Κυριακή, 3 Ιουνίου 2012

Καλώς ήλθατε στο Πολυσύμπαν

AlbertEinsteinΟι τελευταίες εξελίξεις στην κοσμολογία, δείχνουν την πιθανότητα το σύμπαν μας να είναι απλώς ένα από τα δισεκατομμύρια άλλα σύμπαντα.
"Αυτό που πραγματικά με ενδιαφέρει είναι αν ο Θεός είχε καμία επιλογή για τη δημιουργία του κόσμου."
Με αυτό τον χαρακτηριστικό ποιητικό τρόπο αναρωτήθηκε ο Albert Einstein, αν το σύμπαν μας είναι το μόνο πιθανό σύμπαν.

Η αναφορά στο Θεό μπορεί εύκολα να παρερμηνευτεί, καθώς το ερώτημα του Αϊνστάιν δεν ήταν θεολογικό. Αντιθέτως, ο Αϊνστάιν ήθελε να μάθει αν οι νόμοι της...
φυσικής συνεπάγονται αναγκαστικά ένα μοναδικό σύμπαν γεμάτο με γαλαξίες, αστέρια και πλανήτες. Ή αντίθετα, θα μπορούσαν οι νόμοι να επιτρέπουν σύμπαντα με ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών χαρακτηριστικών; Και αν ναι, είναι η μαγευτική πραγματικότητα που βλέπουμε – με ισχυρά τηλεσκόπια και επιταχυντές σωματιδίων μαμούθ – το προϊόν της διαδικασίας κάποιας τυχαίας, κοσμικής ζαριάς που επέλεξε τα χαρακτηριστικά μας από ένα μενού αρκετών δυνατοτήτων; Ή μήπως υπάρχει μια βαθύτερη εξήγηση για το γιατί τα πράγματα είναι όπως είναι;
Στην εποχή του Αϊνστάιν, η πιθανότητα ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να ήταν φτιαγμένο διαφορετικά δεν περνούσε από το μυαλό κανενός φυσικού. Και βρισκόταν στα όρια της επιστημονικής φαντασίας. Αλλά πρόσφατα, το θέμα έχει μετατοπιστεί από τα περίχωρα της φυσικής στο κυρίαρχο ρεύμα. Και όχι απλώς φανταζόμαστε ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να έχει διαφορετικές ιδιότητες, υποστηρικτές τριών ανεξάρτητων ερευνών δείχνουν τώρα ότι υπάρχουν και άλλα σύμπαντα, ξεχωριστά από τα δικά μας, τα περισσότερα κατασκευασμένα από διάφορα είδη σωματιδίων και που διέπονται από διαφορετικές δυνάμεις, τα οποία απαρτίζουν έναν μοναδικό αχανή Κόσμο.
Το πολυσύμπαν, όπως ονομάζεται το τεράστιο αυτό υπερσύμπαν, είναι μία από τις πιο πολωτικές έννοιες που έχουν προκύψει στη φυσική των τελευταίων δεκαετιών, δίνοντας επιχειρήματα σε εκείνους που προτείνουν ότι είναι η επόμενη φάση στην κατανόηση της πραγματικότητας, και εκείνων που υποστηρίζουν ότι είναι μια απόλυτη ανοησία, μια παρωδία που γεννήθηκε από θεωρητικούς που άφησαν τη φαντασία τους να τρέξει χωρίς όρια.
Τι λοιπόν συμβαίνει με το πολυσύμπαν; Και γιατί μας νοιάζει; Η κατανόηση της απάντησης στο ζήτημα αυτό απαιτεί να δούμε αν έχει σχέση με το ίδιο το big bang.
Σε αναζήτηση του Big Bang
Το 1915, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε το πιο σημαντικό απ ‘όλα τα έργα του, τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία ήταν το αποκορύφωμα μιας 10-χρόνης αναζήτησης για να κατανοήσουμε τη δύναμη της βαρύτητας. Η θεωρία ήταν ένα θαύμα μαθηματικής ομορφιάς, παρέχοντας εξισώσεις που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τα πάντα, από την κίνηση των πλανητών έως την τροχιά του φωτός των άστρων με καταπληκτικό ακρίβεια.
