Δεν εξηγείται το Σύμπαν χωρίς τον Θεό, λέει Καθηγητής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης

Ο μαθηματικός Τζον Λέννοξ εξέφρασε πρόσφατα τις αμφιβολίες του για τα συμπεράσματα του Χόκινγκ στον βρετανικό τύπο:

Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι ο Στήβεν Χόκινγκ είναι άτομο διανοητικά τολμηρό, όσο και σωματικά ηρωικό. 

Στο τελευταίο βιβλίο του (βλέπε παλαιότερη ανάρτηση), ο διάσημος φυσικός, εξαπέλυσε μια τολμηρή πρόκληση για τη παραδοσιακή θρησκευτική πίστη και τη θεϊκή δημιουργία του σύμπαντος. 

Σύμφωνα με τον Χόκινγκ, οι νόμοι της φυσικής και όχι το θέλημα του Θεού, προσφέρουν την πραγματική εξήγηση για το πώς η ζωή στη γη τέθηκε σε λειτουργία. 

Το Μπίγκ Μπάνγκ, υποστηρίζει, ήταν η αναπόφευκτη συνέπεια αυτών των νόμων: "Επειδή υπάρχει ένας νόμος όπως η βαρύτητα, το σύμπαν μπόρεσε να αυτο-δημιουργηθεί από το τίποτα". 

Δυστυχώς, ενώ το επιχείρημα αυτό του Χόκινγκ χαιρετίστηκε ως πρωτοποριακό, δεν είναι καινούργιο. Χρόνια τώρα, επιστήμονες εκφράζουν παρόμοιες θέσεις, υποστηρίζοντας ότι η τρομερά πολύπλοκη δημιουργικότητα του κόσμου γύρω μας μπορεί να ερμηνευτεί δια μέσω των φυσικών νόμων όπως π.χ. τη βαρύτητα. 

Παρόλο που πρόκειται για μια απλουστευμένη προσέγγιση, φαίνεται πως στην εποχή μας, την οποία χαρακτηρίζει ένα πνεύμα εκκοσμίκευσης και δυσπιστίας, βρίσκει ακόμα απήχηση. 

Όμως, τόσο ως επιστήμονας, όσο και ως Χριστιανός, θα έλεγα ότι ο ισχυρισμός του Χόκινγκ είναι λανθασμένος. Μας καλεί να επιλέξουμε ανάμεσα στο Θεό και τους νόμους της φύσης, σαν οι δυό αυτοί παράγοντες να βρίσκονται αναγκαστικά σε αμοιβαία σύγκρουση.

Αντίθετα με όσα ισχυρίζεται ο Χόκινγκ, οι νόμοι της φύσης δεν μπορεί να δώσουν πλήρη εξήγηση του σύμπαντος, επειδή δεν δημιουργούν, αλλά απλώς περιγράφουν κάτι που συμβαίνει κάτω από συγκεκριμένες προϋποθέσεις. Εδώ ο Χόκινγκ φαίνεται πως συγχέει τους νόμους με τις επιδράσεις των. 

Μας καλεί να επιλέξουμε ανάμεσα στο Θεό και τη φυσική, κάτι που μοιάζει σαν να επιλέγαμε ανάμεσα στον αεροναυπηγό-εφευρέτη Φράνκ Ουίττλ και τους νόμους της φυσικής για να εξηγήσουμε την δημιουργία του κινητήρα τζέτ. Πρόκειται για σύγχυση κατηγοριών. 

Οι νόμοι της φυσικής μπορεί να εξηγήσουν πώς λειτουργεί η μηχανή τζετ, αλλά χρειάζεται κάποιος που θα επινοήσει και θα κατασκευάσει μια τέτοια μηχανή, που θα την τροφοδοτήσει με καύσιμα και να την ξεκινήσει. Ο κινητήρας τζέτ δεν θα μπορούσε να δημιουργηθεί χωρίς τους νόμους της φυσικής - αλλά ήταν αναγκαίο επίσης και το ευφυές έργο επινόησης και κατασκευής ενός Ουίττλ. 

Οι νόμοι της φυσικής λοιπόν δεν είναι το μόνο απαραίτητο στοιχείο για τη δημιουργία του σύμπαντος. Χρειάζεται και η συμμετοχή μιάς ευφυούς δύναμης. Για να χρησιμοποιήσουμε μια απλή αναλογία, οι νόμοι της μηχανικής του Ισαάκ Νεύτωνα από μόνοι τους ποτέ δεν θα ήταν σε θέση να θέσουν σε κίνηση μια σφαίρα μπιλιάρδου. Αυτό γίνεται μόνο με κάποια δράση όπως π.χ. τα ανθρώπινα χέρια που χρησιμοποιούν μια στέκα. 

Το επιχείρημα του Χόκινγκ φαντάζει ακόμα πιο παράλογο, με τον ισχυρισμό του, πως η απλή ύπαρξη της βαρύτητας έκανε αναπόφευκτη τη δημιουργία του σύμπαντος. Και ρωτάμε, πώς ήρθε σε ύπαρξη η βαρύτητα; Ποιός την έθεσε σε λειτουργία; Ποιά δημιουργική δύναμη κρύβεται πίσω από τη γέννησή της;

Επίσης ο Χόκινγκ, για να στηρίξει τη θεωρία του περί αυθόρμητης δημιουργίας, ισχυρίζεται πως χρειάστηκε μόνο το γιαλόχαρτο για να κάνει το σπίρτο της δημιουργίας του σύμπαντος ν’ ανάψει. Το ουσιαστικό ζήτημα όμως είναι: από που προήλθε το «γιαλόχαρτο» αυτό; Και ποιός έκανε το σπίρτο να «ανάψει» αν όχι ο Θεός; Επομένως, ένα μεγάλο μέρος του σκεπτικού που κρύβεται πίσω από τα επιχειρήματα του Χόκινγκ αποτελείται από μια προκατάλειψη ότι υπάρχει βαθιά σύγκρουση ανάμεσα στην επιστήμη και τη θρησκεία. Απ΄ότι γνωρίζω όμως δεν υπάρχει τέτοιου είδους αντιπαράθεση.

Ως πιστός Χριστιανός ανακαλύπτω πως η ομορφιά των επιστημονικών νόμων ενισχύει την πίστη μου σε μια ευφυή, θεϊκή δημιουργική δύναμη που ενεργεί στη φύση. Όσο περισσότερο κατανοώ την επιστήμη, τόσο περισσότερο ενισχύεται η πίστη μου στο Θεό, επειδή εκπλήσσομαι από το εύρος, τη πολυπλοκότητα αλλά και την τελειότητα που υπάρχει στη δημιουργία. 

Το ότι η επιστήμη άρχισε τόσο σθεναρά να ανθεί τον 16ο και 17ο αιώνα εξηγείται από το ότι οι νόμοι της φύσης, που την εποχή εκείνη άρχισαν να ανακαλύπτονται και να καθορίζονται, αντανακλούν την επιρροή ενός θείου νομοθέτη. Ένα από τα θεμελιώδη θέματα του Χριστιανισμού είναι ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε με βάση ενός λογικού, ευφυούς σχεδίου. Χωρίς να βρίσκεται σε αντιπαράθεση με την επιστήμη, η χριστιανική πίστη είναι επιστημονικά σαφής και λογική.

Πριν από μερικά χρόνια, ο επιστήμονας Τζόζεφ Νίντχαμ έκανε μια εκτενή μελέτη για τη τεχνολογική ανάπτυξη της Κίνας. Με την ανάλυσή του επιχείρησε να κατανοήσει για ποιό λόγο η Κίνα, παρ΄ όλες τις αρχικές καινοτομίες της ιστορίας της, τελικά έπεσε τόσο πίσω από την Ευρώπη στην πρόοδο της επιστήμης. 

Ο Νίντχαμ οδηγήθηκε στο συμπέρασμα ότι η γρήγορη εξέλιξη στην ευρωπαϊκή επιστήμη προωθήθηκε ιδιαίτερα από τη διαδεδομένη πεποίθηση σε μια ορθολογική δημιουργική δύναμη, γνωστή ως ο Θεός, η οποία καθιστά τους επιστημονικούς νόμους κατανοητούς.

