Το πολυσύμπαν του Stephen Hawking

Άρθρο, Αύγουστος 2006

Ακολουθούν οδηγίες για το πώς να κατασκευαστεί ένα σύμπαν. Πρώτο βήμα: Έναρξη της αρχής του χρόνου. Δεύτερο βήμα: εφαρμόστε τους νόμους της φυσικής. Τρίτο βήμα: καθίστε πίσω και προσέξτε πώς εξελίσσεται το σύμπαν. Τέταρτο βήμα: Σταυρώστε τα δάχτυλά σας και να ελπίζετε ότι βγήκε ένας κόσμος που μοιάζει σαν αυτόν που ζούμε μέσα του.

Αυτή είναι η βασική συνταγή για την κοσμολογία, η μοναδική που οι φυσικοί χρησιμοποιούν για να αποκρυπτογραφήσουν την ιστορία του σύμπαντος. Αλλά σύμφωνα με τον Stephen Hawking του πανεπιστημίου του Καίμπριτζ και του Thomas Hertog του Κέντρου Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), όλα τα βήματα είναι οπισθοδρομικά. Σύμφωνα με αυτούς τους φυσικούς, δεν υπάρχει καμία ιστορία του σύμπαντος. Δεν υπάρχει κανένα αμετάβλητο παρελθόν, καμιά εξέλιξη ηλικίας 13,7 δισεκατομμυρίων ετών για να ανιχνεύσουν οι κοσμολόγοι. Αντίθετα, υπάρχουν πολλές πιθανές ιστορίες, και το σύμπαν έχει ζήσει αυτές όλες. Και εάν αυτό δεν σας φαίνεται αρκετά περίεργο ακούστε και αυτό: εσείς και εγώ διαδραματίζουμε έναν ρόλο στον καθορισμό της ιστορίας του σύμπαντος. Σαν να μπορούμε, στον αντίστροφο ρου της ιστορίας, να επιλέξουμε εμείς οι παρατηρητές το παρελθόν.

Αυτή η παράξενη παρούσα κατάσταση έχει τις ρίζες της στην εργασία του Hawking στη δεκαετία του '70. Νωρίς στη σταδιοδρομία του, ο Hawking, μαζί με το φυσικό Roger Penrose, απέδειξε ένα θεώρημα που δείχνει ότι το σύμπαν που διαστέλλεται πρέπει να έχει προκύψει από ένα σημείο παραδοξότητας ή ιδιομορφίας όπως αλλιώς λέγεται - μια θέση όπου η βαρύτητα γίνεται τόσο ισχυρή και ο χωρόχρονος είναι τόσο κυρτός, που δεν αναγνωρίζονται. Σε αυτήν την κατάσταση, η γενική σχετικότητα - η καλύτερη περιγραφή για το πώς αλληλεπιδρούν ο χώρος, ο χρόνος και η ύλη -  δεν μπορεί να εφαρμοστεί πια.

Και ποιοί λοιπόν κανόνες ισχύουν τις πρώτες-πρώτες στιγμές του σύμπαντος;

Οι Hawking και Hertog προτείνουν ότι το σύμπαν ήταν τόσο μικρό εκείνη τη στιγμή που τα κβαντικά αποτελέσματα πρέπει να είναι σημαντικά. Δεν έχουμε ακόμα μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας, κι έτσι δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι ποιοί ήταν ακριβώς οι κανόνες, αλλά οι αρχές τους πρέπει ακόμα να ισχύουν, λένε. "Το πραγματικό μάθημα αυτών των αποκαλούμενων θεωρημάτων του σημείου παραδοξότητας ή ιδιομορφίας είναι ότι η προέλευση του σύμπαντος είναι ένα κβαντικό γεγονός", αναφέρει ο Hertog. Και αυτό, φυσικά, ανοίγει ολόκληρο το σύμπαν σε μερικά πολύ παράξενα φαινόμενα.

