Oops! It appears that you have disabled your Javascript. In order for you to see this page as it is meant to appear, we ask that you please re-enable your Javascript!
Θεωρίες φυσικής

Το ατελές σύμπαν: Αντίο, θεωρία των πάντων

Πριν από δεκαπέντε χρόνια, ήμουν ένας φυσικός που δούλευα σκληρά για να βρω μια θεωρία της φύσης, που θα ενοποιούσε το πολύ μεγάλο και το πολύ μικρό. Ακόμη και ο Αϊνστάιν, είχε αναγνωρίσει ότι ήταν ελλιπής η κατανόησή μας για την πραγματικότητα, και πέρασε τα τελευταία 20 χρόνια της ζωής του ψάχνοντας για μια ενοποιημένη θεωρία πεδίου η οποία θα περιγράφει τις δύο βασικές δυνάμεις που βλέπουμε γύρω μας – τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό – ως εκδηλώσεις μιας ενιαίας δύναμης. Γι ‘αυτόν, μια τέτοια μαθηματική θεωρία εκπροσωπούσε την πιο καθαρή και πιο κομψή έκφραση της φύσης και το υψηλότερο επίτευγμα της ανθρώπινης διάνοιας.

Share

Marcelo_GleiserΆρθρο του Marcelo Gleiser: βραζιλιάνος φυσικός και αστρονόμος

Πριν από δεκαπέντε χρόνια, ήμουν ένας φυσικός που δούλευα σκληρά για να βρω μια θεωρία της φύσης, που θα ενοποιούσε το πολύ μεγάλο και το πολύ μικρό. Ακόμη και ο Αϊνστάιν, είχε αναγνωρίσει ότι ήταν ελλιπής η κατανόησή μας για την πραγματικότητα, και πέρασε τα τελευταία 20 χρόνια της ζωής του ψάχνοντας για μια ενοποιημένη θεωρία πεδίου η οποία θα περιγράφει τις δύο βασικές δυνάμεις που βλέπουμε γύρω μας – τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό – ως εκδηλώσεις μιας ενιαίας δύναμης. Γι’ αυτόν, μια τέτοια μαθηματική θεωρία εκπροσωπούσε την πιο καθαρή και πιο κομψή έκφραση της φύσης και το υψηλότερο επίτευγμα της ανθρώπινης διάνοιας.

Από την ιστορία

Πενήντα πέντε χρόνια μετά το θάνατο του Αϊνστάιν, το κυνήγι για αυτή την απροσδιόριστη και ενοποιημένη θεωρία πεδίου συνεχίζεται. Για τον φυσικό Stephen Hawking και πολλούς άλλους, η διαπίστωση της «θεωρίας των πάντων» θα ισοδυναμούσε με το να γνωρίσουμε το "μυαλό του Θεού". Η παρομοίωση δεν είναι τυχαία.

Οι σύγχρονοι επικριτές λένε ότι ο Αϊνστάιν και άλλοι γίγαντες της φυσικής του 20ου αιώνα (συμπεριλαμβανομένων και των Wolfgang Pauli, Erwin Schrödinger και Werner Heisenberg) απέτυχαν γιατί τα μοντέλα τους δεν περιλάμβαναν όλα τα σωματίδια της ύλης και τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις τους. Αναλύστε τις, ισχυρίζονται, και έχουμε μια πολύ καλύτερη πιθανότητα επιτυχίας. Τα Όνειρα για μια τελική θεωρία (ο τίτλος ενός βιβλίου για το θέμα αυτό του νομπελίστα Steven Weinberg) ζουν σήμερα πολύ πιο έντονα παρά ποτέ.

Είμαστε όμως πραγματικά τόσο κοντά σε αυτή την τελική θεωρία; Τολμάμε να αναρωτηθούμε αν η έρευνα είναι θεμελιωδώς λανθασμένη; Θα μπορούσαμε να πιστέψουμε σε μια φυσική θεωρία που να ενοποιεί τα μυστικά του υλικού κόσμου – ένα "κρυφό κωδικό" της φύσης – που να είναι το επιστημονικό ισοδύναμο της θρησκευτικής πίστης σε ένα Θεό από δισεκατομμύρια πιστούς που πηγαίνουν στις εκκλησίες, τζαμιά και συναγωγές κάθε μέρα;

complex_universeΘα μπορούσε ένα ατελές σύμπαν να βοηθούσε την ανάδυση της πολύπλοκης ζωής;

Ακόμη και πριν από αυτό που εμείς λέμε τώρα φυσική, υπήρχαν οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι που μελέτησαν κατά πόσον αυτή η ανομοιότητα της  φύσης θα μπορούσε να προέρχεται από μία μόνο πηγή, μια αρχέγονη ουσία. Ο Θαλής, που θεωρείται από τον Αριστοτέλη ως ο πρώτος φιλόσοφος στην ελληνική παράδοση, πρότεινε ότι όλα ήταν φτιαγμένα από νερό, μια ουσία που πίστευε ότι εκπροσωπούσε την δυναμική ουσία της φύσης. Αργότερα, ο Πυθαγόρας και οι οπαδοί του πιστεύουν ότι η φύση ήταν ένας μαθηματικός γρίφος, που κατασκευάστηκε μέσα από σχέσεις και μοτίβα που συνδυάζουν ακέραιους αριθμούς, και ότι η γεωμετρία ήταν το κλειδί για την αποκρυπτογράφηση.