Μέσα σε λίγα χρόνια, πρόσθετες μαθηματικές αναλύσεις κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο ίδιος ο χώρος διαστέλεται, σέρνοντας κάθε γαλαξία μακριά από κάθε άλλο. Αν και ο Αϊνστάιν αρχικά αντιστάθηκε σθεναρά σε αυτή την αναπάντεχη συνέπεια της δική του θεωρίας, παρατηρήσεις στο βαθύ διάστημα από το μεγάλο Αμερικανό αστρονόμο Edwin Hubble το 1929 το επιβεβαίωσε πλήρως. Και πριν από καιρό, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι εάν ο χώρος τώρα συνεχώς επεκτείνεται, όσο πάμε στο παρελθόν το σύμπαν πρέπει να ήταν μικρότερο. Σε κάποια στιγμή στο μακρινό παρελθόν, όλα όσα βλέπουμε τώρα, τα συστατικά που φτιάχνουν πλανήτες, άστρα, γαλαξίες, ακόμη και ο ίδιος ο χώρος, πρέπει να ήταν συμπιεσμένα σε μια απειροελάχιστη κουκίδα η οποία ‘φούσκωσε’ μετά προς τα έξω, εξελισσόμενη στο σύμπαν όπως το ξέρουμε.
welcome-to-multiverse
Άμεσες αποδείξεις για το πολυσύμπαν μπορεί να προέλθουν από μια σύγκρουση μεταξύ διαστελλόμενο σύμπαν μας και των γειτόνων της.
  Έτσι γεννήθηκε η θεωρία του big-bang. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών που ακολούθησαν, η θεωρία θα τύχει ευρείας παρατηρησιακής υποστήριξης. Ωστόσο, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι η θεωρία του big-bang έπασχε από μια σημαντική αδυναμία. Αφήνει έξω την Έκρηξη. Οι εξισώσεις του Αϊνστάιν κάνουν μια θαυμάσια δουλειά η οποία περιγράφει το πώς εξελίσσεται το σύμπαν από ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά την Έκρηξη, αλλά οι εξισώσεις δεν δουλεύουν σε μικρότερους χρόνους, (σαν το μήνυμα λάθους που παίρνεται από έναν υπολογιστή, όταν προσπαθείτε να διαιρέσετε 1 με το 0), όταν εφαρμόζεται στο ακραίο περιβάλλον στις πρώτες στιγμή του σύμπαντος. Η Μεγάλη Έκρηξη δεν προβλέπει έτσι τίποτα για το τι μπορεί να τροφοδότησε το ίδιο το bang.
Τα καύσιμα για την πυροδότηση
Στη δεκαετία του 1980, ο φυσικός Alan Guth προσφέρει μια βελτιωμένη έκδοση της θεωρίας του big-bang, που ονομάζεται πληθωριστική κοσμολογία και η οποία υποσχέθηκε να καλύψει αυτό το κρίσιμο κενό. Το επίκεντρο της πρότασης αυτής είναι ένα υποθετικό κοσμικό καύσιμο που, αν συγκεντρώνεται σε μια μικροσκοπική περιοχή, θα οδηγήσει σε μια σύντομη αλλά καταπληκτική διαστολή του χώρου – μια Έκρηξη. Στην πραγματικότητα, οι μαθηματικοί υπολογισμοί έδειξαν ότι η Έκρηξη θα ήταν τόσο έντονη που μικροσκοπικές διαταραχές από τον κβαντικό κόσμο θα είχαν τεντωθεί τόσο πολύ που θα γέμιζαν όλο τον χώρο. Όπως ένα τεντωμένο ύφασμα δείχνει το μοτίβο της ύφανσης του, έτσι κι αυτό θα μας έδινε  ένα ακριβές σχέδιο των μικροσκοπικών διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, τα ελαφρώς θερμότερα σημεία και τα ελαφρώς πιο ψυχρά σημεία στο νυχτερινό ουρανό. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, το διαστημόπλοιο COBE της NASA εντόπισε πρώτο τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, δίνοντας βραβεία Νόμπελ στους ηγέτες της ομάδας John Mather και George Smoot.
Multiverse
Αξίζει να σημειωθεί ότι, η μαθηματική ανάλυση αποκάλυψε επίσης – και εδώ είναι που μπαίνει το πολυσύμπαν – ότι καθώς ο χώρος επεκτείνεται τα κοσμικά καύσιμα αναπληρώνονται, με τρόπο τόσο αποτελεσματικό ώστε να είναι σχεδόν αδύνατο να τα χρησιμοποιήσει όλα αυτά. Πράγμα που σημαίνει ότι η Μεγάλη Έκρηξη δεν θα είναι πιθανώς ένα μοναδικό γεγονός. Αντιθέτως, τα καύσιμα δεν θα τροφοδοτούσαν μόνο τη δική μας Μεγάλη Έκρηξη προκαλώντας την επέκταση του δικού μας χωροχρόνου, αλλά θα τροφοδοτούσε αμέτρητες άλλες Εκρήξεις, που η κάθε μία θα δίνει το δικό της ξεχωριστό, διαστελλόμενο σύμπαν. Το σύμπαν μας λοιπόν θα είναι τότε μία απλή διαστελλόμενη φυσαλίδα η οποία κατοικεί σε ένα μεγάλο κοσμικό αφρόλουτρο από σύμπαντα-φυσαλίδες – ένα πολυσύμπαν.
