Τι συνέβη πριν από το Big Bang;

Μάρτιος-2001

Μια από τις συνηθισμένες ερωτήσεις των παιδιών --αλλά και των μεγάλων-- είναι τι υπήρχε πριν από την Μεγάλη Έκρηξη. Η ερώτηση φαίνεται να απασχολεί τους κοσμολόγους αλλά και τους μελετητές των θρησκειών. Το θέμα αναλύεται όσο πιό απλά γίνεται με τη βοήθεια ειδικών επιστημόνων.

Περιεχόμενα Σελίδας:

1. Θεωρία Einstein και Καθιερωμένο Μοντέλο
2. Θρησκευτικές Θεωρίες
3. Κβαντική Κοσμολογία και οι ιδέες των παράλληλων συμπάντων.
4. Θεωρία Υπερχορδών

Θεωρία Einstein και Καθιερωμένο Μοντέλο

Η θεωρία του Einstein για τη βαρύτητα, από την οποία ξεκίνησε η θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης (Big Bang) και των μαύρων οπών, έχει υποβληθεί σε πολύ αυστηρές δοκιμασίες και πέρασε με επιτυχία στις εξετάσεις αυτές. Σε μια πρόσφατη έκδοση (Οκτώβριος 2000) του Physics Today, αστρονόμοι από το Χάρβαρντ, MIT, και το Παρατηρητήριο Haystack ανηγγειλαν υπερήφανα ότι είχαν επιβεβαιώσει τη θεωρία του Einstein μέ μια καταπληκτική ακρίβεια 0.04%,   με τη μέτρηση της κάμψης των ραδιο-κυμάτων από το κβάζαρ 3C279 κοντά στην άκρη του ορατού μας Κόσμου. 

Αλλά υπάρχει κάποια ειρωνεία σε αυτήν την ανακοίνωση. Ενώ όμως οι επιστήμονες χαιρετίζουν τις συνεχώς ακριβέστερες δοκιμές της θεωρίας του Einstein για τον στρεβλωμένο χωρόχρονο, ο ίδιος ο Einstein ήξερε ότι η θεωρία του, δεν μπορούσε να προβλέψει τη στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης. Η θεωρία του δυστυχώς είχε ξύλινα πόδια.

Από την άλλη μεριά, όμως ο Rossi X-ray Timing Explorer(RXTE), ένας δορυφόρος της NASA που εντοπίζει πηγές ακτίνων Χ στο μακρινό Διάστημα, ήρθε να ταράξει την επιστημονική κοινότητα, γιατί ανακάλυψε σήματα από πάλσαρ με αυξομειούμενη περιόδο που ίσως είναι η έμμεση απόδειξη των κυμάτων βαρύτητας. Δείτε και το σχετικό άρθρο Νέα μορφή ακτίνων-Χ από αστέρες επιβεβαιώνει τον Einstein.

Η σχετικότητα όμως ήταν άνευ αξίας, όταν ήλθε η στιγμή να απαντήσει στην πιό ενοχλητική κοσμολογική ερώτηση σε ολόκληρη την επιστήμη: Τι συνέβαινε πριν από την στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης;

Αν υποβληθεί αυτή η ερώτηση σε οποιοδήποτε κοσμολόγο, αυτοί θα αισθανθούν αμήχανοι και θα ψελίσουν, πως αυτό το θέμα μπορεί να είναι για πάντα πέρα από τις δυνατότητες της επιστήμης. Με λίγα λόγια, δεν γνωρίζουν την απάντηση.

Το Καθιερωμένο όμως Μοντέλο, περιέχει μια ανωμαλία κατά την διάρκεια του Big Bang, στη χρονική στιγμή t = 0.  Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί κάποιος ακόμη και να καθορίσει το χρόνο, δεδομένου ότι ο χωρόχρονος τότε είναι ανώμαλος.   Μέχρι τώρα, τουλάχιστον αυτό ισχύει.

Θρησκευτικές Θεωρίες

Οι θεολόγοι  πιστεύουν πως αυτό το θέμα είναι αποκλειστικά δικής τους ευθύνης. "Η επίστήμη δεν μπορεί από μόνη της να απαντήσει σε ένα τέτοιο ερώτημα... πάνω από όλα χρειάζεται η γνώση που προέρχεται από την αποκάλυψη του Θεού" έλεγε ο Πάπας το 1981 σε ένα συνέδριο κοσμολογίας που έγινε στο Βατικανό και στο οποίο είχε παρευρεθεί ο Stephen Hawking.

Είναι γνωστό πως στον κόσμο μας, υπάρχουν σήμερα δύο κυρίαρχες θρησκευτικές ιδέες. Σύμφωνα με την πρώτη, την χριστιανική πεποίθηση (αλλά και την ιουδαϊκή), ο κόσμος είχε μια καθορισμένη αρχή. Αυτό αναφέρεται στην Γένεση, σύμφωνα με την οποία ο κόσμος μας δημιουργήθηκε από ένα κοσμικό αυγό, αλλά με την Θέληση του Θεού. Εντούτοις, σύμφωνα με την δεύτερη, την ανατολική σκέψη, ινδική και βουδιστική πίστη, το Σύμπαν είναι άχρονο. Δεν είχε ποτέ μια αρχή, αλλά ούτε θα έχει κι ένα τέλος.

