Μήπως πρέπει να ξανασκεφτούμε τα ζητήματα της βαρύτητας;

Από την ιστοσελίδα των New York Times, Νοέμβριος 2003

Η βαρύτητα είναι ο πιο παλιός και πιο οικείος εχθρός μας, η δύναμη που αισθανόμαστε στα κόκαλά μας, η δύναμη που θα μας θάψει σιγά - σιγά κάμπτοντας όλα μας τα όργανα και καταβάλλοντας τους εαυτούς μας. Παρόλα αυτά παραμένει το μυστήριο: Σε ποιο νόμο υπακούει;

Για τους περισσότερους από μας ο νόμος της είναι αυτός που ανακάλυψε ο Ισαάκ Νεύτων το 1687, και τον πρότεινε ως κανόνα που ισχύει σε όλο τον κόσμο. Ο νόμος αυτός περιγράφει πως, αλλά όχι και γιατί, δύο αντικείμενα έλκονται αμοιβαία με μια δύναμη ανάλογη προς τις μάζες τους και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασής τους. Ο νόμος όμως αυτός έχει από τότε ξαναγραφτεί και οι φυσικοί προβλέπουν ότι θα ξαναγραφτεί και άλλες φορές ακόμη. 

Η βαρύτητα του Νεύτωνα αντικαταστάθηκε από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein στις αρχές του 20ου αιώνα. Ο Einstein υπέθεσε ότι η ύλη και η ενέργεια στρεβλώνουν τον χωροχρόνο όπως ένας βαρύς άνθρωπος βυθίζει ένα στρώμα πάνω στο οποίο κοιμάται. Η στρέβλωση αυτή του χωροχρόνου κάνει τους πλανήτες, τις μπάλες του μπάσκετ και τις ακτίνες του φωτός να κινούνται σε καμπύλες τροχιές αντί για ευθείες γραμμές. 

Η Γενική Σχετικότητα πρόβλεψε την εκτροπή του φωτός όταν περνάει δίπλα από ένα άστρο, την διαστολή του Σύμπαντος και τις μαύρες τρύπες ενώ έχει αποτελέσει τη βάση για τη σύγχρονη κοσμολογία. Οι θεωρητικοί όμως δεν πιστεύουν ότι θα είναι και η τελευταία λέξη για τη βαρύτητα. 

Έστω και για το λόγο ότι δεν είναι συμβατή με τους κβαντικούς νόμους που κυβερνούν τα υποατομικά σωματίδια. Για να περιγράψουμε τι συμβαίνει στις πολύ μικρές αποστάσεις ή στις πολύ υψηλές ενέργειες που αντιστοιχούσαν στις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος μετά το Big Bang, όταν ο χώρος και ο χρόνος ήταν ασυνεχείς, η Γενική σχετικότητα πρέπει να συγχωνευθεί με την κβαντική θεωρία, μια προσπάθεια που έχει διεγείρει τη σημερινή γενιά των φυσικών. 

Πρόσφατα όμως μερικοί ειδικοί αναρωτιούνται αν πρέπει να ξαναγράψουμε την Αϊνστάνια εκδοχή του νόμου όπως εφαρμόζεται στο άλλο άκρο της κλίμακας μηκών, στις πολύ μεγάλες αποστάσεις. Το κίνητρο προέρχεται από την επικράτηση αυτού που μερικές φορές ονομάζεται "σκοτεινός τομέας" του Σύμπαντος. 

Σύμφωνα με την άποψη που επικρατεί σήμερα με το όνομα "καθιερωμένο πρότυπο", τα συνήθη άτομα αποτελούν μόνο το 5% της ύλης του Σύμπαντος. Κάποιο είδος μυστηριώδους σκοτεινής ύλης, που αποτελείται ίσως από σωματίδια που απέμειναν από το Big Bang αποτελεί το 25%, ενώ το υπόλοιπο 70% αποτελείται από κάτι ακόμα πιο μυστηριώδες, γνωστό ως "σκοτεινή ενέργεια". 

Προφανώς μια θεωρία που αφήνει το 95% του Σύμπαντος ανεξήγητο,δεν μπορεί να θεωρείται πλήρης θρίαμβος της φυσικής. 

Ούτε η σκοτεινή ενέργεια ούτε η σκοτεινή ύλη έχουν παρατηρηθεί ή ανιχνευθεί απευθείας. Η καθεμιά τους συνάγεται από τα βαρυτικά φαινόμενα στα μικρά μέρη του Σύμπαντος που μπορούμε και παρατηρούμε. Ως αποτέλεσμα, μερικοί επιστήμονες υπαινίσσονται ότι εκείνο που ανακάλυψαν οι αστρονόμοι τα τελευταία 20 χρόνια, είναι η άγνοιά τους για τη βαρύτητα. 

Ιδιαίτερα, η ανακάλυψη, πριν από 5 χρόνια ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι φαινομενικά επιταχυνόμενη, κάτω από την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας, έχει προκαλέσει μια επανεκτίμηση των παλιών μας βεβαιοτήτων. 