Το διάσημο πείραμα της διπλής σχισμής δίνει έμφαση στην παράξενη πραγματικότητα για το πώς  μπορεί να συμπεριφερθεί ένα σύμπαν γεννημένο με κβαντικό τρόπο. Στο πείραμα, μια οθόνη με δύο ανοικτές σχισμές είναι μπροστά από ένα φιλμ. Όταν το φως περάσει από τις σχισμές στο φιλμ  καταγράφεται η θέση όπου έπεσε το φως. Εάν το φως περάσει και από τις δύο σχισμές το φιλμ παρουσιάζει ένα σχήμα 'συμβολής" με φωτεινές και σκοτεινές ζώνες. Ένα τέτοιο σχήμα παράγεται από τα δύο κύματα που συμβάλουν - ένα από κάθε σχισμή. Αυτό που μοιάζει υπερφυσικό είναι ότι ακόμα και όταν εκπέμπονται μεμονωμένα φωτόνια - ένα κάθε φορά - μπροστά από τις σχισμές, δημιουργείται το ίδιο σχήμα με τις φωτεινές και σκοτεινές ζώνες  - σαν να ήταν δύο κύματα.

Το 1983, οι Hawking και James Hartle του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Santa Barbara, έλαβαν υπ' όψιν τους αυτό το φαινόμενο και το εφάρμοσαν για την εξέλιξη ολόκληρου του σύμπαντος. Για να το κάνουν χρησιμοποίησαν μια θεωρία που πρώτος ανέπτυξε ο Richard Feynman, την "άθροιση των πιθανών ιστοριών ενός σωματιδίου στον χώρο και στον χρόνο", για να ερμηνεύσει τα φαινόμενα της κβαντικής θεωρίας. Ο Feynman πρότεινε λοιπόν πως ο τρόπος για να ερμηνευθούν τα κβαντικά φαινόμενα, όπως το πείραμα της διπλής σχισμής, ήταν να υποτεθεί ότι όταν ταξιδεύει ένα σωματίδιο από το σημείο Α στο σημείο Β, δεν ακολουθεί απλά μια πορεία - αλλά ακολουθεί κάθε πιθανή πορεία ταυτόχρονα - ακολουθεί όλες τις πιθανές πορείες από το σημείο Α έως το σημείο Β με σταθμισμένα πλάτη πιθανοτήτων. Παραδείγματος χάριν το φωτόνιο ταξιδεύει μέσω των δύο σχισμών συγχρόνως και συμβάλει με τον εαυτό του.

Σε αυτό το θεωρητικό σχήμα, όταν ταξιδεύει ένα φωτόνιο από έναν λαμπτήρα προς το μάτι σας κινείται σε μια ευθεία γραμμή, αλλά χορεύει επίσης σαν να στροβιλίζεται με συστροφές και με στροβίλους, μπορεί να ταξιδεύει στον Δία και να γυρίζει πίσω, και να εξοστρακίζεται από το Μεγάλο Τοίχος της Κίνας. Η προφανής ερώτηση, τότε, είναι γιατί βλέπουμε μόνο μια ευθεία απλή πορεία; Η απάντηση του Feynman ήταν, ότι αυτό συμβαίνει επειδή όλες οι άλλες πορείες ακυρώνουν η μία την άλλη. Στην ερμηνεία του αθροίσματος ιστοριών, κάθε πορεία μπορεί να χαραχτεί ως κύμα. Κάθε κύμα έχει μια διαφορετική φάση (καλύτερα έναν αρχικό χρόνο), και όλα τα κύματα προστιθέμενα μαζί δημιουργούν ένα "σχέδιο συμβολής", που χτίζονται το ένα πάνω στο άλλο, όπου οι φάσεις τους ευθυγραμμίζονται και ακυρώνονται η μία με την άλλη, εκεί όπου οι φάσεις τους δεν ταιριάζουν. Έτσι, το άθροισμα όλων των κυμάτων είναι ένα μοναδικό κύμα, το οποίο περιγράφει την πορεία που παρατηρούμε.

Χάρις τη νέα προσέγγιση, οι Hawking και Hertog επιδιώκουν να συμφιλιώσουν το αποκαλούμενο "τοπίο χορδών" με την ιδέα των πολλών συμπάντων ή του πολυσύμπαντος.