Πρόκειται για μια εντυπωσιακή προοπτική. Αν αυτή η θεωρία είναι σωστή, θα μας προσφέρει το επιστέγασμα σε μια μακρά σειρά κοσμικών επανεκτιμήσεων. Εμείς νομίζαμε μέχρι πρόσφατα ότι ο πλανήτης μας ήταν το κέντρο του σύμπαντος, και μόνο όταν συνειδητοποιήσαμε ότι είμαστε ένας από τους πολλούς πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον ήλιο, τότε μόνο μάθαμε ότι ο ήλιος, βρίσκεται ‘σταθμευμένος’ σε ένα προάστιο του Γαλαξία μας, και πως είναι ένα από τα εκατοντάδες δισεκατομμύρια άστρα στο γαλαξία μας. Εν συνεχεία τότε μόνο διαπιστώσαμε ότι ο Γαλαξίας είναι ένας από τους εκατοντάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες μέσα στο σύμπαν. Και τώρα, ήρθε η ώρα να μας πει η πληθωριστική κοσμολογία ότι το σύμπαν μας, το γεμάτο με τα δισεκατομμύρια γαλαξίες, τα αστέρια, και τους πλανήτες, θα μπορούσε απλώς να είναι ένα από τα πολλά που βρίσκονται σε ένα τεράστιο πολυσύμπαν.
Ωστόσο, όταν το πολυσύμπαν προτάθηκε τη δεκαετία του 1980 από τους πρωτοπόρους Andrei Linde και Alexander Vilenkin, η κοινότητα των φυσικών ανασήκωσε τους ώμους της αδιάφορα. Τα άλλα σύμπαντα, ακόμη και αν υπήρχαν, θα βρίσκονταν έξω από αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε, γιατί έχουμε πρόσβαση μόνο σε αυτό το σύμπαν. Προφανώς, τότε, αυτά δεν θα μας επηρεάσουν και δεν θα τα επηρεάσουμε. Λοιπόν, τι ρόλο θα μπορούσαν, ενδεχομένως, τα άλλα σύμπαντα να παίζουν στην επιστήμη, μια επιστήμη που αφιερώνεται για να εξηγήσει αυτό που βλέπουμε;
Έτσι είχαν τα πράγματα για μια περίπου δεκαετία, έως ότου έγινε μία εκπληκτική αστρονομική παρατήρηση που πρότεινε μια απάντηση.
Το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας
Αν και η ανακάλυψη ότι ο χώρος επεκτείνεται ήταν επαναστατική, υπήρχε μια πτυχή της διαστολής που ο καθένας θεώρησε ως δεδομένο. Ακριβώς όπως η έλξη της βαρύτητας της Γης επιβραδύνει την άνοδο σε μια μπάλα που πετιέται προς τα πάνω, έτσι και η βαρυτική έλξη του κάθε γαλαξία σε κάθε άλλο θα πρέπει να επιβραδύνει την επέκταση του χώρου.
multiverse_bubbles
Στη δεκαετία του 1990, δημιουργήθηκαν δύο ομάδες αστρονόμων για τη μέτρηση του ρυθμού αυτής της κοσμικής επιβράδυνση. Μετά από πολλά χρόνια επίπονης παρατήρησης  των απόμακρων γαλαξιών, οι ομάδες συνέλεξαν δεδομένα σχετικά με το πώς άλλαξε αυτός ο ρυθμός διαστολής του χώρου  με την πάροδο του χρόνου. Και όταν ολοκληρώθηκε η ανάλυση, όλοι σχεδόν έπεσαν από τις καρέκλες τους. Και οι δύο ομάδες διαπίστωσαν ότι, παρά την επιβράδυνση, η διαστολή του χώρου οδηγήθηκε σε μια αύξηση του ρυθμού, περίπου, 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και από τότε  επιταχύνεται από τότε. Μοιάζει σαν να πετάς απαλά μια μπάλα προς τα πάνω, να επιβραδύνεται αρχικά, αλλά στη συνέχεια σαν πύραυλος να ανεβαίνει προς τα πάνω, όλο και πιο γρήγορα.