Παρ'όλα αυτά, ο Χόκινγκ και άλλοι επικριτές της θρησκείας θέλουν να μας κάνουν να πιστεύουμε ότι η δημιουργία δεν είναι παρά μια τυχαία συλλογή μορίων, δηλαδή το αποτέλεσμα μιας άσκοπης διαδικασίας. Αν αυτό όντως αληθεύει, θα ήταν ικανό να υπονομεύσει την ορθολογική βάση της ίδιας της επιστήμης. Αν ο εγκέφαλός μας είναι όντως το αποτέλεσμα μιας διαδικασίας χωρίς καθοδήγηση, χωρίς σκοπό, τότε γιατί να προϋποθέτουμε την ικανότητα της νοημοσύνης ως το βασικό εργαλείο της ανθρώπινης ενασχόλησης με την επιστήμη;

Ζούμε στην εποχή της πληροφορίας. Όταν δούμε κάποια γράμματα της αλφαβήτου να σχηματίζουν το όνομά μας στην άμμο, δεν είναι η άμεση ανταπόκριση μας να τα αναγνωρίσουμε ως το έργο ενός ευφυούς όντος; Πόσο πιο πιθανό άραγε είναι να βρίσκεται ένας ευφυής Δημιουργός πίσω από το ανθρώπινο DNA, την κολοσσιαία αυτή βιολογική βάση δεδομένων που περιέχει όχι λιγότερα από 3,5 δισεκατομμύρια «γράμματα»;

Είναι συναρπαστικό το γεγονός ότι ο Χόκινγκ, ενώ επιτίθεται στη θρησκεία, αισθάνεται ωστόσο αναγκασμένος να δώσει μεγάλη έμφαση στην θεωρία του Μπίγκ Μπάνγκ. Διότι ακόμη και αν σε κάποιους πιστούς δεν αρέσει ως θεωρία, ταιριάζει όμως απόλυτα με τη χριστιανική αφήγηση της δημιουργίας. Αυτός είναι και ο λόγος που, πρίν το Μπίγκ Μπάνγκ καλά-καλά αποκτήσει εγκυρότητα ως θεωρία, πολλοί επιστήμονες δήλωναν πρόθυμοι να την απορρίψουν, ακριβώς επειδή αυτή φαινόταν ότι υποστηρίζει την ιστορία της δημιουργίας στην Αγία Γραφή. 

Κάποιοι βέβαια επιμένουν στην αριστοτέλεια άποψη ενός «αιώνιου σύμπαντος», χωρίς αρχή και τέλος, αλλά η θεωρία αυτή, καθώς και οι μετέπειτα παραλλαγές της, έχει καταντήσει πλέον αναξιόπιστη.

Ωστόσο, στοιχεία για την ύπαρξη του Θεού δεν προέρχονται μόνο από τη σφαίρα της επιστήμης. Στο πλαίσιο της χριστιανικής πίστης, υπάρχει και το ισχυρό αποδεικτικό στοιχείο ότι ο Θεός ο ίδιος αποκαλύφθηκε στην ανθρωπότητα μέσω του Ιησού Χριστού εδώ και δύο χιλιετίες. Αυτό όχι μόνο τεκμηριώνεται καλά από τις ίδιες τις γραφές και άλλες μαρτυρίες, αλλά βασίζεται και σε έναν πλούτο αρχαιολογικών ευρημάτων. 

Επιπλέον, οι θρησκευτικές εμπειρίες εκατομμυρίων πιστών δεν μπορούν να απορριφθούν ελαφρά τη καρδία. Εγώ ο ίδιος και η οικογένειά μου μπορούμε να βεβαιώσουμε πως η πίστη είχε θετική επιρροή στις ζωές μας, κάτι που αψηφά την ιδέα πως δεν είμαστε τίποτα περισσότερο από μια τυχαία συλλογή μορίων. Ένα επίσης ισχυρό επιχείρημα είναι η προφανής πραγματικότητα ότι είμαστε ηθικά όντα, ικανά να διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ σωστού και λάθους. Δεν υπάρχει επιστημονική εξήγηση για μια τέτοια ηθική. 

Επίσης, η φυσικοί νόμοι δεν μπορούν να εμπνεύσουν μέσα μας την ανησυχία για τον άλλο, ούτε το πνεύμα αυταπάρνησης που υπάρχει στις ανθρώπινες κοινωνίες από τις αρχές της ιστορίας τους. Η ύπαρξη κοινών ηθικών αξιών τονίζει την ύπαρξη μιας υπερβατικής δύναμης πέρα από τους επιστημονικούς νόμους. 

Αν το καλοσκεφτεί κανείς, πάντοτε το μήνυμα του αθεϊσμού είχε κάτι το περίεργα καταθλιπτικό, επειδή απεικόνιζε τους ανθρώπους απλώς ως πλάσματα εγωιστικά που δεν έχουν άλλο σκοπό από την επιβίωση και την αυτο-ικανοποίηση. 

Ο Χόκινγκ πιστεύει επίσης ότι η πιθανή ύπαρξη άλλων μορφών ζωής στο σύμπαν υπονομεύει την παραδοσιακή θρησκευτική πεποίθηση ότι ζούμε σε έναν μοναδικό πλανήτη που ο Θεός δημιούργησε. Δεν υπάρχει όμως μέχρι στιγμής καμία απόδειξη πως άλλες μορφές ζωής υπάρχουν εκεί έξω, ούτε και ο Χόκινγκ μας παρουσιάζει κάποια.

Βρίσκω διασκεδαστικό το γεγονός ότι κάποιοι άθεοι υποστηρίζουν την ύπαρξη εξωγήινης νοημοσύνης πέρα από τη γη. Γιατί όμως είναι τόσο πρόθυμοι να αμφιβάλλουν και να καταγγείλουν την οποιαδήποτε πιθανότητα ύπαρξης ενός τεράστιου, νοήμονος όντος, του Θεού;

πηγή-efilos Έραστος Φίλος

Διαβάστε περισσότερα... »

Ήταν η Μεγάλη Έκρηξη, η αρχή της Δημιουργίας του Σύμπαντος;

Ακόμα και σήμερα πολλοί υποστηρίζουν, για διάφορους λόγους ότι η Μεγάλη Έκρηξη αποτελεί την αρχή της Συμπαντικής δημιουργίας. Μια αντίθετη άποψη θα ανέτρεπε μια σειρά θεολογικών και κοινωνικών δογμάτων και ως εκ τούτου κρινόταν ως μη αποδεκτή.

Η Επιστήμη όμως δεν υπακούει σε κοινωνικούς και θεολογικούς αφορισμούς και ως εκ τούτου αποκαλύπτει ότι το Σύμπαν των αισθήσεων και παρατηρήσεών μας γεννήθηκε από κάτι το οποίο προϋπήρχε της Μεγάλης Έκρηξης…

Τι υπήρξε πριν υπάρξει το αισθητό Σύμπαν;

Δρ Μάνος Δανέζης

Επίκουρος Καθηγητής Αστροφυσικής ΕΚΠΑ

Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής

Τμήμα Φυσικής-Πανεπιστήμιο Αθηνών

Όλοι γνωρίζουμε την κλασική Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, μέσα από την οποία, όπως πιστεύουμε σήμερα, γεννήθηκε το παρατηρούμενο Σύμπαν μας. Η θεωρία αυτή αν και μας διηγείται το πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν, μετά το μεγάλο κοσμικό μπαμ, δεν μας λέει τίποτα για το υλικό που προϋπήρχε αυτής της Μεγάλης Έκρηξης, ούτε και για το τι την προκάλεσε.

Βέβαια πάντα πλανιόταν πάνω από την επιστημονική άποψη το φιλοσοφικό δόγμα ότι τίποτα δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το τίποτα. Η σκέψη αυτή όμως έβρισκε αντίθετη τη δυτική θεολογία, η οποία θεωρούσε αιρετική κάθε προσπάθεια επιστημονικής ερμηνείας της προέλευσης της ορατής ύλης του Σύμπαντος, θεωρώντας ότι πίσω από τη Μεγάλη Έκρηξη υπήρχε μόνον ο Θεός. 

Η επιστήμη, όμως, δεν υπόκειται σε θεολογικά δόγματα και το μεγάλο αυτό επιστημονικό κενό επιχειρεί να το καλύψει σήμερα, η πληθωριστική θεωρία, εισάγοντας μια σειρά νέων ιδεών και φυσικών καταστάσεων. Ας δούμε λοιπόν κάποιες βασικές ιδέες αυτής της σύγχρονης κοσμολογικής άποψης.

Τα πεδία Higgs

Όπως πιστεύουμε σήμερα, οι τέσσερις δυνάμεις που παρατηρούνται στο Σύμπαν, δηλαδή η Βαρύτητα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ισχυρή και η ασθενής πυρηνική αλληλεπίδραση, τις πρώτες στιγμές της ζωής του Σύμπαντος ήταν ενωμένες σε μία και μοναδική δύναμη.

Η δύναμη αυτή τις επόμενες, ελαχιστότατες στιγμές της ζωής του Σύμπαντος, διασπάστηκε και κατ’ αυτό τον τρόπο δημιουργήθηκαν οι δυνάμεις που γνωρίζουμε σήμερα.

Ως αίτιο της διάσπασης της μίας και μοναδικής δύναμης που υπήρχε στην αρχή της συμπαντικής ζωής, σήμερα θεωρούνται ότι είναι κάποια πεδία τα οποία ονομάζονται πεδία Higgs, από τον Σκοτσέζο φυσικό PeterHiggs, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, ο οποίος πρώτος τα επινόησε.

Όπως γνωρίζουμε σήμερα, η ενέργεια ενός πεδίου είναι συγκεντρωμένη σε ένα σύνολο ομοειδών στοιχειωδών σωματιδίων τα οποία και το δημιουργούν. Έτσι ακριβώς και η ενέργεια των πεδίων Higgs είναι μαζεμένη σε ένα μεγάλο αριθμό σωματιδίων τα οποία ονομάζονται, αντιστοίχως σωματίδια Higgs.

