|
|
|
Νέα θεωρία χορδών επαναπροσδιορίζει το Big BangΠηγή: PhysOrg, 31 Μαρτίου 2006 |
|
Η θεωρία των χορδών - η ιδέα ότι όλα τα σωματίδια μπορούν να παρουσιαστούν ως χορδές ή βρόγχους-χορδών με απίστευτα μικρό μήκος, που ταλαντεύονται σε διάφορες συχνότητες - αναπτύχθηκε αρχικά για να βοηθήσει να εξηγηθεί γιατί τα κουάρκς, τα μικροσκοπικά θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, είναι πάντα περιορισμένα μέσα στα μεγαλύτερα σύνθετα σωματίδια. Εντούτοις, η θεωρία χορδών έχει εξελιχθεί και επιτρέπει στους επιστήμονες να εξετάσουν και μερικά ευρύτερα ζητήματα. Παραδείγματος χάριν, μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη θεωρία χορδών για να επινοήσουν εξηγήσεις για μερικά μεγάλα προβλήματα στην κοσμολογία, όπως την κατάσταση του σύμπαντος - τη μορφή, το μέγεθός του, κ.λπ. - αμέσως μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν τα κουάρκς περιπλανώνταν ελεύθερα. Σύμφωνα με μια εργασία μιας ομάδας θεωρητικών φυσικών, που έχει δημοσιευτεί πρόσφατα στο Physical Review Letters ("Brane Decay and an Initial Spacelike Singularity”), αναπτύχθηκε ένα ενδιαφέρον σενάριο θεωρίας χορδών που περιγράφει έναν νέο τρόπο για να προσεγγιστεί η ανάπτυξη του Big Bang. Αυτοί προτείνουν ότι ο Κόσμος άρχισε σαν ένας τύπος Βράνης. "Ίσως το πιο φιλόδοξο πρόβλημα στην κοσμολογία είναι το θέμα των αρχικών συνθηκών του Κόσμου - με τι έμοιαζε πριν επεκταθεί στη σημερινή του μορφή, με τα αστέρια και τους πλανήτες που βλέπουμε σήμερα", λέει ένας φυσικός που συμμετέχει στη μελέτη, ο Robert Leigh του πανεπιστημίου του Ιλλινόις. "Με την εργασία αυτή προτείνουμε ότι ο Κόσμος, πριν από την επέκταση του, ήταν μια ασταθής Βράνη που διασπάστηκε σε αναρίθμητους βρόχους χορδών για να σχηματίσει το σύμπαν όπως το ξέρουμε τώρα". Το συμβατικό μοντέλο για την διαστολή του Κόσμου υποθέτει ότι ο Κόσμος κάποτε ήταν πολύ μικρός, σαν ένα πολύ μικρό σημείο ή μια "ιδιομορφία". Κατόπιν όταν εμφανίστηκε η Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν επεκτάθηκε πολύ γρήγορα. Μια παραλλαγή αυτού του μοντέλου και ένας κύριος ανταγωνιστής του μοντέλου της Βράνης, είναι η θεωρία της Μεγάλης Σύνθλιψης/Μεγάλης Έκρηξης, που υποθέτει ότι το σύμπαν ήταν κάποτε απέραντο, κατόπιν "συμπιέστηκε" σε μια ιδιομορφία προτού επεκταθεί. Το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης/Μεγάλης Σύνθλιψης υπονοεί ότι ο χρόνος υπήρχε πριν από το Big Bang. Το πρόβλημα με το μοντέλο της Μεγάλης Σύνθλιψης/Μεγάλης Έκρηξης είναι ότι οι μαθηματικοί νόμοι της κλασσικής γενικής σχετικότητας δεν λειτουργούν σε μια ιδιομορφία. Και εάν οι επιστήμονες δεν μπορούν από μαθηματική άποψη να καταλάβουν την ιδιομορφία, δεν μπορούν, θεωρητικά, να καταλάβουν πλήρως τη γεωμετρία του χωρόχρονου, είτε πριν από τη Μεγάλη Σύνθλιψη είτε μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. "Το μοντέλο που έχουμε για τη βράνη μας επιτρέπει να εξετάσουμε από μαθηματική άποψη τι μπορεί να έχει συμβεί στη Μεγάλη Έκρηξη, και δίνει επίσης μια νέα ερμηνεία του χρόνου στη θεωρία χορδών", λέει ο Leigh. Ο Robert Leigh και η ομάδα του προτείνουν ότι ο χρόνος