Το αναπάντεχο αυτό αποτέλεσμα έστειλε τους επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να τρέξουν να εξηγήσουν την κοσμική επιτάχυνση. Ποια δύναμη μπορεί να οδηγήσει κάθε γαλαξία να ορμήξει μακριά από κάθε άλλο ολοένα και πιο γρήγορα; Η πιο ελπιδοφόρα απάντηση μας έρχεται από μια παλιά ιδέα του Αϊνστάιν. Όλοι μας χρησιμοποιούμε τη βαρύτητα σαν μια δύναμη που κάνει μόνο ένα πράγμα: να έλκει δύο αντικείμενα το ένα προς το άλλο. Όμως, στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα μπορεί να κάνει και κάτι άλλο: μπορεί να απομακρύνει τα πράγματα. Πώς; Λοιπόν, η βαρύτητα που ασκείται από οικεία αντικείμενα σαν το φεγγάρι, τη γη, και τον ήλιο είναι σίγουρα ελκυστική. Αλλά οι εξισώσεις του Einstein δείχνουν ότι αν ο χώρος περιέχει κάτι άλλο – όχι συγκέντρωση ύλης, αλλά μια αόρατη ενέργεια, ένα είδος αόρατης ομίχλης που είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη μέσα στο χώρο, τότε η βαρύτητα που ασκείται από την ενεργειακή ομίχλη θα είναι απωστική.
Αυτό ακριβώς είναι που χρειαζόμαστε για να εξηγήσουμε τις παρατηρήσεις. Η απωστική βαρύτητα μιας αόρατης ενεργειακής ομίχλης που καλύπτει τον χώρο – και που σήμερα ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια – θα ωθήσει τον κάθε γαλαξία μακριά από κάθε άλλο, αναγκάζοντας την διαστολή να επιταχυνθεί και όχι να επιβραδυνθεί.
Αλλά υπάρχει ένα εμπόδιο. Όταν οι αστρονόμοι συμπέραναν πόση σκοτεινή ενέργεια θα πρέπει να διαπερνά κάθε πτυχή του χώρου για να φτάσουμε στην παρατηρούμενη κοσμική επιτάχυνση, βρήκαν έναν αριθμό που κανείς δεν μπόρεσε να εξηγήσει. Εκφρασμένη στις σχετικές μονάδες, η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι εξαιρετικά μικρή:
.0000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000138. 
Ταυτόχρονα, οι προσπάθειες από άλλους ερευνητές να υπολογίσουν την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας από τους νόμους της φυσικής έχουν αποφέρει αποτελέσματα που είναι συνήθως εκατό τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη, ίσως η μεγαλύτερη αναντιστοιχία μεταξύ της παρατήρησης και της θεωρίας στην ιστορία της επιστήμης.
Και αυτό έχει μας οδηγήσει σε κάποιο ψάξιμο για την διαφορά αυτή.
Οι φυσικοί από καιρό πίστευαν ότι με αρκετή σκληρή δουλειά, πειραματισμό, και έντονο υπολογισμό, καμία λεπτομέρεια σχετικά με τη θεμελιώδη σύνθεση της πραγματικότητας δεν θα βρίσκεται έξω ​​από την επιστημονική εξήγηση. Βεβαίως, δεν έχουν δοθεί εξηγήσεις για πολλές λεπτομέρειες, όπως για τις μάζες των σωματιδίων σαν τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ. Ωστόσο, οι φυσικοί προσδοκούν ότι σε κάποιο εύθετο χρόνο θα βρουν τις εξηγήσεις.
Η θεαματική αποτυχία των προσπαθειών για να εξηγήσουν την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας έχει εγείρει ερωτήματα σχετικά με αυτήν την εμπιστοσύνη, οδηγώντας μερικούς φυσικούς να ακολουθήσουν μια ριζικά διαφορετική επεξηγηματική προσέγγιση, η οποία προτείνει (και πάλι) την πιθανή ύπαρξη ενός πολυσύμπαντος.