Η ιδέα των μαθηματικών ως θεμελιώδης πύλη για τα μυστικά της φύσης επανεμφανίστηκε κατά τα τέλη της Αναγέννησης. Οι Γαλιλαίος, Καρτέσιος, Κέπλερ και τον Νεύτωνας κατέστησαν σαφές ότι η μαθηματική περιγραφή της φύσης πετυχαίνει μόνο μέσα από την επίπονη εφαρμογή της επιστημονικής μεθόδου, όπου ελέγχονται υποθέσεις από πειράματα και παρατηρήσεις και τότε αυτές εγκρίνονται ή απορρίπτονται. Η φυσική έγινε η επιστήμη του «πώς», αφήνοντας το «γιατί» για τη φιλοσοφία και τη θρησκεία. Όταν ο Νεύτωνας υπέβαλε το ερώτημα γιατί η ύλη ελκύει την ύλη με μια δύναμη που εξασθενεί με το τετράγωνο της απόστασης, απάντησε πως αυτός «επινοούσε δεν έκανε υποθέσεις". Αυτό ήταν αρκετό για να δώσει μια ποσοτική περιγραφή του φαινομένου.

Αυτό, όμως, είναι μόνο το μισό της ιστορίας. Για το Νεύτωνα, ο Θεός ήταν ο υπέρτατος μαθηματικός και οι μαθηματικοί νόμοι της φύσης ήταν το προσχέδιο του Δημιουργού. Καθώς η επιστήμη προόδεψε, η ιδέα ότι ο Θεός παρενέβαινε ρητά με τα φυσικά φαινόμενα ξεχάστηκε, αλλά όχι η ιδέα ότι ο κρυμμένος κώδικας της φύσης έγκειται σε μια παγκόσμια μαθηματική θεωρία. Του Αϊνστάιν ο «Θεός» ήταν πολύ μακριά από του Νεύτωνα, όπως είπε ο ίδιος περίφημα: "Πιστεύω στον Θεό του Σπινόζα που αποκαλύπτεται με την αρμονία και την τάξη σε ό,τι υπάρχει." Η αναζήτηση του για μια ενοποιημένη θεωρία πεδίου ήταν στην πραγματικότητα μια αναζήτηση για την ουσία του φυσικού αυτού θεού.

Οι σημερινές θεωρίες

Οι σύγχρονες ενσαρκώσεις των ενοποιημένων θεωριών πεδίου έρχονται σε δύο “γεύσεις”. Η πιο παραδοσιακή εκδοχή, η λεγόμενη Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία (GUT), επιδιώκει να περιγράψει τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ασθενή και την ισχυρή πυρηνική δύναμη ως μια ενιαία δύναμη. Η πρώτη από αυτές τις θεωρίες προτάθηκε το 1974 από τον Howard Georgi, του Πανεπιστημίου του Harvard, και τον Sheldon Glashow, που τώρα είναι στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης. Η πιο φιλόδοξη εκδοχή επιδιώκει να συμπεριλάβει την βαρύτητα στο πλαίσιο της ενοποίησης. Η θεωρία υπερχορδών προσπαθεί να κάνει αυτή την ενοποίηση εγκαταλείποντας την μακραίωνη παράδοση ότι η ύλη αποτελείται από μικρά αδιαίρετα τμήματα, και υποκαθιστώντας την με παλλόμενες χορδές που ζουν σε χώρους υψηλότερων διαστάσεων.

Όπως όλες οι καλές θεωρίες της φυσικής, τη GUT κάνει προβλέψεις. Η μία είναι ότι το πρωτόνιο είναι ασταθές. Για δεκαετίες, πειράματα με ολοένα αυξανόμενη ευαισθησία προσπάθησαν να βρουν πρωτόνια που είχαν διασπαστεί και δυστυχώς δεν τα βρήκαν. Κατά συνέπεια, τα μοντέλα έχουν αλλάξει λίγο έτσι ώστε τα πρωτόνια να διασπώνται πολύ σπάνια και να είναι έξω από τα τρέχοντα όρια ανίχνευσης. Μια άλλη πρόβλεψη της GUT δεν πήγε και καλύτερα: διασυνδεδεμένα πεδία που αλληλεπιδρούν, που ονομάζονται μαγνητικά μονόπολα, δεν έχουν ποτέ βρεθεί.

