Επτά ερωτήματα που εξακολουθούν να κρατούν ξύπνιους τους φυσικούς όλο το βράδυ

Πριν από λίγες ημέρες μπροστά σε ένα κατάμεστο αμφιθέατρο στο Ίδρυμα Θεωρητικής Φυσικής Perimeter, στον Καναδά, μια ομάδα φυσικών κλήθηκε να απαντήσει στην ερώτηση: "Τι σας κρατάει ξύπνιους τη νύχτα;"

Η συζήτηση αυτή έγινε στη 10-ήμερη συνάντηση "Quantum to Cosmos", με πρωτοποριακή φυσική αυτές τις μέρες.

Τα ζητήματα που απασχολούν λοιπόν τους φυσικούς είναι τα εξής:

Γιατί αυτό το σύμπαν;

Σ την προσπάθειά τους να κατανοήσουν τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης, οι φυσικοί ουσιαστικά εργάζονται στο πλαίσιο ενός παραδείγματος με μακρά διάρκεια: αποδεικνύοντας γιατί ο Κόσμος πρέπει να είναι αυτός που βλέπουμε. Αλλά αν μπορούμε να σκεφτούμε άλλους νόμους, γιατί δεν μπορούν να περιγράφουν σύμπαντα που να υπάρχουν σε κάποια άλλη θέση; "Ίσως εμείς βρούμε ότι δεν υπάρχει άλλη εναλλακτική λύση για το σύμπαν που γνωρίζουμε," λέει ο Sean Carroll του Caltech. "Αλλά υποθέτω ότι αυτό δεν είναι σωστό". Ο Carroll  θεωρεί ότι είναι εύκολο να φανταστούμε ότι η φύση επιτρέπει διαφορετικά είδη συμπάντων με διαφορετικούς νόμους. "Έτσι στο σύμπαν μας, το ερώτημα γίνεται γιατί υπάρχουν αυτοί οι νόμοι και δεν είναι κάποια άλλοι;"

Από τι είναι λοιπόν φτιαγμένα όλα στον Κόσμο;

Είναι πλέον σαφές ότι η συνηθισμένη ύλη – τα άτομα, τα αστέρια και οι γαλαξίες – υπολογίζεται ότι είναι μια ασήμαντη μειοψηφία το 4% του συνολικού ποσού της ενέργειας του σύμπαντος. Και το άλλο 96% είναι που αναγκάζει τη φυσικό Katherine Freese του Πανεπιστημίου του Michigan  να ασχολείται μαζί του. Η Freese έχει ενθουσιασμένη ότι για ένα μέρος του προβλήματος, η φύση της σκοτεινής ύλης, μπορεί να πλησιάζει η λύση του. Επισημαίνει τα νέα δεδομένα από πειραματικές δοκιμές, όπως του δορυφόρου Fermi της NASA, που είναι σύμφωνα με την ιδέα ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία μας εξαϋλώνονται μεταξύ τους με ένα μετρήσιμη ρυθμό, ο οποίος με τη σειρά του θα μπορούσε να μας αποκαλύψει τις ιδιότητές τους. Όμως, η ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, η οποία φαίνεται να είναι η αιτία της επιτάχυνσης της διαστολής του σύμπαντος, δημιούργησε ένα τεράστιο νέο σύνολο γρίφων, για τα οποία δεν υπάρχουν άμεσες απαντήσεις. Αυτές περιλαμβάνουν τη φύση της ίδιας της σκοτεινής ενέργειας αλλά και το ερώτημα του γιατί έχει μια τιμή που είναι τόσο εξαιρετικά μικρή, επιτρέποντας έτσι τον σχηματισμό των γαλαξιών, των άστρων και την εμφάνιση της ζωής.

Με τι τρόπο γίνεται η πολυπλοκότητα;

Από την απρόβλεπτη συμπεριφορά των χρηματοπιστωτικών αγορών έως την ανάδυση της ζωής από τα ανόργανα υλικά, ο Leo Kadananoff, φυσικός και εφαρμοσμένος μαθηματικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, βρίσκει τις πιο ευχάριστες ερωτήσεις που αφορούν την ανάδυση των πολύπλοκων συστημάτων. Ο Kadanoff ανησυχεί ότι οι φυσικοί σωματιδίων και οι κοσμολόγοι χάνουν ένα σημαντικό τέχνασμα, εφόσον δίνουν έμφαση μόνο στις πολύ μικρές και τις πολύ μεγάλες αποστάσεις. "Ακόμα δεν γνωρίζουμε πώς δουλεύει και πώς διατηρεί το σχήμα του το κοινό γυαλί”, λέει ο Kadanoff. “Η έρευνα εξοικειωμένων πραγμάτων είναι εξίσου σημαντική για την κατανόηση του κόσμου." Η ίδια η ζωή, λέει, θα γίνει κατανοητή πραγματικά μόνο από την αποκωδικοποίηση πολύ απλών συστατικών με απλές αλληλεπιδράσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε περίπλοκα φαινόμενα.