Η λύση του πολυσύμπαντος
Η νέα προσέγγιση έχει επιστημονική ρίζες που εκτείνονται πίσω στις αρχές του 1600, όταν ο μεγάλος αστρονόμος Γιοχάνες Κέπλερ είχε εμμονή με την κατανόηση ενός διαφορετικού αριθμού: τα 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μεταξύ του ήλιου και της γης. Ο Κέπλερ αγωνίστηκε για χρόνια να εξηγήσει γιατί υπάρχει αυτή η απόσταση, αλλά ποτέ δεν το πέτυχε, και σήμερα ο λόγος αυτός είναι σαφής. Τώρα γνωρίζουμε ότι υπάρχουν πάρα πολλοί πλανήτες, σε τροχιά γύρω από γονικά αστέρια σε πάρα πολλές διαφορετικές αποστάσεις, γεγονός που αποδεικνύει την πλάνη στο πλαίσιο της προσπάθειάς του Κέπλερ – οι νόμοι της φυσικής δεν ξεχωρίζουν καμιά ιδιαίτερη απόσταση ως ειδική. Αντιθέτως, αυτό που διακρίνει την απόσταση Γης – Ήλιου είναι απλώς ότι δίνει τις αναγκαίες προϋποθέσεις να φιλοξενήσει τη ζωή: αν αυτή ήταν πολύ πιο κοντά ή πιο μακριά από τον ήλιο, οι ακραίες θερμοκρασίες θα απέτρεπαν τον σχηματισμό της ζωής. Έτσι, αν και ο Κέπλερ βρισκόταν σε μια άγρια ​​αναζήτηση μιας θεμελιώδους εξήγησης για την απόσταση Γης-Ήλιου, υπάρχει μια θεμελιώδης εξήγηση: γιατί εμείς οι άνθρωποι βρισκόμαστε εδώ σε μια τέτοια κατάλληλη απόσταση.
Αναζητώντας την εξήγηση για την ειδική τιμή της σκοτεινής ενέργειας, ίσως να έχουμε κάνει ένα λάθος ανάλογο με αυτό του Κέπλερ. Η καλύτερη κοσμολογική θεωρία, η πληθωριστική θεωρία, φυσικά μας οδηγεί σε άλλα σύμπαντα. Ίσως, τότε, όπως ακριβώς υπάρχουν πολλοί πλανήτες σε τροχιά γύρω από αστέρια και σε πολλές διαφορετικές αποστάσεις, ίσως λοιπόν να υπάρχουν πολλά σύμπαντα που να περιέχουν πολλά διαφορετικά ποσά σκοτεινής ενέργειας. Αν αυτό πράγματι συμβαίνει, το να ζητήσουμε από τους νόμους της φυσικής να εξηγήσουν μια συγκεκριμένη τιμή της σκοτεινής ενέργειας θα ήταν εξίσου λάθος, σαν να προσπαθούμε να εξηγήσουμε μια συγκεκριμένη πλανητική απόσταση. Αντ ‘αυτού, το σωστό ήταν να ερωτήσουμε : γιατί εμείς οι άνθρωποι βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν με το συγκεκριμένο ποσό της σκοτεινής ενέργειας την οποία έχουμε μετρήσει, αντί για κάποια άλλη δυνατότητα;
Αυτό όμως είναι ένα ερώτημα που μπορούμε να αντιμετωπίσουμε. Σε σύμπαντα με μεγαλύτερα ποσά σκοτεινής ενέργειας, όπου η ύλη προσπαθεί να συσσωρευτεί φτιάχνοντας γαλαξίες, η απωστική πίεση της σκοτεινής ενέργειας είναι τόσο ισχυρή ώστε η συσσώρευση πάει να καταρρεύσει, ανατρέποντας έτσι την γαλαξιακή δημιουργία. Σε άλλους Κόσμους τώρα των οποίων η τιμή της σκοτεινής ενέργειας είναι πολύ μικρότερη, η απωστική πίεση δεν υπερτερεί της βαρυτικής έλξης, αναγκάζοντας τα σύμπαντα να καταρρεύσουν πίσω στον εαυτό τους τόσο γρήγορα που και πάλι οι γαλαξίες δεν θα σχηματίζονταν. Και χωρίς γαλαξίες, δεν υπάρχουν αστέρια, ούτε πλανήτες, έτσι και σε αυτά τα σύμπαντα δεν υπάρχει πιθανότητα να σχηματιστεί η ζωή που ξέρουμε.
Και έτσι βρισκόμαστε σε αυτό το σύμπαν και όχι σε άλλο για τον ίδιο λόγο που βρισκόμαστε στη Γη και όχι στον Ποσειδώνα – βρισκόμαστε εκεί όπου οι συνθήκες είναι ώριμες για να σχηματιστεί η ζωή μας. Ακόμη και χωρίς να είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε τα άλλα Σύμπαντα, η ύπαρξή τους θα παίζει έτσι έναν επιστημονικό ρόλο: το πολυσύμπαν προσφέρει μια λύση στο μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας, καθιστώντας την ποσότητα που παρατηρούμε πλήρως κατανοητή.
Ή έτσι ώστε να είναι αυτό που ισχυρίζονται οι υποστηρικτές του πολυσύμπαντος.