Κβαντική Κοσμολογία και οι ιδέες των παράλληλων συμπάντων.

Ομως τελευταία μια αξιοπρόσεκτη συνένωση έχει αναπτυχθεί πρόσφατα γύρω από αυτό που καλείται "Κβαντική Κοσμολογία" (quantum cosmology), όπου οι επιστήμονες θεωρούν ότι μια συγχώνευση της κβαντικής θεωρίας και της σχετικότητας του Einstein μπορεί να επιλύσει αυτές τις ενοχλητικές ερωτήσεις που θυμίζουν θεολογικές παρατηρήσεις. Οι θεωρητικοί φυσικοί λοιπόν δουλεύουν μέσα σε αυτό το πεδίο, που αποτελεί μια ελκυστική θεωρία, αλλά επειδή είναι στο ξεκίνημα της για αυτό είναι και ατελής.

Η Κβαντική Κοσμολογία προτείνει λοιπόν μια όμορφη σύνθεση αυτών αυτών των φαινομενικά αντίθετων απόψεων. Στην αρχή ήταν το Τίποτα (Big Nothing). Κανένας χώρος, καμία ύλη ή ενέργεια. Αλλά σύμφωνα με την κβαντική αρχή, ακόμη και το Τίποτα ήταν ασταθές. Το Τίποτα άρχισε να αποσυντίθεται δηλ. άρχισε "να βράζει" με  δισεκατομμύρια μικροσκοπικών φυσαλίδων να διαμορφώνονται και να επεκτείνονται γρήγορα. Κάθε τέτοια   φυσαλίδα έγινε ένα διαστελλόμενο σύμπαν.

Εάν αυτό πράγματι ισχύει, τότε το σύμπαν μας είναι στην πραγματικότητα μέρος ενός πολύ μεγαλύτερου "πολυ-σύμπαντος" παράλληλων συμπάντων, που είναι αληθινά άχρονο, όπως υποστηρίζουν οι ανατολικές κυρίαρχες θρησκείες.

Όπως έχει πει και ο βραβευμένος με το Νόμπελ Φυσικής 1979, Steve Weinberg, "μια σημαντική επίπτωση είναι ότι δεν υπήρξε μια αρχή. Ότι υπήρξαν ολοένα και περισσότερα τεράστια Big Bang, έτσι ώστε το "πολυ-Σύμπαν" να συνεχίζεται για πάντα - κάποιος δεν ειναι απαραίτητο να καταπιαστεί με την ερώτηση του τι υπήρχε πριν από το Big Bang. Το πολυ-Σύμπαν ήταν απλώς εδώ συνέχεια. Διαπιστώνω ότι αυτή είναι μια πολύ ικανοποιητική εικόνα."

Τα σύμπαντα μπορούν να βρεθούν στην ύπαρξη ως μια κβαντική διακύμανση του Τίποτα. (Αυτό γίνεται επειδή η θετική ενέργεια που βρίσκεται στην ύλη ισορροπεί έναντι της αρνητικής ενέργειας της βαρύτητας, έτσι η συνολική ενέργεια μιας φυσαλίδας-σύμπαν είναι μηδέν. Κατά συνέπεια, δεν λαμβάνει καμία καθαρή ενέργεια για να δημιουργήσει έναν νέο κόσμο (σύμπαν).)

Ο Andre Linde του Πανεπιστημίου Stanford έχει πει για το θέμα αυτό, "Εάν οι συνάδελφοί μου και εγώ είμαστε σωστοί,  μπορούμε σύντομα να πούμε αντίο στην ιδέα ότι ο Κόσμος μας, ήταν ένα μοναδικό πυροτέχνημα, που δημιουργήθηκε στο Big Bang."

Αν και αυτή η εικόνα είναι ελκυστική, θέτει επίσης περισσότερες ερωτήσεις. Μπορεί η ζωή να υπάρξει σε αυτούς τους παράλληλους Κόσμους (παράλληλα σύμπαντα); Ο Stephen Hawking είναι γεμάτος αμφιβολίες. Αυτός θεωρεί ότι ο Κόσμος μας μπορεί να συνυπάρξει με άλλα σύμπαντα, αλλά το σύμπαν μας είναι ειδικό. Η πιθανότητα της διαμόρφωσης αυτών των ξεχωριστών συμπάντων-φυσαλίδων είναι απελπιστικά μικρή.

Αφ' ετέρου, ο Weinberg θεωρεί ότι οι περισσότεροι από αυτούς τους παράλληλους κόσμους είναι πιθανώς νεκροί. Για να έχει σταθερά μόρια DNA, το πρωτόνιο πρέπει να είναι σταθερό για τουλάχιστον 3 δισεκατομμύριο έτη. Σε αυτούς τους νεκρούς κόσμους, τα πρωτόνια μπορούν να έχουν διασπαστεί σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων και νετρίνων.

