρα
που γεμίζει
το γαλαξία. Οποιαδήποτε ραδιοκύματα με συχνότητες κάτω από 1 kh (ένα μήκος κύματος μεγαλύτερο από 300 χιλιόμετρα) δεν
μπορούν να διαπεράσουν στο Γαλαξία μας. Η ραδιοαστρονομία κάτω από ένα
Κhz είναι για πάντα αδύνατη μέσα στο Γαλαξία μας. Όταν το σύμπαν
θα είναι περίπου 25 φορές τη σημερινή ηλικία του, το υπόβαθρο των μικροκυμάτων θα
τεντωθεί πέρα από αυτό το μήκος κύματος και έτσι δεν θα είναι ανιχνεύσιμο στους
κατοίκους του Γαλαξία. Ακόμα πριν από αυτό, τα λεπτά μοτίβα σε αυτήν την
ακτινοβολία υποβάθρου, που μας έχουν προσφέρει τόσο πολλές χρήσιμες πληροφορίες, θα γίνουν πάρα πολύ
ασθενικά και αόρατα για να μελετηθούν
Ενοχλητικό
Μήπως οι παρατηρήσεις των αναλογιών των χημικών στοιχείων θα οδηγούσαν
τους κοσμολόγους του απώτερου μέλλοντος στο να γνωρίσουν τη Μεγάλη Έκρηξη;
Άλλη
μια φορά, η απάντηση είναι πιθανά όχι. Το πρόβλημα είναι ότι η
δυνατότητα να εξετάσουμε την πυρηνοσύνθεση της Μεγάλης Έκρηξης καθορίζεται
από το γεγονός ότι οι ποσότητες του δευτερίου και του ηλίου δεν έχουν εξελιχθεί πάρα
πολύ από τότε που παρήχθησαν πριν 14 δισεκατομμύρια χρόνια. Το ήλιο που
παράχθηκε στον πρώιμο Κόσμο, παραδείγματος χάριν, αποτελεί περίπου το 24%
της συνολικής ύλης. Αν και τα αστέρια παράγουν το ήλιο κατά τη
διάρκεια των αντιδράσεων της σύντηξης τους, έχουν αυξήσει αυτήν την
ποσότητα κατά τι περισσότερο από μερικά τοις εκατό. Οι αστρονόμοι Fred Adams και Gregory
Laughlin του πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν έχουν προτείνει ότι
αυτό το τμήμα θα μπορούσε να αυξηθεί σε τουλάχιστον 60% μετά από
πολλές γενεές των άστρων. Ένας παρατηρητής στο απώτερο μέλλον θα
έβρισκε το αρχέγονο ήλιο πλημμυρισμένο από το ήλιο που παράγεται στις πιο
πρόσφατες γενεές των άστρων.
Αυτή την περίοδο ο πιο καθαρός έλεγχος της πυρηνοσύνθεσης της Μεγάλης
Έκρηξης είναι η αφθονία του δευτέριου. Οι καλύτερες μετρήσεις για την
αρχέγονη ποσότητα του δευτέριου προέρχονται από τις παρατηρήσεις των νεφών
του
υδρογόνου τα οποία φωτίζονται από πίσω από τα κβάζαρ, εξαιρετικά απόμακρα
σώματα που εκπέμπουν πολύ
φωτεινά σήματα και τροφοδοτούνται (σε ενέργεια) πιθανά από τις μαύρες
τρύπες. Στο μακρινό μέλλον του σύμπαντος, εντούτοις, και αυτά τα νέφη
του
υδρογόνου και τα κβάζαρ θα έχουν περάσει πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων
και θα χαθούν για πάντα από την θέα. Μόνο το γαλαξιακό δευτέριο μπορεί να είναι
αισθητό. Αλλά τα αστέρια καταστρέφουν το δευτέριο, και πολύ λίγα θα επιζήσει.
Ακόμα κι αν οι αστρονόμοι του μέλλοντος παρατηρούν το δευτέριο, μπορεί να μην το
αποδώσουν στη Μεγάλη Έκρηξη. Οι πυρηνικές αντιδράσεις λόγω των κοσμικών
ακτίνων υψηλής ενέργειας, που έχουν μελετηθεί σήμερα ως
μια πιθανή πηγή τμήματος από το παρατηρηθέν δευτέριο, μπορεί να τους φανούν πιο
εύλογες.
Αν και η παρατηρούμενη ποσότητα των ελαφρών στοιχείων δεν θα προσφέρει
κάποια άμεσα στοιχεία για ένα καυτό big bang, εν τούτοις θα
καταστήσει μια πτυχή της μελλοντικής κοσμολογίας διαφορετική από την
ψευδαισθητική κοσμολογία που ίσχυε έναν αιώνα πριν. Οι αστρονόμοι και οι φυσικοί
που θα έχουν κατανοήσει την πυρηνική φυσική σωστά θα καταλήξουν
στο συμπέρασμα ότι τα αστέρια καίνε τα πυρηνικά καύσιμα τους. Εάν αυτοί
συμπεράνουν
έπειτα (ανακριβώς) ότι όλο το ήλιο που παρατηρούν παρήχθη στις
προηγούμενες γενεές των άστρων, θα είναι σε θέση να τοποθετήσουν ένα
ανώτερο όριο στην ηλικία του σύμπαντος. Αυτοί λοιπόν οι επιστήμονες σωστά θα
συμπεράνουν ότι το γαλαξιακό σύμπαν τους δεν είναι αιώνιο αλλά έχει μια
πεπερασμένη ηλικία. Όμως η προέλευση της ύλης που θα παρατηρούν θα
παραμείνει τυλιγμένη στο μυστήριο.
Τι γίνεται όμως με την ιδέα με την οποία αρχίσαμε αυτό το άρθρο, δηλαδή
ότι η
θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει έναν διαστελλόμενο
σύμπαν και επομένως ένα big bang; Οι κάτοικοι του μακρινού μέλλοντος
του σύμπαντος πρέπει να είναι σε θέση να ανακαλύψουν τη θεωρία της γενικής
σχετικότητας από τις μετρήσεις ακρίβειας της βαρύτητας στο ηλιακό σύστημά
τους. Η χρησιμοποίηση αυτής της θεωρίας εντούτοις για να συμπεράνει ένα big bang, στηρίζεται στις παρατηρήσεις για τη μεγάλης κλίμακας
δομή του σύμπαντος. Η θεωρία του Αϊνστάιν προβλέπει έναν διαστελλόμενο
σύμπαν
μόνο εάν το σύμπαν είναι ομοιογενές. Το σύμπαν που οι απόγονοί μας ερευνούν
θα είναι οτιδήποτε άλλο παρά ομοιογενές. Θα αποτελείται από ένα νησί με άστρα
που θα ενσωματώνονται σε ένα απέραντο κενό. Στην πραγματικότητα, θα
μοιάζει με τον σύμπαν νησί του de Sitter. Το τελευταίο μέλλον του αισθητού
σύμπαντος πρόκειται να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα, ακριβώς ότι θα
μοιάζει στην πραγματικότητα ο Γαλαξίας μας στο απώτερο μέλλον.
Άρθρο στο Scientific American από τους Lawrence Krauss και Robert Scherrer
|
