physics4u - Το κυκλικό σύμπαν θα μπορούσε να εξηγήσει την κοσμική ισορροπία

Το κυκλικό σύμπαν - που πεθαίνει και ξαναγεννιέται κάθε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια - θα μπορούσε να εξηγήσει την κοσμική ύπαρξη, αλλά μπορεί να κάνει τον Κόσμο ικανό να αναπτύξει αστέρια και φυσικά τη ζωή.

Εάν αυτή η εξήγηση, που δημοσιεύτηκε από τον Paul Steinhardt στο πανεπιστήμιο Πρίνσετον στο Νιου Τζέρσεϋ, και από το Neil Turok στο πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ της Αγγλίας στην επιστημονική επιθεώρηση Science, φαίνεται ελαφρώς παράλογη, δεν μπορεί να αντιπαρατεθεί κάποιος πραγματικά σε αυτήν. Οι αστρονομικές παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας έχουν δείξει ότι "ζούμε σε έναν παράλογο κόσμο", λένε ο κοσμολόγος Sean Carroll του πανεπιστημίου του Σικάγου. "Είναι η δουλειά μας να το κατανοήσουμε", λέει.

Κι ενώ μέχρι τώρα θεωρούσαμε ότι το σύμπαν μας δημιουργήθηκε σε μια στιγμή, τη στιγμή που έγινε το Big Bang ή η Μεγάλη Έκρηξη, τώρα η θεωρία των Paul Steinhardt και Neil Turok έρχεται να αλλάξει την εικόνα που είχαμε. Έτσι, οι δύο προτείνουν ότι το σύμπαν μας δεν είναι το πρώτο που δημιουργήθηκε τότε, αλλά είναι απότοκο κάποιου προηγούμενου σύμπαντος Η νέα θεωρία που υποστηρίζει ότι υπάρχει ένας συνεχόμενος κύκλος συμπάντων, δέχεται ότι το κάθε ένα είναι μια επανάληψη του προηγούμενου αλλά όχι και ακριβές αντίγραφό του. Γι αυτό και ο χρόνος ξεκίνησε στην πραγματικότητα πριν από το Big Bang, γιατί φυσικά υπήρχε κάποιο σύμπαν πριν από αυτό. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να σημαίνει ότι το παρόν σύμπαν είναι πολύ πιο ηλικιωμένο από ότι σήμερα πιστεύουμε.

Στο κυκλικό μοντέλο των Steinhardt και Turok του σύμπαντος, αυτό επεκτείνεται και συρρικνώνεται επανειλημμένα κάνοντας τον χρόνο των 13,7 δισεκατομμυρίων ετών που έχουν περάσει από τη Μεγάλη Έκρηξη να φαίνεται σαν μια αναλαμπή μόνο. Η Μεγάλη Έκρηξη, που σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία γέννησε το Σύμπαν, ίσως να ήταν στην πραγματικότητα ένα μικρό στιγμιότυπο στην ιστορία του Κόσμου. Το γεγονός αυτό καθιστά τον Κόσμο πάρα πολύ παλαιό. Και αυτό στη συνέχεια σημαίνει ότι η μυστήρια "κοσμολογική σταθερά λ", που περιγράφει πώς το κενό διάστημα εμφανίζεται να απωθεί τον εαυτό του, είχε το χρόνο να ελαττωθεί σε αυτόν τον παράξενα μικρό αριθμό που παρατηρούμε σήμερα.

Όταν ο Αϊνστάιν ανέπτυσσε τη γενική θεωρία του της σχετικότητας, εισήγαγε τη σταθερά Λ, γνωστή ως κοσμολογική σταθερά, για να εξηγήσει αυτό που εκείνος θεωρούσα ως στατικό σύμπαν. Επειδή οι εξισώσεις του προέβλεπαν ένα σύμπαν που κατέρρεε κάτω από την ίδια του τη βαρυτική δύναμη, ενώ οι παρατηρήσεις έδειχνα ξεκάθαρα ότι δεν συστελλόταν, έβαλε στις εξισώσεις την κοσμολογική σταθερά Λ για να κάνει το σύμπαν του στατικό.