Έτσι, αν εφαρμόσουμε το προηγούμενο σενάριο στο σύμπαν, η ιδέα του αθροίσματος ιστοριών έχει μια προφανή επίπτωση. Ακριβώς όπως ένα σωματίδιο που ταξιδεύει από το σημείο Α στο σημείο Β μπορεί να ακολουθήσει κάθε πιθανή πορεία ανάμεσα στο Α και Β, το ίδιο επίσης πρέπει να κάνει και η ιστορία του σύμπαντος. Σε μια ιστορία, η Γη ποτέ δεν σχηματίζεται. Σε μια άλλη, ο Al Gore έγινε Πρόεδρος. Και σε μία ακόμα, ο Elvis είναι ακόμα εδώ. "Το σύμπαν δεν έχει μια ενιαία ιστορία, αλλά κάθε πιθανή ιστορία, η κάθε μία ιστορία είναι με την πιθανότητά της", αφηγείται ο Hertog.

Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα, μια απρόσμενη ιστορία: η ιστορία που βλέπουμε εξαρτάται από την οργάνωση του πειράματος. Στο πείραμα της διπλής σχισμής, έχει αποδειχθεί επανειλημμένως ότι εάν χρησιμοποιούμε έναν ανιχνευτή φωτονίων για να βρούμε από ποιά από τις δύο σχισμές πέρασε το φωτόνιο, δεν δημιουργεί πλέον ένα σχήμα συμβολής, αλλά ένα μόνο σημείο πάνω στο φιλμ. Με άλλα λόγια, ο τρόπος που εξετάζετε το φωτόνιο αλλάζει τη φύση του ταξιδιού του. Το ίδιο πράγμα συμβαίνει και στο σύμπαν των Hawking - Hertog: οι παρατηρήσεις του σύμπαντος μας σήμερα καθορίζουν και την έκβαση - σε αυτήν την περίπτωση, ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος. Μια μέτρηση που γίνεται στο παρόν αποφασίζει τι συνέβη πριν 13,7 δισεκατομμύρια έτη: με το να εξετάζουμε τον Κόσμο, καθορίζουμε μια ιδιαίτερη, συγκεκριμένη ιστορία.

Εάν αυτό είναι αλήθεια, τότε αυτό δεν έχει καμιά παραξενιά. Οι Hawking και Hertog έχουν απορρίψει την ιδέα μιας μοναδικής, ανεξάρτητης του παρατηρητή κοσμολογίας, και έχουν φέρει τους ιερούς νόμους του αιτίου και του αιτιατού στο ζήτημα αυτό. Αλλά αυτοί δεν παραβιάζονται ακριβώς, λέει ο Hawking - κι αυτό έχει να κάνει με την προοπτική. Εάν θα μπορούσαμε να σταθούμε έξω από τον Κόσμο, τότε θα ήμαστε σε θέση να δούμε το παρόν να επηρεάζει το παρελθόν, όπως όταν ένας παρατηρητής επιδρά στην πορεία ενός φωτονίου μέσω του σύμπαντος. Από το εσωτερικό του σύμπαντος, αν και - από τη μόνη θέση που μπορούμε ενδεχομένως να είμαστε - κανένας παρατηρητής δεν βλέπει την αιτιότητα που παραβιάζεται. Αυτό που παρατηρούμε στο παρόν, την "τελική" κατάσταση, είναι κάποια ολόκληρη, αιτιατή συνεπής ιστορία: από το εσωτερικό οποιασδήποτε δεδομένης ιστορίας, το αίτιο και το αιτιατό προχωρούν με το συνηθισμένο τρόπο.

"Οι παρατηρήσεις των τελικών καταστάσεων καθορίζουν διαφορετικές ιστορίες του σύμπαντος", λέει ο Hawking. "Η άποψη ενός σκουληκιού μέσα από το σύμπαν θα είχε την κανονική αιτιότητα. Προς τα πίσω η αιτιότητα είναι η άποψη ενός αγγέλου έξω από τον Κόσμο."