Η απλούστερη εξήγηση για τη σκοτεινή ενέργεια είναι η λεγόμενη κοσμολογική σταθερά, η οποία πρωτοεισήχθη από τον Einstein, μια κοσμική άπωση που προκαλείται από την ενέργεια που περιέχει ο κενός χώρος. Οι προσπάθειες όμως να υπολογίσουν αυτή την ενέργεια έχουν δώσει αποτελέσματα 1060 φορές μεγαλύτερα από αυτά που έχουν μετρήσει οι αστρονόμοι. Οι προβλέψεις αυτές είναι τόσο μεγάλες ώστε το Σύμπαν θα έπρεπε να έχει διαχωριστεί πριν καν προλάβουν τα άτομα ή οι γαλαξίες να σχηματιστούν. Η αποτυχία αυτή της πρόβλεψης κάνει τους θεωρητικούς να σηκώνουν ψηλά τα χέρια. 

"Νομίζω ότι είμαστε τόσο μπερδεμένοι ώστε θα πρέπει να ξαναδούμε με φρέσκια ματιά τη συμπεριφορά της βαρύτητας" λέει ο Dr. Michael Turner, ένας κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο του Chicago. 

Ως αποτέλεσμα όλων αυτών η φιλολογία της φυσικής έχει περιλάβει διάφορες προτάσεις για τρόπους αλλαγής του νόμου της βαρύτητας. Το φθινόπωρο που μας πέρασε, με την ευκαιρία μερικών εξηγήσεων για τη σκοτεινή ενέργεια, που ακούστηκαν στο σεμινάριο κοσμολογίας που έγινε στο ινστιτούτο θεωρητικής φυσικής Kavli, στη Santa Barbara της Καλιφόρνιας, 20 από τους 44 συμμετέχοντες ψήφισαν υπέρ κάποιας θέσης που έλεγε ότι: "Ο Einstein είχε λάθος". 

Μερικές από αυτές τις προτάσεις είχαν την καταγωγή τους σε μια θεωρία που ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, την θεωρία χορδών. Η θεωρία αυτή φιλοδοξεί να γίνει μια θεωρία των πάντων, μια θεωρία που μεταξύ των άλλων πιστεύει ότι το Σύμπαν μας είναι μια τετραδιάστατη "βράνη" μέσα σ' έναν 11-διάστατο χώρο. 

Οι περισσότερες από αυτές τις χορδές των οποίων η ταλάντωση γεννά τα διάφορα σωματίδια του κόσμου και τις δυνάμεις μεταξύ αυτών, είναι κολλημένες σ' αυτή τη βράνη σαν τα κρόσσια σ' ένα χαλί. Οι χορδές όμως που είναι υπεύθυνες για τη διάδοση της βαρύητας μπορούν και διαχέονται και στο "μεταχώρο" που περιβάλλει τη βράνη καθώς καθώς ταξιδεύουν μέσα σ' αυτόν προερχόμενες από μακρινά αντικείμενα. Η θεωρία αυτή προτάθηκε το 2000 από τους Dr. Gia Dvali, Dr. Gregory Gabadadze and Dr. Massimo Porrati του πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης. Το αποτέλεσμα θα είναι, όπως λένε οι ίδιοι, οι μακρινοί γαλαξίες να εμφανίζονται  κινούμενοι επιταχυνόμενα καθώς απομακρύνονται από εμάς. 

Σε μια άλλη παραλλαγή της θεωρίας χορδών, που λέγεται διαστολή Cardassian και αναπτύχθηκε από την Dr. Katherine Freese και τον Dr. Matthew Lewis του πανεπιστημίου του Michigan, το Σύμπαν επιταχύνεται καθώς έλκεται από άλλες βράνες κοντά στη δική μας. "Κανείς μπορεί να πάρει ένα επιταχυνόμενα διαστελλόμενο Σύμπαν χωρίς να χρειάζεται την σκοτεινή ενέργεια" λέει η Dr. Freese. 

Άλλοι θεωρητικοί πάνε πίσω και τροποποιούν την ίδια τη γενική θεωρία σχετικότητας, παρατηρώντας ότι όταν την διατύπωσε ο Einstein επέλεξε τις απλούστερες εξισώσεις που ανταποκρίνονταν στις ιδέες του. Όμως ίσως χρειάζονται πιο περίπλοκες εξισώσεις. Αυτή ήταν η προσέγγιση που υιοθέτησε ο Dr. Turner και οι συνεργάτες του Dr. Sean Carroll και Dr. Vikram Duvvuri του Chicago, και ο Dr. Mark Trodden του Syracuse. Το αποτέλεσμα εδώ είναι ένα Σύμπαν που επιταχύνεται καθώς γίνεται ολοένα και μεγαλύτερο και πιο άδειο. 

Αυτό μπορεί να ακούγεται τρελό, λέει ο Dr. Turner, αλλά όχι περισσότερο τρελό από την ιδέα εκείνη που πριν από 80 χρόνια έλεγε ότι το Σύμπαν διαστελλόταν.  

Το μοντέλο αυτό δημιουργεί τόσα νέα ερωτήματα όσες δίνει και απαντήσεις. Όμως τόσο αυτό όσο και τα παρόμοια με αυτό διερευνούνται ακόμη, λέει ο Dr. Carroll. 

"Κάτι διασκεδαστικό συμβαίνει όταν το Σύμπαν γίνεται 10 δισεκατομμυρίων ετών" λέει ο ίδιος, "και καμιά από τις τωρινές ιδέες μας δεν στέκεται ικανοποιητικά ως η σωστή απάντηση, κι έτσι πρέπει να γίνουμε περισσότερο τολμηροί".