Η ιδέα ύπαρξης των πεδίων και των σωματιδίων Higgs είναι ένα από τα βασικά στοιχεία πάνω στα οποία στηρίζεται μια νέα φυσική θεωρία, η θεωρία του πληθωρισμού που έχει ως στόχο της να διερευνήσει τόσο το τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, όσο και τα φυσικά φαινόμενα που τη δημιούργησαν.

Πριν τη Δημιουργία

Ένα δεύτερο βασικό στοιχείο πάνω στο οποίο θεμελιώνεται η θεωρία του πληθωρισμού είναι η ύπαρξη μιας νέας παράξενης κατάστασης της ύλης, που προϋπήρχε της αισθητής δημιουργίας, την οποία ονομάζουμε ψευδοκενό. Μέσα από το υλικό αυτό, όπως πιστεύουμε σήμερα, αναδύθηκε το αισθητό και μετρήσιμο Σύμπαν που έχουμε την ψευδαίσθηση ότι μας περιβάλει σαν ένα τεράστιο κοσμικό μπαλόνι.

Τι είναι όμως το ψευδοκενό; Το ψευδοκενό είναι κι αυτό ένα πεδίο, παρόμοιο με το πεδίο Higgs, που το ονομάζουμε επίσημα πεδίο πληθωρισμού. Μην ξεχνάμε ότι πληθωρισμός στην καθομιλουμένη σημαίνει κατά περίπτωση, αύξηση, φούσκωμα ή διαστολή.

Αυτή την παράξενη κατάσταση της ύλης που προϋπήρχε του αισθητού μας Σύμπαντος, αν τη μελετήσουμε για μικρά χρονικά διαστήματα, μοιάζει σαν να είναι σταθερή. Αν όμως τη μελετήσουμε για πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους θα αντιληφθούμε μέσα της πολύ μεγάλες αναταραχές.

Το κενό του ψευδοκενού

Εφόσον όμως το ψευδοκενό αποτελεί μια, έστω και παράδοξη, κατάσταση της ύλης, είναι λογικό επακόλουθο, να μπορούμε να εντοπίσουμε μέσα του, κάτω από κάποιες συνθήκες, περιοχές πραγματικού κενού. Δηλαδή, αφού το ψευδοκενό είναι μια κατάσταση ύπαρξης, μέσα του μπορούμε να διακρίνουμε –κατά περίπτωση– κάποιες περιοχές στις οποίες αυτή η παράδοξη ύπαρξη παίρνει ελαχιστότατες τιμές.

Τι σημαίνει όμως «κενό» του ψευδοκενού; Σημαίνει μια περιοχή που μέσα της δεν υπάρχει καθόλου ενέργεια; Δηλαδή, μια περιοχή που η ενέργειά της έχει συνεχώς την τιμή μηδέν; Ασφαλώς και όχι, γιατί κάτι τέτοιο θα ήταν αντίθετο με την αρχή της απροσδιοριστίας του Heisenberg. 

Η αρχή αυτή μας λέει ότι ένα μέγεθος, όπως για παράδειγμα, η πυκνότητα ενέργειας, δεν μπορεί να έχει συνέχεια την ίδια τιμή, δηλαδή την τιμή μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι μια περιοχή «κενού» μέσα στο ψευδοκενό δεν είναι μια περιοχή που η ενέργειά της είναι συνέχεια μηδέν, αλλά αντίθετα μια περιοχή που παρουσιάζει μια ελάχιστη τιμή της πυκνότητας της ενέργειάς της.

Η θεωρία του πληθωρισμού

Μέσα σ’ αυτές τις περιοχές του ψευδοκενού, όπως περιγράφει η θεωρία, δημιουργείται μια ισχυρότατη απωστική δύναμη, η οποία είναι το αίτιο το οποίο δημιουργεί μια εκπληκτικά γρήγορη διαστολή του κενού χώρου. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται μια ταχύτατα διαστελλόμενη φυσαλίδα κενού μέσα στο υλικό του ψευδοκενού.

Όπως υπολογίζουμε σήμερα, τις πρώτες στιγμές μετά τη γέννηση του Σύμπαντος, οι συνθήκες ήταν οι κατάλληλες προκειμένου να δημιουργηθεί αυτό το φαινόμενο, και έτσι σε απειροελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου διπλασιάστηκαν οι διαστάσεις του Σύμπαντος.

Την ταχύτατη αυτή διαστολή του νεαρότατου τότε Σύμπαντος ο σπουδαίος φυσικός και κοσμολόγος Alan Guth, την ονόμασε πληθωρισμό και έτσι έγινε ο πατέρας της Θεωρίας του Πληθωρισμού.

Ένα Σύμπαν φυσαλίδων

Ας δούμε όμως το πως εξελίχθηκε το προηγούμενο φαινόμενο. Σιγά σιγά οι διαστελλόμενες φυσαλίδες του πραγματικού κενού γέμισαν τον χώρο του συμπαντικού ψευδοκενού, δημιουργώντας ένα φαινόμενο που μοιάζει σαν το βράσιμο του νερού. Οι φυσαλίδες, κατά κύματα, εμφανίστηκαν σε νέες τυχαίες θέσεις στον χώρο. 

Αρχικά, οι δημιουργούμενες φυσαλίδες ήταν μικρές, ενώ στη συνέχεια, μεγάλωσαν με ταχύτητα που πλησίαζε την ταχύτητα του φωτός. Η διαστολή αυτή συνεχίστηκε μέχρι ότου οι φυσαλίδες γέμισαν όλο τον χώρο. Στο εσωτερικό των φυσαλίδων επικρατούσαν συνθήκες πραγματικού κενού και μέσα του τα πεδία Higgs δημιουργούσαν μια σειρά ιδιαίτερων φυσικών ιδιοτήτων για κάθε μια φυσαλίδα.

Κατά τη διάρκεια αυτού του συμπαντικού αναβρασμού, η ενέργεια των πεδίων Higgs είχε τη δυνατότητα να παράγει σωματίδια μεγάλης ενέργειας, τα οποία συγκρουόμενα μεταξύ τους, παρήγαγαν με τη σειρά τους άλλα σωματίδια. Τότε η πληθωριστική διαστολή σταμάτησε και ως αποτέλεσμα των προηγούμενων διαδικασιών έχουμε τη δημιουργία μιας νέας σειράς σωματιδίων πολύ υψηλών θερμοκρασιών, ικανών να δημιουργήσουν αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη.

Όπως είναι φανερό –σύμφωνα με τη Θεωρία του Πληθωρισμού– η Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι η αρχή της συμπαντικής δημιουργίας εφόσον πριν από αυτή, όπως ήδη αναφέραμε, δημιουργήθηκε μια σειρά φυσικών διεργασιών που την προκάλεσαν.

Αυτό όμως που θέλουμε να τονίσουμε είναι ότι με βάση τη Θεωρία του Πληθωρισμού υπολογίζουμε ότι η ακτίνα του ορατού στον άνθρωπο Σύμπαντος είναι 3×1023 φορές μικρότερη από την ακτίνα ολόκληρου του μη αισθητού, άρα και μη παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Με λίγα λόγια το παρατηρούμενο και μετρούμενο από τις ανθρώπινες αισθήσεις και τα επιστημονικά όργανά μας Σύμπαν δεν είναι παρά ένα σπυρί σταριού μέσα σε έναν πολύ μεγάλο σιτοβολώνα!

Όπως είναι φανερό, οι υπόλοιπες περιοχές του Σύμπαντος, πέραν των ορατών, είναι γεμάτες είτε από άλλες συμπαντικές φυσαλίδες ή από την ομοιογενή μάζα του ψευδοκενού.

Μετά τη Μεγάλη Έκρηξη

Ας δούμε όμως ποια είναι η πιθανή μελλοντική εξέλιξη των φυσαλίδων κενού, οι οποίες σύμφωνα με τη Θεωρία του Πληθωρισμού πλημμυρίζουν ολόκληρο το Σύμπαν.

Όπως είπαμε κάποια στιγμή η πληθωριστική διαστολή σταματάει. Τη στιγμή εκείνη η ενέργεια μετασχηματίζεται δημιουργώντας τη συνηθισμένη ύλη που υπάρχει σήμερα στο ορατό Σύμπαν.

Με λίγα λόγια οι φυσαλίδες του πραγματικού κενού από εκεί και πέρα μετατρέπονται διαδοχικά σε φυσαλίδες πραγματικής ύλης

Μόλις εμφανιστεί μια τέτοια φυσαλίδα κανονικής ύλης, το τοίχωμά της διαστέλλεται με ταχύτητα που τελικά πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός. Κατά τη διάρκεια της διαστολής, η τεράστια πυκνότητα ενέργειάς της, δηλαδή η ενέργεια των πεδίων Higgs, που είναι συγκεντρωμένη στο τοίχωμά της, μεγαλώνει συνέχεια.

Όταν τα τοιχώματα δύο φυσαλίδων συγκρουστούν, η ενέργεια των φλοιών τους έχει τη δυνατότητα να απλωθεί ομοιόμορφα στο πλαίσιο μιας νέας κοινής φυσαλίδας.

Στη συνέχεια, η ενέργεια αυτή μετατρέπεται σε σωματίδια κανονικής ύλης, τα οποία εκτοξεύονται προς όλες τις κατευθύνσεις, συγκρουόμενα μεταξύ τους. Η κίνηση των σωματιδίων αυτών είναι εντελώς τυχαία και έτσι μπορούν να γεμίζουν ομοιόμορφα τον χώρο της νέας συμπαντικής φυσαλίδας.