Η θεωρία χορδών θα αποδειχθεί ποτέ σωστή;

Ο φυσικός David Tong του Cambridge είναι παθιασμένος με την μαθηματική ομορφιά της θεωρίας χορδών – η ιδέα ότι τα θεμελιώδη σωματίδια που παρατηρούμε δεν είναι σημειακά – σαν κουκκίδες, αλλά μάλλον μικρές χορδές που πάλλονται. Όμως παραδέχεται ότι αυτές τον έφεραν κάποτε σε μια φιλοσοφική κρίση, όταν συνειδητοποίησε ότι μπορεί να ζήσει όλη του τη ζω, μην γνωρίζοντας αν αυτοι χορδές αποτελούν πράγματι μια περιγραφή όλης της πραγματικότητας. Ακόμη πειράματα, όπως στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων και στον δορυφόρο Planck, ενώ μπορούν να αποκαλύψουν μια νέα φυσική, είναι απίθανο να μας πουν κάτι οριστικό για τις χορδές. Ο Tong βρίσκει παρηγοριά γνωρίζοντας ότι οι μέθοδοι της θεωρίας χορδών μπορούν να εφαρμοστούν σε λιγότερο θεμελιώδη προβλήματα, όπως είναι η συμπεριφορά των κουάρκ και των εξωτικών μετάλλων. "Είναι μία χρήσιμη θεωρία”, λέει, “γι ‘αυτό προσπαθώ να επικεντρωθώ σε αυτήν."

Τι είναι η ανωμαλία;

Για τους κοσμολόγος και τον Neil Turok του Ινστιτούτου Perimeter, το μεγαλύτερο μυστήριο είναι αυτό από όπου ξεκίνησαν όλα, το big bang. Η συμβατική θεωρία επισημαίνει ότι αυτό ξεκίνησε από μία απείρως θερμή και πυκνή κατάσταση, όπου οι γνωστοί νόμοι της φυσικής καταρρέουν. "Δεν ξέρουμε πώς να το περιγράψουμε”, λέει ο Turok. "Πώς μπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι έχει μια θεωρία των πάντων χωρίς αυτό;" Ο Turok ελπίζει ότι η θεωρία χορδών και μια σχετική θεωρία, που είναι γνωστή ως η «ολογραφική αρχή", που δείχνει ότι μια ανωμαλία σε τρεις διαστάσεις μπορεί να μεταφραστεί σε μια μαθηματική πιο εύχρηστη οντότητα αλλά σε δύο διαστάσεις (κάτι το οποίο μπορεί να σημαίνει ότι η τρίτη διάσταση και η ίδια η βαρύτητα είναι αυταπάτη). "Αυτά τα εργαλεία μπορούν να μας δώσουν νέους τρόπους σκέψης σχετικά με το πρόβλημα, το οποίο μας προκαλεί μια βαθιά ικανοποίηση κατά μια μαθηματική άποψη”, διευκρινίζει.

Ποια είναι η αληθινή πραγματικότητα ;

Ο υλικός κόσμος μπορεί, σε κάποιο επίπεδο, να βρίσκεται μακράν από το να μπορούμε να τον κατανοήσουμε, αλλά ο Anton Zeilinger, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, βαθιά ελπίζει ότι οι φυσικοί έχουν απλώς ξύσει την επιφάνεια κάτι πολύ μεγαλύτερου. Ο Zeilinger ειδικεύεται στα κβαντική πειράματα που αποδεικνύουν την προφανή επιρροή των παρατηρητών στη διαμόρφωση της πραγματικότητας. "Ίσως η πραγματική επανάσταση θα έρθει όταν θα αρχίσουμε να συνειδητοποιούμε τις συνδέσεις μεταξύ της πραγματικότητας, των γνώσεων και των δράσεων μας”, πιστεύει. Η ιδέα του είναι πολύ παράξενη, αλλά έχει αποδειχθεί και στην πράξη. Ο Zeilinger και άλλοι έχουν δείξει ότι τα σωματίδια που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μπορεί να έχουν, με κάποιο ανεξήγητο τρόπο, μια κβαντική σύνδεση μεταξύ τους, έτσι ώστε παρατηρώντας το ένα να επηρεάζεται το αποτέλεσμα του άλλου. Κανείς δεν έχει ακόμη ερευνήσει εξονυχιστικά πώς το σύμπαν φαίνεται να ξέρει πότε παρακολουθείται.

Πόσο μακριά μπορεί να μας πάει η φυσική;

Ίσως όμως το μεγαλύτερο ερώτημα όλων είναι το αν η διαδικασία της έρευνας, που μας έχει αποκαλύψει πολλά για το σύμπαν από την εποχή του Γαλιλαίου και Κέπλερ, πλησιάζει το τέλος της. "Ανησυχώ αν έχουμε έρθει κοντά στα όρια της εμπειρικής επιστήμης", λέει ο Lawrence Krauss του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνα. Συγκεκριμένα, ο Krauss διερωτάται αν αυτό απαιτεί τη γνώση κι άλλων Κόσμων, σαν αυτούς που λέει ο Sean Carroll, για να κατανοήσουμε γιατί το σύμπαν μας είναι όπως είναι. Εάν σε μια τέτοια γνώση είναι αδύνατον να έχουμε πρόσβαση, αυτό μπορεί να σημάνει το τέλος της περαιτέρω εμβάθυνσης των γνώσεων μας.

Ο Turok εξηγεί ότι αυτός είναι ακριβώς ο λόγος που υπάρχει το Ινστιτούτο Perimeter, δηλαδή η αξιοποίηση της σκέψης των νέων φωτεινών μυαλών του κόσμου. Με τη βελτιστοποίηση των όρων για μια πιο δημιουργική σκέψη, μπορεί να είναι δυνατό να αποφευχθεί ένα τέτοιο αδιέξοδο.

"Έχουμε συνηθίσει να σκεφτόμαστε τη θεωρητική φυσικής ως κάτι τυχαίο”, λέει ο Turok. “Πρέπει να ρωτήσουμε αν υπάρχει ένας πιο στρατηγικός τρόπος για να επιταχύνουμε την κατανόηση και την ανακάλυψη."

Ίσως τότε όλοι αυτοί οι ανήσυχοι φυσικοί μπορεί να ηρεμήσουν επιτέλους- ή τουλάχιστον να στραφούν σε πιο πεζές ανησυχίες.

Πηγή: New Scientist