Έτσι η άποψη τους είναι ότι για να διευκρινίσουμε το παρελθόν, πρέπει να αθροίσουμε μαζί όλες τις πιθανές ιστορίες του σύμπαντος. Αλλά τι σημαίνει αυτό;

Οι Hawking και Hertog εξισώνουν τις κοσμικές ιστορίες με το πώς  εξελίσσεται η γεωμετρία του σύμπαντος σε κάθε πιθανή περίπτωση από το σημείο Α (την αρχή του χρόνου) έως το σημείο Β (το τώρα). Για αρχή, αυτό φαίνεται αρκετά απλό. Μπορούμε να διευκρινίσουμε την κατάσταση του σύμπαντος στο σημείο Β (στη σημερινή του κατάσταση) κάνοντας ορισμένες απλές παρατηρήσεις του σύμπαντος γύρω μας - ο κόσμος έχει τρεις μεγάλες χωρικές διαστάσεις, η γεωμετρία της είναι κοντά στο επίπεδο, διαστέλλεται και τα λοιπά.

Τι γίνεται εν τούτοις με το σημείο Α (την αρχή του σύμπαντος); Η σχεδίαση των τροχιών ενός φωτονίου από έναν λαμπτήρα προς το μάτι μας δεν είναι μια πάρα πολύ δύσκολη υπόθεση, επειδή ξέρουμε το σημείο αρχής - ο λαμπτήρας - και το τελικό σημείο: το μάτι μας. Εντούτοις, δεν ξέρουμε τίποτα για το σύμπαν στην αρχή του χρόνου. Αυτό είναι που μας λέει τελικά η κοσμολογία, δεν γνωρίζει τι συνέβη στην αρχή του σύμπαντος.

Κι εδώ είναι που εισέρχεται η ερμηνεία του αθροίσματος των ιστοριών. Τα μαθηματικά πίσω από αυτήν την προσέγγιση της κβαντικής θεωρίας περιέχει μια παραξενιά: οι απαντήσεις βγαίνουν σωστές μόνο όταν γίνεται ο υπολογισμός στο φανταστικό χρόνο. Δεν σημαίνει ότι πρέπει να θεωρήσετε έναν χρόνο που δεν υπάρχει, αλλά μια χρονική διάσταση μάλλον που να εκφράζεται με τη βοήθεια των μιγαδικών αριθμών. Κι αυτό δεν είναι μία εξ ολοκλήρου θεωρητική ιδέα: οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί χρησιμοποιούν συνήθως τους μιγαδικούς αριθμούς, που είναι διαχωρισμένοι στο πραγματικό και στο φανταστικό τμήμα, για να σχεδιάσουν τα ηλεκτρικά κυκλώματα. Στα χέρια των κοσμολόγων μηχανικών, οι φανταστικοί αριθμοί φαίνεται να έχουν βαθιές συνέπειες.

Η αρχική εργασία των Hawking και Hartley για τις κβαντικές ιδιότητες του σύμπαντος πρότεινε ότι ο φανταστικός χρόνος, που φαινόταν σαν ένα μαθηματικό αξιοπερίεργο στην προσέγγιση του αθροίσματος των ιστοριών, κρατούσε την απάντηση για την κατανόηση της προέλευσης του σύμπαντος.

Αν αθροίσουμε τις ιστορίες του σύμπαντος στο φανταστικό χρόνο, τότε και ο χρόνος μετασχηματίζεται σε χώρο. Το αποτέλεσμα είναι ότι, όταν το σύμπαν ήταν αρκετά μικρό και κατευθυνόταν από την κβαντική μηχανική, είχε τέσσερις χωρικές διαστάσεις και καμία διάσταση του χρόνου: εκεί όπου ο χρόνος συνήθως θα τερματιζόταν σε μια ιδιομορφία, εμφανίζεται τελικά μια νέα διάσταση του χώρου, και, ξαφνικά η ιδιομορφία εξαφανίζεται.

Από την άποψη της ιστορίας του σύμπαντος, αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει κανένα σημείο Α. Όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας, έτσι και το σύμπαν είναι πεπερασμένο αλλά δεν έχει καμία ευπροσδιόριστη αφετηρία, ή "όριο". Από εκεί προέρχεται και το όνομα της ιδέας: η πρόταση για ένα σύμπαν χωρίς όριο.

