Καλώς ήλθατε στο Πολυσύμπαν

«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 Άλμπερτ Αϊνστάιν, 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. [...]

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 καταπληκτική 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 δικής 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.

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.

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 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 τροφοδοτούσαν 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. 

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 αν 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 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.

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.

πηγή