Αυτό σημαίνει ότι εάν δύο φυσαλίδες βρίσκονται πολύ κοντά η μία στην άλλη, τότε πολύ γρήγορα τα τοιχώματά τους θα συγκρουστούν, απελευθερώνοντας ομοιόμορφα την ενέργειά τους προς όλες τις κατευθύνσεις στο πλαίσιο μιας νέας κοινής συμπαντικής φυσαλίδας.

Αντιθέτως, εάν οι φυσαλίδες δεν είναι κοντά τη στιγμή της δημιουργίας τους, το ψευδοκενό –το οποίο παρεμβάλλεται μεταξύ τους– θα διασταλεί με τέτοια ταχύτητα, ώστε τα τοιχώματά τους, ακόμα και αν κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, δεν θα μπορέσουν ποτέ να συναντηθούν.

Το αυτοαναπαραγόμενο Σύμπαν

Η πληθωριστική, όμως, θεωρία περί δημιουργίας του Σύμπαντος συνεχώς ανανεώνεται οδηγώντας τον νου του ανθρώπου σε νέες αντιλήψεις.

Σύμφωνα λοιπόν με μια πολύ σύγχρονη εκδοχή της θεωρίας, που ονομάζεται «αέναος πληθωρισμός», κάθε Σύμπαν-φυσαλίδα, μέσω μιας διαδικασίας κατάτμησής της σε περισσότερα ακριβή αντίγραφά της, έχει τη δυνατότητα να δημιουργεί αενάως νέα Σύμπαντα φυσαλίδες. 

Ωστόσο, ο αέναος πληθωρισμός, με τον τρόπο αυτό, δεν απαντά στο ερώτημα το πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, αφού θεωρεί την έννοια της αρχής του Σύμπαντος χωρίς νόημα, αποσυνδέοντάς την από τις μεθόδους αστρονομικής παρατήρησης. Το μόνο για το οποίο μπορούμε να συζητάμε είναι για την τοπική φυσαλίδα μας –την οποία λόγω της άγνοιάς μας– ονομάζουμε Σύμπαν.

Αυτό συμβαίνει επειδή αν ο πληθωρισμός συμβεί μία και μόνη φορά, τότε χάνεται όλη η πληροφορία για το τι υπήρχε πριν από αυτόν. Έτσι, οποιαδήποτε προσπάθεια να μάθουμε το πώς ξεκίνησε ο κόσμος μας παρατηρώντας το ορατό Σύμπαν είναι μάταιη!

Συνεπώς, το ερώτημα ποιά είναι η αρχή του ορατού Σύμπαντός μας, παραμένει ένα καθαρά φιλοσοφικό ερώτημα.

Βιβλιογραφία

Δανέζης Μάνος και Θεοδοσίου Στράτος, Η κοσμολογία της νόησης. Εκδόσεις Δίαυλος, Αθήνα 2004.

πηγή-manosdanezis.gr

Διαβάστε περισσότερα... »

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης

Η περιοχή του σύμπαντος που είναι ορατή με τα σύγχρονα όργανα εκτείνεται σε απόσταση μέχρι 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός και περιέχει περίπου 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες. 

Οι γαλαξίες είναι κατανεμημένοι σε ομάδες των 100 έως 1.000 γαλαξιών (γαλαξιακά σμήνη) και καθένας από αυτούς αποτελείται κατά μέσο όρο από 10 δισεκατομμύρια αστέρες.

Επίσης το σύμπαν χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων διάχυτης μεσοαστρικής και ενδογαλαξιακής ύλης, ενώ το 95-99% της μάζας του αποτελείται από "αόρατη" μη παρατηρήσιμη ύλη. 

Παρά την ύπαρξη τοπικών συμπυκνώσεων ύλης, σε μεγάλη κλίμακα το σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο, δηλαδή σε οποιαδήποτε θέση και να βρίσκεται ένας παρατηρητής και προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και αν κοιτάζει θα διακρίνει τα ίδια γενικά χαρακτηριστικά. Η ηλικία του σύμπαντος κυμαίνεται περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Το 1929 ο αμερικάνος αστρονόμος Edwin Hubble απέδειξε ότι όλοι οι γαλαξίες που παρατηρούνται απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο και μάλιστα με ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η μεταξύ τους απόσταση, γεγονός που σημαίνει ότι το σύμπαν διαστέλλεται. 

Η διαπίστωση, ότι οι γαλαξίες απομακρύνονταν μεταξύ τους σήμαινε ότι στο απώτατο παρελθόν τους είχαν μια κοινή εκκίνηση. Επομένως, συμπερασματικά οι αστρονόμοι κατέληξαν στη γενική άποψη ότι η ύλη και η ενέργεια του Σύμπαντος ήταν συγκεντρωμένη σ' ένα αρχικό σημείο με άπειρη θεωρητικά πυκνότητα.

Το 1965 οι επίσης αμερικάνοι αστρονόμοι Penzias και Wilson ανακάλυψαν τη διάχυτη ακτινοβολία μικροκυμάτων ή υποβάθρου, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία μέλανος σώματος 2,7 Κ. Καθώς η ακτινοβολία αυτή δεν προέρχεται από συγκεκριμένους αστέρες ή γαλαξίες, αλλά από όλες τις διευθύνσεις του κοσμικού χώρου, εκτιμάται ότι αποτελεί υπόλειμμα φυσικών διεργασιών από πολύ παλαιότερες εποχές, όταν το σύμπαν είχε πολύ μεγαλύτερη θερμοκρασία και πυκνότητα έχοντας διαφορετική μορφή από τη σημερινή.

Τα κοσμολογικά μοντέλα που έχουν προταθεί για τη δομή του σύμπαντος δέχονται ή μια επιβράδυνση της διαστολής που θα την ακολουθήσει μια φάση συστολής (κλειστό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή του (ανοιχτό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή που τείνει προς μια οριακή κατάσταση, στην οποία οι ταχύτητες απομάκρυνσης των γαλαξιών θα μηδενιστούν (επίπεδο στατικό σύμπαν). Τα ενδεχόμενα αυτά σχετίζονται με την τιμή μιας παραμέτρου κ, που εξαρτάται από τη μέση πυκνότητα του σύμπαντος.

Βασική αφετηρία για τις περισσότερες θεωρίες που ασχολούνται με την προέλευση του σύμπαντος είναι η έννοια της Μεγάλης Έκρηξης, που τοποθετεί τη γένεση του σύμπαντος σε μια σημειακή περιοχή του χωροχρόνου άπειρης πυκνότητας και καμπυλότητας, η οποία εξερράγη δημιουργώντας την ύλη και την ενέργεια και μαζί τους το χώρο και το χρόνο.

Συνέπεια του γεγονότος αυτού είναι ότι στερείται νοήματος η ερώτηση για το τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, γιατί ο χρόνος δημιουργήθηκε μαζί της επομένως δεν υπήρξε "πριν". 

Επιπλέον στερείται νοήματος η αναζήτηση του πού έγινε η Μεγάλη Έκρηξη, γιατί η ανυπαρξία του χώρου πριν από αυτήν συνεπάγεται και την αδυναμία του εντοπισμού ενός συγκεκριμένου σημείου.

Όσον αφορά τις σύγχρονες απόψεις της Αστροφυσικής, η θεωρούμενη σταδιακή εξέλιξη του Σύμπαντος σηματοδοτείτε και καθορίζεται από συγκεκριμένα γεγονότα και καταστάσεις, που το οδήγησαν στη σημερινή μορφή του. Στη συνέχεια θα αναφέρουμε τα κύρια στοιχεία αυτών των συγκεκριμένων χρονικών περιόδων, προκειμένου να κατανοήσουμε ποιοτικά την εξελικτική πορεία του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.

Εποχή του Planck

Χρονική στιγμή από 0 έως 10^-43 δευτερόλεπτα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: η Βαρυτική, η ισχυρή Πυρηνική, η ασθενής Πυρηνική και η Ηλεκτρομαγνητική, παρουσιάζονται ενοποιημένες σε μία δύναμη. Η θερμοκρασία φθάνει τους 1032 Κ, η πυκνότητα τα 1094 gr/cm3, και η μάζα ήταν τόσο πυκνή ώστε ένα ολόκληρο σμήνος γαλαξιών θα είχε περίπου τις διαστάσεις ενός ατόμου υδρογόνου.

Όλη η ενέργεια του Σύμπαντος έχει τη μορφή θερμότητας, ενώ η περίοδος αυτή έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι κατά τη διάρκειά της η πυκνότητα της ενέργειας (θερμότητας), όσο και η καμπυλότητα του χώρου έτειναν προς το άπειρο. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν εξελισσόταν στα πλαίσια μιας σημειακής ιδιομορφίας μέσα από την οποία γεννήθηκε.

Επιπλέον εκείνη την περίοδο το Σύμπαν αναπτυσσόταν στα πλαίσια ένδεκα διαστάσεων, ενώ η Θεωρία της Σχετικότητας δεν ίσχυε λόγω της σχεδόν άπειρης καμπυλότητας του χωροχρόνου.