Αυτό έχει οδηγήσει Hawking για να καθορίσει ένα νέο είδος κοσμολογίας. Η παραδοσιακή προσέγγιση, που ο Hawking ονομάζει κοσμολογία "από κάτω προς τα πάνω", προσπαθεί να διευκρινίσει την αρχική κατάσταση του σύμπαντος (η κάτω κατάσταση) να την δουλέψει θεωρητικά για να φτάσει στο σήμερα (η πάνω κατάσταση). Αυτή η μέθοδος είναι καταδικασμένη να αποτύχει, ισχυρίζεται ο Hawking, επειδή δεν ξέρουμε τίποτα για τις αρχικές συνθήκες. Αντί αυτής της μεθόδου, ο ίδιος προτείνει, να χρησιμοποιήσουμε την πρόταση για ένα 'σύμπαν χωρίς όριο' για να κάνουμε την κοσμολογία "από πάνω προς τα κάτω", δηλαδή να ανιχνεύσουμε το παρελθόν ξέροντας τη σημερινή παρατηρούμενη κατάσταση του σύμπαντος, - μαζί με την ιδέα ότι το σύμπαν μας δεν έχει κανένα όριο στο παρελθόν.

Ένας απίθανος συντονισμός

Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, λέει ο διάσημος θεωρητικός, λύνει ένα μακροχρόνιο πρόβλημα της κοσμολογίας: το λεπτό συντονισμό. Οι περισσότεροι κοσμολόγοι σκέφτονται, παραδείγματος χάριν, ότι το πρώιμο σύμπαν πέρασε από μια φάση εκρηκτικά γρήγορης διαστολής, ή την φάση του πληθωρισμού. Υπάρχουν κάποια στοιχεία (από τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου) που υποστηρίζεται η θεωρία, αλλά υπάρχει  επίσης κι ένα πρόβλημα. Το καθιερωμένο πληθωριστικό μοντέλο απαιτεί μια πολύ απίθανη αρχική κατάσταση, τέτοια που πρέπει να έχει τέτοιες "λεπτά συντονισμένες" τιμές, που να προκαλούν την έναρξη του πληθωρισμού, και κατόπιν να σταματήσει σε μια ορισμένη κατάσταση μετά από έναν ορισμένο χρόνο: μια περίπλοκη συνταγή της οποίας η μόνη αιτιολόγηση είναι να παραχθεί ένα επίπεδο σύμπαν χωρίς οποιαδήποτε παράξενη τοπολογία, και τα λοιπά - ένας κόσμος όπως ο δικός μας. Μια τέτοια καθοδηγητική μέθοδος κάνει δύσκολη την εμφάνιση ενός σύμπαντος "σαν την επιφάνεια της σφαίρας χωρίς καμία αφετηρία".

Μεταξύ της αρχής και της σημερινής κατάστασης, το σύμπαν θα μπορούσε να είχε μια ποικιλία τύπων της γεωμετρίας του. Στο προτεινόμενο κβαντικό σχήμα, ο Hawking μαζί με τον Hertog παίρνουν όλες αυτές τις πιθανότητες και τις προσθέτουν μαζί κβαντομηχανικά (σαν τον Richard Feynman) για να δημιουργήσουν την πιο πιθανή ιστορία της εξέλιξης του σύμπαντος. Κι αυτό που τελικά παίρνουν είναι ένα σύμπαν που αναπτύχθηκε εκθετικά γρήγορα αμέσως μετά από το big bang, και μια θεωρία χωρίς κάποια κριτήρια για την  κατασκευή του σύμπαντος, που εμείς βλέπουμε σήμερα. Κι ενώ ένας κοσμολόγος θα μπορούσε να βάλει αυτές τις τιμές στις εξισώσεις "με το χέρι", εν τούτοις δεν είναι και ο πιο καλύτερος τρόπος για να αναπτυχθεί ένα μοντέλο για το πώς λειτουργεί το σύμπαν μας. Δυστυχώς, στη θεωρία του χωρίς όρια σύμπαντος, απλά δεν υπάρχει καμία καθορισμένη αρχική κατάσταση. "Στη συνηθισμένη προσέγγιση είναι δύσκολο να εξηγηθεί πώς ξεκίνησε ο πληθωρισμός", λέει ο Hawking. "Αλλά αυτή η αρχή του πληθωρισμού εμφανίζεται κατά φυσικό τρόπο στο μοντέλο του σύμπαντος, από πάνω προς τα κάτω, με τη συνθήκη χωρίς κανένα όριο. Δεν απαιτείται ο λεπτός συντονισμός."