Πολλοί άλλοι βρίσκουν την εξήγηση αυτή ανικανοποίητη, ανόητη, ακόμα και προσβλητική, υποστηρίζοντας ότι η επιστήμη έχει ως στόχο να δώσει οριστικές, ακριβείς, και όχι ποσοτικές εξηγήσεις, ιστορίες «στο περίπου».
Πάντως η ουσιαστική αντίθεση εδώ είναι ότι εάν το χαρακτηριστικό που προσπαθείτε να εξηγήσετε (πχ η τιμή της σκοτεινής ύλης), μπορεί να παίρνει μια ευρεία ποικιλία διαφορετικών τιμών στο τοπίο της πραγματικότητας, τότε η αναζήτηση μιας οριστικής εξήγησης για μια ορισμένη τιμή θα είναι σίγουρα λάθος.
Ακριβώς όπως δεν έχει νόημα να ζητήσουμε μια ορισμένη πρόβλεψη της απόστασης στην οποία βρίσκονται οι πλανήτες γύρω από τα αστέρια τους, επειδή υπάρχουν πολλές δυνατές αποστάσεις, έτσι και αν είμαστε μέρος ενός πολυσύμπαντος δεν θα είχε κανένα νόημα να ζητήσουμε την οριστική πρόβλεψη της τιμής της σκοτεινής ενέργειας, δεδομένου ότι θα υπάρχουν πολλές πιθανές τιμές.
Το πολυσύμπαν δεν αλλάζει την επιστημονική μέθοδο ή τα λιγότερα επεξηγηματικά στάνταρτ. Αλλά αυτό μας ζητά να αναθεωρήσουμε τα λάθη μας αν έχουμε θέσει λανθασμένες ερωτήσεις.
Η θεωρία των χορδών
Φυσικά, για να επιτύχει αυτή η προσέγγιση, πρέπει να είμαστε βέβαιοι ότι μεταξύ των πολλών διαφορετικών τιμών της σκοτεινής ενέργειας του πολυσύμπαντος, θα είναι και αυτή που έχουμε μετρήσει στο δικό μας σύμπαν. Και εδώ έρχεται στο προσκήνιο η έρευνα της θεωρίας των χορδών, .
Η θεωρία των χορδών είναι μια προσπάθεια να γίνει πραγματικότητα το όνειρο του Αϊνστάιν για μια «ενοποιημένη θεωρία» που να μπορεί να ενώσει όλη την ύλη και τις δυνάμεις σε ένα ενιαίο μαθηματικό τοπίο. Η θεωρία αυτή αρχικά διατυπώθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960, και οραματίζεται ότι βαθιά μέσα σε κάθε θεμελιώδες σωματίδιο κρύβεται ένα μικρό, παλλόμενο σαν χορδή νήμα ενέργειας. Και όπως τα διάφορα μοτίβα δονήσεων στις χορδές του βιολιού αποδίδουν διαφορετικές μουσικές νότες, έτσι και τα διαφορετικά μοτίβα δονήσεων αυτών των μικροσκοπικών χορδών θα αποφέρουν τα διαφορετικά είδη σωματιδίων.
Οι πρωτοπόροι των χορδών πρόβλεπαν ότι η άκαμπτη μαθηματική αρχιτεκτονική της θεωρίας των χορδών θα αποδώσει σύντομα ένα ενιαίο σύνολο οριστικών και ελέγξιμων προβλέψεων. Αλλά καθώς περνούσαν τα χρόνια, η λεπτομερής ανάλυση των εξισώσεων της θεωρίας αποκάλυψε πολλές λύσεις, που η κάθε μία αντιπροσωπεύει ένα διαφορετικό πιθανό σύμπαν. Και η λέξη πολλές σημαίνει πολλά σύμπαντα. Σήμερα, η καταμέτρηση των πιθανών Κόσμων βρίσκει σχεδόν ένα ακατανόητο νούμερο 10500, ένα αριθμός τόσο μεγάλος αψηφά την αναλογία.
Για μερικούς υποστηρικτές της θεωρίας των χορδών αυτή η καταπληκτική αποτυχία να παραγάγει ένα μοναδικό σύμπαν – το δικό μας – ήταν ένα καταστροφικό πλήγμα. Αλλά για εκείνους που προωθούν το πολυσύμπαν, η τεράστια ποικιλία των πιθανών συμπάντων της θεωρίας των χορδών,  έχει αποδειχθεί ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη του πολυσύμπαντος.