Εποχή της Μεγάλης Έκρηξης και της πληθωριστικής διόγκωσης

Τη χρονική στιγμή 10^-43 δευτερόλεπτα η βαρύτητα αποχωρίζεται και αποτελεί ξεχωριστή δύναμη. Από την χρονική στιγμή 10^-36 έως 10^-32 γίνεται ο διαχωρισμός της ισχυρής πυρηνικής (η οποία θα συνδέσει αργότερα τα σωματίδια των ατομικών πυρήνων).

Τη στιγμή της απελευθέρωσης της ισχυρής πυρηνικής συντελέστηκε αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη και μέσα σε ένα ελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, λόγω της τεράστιας πυκνότητας, το Σύμπαν διεστάλη πολύ περισσότερο από όσο έχει διασταλεί τα επόμενα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε μέχρι σήμερα.

Αμέσως μετά η Βαρύτητα άρχισε να επιβραδύνει τη διαστολή. Η πυκνότητα της ύλης ήταν ακόμη πολύ μεγάλη και ποσότητα μάζας ίση με αυτή της Γης μπορούσε να χωρέσει μέσα σε μια δακτυλήθρα. Η θερμοκρασία ήταν ακόμη πολύ υψηλή, ίση περίπου με 1026 Κ. Κατά την περίοδο αυτή οι επτά από τις ένδεκα υπάρχουσες διαστάσεις του χώρου «διπλώθηκαν στο εσωτερικό τους». Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «φαινόμενο συμπαγοποίησης».

Από τότε μέχρι σήμερα οι εξαφανισμένες αυτές διαστάσεις πρακτικά βρίσκονται φυλακισμένες στο εσωτερικό μικροσκοπικών χώρων διαστάσεων 10^-33 του εκατοστού και συνοδεύουν αόρατα κάθε σημείο των γνωστών και κατανοητών σε όλους μας διαστάσεων.

Εποχή των αδρονίων

Χρονική στιγμή από 10^-32 έως 10^-5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία του Σύμπαντος ήταν 1012 Κ, και η πυκνότητα της ύλης προσέγγιζε τα 1014 gr/cm3. Σχηματίζονται τα πιο βαριά θεμελιώδη υποσωματίδια κουάρκ και αντικουάρκ. Αυτά αποτελούν τα μικρότερα γνωστά στοιχεία της ύλης, τα οποία στη συνέχεια συνέθεσαν τα αδρόνια και τα αντιαδρόνια, δηλαδή τα πρωτόνια - αντιπρωτόνια, νετρόνια - αντινετρόνια, υπερόνια - αντιυπερόνια και μεσόνια - αντιμεσόνια.

Συγχρόνως διαχωρίστηκαν από την ενότητα των δυνάμεων η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ασθενής πυρηνική. Από εκείνη τη στιγμή οι δύο αυτές δυνάμεις μαζί με την ισχυρή πυρηνική και τη βαρύτητα θα αποτελέσουν τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση.

Εποχή των λεπτονίων

Χρονική στιγμή από 10^-5 έως 5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία έπεσε κατά πολύ, στους 6 × 109 Κ, οπότε δημιουργήθηκαν τα λεπτόνια και τα αντισωμάτιά τους, δηλαδή τα ηλεκτρόνια - αντιηλεκτρόνια και τα νετρίνα - αντινετρίνα.

Εποχή της ακτινοβολίας

Αμέσως μετά την εποχή των λεπτονίων άρχισαν να δημιουργούνται οι πρώτοι πυρήνες ατόμων. Κατά τη διάρκεια των επομένων 3,5 πρώτων λεπτών το 25% του αρχικού υλικού του Σύμπαντος είχε μετατραπεί σε πυρήνες ηλίου, ενώ το υπόλοιπο 75% βρισκόταν υπό μορφή πρωτονίων.

Καθ' όλη τη διάρκεια της εποχής της ακτινοβολίας, που διήρκεσε περίπου 500.000 χρόνια, το Σύμπαν είχε τη μορφή μιας διαστελλόμενης πύρινης σφαίρας αλλάζοντας το χρώμα του από γαλάζιο και λευκό σε κιτρινωπό, πορτοκαλί και, τέλος, κόκκινο, καθώς η θερμοκρασία του συνεχώς πέφτει.

Θεωρούμε ότι στο τέλος αυτής της περιόδου και όταν η θερμοκρασία είχε πέσει στους 4.000 Κ, η πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας εξισώθηκαν σηματοδοτώντας μ' αυτόν τον τρόπο την έναρξη μιας νέας συμπαντικής εποχής, εκείνης της ύλης.

Εποχή της ύλης

Η περίοδος αυτή διήρκεσε μέχρις ότου η ηλικία του Σύμπαντος πλησίαζε τα 700.000 έτη, και η θερμοκρασία του έφθασε τους 3.000 Κ. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου συντελέστηκε το θαύμα της σύνδεσης πυρήνων και ηλεκτρονίων, το οποίο δημιούργησε τα άτομα υδρογόνου και ηλίου.

Ένα ακόμη σημαντικό γεγονός που συντελέστηκε κατά την εποχή αυτή ήταν η πλήρης αποδέσμευση της ακτινοβολίας από την ύλη, πράγμα που είχε ως τελικό αποτέλεσμα τα φωτόνια να κινούνται πλέον ελεύθερα κατά τρόπο ισότροπο και ομογενή. Σήμερα, πιστεύουμε ότι κατά την περίοδο εκείνη γεννήθηκε η ισότροπη ακτινοβολία μικροκυμάτων, που αντιστοιχεί σε ακτινοβολία μέλανος σώματος θερμοκρασίας 2,7 Κ, που προαναφέρθηκε.

Αστρική εποχή

Είναι η τελευταία περίοδος της εξέλιξης του Σύμπαντός μας που διαρκεί μέχρι σήμερα. Το σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται, με επακόλουθο την ελάττωση της πυκνότητας και της θερμοκρασίας του. Η αρχική ομοιογένεια του σύμπαντος αρχίζει να διαταράσσεται από μικρές τοπικές συγκεντρώσεις ύλης, που λόγω των αμοιβαίων δυνάμεων βαρύτητας που αναπτύσσονταν τείνουν να μεγαλώσουν και να συμπυκνωθούν ακόμη περισσότερο.

Από τις συμπυκνώσεις αυτές δημιουργήθηκαν μετά από 3 δισεκατομμύρια χρόνια οι ραδιογαλαξίες και τα κβάζαρς και μετά από 8 δισεκατομμύρια χρόνια οι γαλαξίες. Τέλος, στο εσωτερικό των γαλαξιών από μικρότερες συμπυκνώσεις ύλης θα σχηματιστούν στη συνέχεια η πρώτη και κατόπιν η δεύτερη γενιά των αστέρων.

πηγή-gravitonio

Διαβάστε περισσότερα... »

Βαρυτικά κύματα και κοσμικός πληθωρισμός

Η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (ΘΜΕ, Big Bang Theory) αποτελεί σήμερα την κρατούσα άποψη της κοσμολογίας που υποστηρίζει ότι το σύμπαν (συμπεριλαμβανομένου και του ιδίου του χωρόχρονου) δημιουργήθηκε πριν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η θεωρία αυτή βασίζεται στην παγκοσμιότητα των φυσικών νόμων (οι ίδιοι νόμοι ισχύουν παντού στο σύμπαν) και στην λεγόμενη κοσμολογική αρχή (το σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο, ίδιο σε όλες τις διευθύνεις και χωρίς κάποιο «κέντρο»).

Στο μαθηματικό-θεωρητικό επίπεδο η ΘΜΕ υποστηρίζεται από τα περίφημα θεωρήματα χωροχρονικών ανωμαλιών των Πενρόουζ-Χώκινγκ.

Πειραματικά η ΘΜΕ υποστηρίζεται από 4 βασικά δεδομένα: την μετατόπιση του φάσματός εκπομπής των γαλαξιών στο ερυθρό (που μέσω του φαινομένου Doppler υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους όπως τα «θραύσματα σε μια έκρηξη», αυτό λέγεται νόμος του Hubble), την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (ΚΜΑΥ), την περίσσεια ύπαρξης ελαφρών στοιχείων στο σύμπαν (υδρογόνου και ηλίου) και την εξέλιξη και την κατανομή των γαλαξιών.

Η θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού (cosmic inflation) αποτελεί ένα συστατικό που προστέθηκε εκ των υστέρων στην ΘΜΕ. Προήλθε κάνοντας την αρχική υπόθεση της αρνητικής πίεσης (στα θεωρήματα χωροχρονικών ανωμαλιών των Πενρόουζ – Χώκινγκ η υπόθεση ήταν ότι η πίεση είναι μικρή μεν, αλλά θετική).

Σύμφωνα με το πληθωριστικό σενάριο, κατά την χρονική διάρκεια 10^-36 μέχρι 10^-32 δευτερόλεπτα μετά την μεγάλη έκρηξη, το σύμπαν πέρασε από μια περίοδο απότομης και μεγάλης αύξησης του μεγέθους του, αυξήθηκε το μέγεθός του κατά 1.080 φορές.