Αυτή η ιδέα εγκαταλείφθηκε αργότερα όταν οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται με αποτέλεσμα ο ίδιος ο Αϊνστάιν να αποκαλέσει τη κοσμολογική σταθερά το μεγαλύτερο σφάλμα της καριέρας του.

Κοσμική διαφωνία

Το 1996, ανακαλύφθηκε ότι ο Κόσμος όχι μόνο επεκτείνεται αλλά επιταχύνεται κιόλας. Η κοσμολογική σταθερά λ χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει μια απωστική δύναμη του κενού που μπορεί να προκαλέσει αυτήν την επιτάχυνση. Αλλά οι φυσικοί μπλέχτηκαν, γιατί η κοσμολογική σταθερά ήταν πολύ μικρή.

Η κβαντική θεωρία προτείνει ότι το "κενό" διάστημα βουίζει στην πραγματικότητα με εικονικά υποατομικά σωματίδια, που συνεχώς αναδύονται και εξαφανίζονται. Το γεγονός αυτό παράγει μια "ενέργεια του κενού", η οποία κάνει το χώρο να απωθείται - να απομακρύνεται - δίνοντας έτσι μια φυσική εξήγηση για την κοσμολογική σταθερά.

Αλλά η θεωρητικά υπολογισμένη τιμή της ενέργειας του κενού είναι τεράστια, κάνοντας με αυτό τον τρόπο το χώρο πάρα πολύ απωθητικό. Έτσι πολύ δύσκολα τα σωματίδια θα μπορούσαν να ενωθούν και να σχηματίσουν τα άτομα, τα αστέρια, τους πλανήτες, ή τη ζωή. Η παρατηρηθείσα ενέργεια του κενού, αντίθετα, είναι μικρότερη από έναν παράγοντα 10¹²⁰ - το 1 ακολουθούμενο από 120 μηδενικά. "Είναι ένα τεράστιο πρόβλημα το γιατί η ενέργεια του κενού είναι τόσο πολύ μικρότερη από τη φυσική τιμή της", λέει ο Carroll.

Μια από τις πιο δημοφιλείς εξηγήσεις είναι η "ανθρωπική αρχή". Αυτή η αρχή προτείνει ότι στον προφανώς άπειρο Κόσμο, η κοσμολογική σταθερά μεταβάλλεται από μέρος σε μέρος, παίρνοντας όλες τις πιθανές τιμές. Έτσι υπάρχει μια τουλάχιστον περιοχή όπου αυτή έχει το σωστό μέγεθος για να σχηματιστούν οι γαλαξίες και να υπάρχει η ζωή - και γι αυτό εδώ που είμαστε, μας μπερδεύει το γιατί ο αισθητός Κόσμος μας φαίνεται τόσο "ειδικός".

Αλλά αυτό αντιτίθεται στις απόψεις των φυσικών, οι οποίοι προτιμούν να είναι σε θέση να εξηγήσουν τον Κόσμο μας χωρίς τέτοιες υπερφυσικές εξηγήσεις. "Η στήριξη στην ανθρωπική αρχή είναι σαν να περπατήσει κάποιος στην κινούμενη άμμο", γράφουν οι Steinhardt και Turok. Νομίζουν δε ότι έχουν μια πιο ικανοποιητική εξήγηση.