Για να κατασκευάσουν λοιπόν την από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία, δηλαδή ξεκινώντας από το σήμερα για να φτάσουν στην αρχή του σύμπαντος, οι φυσικοί Hawking και Hertog παίρνουν αρχικά ένα ολόκληρο σύνολο των πιθανών ιστοριών, οι οποίες θα οδηγούσαν σε έναν κόσμο με τα γνωστά σε μας χαρακτηριστικά. "Κατόπιν υπολογίζουμε την πιθανότητα για άλλα χαρακτηριστικά του σύμπαντος, λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς", εξηγεί ο Hertog. Ορίζοντας έναν κόσμο που είναι τρισδιάστατος και επίπεδος, παραδείγματος χάριν, μπορείτε να έχετε ιστορίες που περιλαμβάνουν τον πληθωρισμό και ιστορίες που δεν περιλαμβάνουν. "Το μοντέλο της κοσμολογίας από πάνω προς τα κάτω δεν προβλέπει ότι όλα τα πιθανά σύμπαντα πρέπει να ξεκινούν με μια περίοδο πληθωρισμού, αλλά ότι ο πληθωρισμός εμφανίζεται κατά φυσικό τρόπο μέσα σε μια ορισμένη υποκατηγορία των κόσμων," λέει ο Hertog. Η διαδικασία δημιουργεί μια πιθανότητα για κάθε σενάριο, και έτσι ο Hertog μπορεί να δει ποιο είδος ιστορίας είναι το πλέον πιθανό. "Αυτό που βρίσκουμε είναι ότι οι ιστορίες με πληθωρισμό έχουν γενικά τη μεγαλύτερη πιθανότητα."

Από πολλές απόψεις, η από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία - ξεκινώντας από το σήμερα και πηγαίνοντας πίσω προς την αρχή του κόσμου - είναι μια συνταρακτική ιδέα. Συνήθως, η επιστήμη απαιτεί να ταιριάζουν οι παρατηρήσεις μας με τη θεωρία ή καλύτερα να είναι η έξοδος των εξισώσεων - ποτέ δεν αναμένουμε οι παρατηρήσεις να είναι η είσοδος στις εξισώσεις. Αυτό, τελικά, μας απαγορεύει την πιθανότητα να δούμε εάν η θεωρία ταιριάζει με τις παρατηρήσεις. Και το περισσότερο, το άθροισμα όλων των ιστοριών διαμορφώνεται με τον υπολογισμό των διάφορων πιθανοτήτων για έναν κόσμο όπως ο δικός μας, που αναδύεται κυριολεκτικά από το τίποτα: αυτό σημαίνει ότι ποτέ δεν μπορούμε να ξέρουμε οτιδήποτε σίγουρο σχετικά με πώς το σύμπαν μας έγινε όπως είναι σήμερα.

Δεν πρέπει να εκπλαγούμε, λέει ο Hertog, αν η κβαντική θεωρία μας έχει δείξει καιρό τώρα ότι είναι αδύνατο να ξέρουμε κάτι για τον κόσμο γύρω από μας. Στη "κλασσική" φυσική, μπορούμε να προβλέψουμε και την ακριβή ορμή και τη θέση ενός σωματιδίου οποιαδήποτε στιγμή, αλλά η κβαντομηχανική δεν το επιτρέπει. Κανένας φυσικά δεν λέει ότι η κβαντική μηχανική κάνει λάθος λόγω αυτού του γεγονότος, επισημαίνει ο Hertog - και τα πειράματα έχουν δείξει ότι δεν είναι έτσι. Αυτό που μας έχει δώσει μέχρι τώρα η κβαντική θεωρία, συνεχίζει ο Hertog, είναι κάποια ένδειξη για τη φύση του πληθωρισμού, όπου μέχρι τώρα εμείς δεν είχαμε καμία. "Πριν, δεν είχαμε καμία πρόβλεψη - και πράγματι καμία σκέψη για την πιθανότητα πρόβλεψης - σε αυτό το ζήτημα."