Ακριβώς όπως χρειάζεστε ένα καλά εξοπλισμένο κατάστημα υποδημάτων για να σας εγγυηθούν ότι θα βρείτε το μέγεθος των υποδημάτων σας, έτσι και ένα καλά εξοπλισμένο πολυσύμπαν μπορεί να εγγυηθεί ότι μπορεί να υπάρχει το δικό μας σύμπαν, με την ιδιαίτερη ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας. Αν και ποτέ δεν τελειώνει η σειρά των big bangs θα αποφέρει μια τεράστια συλλογή από σύμπαντα, πολλά εκ των οποίων θα έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά, όπως ένα κατάστημα παπουτσιών έχει στοίβες και σωρούς από τα μεγέθη 38 και 45, αλλά τίποτα στο μέγεθος που ζητάτε.
Ωστόσο, με το συνδυασμό της πληθωριστικής κοσμολογίας και της θεωρίας των χορδών, το απόθεμα των συμπάντων ‘υπερχειλίζει’: στα χέρια του πληθωρισμού, ο τεράστιος αριθμός των διαφορετικών συμπάντων 10500 της θεωρίας των χορδών γίνονται πραγματικά σύμπαντα, που ήρθαν στη ζωή με ένα big bang το ένα μετά το άλλο. Ο Κόσμος μας, στη συνέχεια, σχεδόν εγγυημένα είναι ανάμεσά τους. Και εξ αιτίας των ειδικών χαρακτηριστικών που απαιτούνται για να σχηματιστεί η ζωής μας, αυτό είναι το σύμπαν που ζούμε.
Υψηλού κινδύνου επιστήμη
Πριν από χρόνια, ο Carl Sagan τόνιζε ότι οι ασυνήθιστοι ισχυρισμοί απαιτούν εξαιρετικές αποδείξεις. Άραγε μπορούμε να συλλέξουμε στοιχεία που να υποστηρίζουν μια πρόταση που επικαλείται άλλα σύμπαντα;
Επειδή τα άλλα σύμπαντα θα βρίσκονται πέρα ​​από όσο μπορούμε να παρατηρήσουμε, μπορεί να φανεί ότι η απάντηση είναι όχι, τοποθετώντας το πολυσύμπαν έξω από τα όρια της επιστήμης. Αλλά αυτό το συμπέρασμα είναι πάρα πολύ βιαστικό. Αποδεικτικά στοιχεία για το πολυσύμπαν, μπορούν να συλλεχθούν, ακόμη και όταν μερικά από τα σημαντικά χαρακτηριστικά του είναι απρόσιτα.
Πάρτε τις μαύρες τρύπες. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν συνήθως τη γενική σχετικότητα για να μιλήσουν με σιγουριά για το τι συμβαίνει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, αν και τίποτα, ούτε καν το φως, μπορεί να δραπετεύσει από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας, καθιστώντας τις μη παρατηρήσιμες. Η δικαιολογία είναι ότι μόλις μια θεωρία κάνει μια πληθώρα ακριβών προβλέψεων για τα πράγματα που μπορούμε να παρατηρήσουμε, όπως κάνει η γενική σχετικότητα, έχουμε δικαιολογημένα κερδίσει την εμπιστοσύνη στις προβλέψεις της θεωρίας για τα πράγματα που δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε.
Ομοίως, εάν μια πρόταση που επικαλείται το πολυσύμπαν κερδίσει την εμπιστοσύνη μας, κάνοντας τις σωστές προβλέψεις για τα πράγματα που μπορούμε να έχουμε πρόσβαση, στα πράγματα του δικού μας σύμπαντος, τότε η εμπιστοσύνη μας στην πρόβλεψη της θεωρίας για άλλα σύμπαντα, έστω κι δεν έχουμε πρόσβαση σε αυτά, δικαίως θα αυξηθεί.
Μέχρι σήμερα, είμαστε μακριά από αυτό το σημείο. Η πληθωριστική κοσμολογία κάνει ακριβείς προβλέψεις σχετικά με τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Η σκοτεινή ενέργεια, εξηγεί με ακρίβεια την επιταχυνόμενη διαστολή.Αλλά η θεωρία των χορδών παραμένει υποθετική, σε μεγάλο βαθμό διότι τα κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσματα της εκδηλώνονται σε κλίμακες, δισεκατομμύρια φορές μικρότερες από ό,τι μπορεί να ανιχνεύσει ακόμη και ο πιο ισχυρός επιταχυντής σήμερα.