Ο πληθωρισμός αυτός επιβραδύνθηκε σημαντικά για να καταλήξει στις μέρες μας στην παρατηρούμενη «ήπια» διαστολή. 

[Σημείωση: Ο ρυθμός διαστολής αυτός, δεν παραβιάζει την θεωρία της σχετικότητα που θέτει ως μέγιστη επιτρεπτή ταχύτητα στο σύμπαν αυτή του φωτός, η σχετικότητα μιλά για μετασχηματισμούς προώθησης ταχυτήτων μεταξύ αδρανειακών παρατηρητών, στον πληθωρισμό έχουμε αύξηση του παράγοντα κλίμακας ολόκληρου του σύμπαντος, δεν υπάρχει περιορισμός].

Υπάρχουν πολλές παραλλαγές του πληθωρισμού (νέος, αργά κυλιόμενου πεδίου, αέναος, κατά βαθμίδες, χαοτικός κλπ). Το πληθωριστικό σενάριο αποτελεί το πιο «οικονομικό» μαθηματικό μοντέλο που γνωρίζουμε σήμερα για να προσπαθήσουμε να ερμηνεύσουμε πειραματικά δεδομένα όπως η ομογένεια, η ισοτροπία και η μηδενική καμπυλότητα που παρατηρούμε στο σύμπαν.

Επίσης προσπαθεί να ερμηνεύσει την δημιουργία των γαλαξιών υποθέτοντας αρχικές κβαντικές διακυμάνσεις που μεγεθύνθηκαν με τον πληθωρισμό σε κοσμικές κλίμακες και έτσι παρείχαν τα «σπέρματα» για τις ομάδες γαλαξιών που δημιουργήθηκαν κατόπιν.

Ο πληθωρισμός από το 1980 που προτάθηκε από τον Αμερικανό Alan Guth ([τον Andrei Linde] και τον Ρώσο Aleksei Starobinsky), δέχθηκε και εξακολουθεί να δέχεται ισχυρή κριτική, βασικά σημεία είναι ότι η θεωρία ουσιαστικά δεν εξηγεί το πως επιτεύχθηκε αυτή η τεράστια μεγέθυνση του παράγοντα κλίμακος του σύμπαντος: Προτάθηκε η ύπαρξη ενός υποθετικού πεδίου-σωματιδίου που λέγεται «πληθωρόνιο» (inflaton). Αυτό δεν έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.

Κάποιοι ισχυρίζονται πως το σωμάτιο Χιγκς μπορεί να παίζει και το ρόλο του πληθωρόνιου. Άλλο σημείο κριτικής αποτελεί η ύπαρξη μαγνητικών μονοπόλων που επίσης δεν έχουν παρατηρηθεί. Επιπροσθέτως το δυναμικό του πληθωρόνιου είναι τελείως ad hoc για να συμφωνεί με τα δεδομένα (πρόβλημα ρύθμισης αρχικών παραμέτρων «με το χέρι», fine tuning problem). [...]

Ο πληθωρισμός προβλέπει την ύπαρξη 2 ειδών κυμάτων: Κύματα πυκνότητας και κύματα βαρύτητας. Μας ενδιαφέρουν τα δεύτερα. Τα βαρυτικά κύματα αποτελούν «ρυτίδες στον χωρόχρονο» (όπως μια πέτρα που ρίχνουμε στο νερό προκαλεί κυματισμό, ρυτίδες στην επιφάνεια του νερού).

Προβλέπονται θεωρητικά από τις εξισώσεις που περιγράφουν το βαρυτικό πεδίο στην Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Αϊνστάιν και προέρχονται από την επιτάχυνση αντικειμένων με τεράστια μάζα κατ’ αναλογία με τα ηλεκτρο-μαγνητικά κύματα που προκύπτουν από την επιτάχυνση ηλεκτρικών φορτίων.

Τα βαρυτικά κύματα, όπως και τα ηλεκτρομαγνητικά, μπορεί να έχουν διάφορες συχνότητες. Είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν διότι οι μεταβολές στον χωρόχρονο που επιφέρουν είναι πάρα πολύ μικρές. Επί του παρόντος υπάρχουν πολλά πειράματα διεθνώς σε εξέλιξη για να προσπαθήσουν να τα παρατηρήσουν σε διάφορες συχνότητες.

Το πείραμα BICEP2, αποτελεί ουσιαστικά ένα τηλεσκόπιο που βρίσκεται στο Νότιο Πόλο, με σκοπό να παρατηρήσει την πόλωση της ΚΜΑΥ (είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που αποτελεί την «ηχώ» της μεγάλης έκρηξης, ουσιαστικά συνίσταται από φωτόνια που εκπέμφθηκαν 380.000 χρόνια μετά την μεγάλη έκρηξη, δηλαδή την στιγμή που η αρχική «κοσμική σούπα» έγινε αρκετά διάφανη ώστε τα φωτόνια να μπορέσουν να την διαπεράσουν). 

Πόλωση είναι το επίπεδο ταλάντωσης του ηλεκτρικού (και μαγνητικού) πεδίου σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Η ιδέα είναι ότι η τυχόν ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων μεταβάλει με χαρακτηριστικό τρόπο το σχέδιο πόλωσης της ΚΜΑΥ. [...]

Το BICEP2, το οποίο παρατηρεί τον ουρανό στο φάσμα των μικροκυμάτων, φέρεται να είδε τα ίχνη αυτών των «τεντωμένων» βαρυτικών κυμάτων στη λεγόμενη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Συγκεκριμένα, το τηλεσκόπιο που βρίσκεται δίπλα στον αμερικανικό Σταθμό Άμουδσεν-Σκοτ στον Νότιο Πόλο, φέρεται να ανίχνευσε ίχνη των βαρυτικών κυμάτων από την πόλωση που προκαλούν στην ακτινοβολία ΚΜΑΥ, δηλαδή τη μεταβολή στον προσανατολισμό των κυμάτων της ακτινοβολίας. 

Όπως η ηλιακή ακτινοβολία πολώνεται καθώς σκεδάζεται (εκτρέπεται) από τα άτομα της ατμόσφαιρας, έτσι και η ΚΜΑΥ πολώνεται καθώς σκεδάζεται από ηλεκτρόνια που συναντά στοn δρόμο της εδώ και 13,8 δισ. χρόνια. Τα βαρυτικά κύματα θα άλλαζαν το μοτίβο της πόλωσης και θα εμφανίζονταν ως «δίνες» που ονομάζονται B-modes.

Πρακτικά, όμως, η ανίχνευση αυτών των δινών είναι εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση, αφού οι ερευνητές θα έπρεπε να αποκλείσουν τις παραμορφώσεις που προκαλεί η σκόνη στοn γαλαξία μας, η βαρύτητα άλλων γαλαξιών, ή τυχόν λαθών που εισάγει το ίδιο το τηλεσκόπιο.

Οι ερευνητές, όμως, λένε ότι πέρασαν τρία χρόνια αποκλείοντας αυτές τις εναλλακτικές εξηγήσεις.

Μάλιστα το σήμα που φέρεται να κατέγραψε το BICEP είναι ισχυρότερο από αυτό που προβλέπουν πολλά θεωρητικά μοντέλα, ένα χαρακτηριστικό που ίσως βοηθήσει τους θεωρητικούς φυσικούς να αποκλείσουν ορισμένα μοντέλα του πληθωρισμού.

Επιπλέον, τα αποτελέσματα δείχνουν να βρίσκονται σε συμφωνία με τις προβλέψεις της θεωρίας της ενοποίησης των δυνάμεων, σύμφωνα με την οποία όλες οι φυσικές δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ασθενής και ισχυρή πυρηνική δύναμη) είναι εκφάνσεις μιας ενιαίας δύναμης που κυριαρχούσε τις πρώτες στιγμές ζωής του Σύμπαντος. [...]

Εάν τελικά επιβεβαιωθεί, η ανακοίνωση του BICEP2 θα αποτελέσει ορόσημο στην φυσική, όχι τόσο γιατί γίνεται έμμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων (η πρώτη έμμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων βραβεύθηκε με Νοbel φυσικής το 1993), αλλά διότι τα βαρυτικά κύματα του BICEP2 είναι αρχέγονης προέλευσης, μας αποκαλύπτουν στοιχεία για το τι γινόταν στο σύμπαν την χρονική στιγμή 10^-35 δευτερόλεπτα μετά την Μεγάλη Έκρηξη και επαληθεύουν το πληθωριστικό μοντέλο του σύμπαντος.

Συνεπώς δεν πρόκειται απλά για θρίαμβο της Γενικής Θεωρίας της σχετικότητας του Einstein (η θεωρία αυτή έτσι κι αλλιώς θριαμβεύει τα τελευταία 100 χρόνια), αλλά και για θρίαμβο της πληθωριστικής θεωρίας που διατύπωσαν παράλληλα οι Alan Guth και Andrei Linde πριν από 35 χρόνια.

Γι αυτό ο Chao-Lin Kuo μέλος της ομάδας BICEP2 επισκέφθηκε ο ίδιος τον Andrei Linde για να του ανακοινώσει (πριν την επίσημη παρουσίαση) ότι το έργο της ζωής του, η θεωρία του πληθωρισμού, επαληθεύεται από τα πειραματικά δεδομένα του BICEP2.