Για πολλούς, παραμένει ένα δύσκολο επιχείρημα για να το καταπιούν. Η επιστήμη από την εποχή του Κοπέρνικου στοχεύει να διαμορφώσει έναν κόσμο στον οποίο είμαστε απλώς υποπροϊόντα, αλλά η από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία αντιστρέφει την αρχή του, διαχειριζόμενη την ιστορία του σύμπαντος σαν ένα υποπροϊόν των παρατηρήσεών μας. Εν γένει, μοιάζει πολύ με το επιχείρημα του "ανθρωπικού τοπίου" που προκαλεί μια διαμάχη μεταξύ των θεωρητικών των χορδών (δείτε και πιο κάτω το "τοποθετώντας τον εαυτό σας στο σύμπαν"). Ο πανεπιστημιακός φυσικός Paul Steinhardt του Πρίνστον δεν έχει εντυπωσιαστεί βεβαίως από το σχήμα των Hawking και Hertog. "Όλοι μας έχουμε ελπίσει να υπολογίσουμε κάτι από τις πρώτες αρχές. Ο Stephen Hawking δεν νομίζει ότι είναι πιθανό, αλλά δεν είμαι πεπεισμένος για αυτό. Αυτοί μπορεί να έχουν δίκιο, αλλά είναι πάρα πολύ νωρίς για να υιοθετήσουμε αυτήν την μέθοδο".

Ο φημισμένος Andrei Lnde του πανεπιστημίου του Στάνφορντ ομοίως δεν έχει πειστεί. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές υποθέσεις που τον καθιστούν δύσπιστο. "Δεν την υιοθετώ", λέει.

Τοποθετώντας τον εαυτό σας στο σύμπαν

Οι Hawking και ο κοσμολόγος Hertog δίνουν μια ενδιαφέρουσα στροφή στις συζητήσεις που γίνονται στη φυσική για την ύπαρξη των πολλαπλών κόσμων. Σε αυτό το ζήτημα είναι το γεγονός ότι η θεωρία χορδών, η πιο δημοφιλής υποψήφια θεωρία των όλων ανάμεσα στους φυσικούς, περιγράφει όχι μόνο έναν κόσμο αλλά μια σχεδόν απειρία από αυτούς. Μερικοί φυσικοί είναι πρόθυμοι να δεχτούν ότι αυτοί οι θεωρητικοί κόσμοι στην πράξη υπάρχουν, για δύο λόγους. Πρώτον, επειδή η θεωρία χορδών δεν φαίνεται να ευνοεί οποιοδήποτε ειδικό σύμπαν έναντι των άλλων, και δεύτερον επειδή η ύπαρξή τους θα μπορούσε να εξηγήσει τα προφανώς ακριβή χαρακτηριστικά γνωρίσματα του σύμπαντος μας.

Πάρτε, για παράδειγμα, την τιμή της κοσμολογικής σταθεράς, την δύναμη που εμφανίζεται να είναι η αιτία της επιτάχυνσης της διαστολής του σύμπαντος. Αυτή είναι μια πάρα πολύ μικρή δύναμη, και κανένας δεν έχει ακόμα εξηγήσει γιατί αυτή είναι έτσι. Ο μπελάς εδώ είναι το μέγεθός του που συμβαίνει να είναι ένας αριθμός, που ταιριάζει με ένα πολύ στενό εύρος τιμών που θα μας επέτρεπαν να υπάρχουμε. Αυτή η σύμπτωση έχει αναγκάσει μερικούς φυσικούς να σκεφτούν το ανθρωπικό επιχείρημα: ίσως υπάρχουν πολλαπλοί μικροί κόσμοι (σύμπαντα τσέπης), που διακλαδίζονται μακριά μεταξύ τους, και μέσα στο καθένα σύμπαν οι σταθερές έχουν διαφορετικές τιμές. Σε αυτό το σενάριο, αναγκαστικά πρέπει να υπάρχει κι ένα σύμπαν με μία κοσμολογική σταθερά σαν τη δική μας και εμείς δεν θα έπρεπε να εκπλαγούμε που βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν που φιλοξενεί ζωή.

Πολλοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι αυτή η άποψη σταματά την προσπάθεια το πρόβλημα του να εξηγήσουμε γιατί το σύμπαν μας είναι αυτό που είναι  - κι αυτό λένε δεν είναι επιστήμη. Η νέα ιδέα των Hawking και Hertog τροφοδοτούν την τελευταία άποψη. Η εικόνα μιας ατέρμονης σειράς των συμπάντων τσέπης είναι σημαντικό μόνο από την προοπτική ενός παρατηρητή έξω από οποιοδήποτε σύμπαν, λέει ο Hawking - και αυτό, εξ ορισμού, είναι αδύνατον. Παράλληλα σύμπαντα τσέπης δεν μπορούν να έχουν καμία επίδραση σε ένα πραγματικό παρατηρητή μέσα σε ένα μόνο σύμπαν τσέπης, έτσι, σύμφωνα με το Hawking, είναι θεωρητικές αποσκευές που θα πρέπει να αποκλειστούν από την κοσμολογία.

Με αυτήν την προσέγγιση πραγματοποιούνται  όλες οι πιθανές ιστορίες, με την οποία δεν χρειάζεται καν να επικαλεσθεί την Ανθρωπική Αρχή, σύμφωνα με την οποία οι θεμελιώδεις παράμετροι στη φυσική έχουν μια τέτοια τιμή ώστε να επιτρέψουν την εμφάνιση των ευφυών πλασμάτων. Αυτή δε η Αρχή, είχε έρθει φυσικά κουτί στους θεολόγους και το σινάφι τους.

Αλλά ο Hawking έχει μια αντικατάσταση στο νου του - αν και με δισταγμό. Η άποψή του είναι ότι το τοπίο της θεωρίας χορδών διαμορφώνεται από το σύνολο όλων των δυνατών ιστοριών.

Το σχήμα του έχει ως εξής: Αντί να υπάρχει ένα σύνολο διακλαδιζόμενων ατομικών συμπάντων, υπάρχει κάθε πιθανή έκδοση ενός απλού σύμπαντος ταυτόχρονα στην κατάσταση της κβαντικής υπέρθεσης. Όταν επιλέγετε να κάνετε μια μέτρηση, εσείς επιλέγετε από αυτό το τοπίο ένα υποσύνολο των ιστοριών, που μοιράζονται τα συγκεκριμένα γνωρίσματα που μετριούνται. Η ιστορία του σύμπαντος - για σας τον παρατηρητή - προέρχεται από εκείνο το υποσύνολο των ιστοριών. Με άλλα λόγια, εσείς επιλέγεται το παρελθόν σας!

Το ζήτημα κλειδί στα πλαίσια του πολυσύμπαντος είναι να βρούμε τις κατάλληλες υπογραφές στην ακτινοβολία λείψανο της Μεγάλης Έκρηξης, το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων με τα νέα παρατηρητικά προγράμματα που είναι σε εξέλιξη.

Τα μελλοντικά πειράματα στους νέους επιταχυντές, με σημαντικά υψηλότερες ενέργειες από αυτές που μέχρι τώρα έχουν επιτευχθεί, θα μας δώσουν φυσικά χρήσιμα  στοιχεία για να βρούμε νέα σωματίδια στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής Υψηλής Ενέργειας και της θεωρίας χορδών, η οποία υποστηρίζει ότι οι πιο θεμελιώδεις οντότητες είναι παλλόμενες χορδές σε ένδεκα διαστάσεις κι όχι σε τρεις χωρικές συν τη διάσταση του χρόνου.

Πηγές: NewScientist, physics4u