Ανθρωπική Αρχή

Το σύμπαν μας μπορεί να είναι ένα από τα λίγα συμβατά με τη ζωή. Αυτό, στην πραγματικότητα, θα απαντούσε στο ιστορικό θέμα γιατί οι φυσικές σταθερές του Σύμπαντος βρίσκονται σε μια στενή ζώνη τιμών,  συμβατή με το σχηματισμό της ζωής. Εάν το φορτίο του ηλεκτρονίου, της σταθεράς της βαρύτητας, κ.λπ. αλλάξουν ελαφρώς, τότε η ύπαρξη της ζωής θα ήταν αδύνατη.
Αυτή η ιδέα καλείται αρχή "Ανθρωπική Αρχή".
Όμως ο Freeman Dyson του Princeton λέει, "Αυτή η ιδέα είναι σαν να γνώριζε το σύμπαν πως θα έλθουμε."  Η ισχυρή έκδοση αυτοής της θεωρίας, δηλώνει πως αυτό το γεγονός αποδεικνύει την ύπαρξη του Θεού ή μιας παντοδύναμης θεότητας.

Αλλά σύμφωνα με την κβαντική κοσμολογία, ίσως υπάρχουν εκατομμύρια νεκρών συμπάντων. Ήταν ένα γεγονός τέτοιο, που ο κόσμος μας είχε αρχικές συνθήκες συμβατές με τον σχηματισμό σταθερών μορίων DNA.

Αυτό αφήνει ανοικτή τη δυνατότητα, σύμφωνα με μερικούς φυσικούς, να υπάρχουν παράλληλοι κόσμοι στο εξώτερο διάστημα που να είναι σχεδόν ίδιοι με τον δικό μας.

Θεωρία Υπερχορδών

O Γκαμπριέλε Bενετσιάνο (δείτε και σχετικό άρθρο "Tο Σύμπαν υπήρχε πριν από το Big Bang") ένας σπουδαίος φυσικός του CERN, ξεκίνησε τη μελέτη του στα "προ-Big Bang" κοσμολογικά μοντέλα στις αρχές της δεκαετίας του '90. Bασίστηκε δε στην εξαιρετικά δημοφιλή Θεωρία των Yπερχορδών (Superstring Theory). Προς μεγάλη του έκπληξη, διαπίστωσε ότι εφαρμόζοντας την θεωρία των υπερχορδών οι συνθήκες 'ανωμαλίας' (singularity) στα πρώτα 10^-43 δευτερόλεπτα (χρόνος Plank) παύουν να αποτελούν πρόβλημα!  Στην κλασική θεωρία του Big Bang η 'ανωμαλία' είναι πράγματι αδιαπέραστο τείχος.

Στην κοσμολογία όμως των υπερχορδών, τέτοιο τείχος δεν υφίσταται: σύμφωνα με το μοντέλο, αν γυρίσουμε πίσω τον χρόνο οι χορδές θα συρρικνώνονται στο άπειρο χωρίς όμως να εξαφανίζονται ποτέ! 

Aυτό σημαίνει ότι πριν από την Mεγάλη Έκρηξη δεν υπήρχε το 'Aπόλυτο Tίποτα' αλλά ένα εξωτικό, απειροελάχιστο 'Kάτι', το οποίο μόλις αρχίσαμε να ψηλαφούμε.

«Tη στιγμή της Mεγάλης Έκρηξης το Σύμπαν είχε τη μέγιστη καμπυλότητα, τον μέγιστο ρυθμό επέκτασης και την μέγιστη θερμοκρασία», λέει ο Bενετσιάνο:  «Eπομένως το Big Bang προκύπτει όχι ως ξεκίνημα, αλλά ως ένα σημαντικό σημείο καμπής στην ιστορία του Σύμπαντος!». 

Ένας άλλος φυσικός, ο Γκόρντον Kέιν, καθηγητής της σωματιδιακής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Mίτσιγκαν βρίσκει πολύ πιθανό το Big Bang να αποτελεί μεταγενέστερη φάση του Σύμπαντος. Πέραν των άλλων η εκδοχή αυτή... βολεύει αφάνταστα για τις μαθηματικές εξισώσεις: μια ανεξέλεγκτα πληθωριστική "προ Big Bang εποχή" σε συνδυασμό με άπειρο χρόνο εξηγούν απολύτως την ομοιογένεια πυκνότητας και θερμοκρασίας στο Σύμπαν του σήμερα.

Αλλά δεν υπάρχει καμιά δυνατότητα να αντιληφθούμε ποτέ, έστω και μέρος των άλλων πιθανών παράλληλων συμπάντων ή τις κοσμικές χορδές στις οποίες αναφέρονται οι παραπάνω φυσικοί.

Για αυτό πρέπει να συμφωνήσουμε με τον Ludwig Wittgenstein πως "Για ό,τι δεν μπορεί κανείς να μιλήσει, καλύτερα να μένει σιωπηλός."