“Η πραγµατικότητα δεν είναι αυτή που φαίνεται” λέει ο Ιταλός φυσικός Carlo Rovelli, που σε Επτά σύντοµα µαθήµατα Φυσικής (εκδ. Πατάκη) µας µυεί στα µυστήρια της ύλης και του σύµπαντος. Ποιά είναι άραγε η ωραιότερη θεωρία; Τι είναι ο χώρος; Τι είναι τα στοιχειώδη σωµατίδια; Πώς είναι κατασκευασµένο το σύµπαν;
“Όλα είναι φυσική” συνηθίζουν να λένε οι άνθρωποι των θετικών επιστηµών. Διαβάζοντας τα µαθήµατα του Carlo Rovelli, θα συµφωνήσουµε κι εµείς. Η φυσική µας δίνει απαντήσεις όχι µόνο για τα άστρα και τους γαλαξίες, αλλά και για την ίδια µας την ανθρώπινη φύση, την ελεύθερη βούλησή µας, καθώς και την πάντα απύθµενη άγνοιά µας.
“ Από τα νιάτα του, ο Αϊνστάιν γοητεύτηκε από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του Μάξγουελ και προσπάθησε να συλλάβει τη φύση του βαρυτικού πεδίου και να το περιγράψει με εξισώσεις. Τότε είχε μια εξαιρετική ιδέα, μια ιδέα πραγματικά ιδιοφυή: το βαρυτικό πεδίο δεν διαχέεται στον χώρο: το βαρυτικό πεδίο είναι ο ίδιος ο χώρος. Να ποια είναι η ιδέα της γενικής σχετικότητας. Ο “χώρος” του Νεύτωνα – μέσα στον οποίο τα πράγματα κινούνται – και το “ βαρυτικό πεδίο” είναι ένα και το αυτό.
Επρόκειτο για μια επιφοίτηση, για μια εντυπωσιακή απλοποίηση του κόσμου: ο χώρος δεν είναι πλέον κάτι διαφορετικό από την ύλη, είναι ένα από τα “υλικά” συστατικά του κόσμου. Μια οντότητα που κυματίζει, λυγίζει, καμπυλώνεται, συστρέφεται.
Δεν βρισκόμαστε σε μια αόρατη, άκαμπτη υποδομή: είμαστε χωμένοι, τρόπον τινά, μέσα σ’ ένα γιγάντιο, ευέλικτο μαλάκιο. Ο Ήλιος καμπυλώνει τον χώρο ολόγυρά του και η Γη δεν περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο λόγω μιας μυστηριώδους δύναμης, αλλά επειδή τρέχει ευθύγραμμα σ’ έναν καμπυλωμένο χώρο. Όπως μια μπαλίτσα που κυλάει σ’ ένα χωνί: δεν υπάρχουν μυστηριώδεις δυνάμεις που δημιουργούνται στο κέντρο του χωνιού- η καμπυλωτή διαμόρφωση των τοιχωμάτων κάνει την μπαλίτσα να κυλήσει. Οι πλανήτες γυρίζουν γύρω από την Ήλιο και τα πράγματα πέφτουν επειδή ο χώρος καμπυλώνεται.
Πώς όμως μπορούμε να περιγράψουμε αυτή την καμπύλωση του χώρου;
Ο σημαντικότερος μαθηματικός του 19ου αιώνα, ο Καρλ Φρίντριχ Γκάους, ο επονομαζόμενος “πρίγκιπας των μαθηματικών”, επεξεργάστηκε μαθηματικούς τύπους για να περιγράψει καμπύλες επιφάνειες δύο διαστάσεων, όπως οι επιφάνειες των λόφων. Έπειτα ζήτησε από έναν ταλαντούχο φοιτητή του να γενικεύσει τη θεωρία περιλαμβάνοντας χώρους με τρεις ή περισσότερες διαστάσεις. Ο εν λόγω φοιτητής, ονόματι Μπέρνχαρτ Ρίμαν, εκπόνησε μια εντυπωσιακή διδακτορική διατριβή, πλην όμως από εκείνες που φαίνονται εντελώς άχρηστες για τον πραγματικό κόσμο. Το συμπέρασμα ήταν ότι οι ιδιότητες ενός καμπύλου χώρου γίνονται αντιληπτές μ’ ένα ειδικό μαθηματικό αντικείμενο, γνωστό σήμερα ως τανυστής καμπυλότητας του Ρίμαν. Που συμβολίζουμε με το γράμμα “R”.
Ο Αϊνστάιν σκάρωσε μια εξίσωση, σύμφωνα με την οποία το R ισοδυναμεί με την ενέργεια την ύλης. Δηλαδή, ο χώρος καμπυλώνει όπου υπάρχει ύλη. Αυτό είναι όλο. Η εξίσωση δεν ξεπερνά τη μισή αράδα. Μια νοερή εικόνα – ένας χώρος που καμπυλώνεται – και γίνεται μαθηματικός τύπος.