Για την θεωρία των υπερχορδών, η κατάσταση είναι ακόμη χειρότερη. Παρά τη μαθηματική κομψότητα της, η θεωρία είναι τόσο αποκομμένη από τη φυσική πραγματικότητα που είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσδιοριστεί τι μετρήσιμο αποτέλεσμα  μπορεί να δώσει μια χορδή.

Η ίδια η έννοια της τελικής θεωρίας είναι ελαττωματική

Τελευταία νομίζω ότι η ίδια η έννοια της τελικής θεωρίας είναι λάθος, είναι ελαττωματική. Ακόμη και αν επιτύχουμε την ενοποίηση των δυνάμεων που γνωρίζουμε, θα έχουμε πετύχει μόνο τη μερική ενοποίηση. Τα όργανα μας έχουν κάποια όρια. Δεδομένου ότι η γνώση της φυσικής πραγματικότητας εξαρτάται από το τι μπορούμε να μετρήσουμε, ποτέ δεν θα μάθουμε εμείς όλα όσα υπάρχουν. Ποιος μπορεί να πει ότι υπάρχουν μόνο τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις; Η επιστήμη είναι γεμάτη εκπλήξεις. Είναι πολύ καλύτερα να δεχθούμε ότι η γνώση μας για την φυσική πραγματικότητα είναι αναγκαστικά ελλιπής. Με αυτόν τον τρόπο, η επιστήμη γίνεται αντιληπτή ως μια ανθρώπινη επιχείρηση και το "μυαλό του Θεού" είναι εξορκισμένο μια για πάντα.

Από τότε που έγινε η ανακάλυψη της παραβίασης της ισοτιμίας (parity violation) στο πλαίσιο του ασθενούς αλληλεπίδρασης εδώ και 50 χρόνια πριν, τα πειράματα στην σωματιδιακή φυσική μας έδειξαν ότι οι ελπίδες μας για την τελειότητα της φύσης είναι ακριβώς αυτό – μόνο ελπίδες. Οι συμμετρίες παραβιάζουν τα αριστερά και τα δεξιό. Στη φύση, σε αντίθεση με τον διάσημο ποίημά του Keats, το όμορφο δεν είναι πάντα αλήθεια.

Αλλά υπάρχουν κι άλλα. Προτείνω ότι οι θεμελιώδεις ασυμμετρίες αποτελούν απαραίτητο μέρος του σύμπαντος, που αυτές καθορίζουν την ύπαρξή μας. Ας εξετάσουμε το ακόλουθο παράδειγμα. Το σύμπαν έπρεπε να έχει ιδιαίτερες ιδιότητες για να διατηρήσει την επέκταση του εδώ και 14 δισεκατομμύρια χρόνια. Και τα σωματίδια της ύλης έπρεπε να κυριαρχήσουν πάνω σε εκείνα της αντιύλης λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ή αλλιώς το σύμπαν θα αποτελείται κυρίως από ακτινοβολία.

Η ίδια η ζωή είναι ένα προϊόν των ατελειών, από την χωρική ασυμμετρία των αμινοξέων έως τις μεταλλάξεις κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής. Οι ασυμμετρίες σφυρηλάτησαν την μακρά, περίπλοκη και απρόβλεπτη πορεία από τα σωματίδια στα άτομα, στα κύτταρα, από τα απλά προκαρυωτικά κύτταρα χωρίς πυρήνες έως τα πιο εξελιγμένα ευκαρυωτικά κύτταρα, και έπειτα από τους μονοκύτταρους σε πολυκύτταρους οργανισμούς.

Η ιστορία της ζωής είναι βαθιά μπλεγμένη με τις μεταβολές του περιβάλλοντος της γης, από την αύξηση της διαθεσιμότητας του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, έως την έλευση των τεκτονικών πλακών που βοηθούν την ρύθμιση του διοξειδίου του άνθρακα. Η ζωή (για να μην αναφέρουμε την νόηση) με τις εξαιρετικά περίπλοκες μορφές που βλέπουμε, να ξέρετε ότι είναι ίσως αρκετά σπάνια, ένα προϊόν των ασυμμετριών, των ατελειών και των συμπτώσεων.

Και για το τέλος, αν σταματήσουμε να ψάχνουμε για μια τελική θεωρία αυτό δεν θα κάνει την φυσική – και την επιστήμη – να είναι λιγότερο συναρπαστική. Η φύση έχει πολλά μυστικά ώστε να μας κρατήσει απασχολημένους για πολύ καιρό.

New Scientist

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share