Οι περισσότερες άμεσες αποδείξεις για το πολυσύμπαν μπορεί να προέλθουν από τις πιθανές συγκρούσεις μεταξύ του διαστελλόμενου σύμπαντος μας και των γειτονικών του. Μια τέτοια κοσμική σύγκρουση θα δημιουργήσει ένα επιπλέον μοτίβο διακυμάνσεων της θερμοκρασίας στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, που ελπίζουμε κάποιο εξελιγμένα τηλεσκόπια να μπορεί μια μέρα να ανιχνεύσει. Πολλοί θεωρούν αυτή σαν την πιο ελπιδοφόρα δυνατότητα για την εύρεση αποδεικτικών στοιχείων προς υποστήριξη του Πολυσύμπαντος.
Η πρόταση για το πολυσύμπαν είναι αναμφισβήτητα αβέβαιη γι αυτό και θα πρέπει να την προσεγγίζουμε με υγιή σκεπτικισμό και σύνεση.
Φανταστείτε ότι όταν το μήλο έπεσε στο κεφάλι του Νεύτωνα, αυτός δεν εμπνεύστηκε για να αναπτύξει το νόμο της βαρύτητας, αλλά αντίθετα το δικαιολόγησε ότι κάποια μήλα πέφτουν κάτω, άλλα ανεβαίνουν, και εμείς παρατηρούμε την πτώση απλώς και μόνο επειδή αυτά που ανεβαίνουν έχουν προ πολλού αναχωρήσει για το εξωτερικό διάστημα. Το παράδειγμα αυτό είναι χιούμορ, αλλά το σημείο σοβαρό: η χρήση αδιακρίτως του πολυσύμπαντος μπορεί να εκτρέψει τους επιστήμονες ώστε να αναζητήσουν βαθύτερες εξηγήσεις για το σύμπαν. Από την άλλη πλευρά, η αποτυχία να εξετάσουμε το πολυσύμπαν μπορεί να τοποθετήσει τους επιστήμονες σε ένα μονοπάτι σαν του Κέπλερ, στο οποίο κυνηγούν με μανία απαντήσεις σε αναπάντητα ερωτήματα.
Με όλα αυτά θέλω απλά να πω ότι το πολυσύμπαν βρίσκεται ξεκάθαρα σε ένα τομέα της επιστήμης υψηλού κινδύνου. Υπάρχουν πολυάριθμες εξελίξεις που θα μπορούσαν να αποδυναμώσουν το κίνητρο για να κάνουν οι επιστήμονες τελικά το σωστό υπολογισμό της σκοτεινής ενέργειας, ή να επιβεβαιώσουν μια έκδοση της κοσμολογίας του πληθωρισμού που παράγει μόνο ένα σύμπαν, ή να ανακαλύψουν ότι η θεωρία των χορδών δεν υποστηρίζει πλέον την αφθονία των πιθανών συμπάντων. Και ούτω καθεξής.
Αλλά όπως με όλα τα στοιχήματα, ο υψηλός κίνδυνος έρχεται με τη πιθανότητα για το μεγάλο κέρδος. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων πέντε αιώνων έχουμε χρησιμοποιήσει τη δύναμη της παρατήρησης και μαθηματικούς υπολογισμούς για να καταρρίψουν τις παρανοήσεις. Από ένα σύμπαν όμορφο και μικρό με επίκεντρο τη γη, σε ένα σύμπαν γεμάτο από δισεκατομμύρια γαλαξίες, το ταξίδι ήταν τόσο συναρπαστικό και συγκινητικό. Έχουμε ήδη υποχρεωθεί να εγκαταλείψουμε την ιερή πίστη στη δική μας κεντρική θέση, αλλά με τέτοιο κοσμικό υποβιβασμό έχουμε αποδείξει την ικανότητα του ανθρώπινου πνεύματος να φθάνει πολύ πιο πέρα ​​από τα όρια της απλής εμπειρίας για να αποκαλύψει την την ασυνήθιστη αλήθεια.
Η πρόταση του πολυσύμπαντος μπορεί να είναι λάθος. Αλλά μπορεί επίσης να είναι το επόμενο βήμα σε αυτό το ταξίδι, αποκαλύπτοντας ένα εκπληκτικό πανόραμα από σύμπαντα που γεμίζουν ένα τεράστιο κοσμικό τοπίο. Για μερικούς επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου και εμού, η πιθανότητα αυτή κάνει το ρίσκο να αξίζει κάποιος να τον πάρει.
Συγγραφέας: Μπράιαν Γκριν, καθηγητής της φυσικής και των μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, και συν-ιδρυτής του Παγκόσμιου Φεστιβάλ Επιστήμης. Σπούδασε στο Harvard και την Οξφόρδη. Το πιο πρόσφατο βιβλίο του, The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos, διερευνά το πολυσύμπαν.
(από physics4u)

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts with Thumbnails