Μέσα σ’ αυτήν την εξίσωση βρίσκει κανείς ένα λαμπερό σύμπαν. Κι εδώ εμφανίζεται ο μαγικός πλούτος της θεωρίας: μια φαντασμαγορική διαδοχή προβλέψεων που μοιάζουν με το έξαλλο παραλήρημα ενός τρελού – κι όμως αποδείχτηκαν όλες αληθινές.
Πρώτον, η εξίσωση περιγράφει πώς ο χώρος καμπυλώνει γύρω από ένα άστρο. Λόγω αυτής της καμπυλότητας, όχι μόνον οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από το άστρο, αλλά και το φως παύει να κινείται σε ευθεία γραμμή και αποκλίνει. Ο Αϊνστάιν συμπέρανε ότι αυτό οφείλεται στον Ήλιο. Το 1919, η απόκλιση του φωτός μετρήθηκε και το συμπέρασμα επαληθεύτηκε.
Δεν καμπυλώνει μόνο ο χώρος, αλλά και ο χρόνος. Ο Αϊνστάιν συμπέρανε ότι ο χρόνος περνάει πιο γρήγορα όταν βρισκόμαστε ψηλά, και πιο αργά όταν βρισκόμαστε χαμηλά, κοντά στη Γη. Κι αυτό μετρήθηκε και αποδείχτηκε σωστό. Αν ένας άνθρωπος λοιπόν που έχει ζήσει στο επίπεδο της θάλασσας συναντήσει στον δίδυμο αδελφό του που έχει ζήσει στα βουνά, θα διαπιστώσει ότι ο αδελφός του είναι ελαφρώς μεγαλύτερος στην ηλικία από τον ίδιο. Και δεν τελειώσαμε ακόμα.
Όταν ένα μεγάλο άστρο καταναλώσει όλη την καύσιμη ουσία του (υδρογόνο), σβήνει. Ό,τι απομένει δεν υποστηρίζεται πια από τη θερμότητα της καύσης και καταρρέει υπό το ίδιο του το βάρος, καμπυλώνοντας τον χώρο γύρω του σε τέτοιο βαθμό ώστε να βυθίζεται σε μια κανονική τρύπα. Αυτές είναι οι περίφημες “μαύρες τρύπες”. Αλλά το πράγμα δεν σταματάει εκεί.
Ολόκληρος ο χώρος μπορεί να διαστέλλεται και να συστέλλεται. Επιπλέον, η εξίσωση του Αϊνστάιν δείχνει ότι ο χώρος δεν μπορεί να μένει ακίνητος, πρέπει να επεκτείνεται. Το 1930 μάλιστα η επέκταση του σύμπαντος παρατηρήθηκε με πραγματικούς όρους. Η ίδια η εξίσωση πάντα προβλέπει ότι η επέκταση οφείλεται στην έκρηξη ενός νεαρού, εξαιρετικά μικρού και καυτού σύμπαντος: να τι είναι το περίφημο “Big Bang”. Για άλλη μια φορά, κανείς δεν το πίστεψε, αλλά οι αποδείξεις συσσωρεύονταν, ώσπου παρατηρήθηκε στον ουρανό η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου: η διάχυτη λάμψη που παραμένει από τη θερμότητα της αρχικής έκρηξης. Η πρόβλεψη της εξίσωσης του Αϊνστάιν είναι λοιπόν ορθή.
Η θεωρία υποστηρίζει ότι το διάστημα πτυχώνεται όπως η επιφάνεια της θάλασσας. Οι επιδράσεις αυτών των “βαρυτικών κυμάτων” παρατηρούνται στον ουρανό στα διπλά άστρα και αντιστοιχούν στις προβλέψεις της θεωρίας ακόμα και με την εκπληκτική ακρίβεια της θεωρίας του ενός προς εκατό δισεκατομμύρια. Και ούτω καθεξής.
Εν ολίγοις, η θεωρία περιγράφει έναν πολύχρωμο κόσμο όπου σύμπαντα εκρήγνυνται, ο χώρος καταρρέει σε απύθμενες τρύπες, ο χρόνος ξεχειλώνει και επιβραδύνεται κοντά σ’ έναν πλανήτη και οι απεριόριστες εκτάσεις του διαστρικού διαστήματος ρυτιδώνονται και λικνίζονται όπως η επιφάνειας της θάλασσας… Όλα αυτά, που προέκυψαν σιγά σιγά από το ποντικοφαγωμένο βιβλίο μου, δεν ήταν το παραμύθι ενός ηλιθίου σε κρίση παραφροσύνης, ούτε μια παραίσθηση που προκάλεσε ο καυτός μεσογειακός ήλιος της Καλαβρίας και η εκθαμβωτική θάλασσα. Ήταν πραγματικότητα.
Ή καλύτερα, μια ματιά στην πραγματικότητα, λιγότερο καλυμμένη από εκείνη της μουντής και πεζής μας καθημερινότητας: μια πραγματικότητα που φαίνεται από το υλικό των ονείρων, αλλά που είναι, εντέλει, πιο πραγματική από τη νεφελώδη καθημερινή μας ονειροπόληση.
Να ποιο είναι το συμπέρασμα μιας απλής έκφρασης: ο χώρος και το πεδίο είναι το ίδιο πράγμα. “