Αυτοί έχουν συνεχίσει μια ιδέα που πρώτος πρότεινε ένας φυσικός, ο Larry Abbott το 1985: ότι ίσως η ενέργεια του κενού ήταν κάποτε πολύ μεγάλη αλλά έχει μειωθεί κατά τη διάρκεια του χρόνου. Ο Abbott έδειξε ότι αυτή η διάσπαση της ενέργειας του κενού θα συνεχιζόταν μέσω μιας σειράς αλμάτων, με κάθε άλμα να γίνεται εκθετικά μεγαλύτερο από την τελευταία φορά. Κι όσο περνάει ο χρόνος στο σύμπαν η ενέργεια του κενού θα πλησιάζει κοντά στο μηδέν και δεν θα παραμένει σε μια τόσο υψηλή ενέργεια.

Το πρόβλημα όμως ήταν ότι οι υπολογισμοί του Abbott έδειξαν ότι ώσπου να διασπαστεί η ενέργεια του κενού στις πολύ μικρές σημερινές τιμές της, η διαστολή του διαστήματος θα είχε αραιώσει όλη την ύλη μέσα σε αυτό, τόσο πολύ που θα ήταν εντελώς κενό. Δηλαδή, το πρόβλημα με αυτή τη θεωρία είναι ότι για να μειωθεί η σταθερά στη σημερινή τιμή θα απαιτείτο πολύ περισσότερος χρόνος από τα 13,7 δισ. χρόνια που έχουν περάσει από το Μπιγκ Μπανγκ.

Το κυκλικό σύμπαν ξαναφέρνει στην επικαιρότητα αυτό το πρόβλημα, λένε οι Steinhardt και Turok. Με τον κύκλο της ανάπτυξης και της κατάρρευσης που διαρκούν τρισεκατομμύριο χρόνια, και δεν υπάρχει κανένα όριο για το πόσοι τέτοιοι κύκλοι έχουν προηγηθεί του δικού μας Κόσμου, υπάρχει άφθονος χρόνος για αποσυντεθεί η κενή ενέργεια μέχρι να έχει γίνει σχεδόν μηδέν. Και σε κάθε κύκλο θα συγκεντρωνόταν τόση ύλη κατά τη διάρκεια της φάσης της κατάρρευσης, που σίγουρα το Σύμπαν δεν θα κατέληγε στο κενό.

Οι Steinhardt και Turok λένε ότι η ιδέα τους είναι ελέγξιμη. Το κυκλικό μοντέλο τους προβλέπει ότι το Big Bang προκάλεσε κύματα βαρύτητας στο διάστημα, τα οποία οι φυσικοί τώρα κυνηγούν. Και η αποσύνθεση της κενής ενέργειας προβλέπει νέους τύπους θεμελιωδών σωματιδίων που ονομάζονται αξιόνια ή axions, τα οποία μπορούν επίσης να είναι ανιχνεύσιμα.

Μια άλλη ιδέα που απορρέει από την νέα θεωρία είναι ότι ίσως υπάρχει ένα εναλλακτικό σύμπαν σκοτεινής ύλης ταυτόχρονα με το δικό μας σύμπαν, όμως δεν θα μπορούσαμε ποτέ να το φτάσουμε, εξηγεί ο Turok. "Τα δύο αυτά σύμπαντα έλκονται μεταξύ τους από τη δύναμη της βαρύτητας και τελικά θα συγκρουστούν. Αυτό σημαίνει ότι όσα συμβαίνουν τώρα θα βοηθήσουν στη δημιουργία ενός νέου σύμπαντος στο μέλλον."

Είναι μια ενδιαφέρουσα ιδέα", τονίζει ο Carroll. Ομολογεί ότι αυτός έχει άλλες ανησυχίες για το μοντέλο του κυκλικού κόσμου, που μετριάζουν τον ενθουσιασμό του. Αλλά η τρέλα για αυτό το μοντέλο δεν τον ενοχλεί. "Οποιαδήποτε εξήγηση είναι αρκετά πιθανή να είναι ακραία", συμπληρώνει, "επειδή όλες οι μη-ακραίες πιθανότητες ήδη έχουν διερευνηθεί λεπτομερώς."

Στοιχεία και από το BBC