πηγή-gravitonio

Διαβάστε περισσότερα... »

Πώς διάβασαν την «υπογραφή» της Μεγάλης Εκρηξης

Χάρη Βάρβογλη

Καθηγητή του Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ

Τα βαρυτικά κύματα είναι η τελευταία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας που δεν έχει ακόμη επαληθευθεί πειραματικά και ο πληθωρισμός είναι μια θεωρία που ερμηνεύει την ομοιομορφία του Σύμπαντος με την υπόθεση ότι λίγο μετά τη δημιουργία του αυτό διαστελλόταν με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός. 

Την περασμένη Δευτέρα αμερικανοί αστρονόμοι ανακοίνωσαν ότι παρατήρησαν τα ίχνη της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων κατά τη διάρκεια της πληθωριστικής φάσης του Σύμπαντος, αμέσως μετά τη στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης. 

Η ανακάλυψη αυτή έχει ιστορική σημασία, όχι τόσο επειδή επιβεβαιώνει την ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων όσο επειδή είναι η πρώτη χειροπιαστή ένδειξη - αν όχι απόδειξη - της θεωρίας του πληθωριστικού Σύμπαντος. 

Και μπορεί επιπλέον να έχει ανοίξει ένα παράθυρο ελέγχου των θεωριών που προσπαθούν να ενοποιήσουν τις τρεις από τις τέσσερις βασικές δυνάμεις της φύσης, καθώς και αυτών που προσπαθούν να συνδέσουν τη βαρύτητα με την κβαντομηχανική.

Περιχαρείς κατά τη συνέντευξη Τύπου της περασμένης Δευτέρας στο Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν οι επιστήμονες

(από αριστερά) Κλεμ Πράικ, Τζέιμι Μποκ, Τσάο-Λιν Κούο και Τζον Κόβακ

Την περασμένη Δευτέρα, η ερευνητική ομάδα του προγράμματος BICEP2 ανακοίνωσε μια ανακάλυψη εξαιρετικής σημασίας: την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων κατά τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του Σύμπαντος. 

Τα νέα προκάλεσαν μεγάλη αίσθηση αφού, όπως έγραψε ο αμερικανός κοσμολόγος Σον Κάρολ (Sean Carroll): «Πέρα από την ανακάλυψη ζωής σε άλλους πλανήτες ή την άμεση ανίχνευση σκοτεινής ύλης, δεν μπορώ να σκεφθώ κάποια άλλη ανακάλυψη αστρονομικής φύσης πιο σημαντική στην κατανόηση του Σύμπαντος, από αυτήν που μόλις ανακοινώθηκε». 

Είναι λοιπόν φυσικό να προεξοφλείται η επιβράβευση αυτής της ανακάλυψης με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής. Στη συνέχεια θα δούμε αναλυτικά τόσο το τι ακριβώς παρατηρήθηκε και ποια σημασία έχει στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας και της Κοσμολογίας όσο και το πώς ακριβώς επιτεύχθηκε αυτή η ανίχνευση, δηλαδή το όργανο που χρησιμοποιήθηκε και ο τρόπος με τον οποίο αναλύθηκαν οι παρατηρήσεις.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα

Από τις αρχές της δεκαετίας του 1930 είχε γίνει κατανοητό ότι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που είχε διατυπωθεί από τον Αϊνστάιν 15 χρόνια νωρίτερα, προέβλεπε την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, δηλαδή διαταραχών του χώρου και του χρόνου, που διαδίδονται στο Σύμπαν, με την ταχύτητα του φωτός. 

Η προσπάθεια ανίχνευσης αυτών των κυμάτων, έχει ξεκινήσει από τη δεκαετία του 1960, αλλά ως σήμερα δεν έχει επιτευχθεί η άμεση παρατήρησή τους, παρά την κατασκευή ολοένα και πιο ευαίσθητων ανιχνευτών, επειδή το πλάτος τους είναι πολύ μικρό. 

Η άμεση παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων σίγουρα θα επιβραβευθεί με ένα βραβείο Νομπέλ, αλλά σχεδόν κανείς δεν αμφιβάλλει για την ύπαρξή τους, αφού υπάρχουν πάρα πολλές έμμεσες παρατηρήσεις που επιβεβαιώνουν την ύπαρξή τους. Ετσι η άμεση παρατήρησή τους δεν θα αλλάξει κάτι σημαντικό στην αντίληψή μας για το Σύμπαν. 

Αντίθετα, οι πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, είναι σήμερα ένα αντικείμενο έντονης ερευνητικής προσπάθειας και με πολλές εναλλακτικές θεωρίες, επειδή δεν υπάρχουν αρκετά πειραματικά δεδομένα που θα μας βοηθήσουν να απορρίψουμε μερικές από αυτές προς όφελος των υπολοίπων.

Ο αστραπιαίος πληθωρισμός

Διάγραμμα της διεύθυνσης της πόλωσης συναρτήσει της θέσεως που δείχνει τη μορφή πόλωσης του τρόπου-Β

Η επικρατέστερη θεωρία για τα πρώτα στάδια του Σύμπαντος, είναι αυτή του πληθωρισμού, η οποία διατυπώθηκε το 1980 για να ερμηνεύσει το γεγονός ότι για αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες από τις αποστάσεις μεταξύ των γαλαξιών το Σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο. 

Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν έχει τις ίδιες ιδιότητες σε όλα τα σημεία του, καθώς και ότι δεν υπάρχει κάποια κατεύθυνση σε αυτό που να έχει ιδιαίτερες ιδιότητες. Επιπλέον η θεωρία του πληθωρισμού εξηγεί γιατί το Σύμπαν είναι πρακτικά επίπεδο, ιδιότητα που έχει πολλές συνέπειες, μία από τις οποίες είναι το γνωστό συμπέρασμα του Ευκλείδη ότι το άθροισμα των γωνιών ενός τριγώνου είναι 180 μοίρες. 

Σύμφωνα λοιπόν με τη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος, μία μόλις στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα, μόλις 10-32 δευτερόλεπτα (δηλαδή, δέκα δισεκατομμυριοστά του τρισεκατομμυριοστού του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου), το Σύμπαν διεστάλη με ασύλληπτη ταχύτητα, πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. 

Η αιτία και οι λεπτομέρειες αυτής της ταχύτατης διαστολής, που ονομάστηκε πληθωρισμός, δεν είναι ξεκάθαρες, μια και υπάρχουν πολλές διαφορετικές θεωρίες. Θα ήταν λοιπόν πολύ σημαντικό να βεβαιωθούμε, πρώτον, αν υπήρξε κατ' αρχάς εποχή πληθωρισμού κατά τη νεαρή ηλικία του Σύμπαντος και, στην περίπτωση που η απάντηση είναι θετική, να δούμε ποιες από τις θεωρίες που προτείνουν τον πληθωρισμό συμφωνούν με τις παρατηρήσεις.

Το ίχνος της παγωμένης λάμψης

Στόχος των παρατηρήσεων της ομάδας BICEP2, ήταν η καταγραφή με απαράμιλλη λεπτομέρεια της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, όπως ονομάζεται ο «απόηχος» της Μεγάλης Εκρηξης τη σημερινή εποχή. 

Η «λάμψη» εκείνης της εποχής, ψύχθηκε λόγω της διαστολής του Σύμπαντος και από το ελάχιστο μήκος κύματος των ακτίνων-γ, έφτασε σήμερα, να έχει μήκος κύματος της τάξεως του ενός εκατοστόμετρου, στην περιοχή των μικροκυμάτων. 

Η ακτινοβολία αυτή, είναι η μοναδική πληροφορία που έχουμε για τις απαρχές του Σύμπαντος, αλλά δυστυχώς έχει εκπεμφθεί 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, οπότε θα έλεγε κανείς ότι δεν μας επιτρέπει να «δούμε» τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. 

Αυτό όμως δεν είναι σωστό, επειδή στις πρώτες εκείνες στιγμές υπήρχαν και έντονα βαρυτικά κύματα, πέρα από τα φωτόνια, με αποτέλεσμα τα φωτόνια να «συγκρούονται» με τα βαρυτικά κύματα και να αποκτούν ιδιότητες χαρακτηριστικές αυτών των «συγκρούσεων».

Η πιο σημαντική από αυτές τις ιδιότητες είναι η πόλωση του φωτός, δηλαδή η ταλάντωση των φωτεινών κυμάτων σε μια προτιμητέα διεύθυνση. 

Αν λοιπόν καταγράψουμε την πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, θα μπορέσουμε να δούμε αν συμφωνεί με την ύπαρξη πληθωριστικής περιόδου στο Σύμπαν, καθώς και με τα ποσοτικά χαρακτηριστικά της, για παράδειγμα την ταχύτητα διαστολής και τη διάρκεια του φαινομένου. 

Σήμερα υπάρχουν αρκετές ερευνητικές ομάδες που εργάζονται σε αυτή την κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας όργανα όπως είναι η «οικογένεια» των τηλεσκοπίων BICEP, το Τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου (South Pole telescope, SPT), το τηλεσκόπιο Polarbear και το διαστημόπλοιο Planck. 