άρχισε όταν, μέσω ενός γεγονός σαν το Big Bang, διασπάστηκε η Βράνη σε κλειστές χορδές ή βρόχους, που διαδόθηκαν μακριά για να δημιουργήσουν τη συνηθισμένη ύλη από την οποία αποτελείται το σύμπαν. Αυτό το σενάριο, αποφεύγει τα μαθηματικά προβλήματα μιας ιδιομορφίας, και επίσης βοηθάει να εξηγηθούν και μερικά άλλα ζητήματα. Παραδείγματος χάριν, σε μας το σύμπαν φαίνεται ο ίδιος προς κάθε κατεύθυνση. Μέσα σε αυτό το μοντέλο της Βράνης, η ομοιογένεια του σύμπαντος θα μπορούσε να εξηγηθεί ως το αποτέλεσμα ενός πρώιμου σύμπαντος με ομοιογενείς αρχικές συνθήκες, σαν μία βράνη που γέμισε ομοιόμορφα το χώρο. Ο Leigh και οι συνάδελφοί του μπορούν να εξερευνήσουν κι άλλο αυτό το ζήτημα με πρόσθετες μελέτες. |
|
Αν μια απείρως μεγάλη φυσική ποσότητα - όπως είναι η ύλη, ή το φορτίο ή η ενέργεια κλπ - που εμφανίζεται σε έναν μαθηματικό τύπο και συγκεντρώνεται σε ένα μοναδικό σημείο, τότε αυτό το μέγεθος απειρίζεται. Μια τέτοια οντότητα καλείται ιδιομορφία ή ανωμαλία. Το χαρακτηριστικό μιας ανωμαλίας είναι ο απειρισμός της καμπυλότητας του χωρόχρονου. Στη Γενική Σχετικότητα (Βαρυτική Θεωρία Πεδίου) - που οι ανωμαλίες θεωρούνται ως πραγματικές φυσικές οντότητες - μια βαρυτική ανωμαλία είναι μια απείρως μικρή πηγή άπειρης βαρύτητας, η οποία, στη γλώσσα της Γενικής Σχετικότητας, αντιστοιχεί σε μια οντότητα άπειρης κυρτότητας - δηλ. ο χωρόχρονος τυλίγεται-στρέφεται τελείως. Μια χωρο-χρονική ανωμαλία χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα ότι και οι τέσσερις διαστάσεις έχουν ακριβώς μηδενική έκταση - όσον αφορά τα συνηθισμένα πλαίσια αναφοράς μας. Αυτή η ιδιότητα είναι, από μία άποψη, η αιτία για τα εξαιρετικά μικρά μεγέθη και τις πολύ μικρές χρονικές περιόδους, που συνδέονται με τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, όπως τις θεωρεί το κοσμολογικό μοντέλο του Big Bang. Στο ακραίο όριο, όταν εισέρχεται ένας ταξιδιώτης προς την ανωμαλία, το ρολόι του σταματά - που σημαίνει ότι η αντίστοιχη χρόνο-διαστολή τεντώνεται στο άπειρο. Κατά συνέπεια, ενώ στο συνηθισμένο γήινο πλαίσιο η διάρκεια του χρονικού διαστήματος, υπολογίζεται πως είναι ακριβώς μηδέν, το ίδιο χρόνο-διάστημα εμφανίζεται ως αιωνιότητα στον ταξιδιώτη μας. Η μελέτη της ανωμαλίας στον χώρο μοιάζει με αυτήν του χρόνου, αλλά τον ρόλο του ρολογιού παίζει τώρα ένα μέτρο του μήκους - παραδείγματος χάριν ένας χάρακας. Καθώς ο ταξιδιώτης πλησιάζει την ανωμαλία, μέσω χωροχρονικών περιοχών αυξανόμενης κυρτότητας, ο χάρακας εμφανίζεται συνεχώς ολοένα και μακρύτερος - σε αντιστοιχία προφανώς των τριών χωρικών διαστάσεων. Συνεπώς, ένα σύμπαν, που είναι πολύ μικρότερο από ένα άτομο στο συνηθισμένο γήινο πλαίσιο αναφοράς μας (πχ στις πολύ πρώιμες στιγμές του), μπορεί να εμφανιστεί στον ταξιδιώτη τόσο τεράστιο όσο σε μας φαίνεται ένας γαλαξίας. Όταν λοιπόν ο ταξιδιώτης εισέρχεται στην ανωμαλία, ο χάρακας εμφανίζεται απείρως μακρύς - που αντιστοιχεί σε ένα απείρως μεγάλο χώρο. Κατά συνέπεια, ενώ στο συνηθισμένο μας πλαίσιο αναφοράς, η ανωμαλία όταν μετρείται φαίνεται να είναι απείρως μικρή, στον ταξιδιώτη όμως εμφανίζεται να είναι απείρως μεγάλη!!! |