Ολα αυτά τα όργανα έχουν διαπιστώσει ότι η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι ασθενώς πολωμένη και μάλιστα με έναν ειδικό τρόπο που ονομάζεται «τρόπος-B» (B-mode), κατά τον οποίο η διεύθυνση πόλωσης, αλλάζει με τη διεύθυνση παρατήρησης, έτσι ώστε να δίνει την εικόνα ενός «στροβίλου».

Αλλά η ύπαρξη του τρόπου-Β μπορεί να οφείλεται και σε άλλες αιτίες, πέρα από την παρουσία βαρυτικών κυμάτων. Η πρώτη ερευνητική ομάδα που ανακοίνωσε πόλωση που οφείλεται σε βαρυτικά κύματα είναι η ομάδα του BICEP2.

Γιατί στον Νότιο Πόλο;

Το ερευνητικό πρόγραμμα BICEP άρχισε παρατηρήσεις το 2006 με το τηλεσκόπιο πρώτης γενιάς, που λειτούργησε ως το 2008. 

Στη συνέχεια τη σκυτάλη πήρε το BICEP2, δέκα φορές πιο ευαίσθητο, που λειτούργησε για τρία χρόνια, από την αρχή του 2010 ως το τέλος του 2012. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε λειτουργία άλλα δύο όργανα της ίδιας ομάδας, με ευαισθησία δέκα φορές καλύτερη από αυτήν του BICEP2. Ολα τα όργανα είναι εγκατεστημένα στην αμερικανική βάση Amundsen-Scott, που βρίσκεται πάνω στον γεωγραφικό Νότιο Πόλο. Η επιλογή της τοποθεσίας έγινε κατ' αρχάς επειδή στη θέση αυτή η υγρασία της ατμόσφαιρας είναι ελάχιστη, αφού όλο το νερό υπάρχει σε μορφή πάγου. 

Ετσι η απορρόφηση των μικροκυμάτων που προκαλούν οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας είναι ασήμαντη και η ποιότητα παρατήρησης είναι συγκρίσιμη με αυτήν από ένα διαστημόπλοιο, όπως είναι η αποστολή Planck. 

Υπάρχουν όμως και άλλα τρία σημαντικά πλεονεκτήματα: 

(α) οι ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι εξαιρετικά σταθερές, γεγονός που ελαχιστοποιεί τις πηγές πιθανών σφαλμάτων της παρατήρησης, 

(β) η περιοχή παρατήρησης, δεν αλλάζει ανάλογα με την ώρα της ημέρας, αφού τα ορατά αστέρια ούτε ανατέλλουν ούτε δύουν, και 

(γ) στη χαμηλή θερμοκρασία που επικρατεί εκεί είναι ευκολότερο να διατηρηθούν τα όργανα παρατήρησης στην εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία που απαιτείται, μόλις 0,25 του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, δηλαδή στους -272,9 βαθμούς Κελσίου.

BICEP2: υπερευαίσθητο και ευέλικτο

Το τηλεσκόπιο του BICEP2 έχει διάμετρο φακού μόλις 20 εκατοστά, ελάχιστη σε σύγκριση με τα όργανα παρατήρησης των άλλων ερευνητικών ομάδων που εργάζονται στο ίδιο αντικείμενο. 

Για παράδειγμα, το τηλεσκόπιο του προγράμματος SPT έχει διάμετρο 10 μέτρα, αυτό του προγράμματος Polarbear 2,5 μέτρα, ενώ το τηλεσκόπιο της διαστημικής αποστολής Planck έχει διάμετρο 1,7 μέτρα. Αλλά λόγω της μικρής διαμέτρου του τηλεσκοπίου BICEP2, αυτό έχει τη δυνατότητα να παρατηρεί πολύ μεγαλύτερο τμήμα του ουρανού, από αυτό που παρατηρούν τα υπόλοιπα. 

Έτσι μπόρεσε να ανιχνεύσει διακυμάνσεις που έχουν μεγάλο μήκος κύματος και εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις στον ουρανό, όπως είναι αυτές που οφείλονται στην αλληλεπίδραση βαρυτικών κυμάτων και πληθωριστικής διαστολής.

Θα έλεγα όμως ότι σημαντικό ρόλο έπαιξε και η εξαιρετική ευαισθησία των ανιχνευτών της πόλωσης, οι οποίοι είναι αναπτυγμένοι επάνω στην εστία του τηλεσκοπίου και καταγράφουν την πόλωση της ακτινοβολίας σε δύο συχνότητες, 100 και 150 MHz (δηλαδή, περίπου όση είναι η συχνότητα εκπομπής των ραδιοφωνικών σταθμών FM).

Πόλωση με «βαρυτική» υπογραφή

Τα δεδομένα από τα τρία χρόνια παρατηρήσεων αναλύθηκαν με μεγάλη προσοχή και βρέθηκε ότι η πόλωση εμφανίζεται στην αναμενόμενη γωνιώδη απόσταση στον ουρανό και έχει εμφανή «στροβιλισμό», ο συνδυασμός των οποίων αποτελεί την υπογραφή της αλληλεπίδρασης του πληθωρισμού με βαρυτικά κύματα. 

Στη συνέχεια έγινε και ο απαραίτητος έλεγχος της σημαντικότητας αυτού του αποτελέσματος που κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πιθανότητα να οφείλεται το παρατηρούμενο αποτέλεσμα σε στατιστικές διακυμάνσεις και όχι στο ζητούμενο φυσικό φαινόμενο, είναι μικρότερη από μία στις 2.000.000. 

Αυτό στη φιλοσοφία της επιστήμης θεωρείται βεβαιότητα.

Για τι πληθωρισμό μιλάμε;

Πέρα όμως από το γεγονός της πρώτης επιβεβαιωμένης στατιστικά ανίχνευσης του αποτυπώματος των βαρυτικών κυμάτων στην πόλωση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, που τονίζω ότι επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι το Σύμπαν πέρασε από μια φάση πληθωριστικής διαστολής, πολύ σημαντικά είναι και τα ποσοτικά αποτελέσματα του πειράματος. 

Με άλλα λόγια, πόσο μεγάλο είναι το πλάτος των βαρυτικών κυμάτων και πώς αυτό εξαρτάται από το μήκος κύματός τους; 

Ειδικά το δεύτερο έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, επειδή συνδέεται με τις λεπτομέρειες του «είδους» πληθωρισμού για τον οποίον υπάρχουν σήμερα πολλά θεωρητικά μοντέλα. Εδώ θα πρέπει να σημειώσουμε ότι παραδοσιακά το πλάτος των βαρυτικών κυμάτων, AT, μετρείται με την τιμή μιας παραμέτρου r = AT/AS , όπου το πλάτος των διαταραχών της πυκνότητας του Σύμπαντος, AS, έχει ήδη μετρηθεί από τη διαστημική αποστολή Planck.

Η απροσδόκητα υψηλή τιμή

Η τιμή r = 0,2 που μέτρησε η ομάδα BICEP2 θεωρείται εξαιρετικά υψηλή και δεν συμφωνεί ούτε με τις ως σήμερα παρατηρήσεις ούτε με τα θεωρητικά μοντέλα του πληθωρισμού που θεωρούνται σήμερα πιο αποδεκτά. 

Για παράδειγμα, η αποστολή Planck είχε θέσει ως ανώτερο όριο του πλάτους των βαρυτικών κυμάτων την τιμή r = 0,11. Πέρα όμως από αυτή την ασυμφωνία μεταξύ παρατηρήσεων, οι κοσμολόγοι αιφνιδιάστηκαν με την ανακοίνωση της τιμής r = 0,2 για έναν ακόμη θεωρητικό λόγο. Τα περισσότερα μοντέλα του πληθωρισμού δίνουν τιμές του r μικρότερες από 0,01! Επομένως η τιμή r = 0,2 που μετρήθηκε αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για τους θεωρητικούς, υπό την έννοια ότι θα πρέπει να προχωρήσουν σε μια γενναία αναθεώρηση των μοντέλων τους για τον πληθωρισμό, εφόσον βέβαια τα αποτελέσματα του BICEP2 επιβεβαιωθούν και από άλλες παρατηρήσεις.

Άλμα στον δρόμο για τη «θεωρία των Πάντων»

Πέρα από τα παραπάνω, οι παρατηρήσεις του BICEP2 έδωσαν δύο σημαντικά στοιχεία και στους φυσικούς των στοιχειωδών σωματιδίων. Το πρώτο είναι ότι και μόνη η νέα παρατήρηση δίνει στοιχεία για τη διασύνδεση της βαρύτητας με την κβαντομηχανική, κάτι που αναζητεί ακόμη μια σωστή θεωρητική προσέγγιση. Το δεύτερο είναι ότι βαρυτικά κύματα τόσο μεγάλου πλάτους συνεπάγονται ενέργειες στην περιοχή των οποίων αναμένεται η ενοποίηση των ηλεκτρικών με τις ασθενείς και τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. 

Έτσι έχουμε μπροστά μας ένα φυσικό εργαστήριο που μας επιτρέπει να μελετήσουμε αυτή την ενοποίηση χωρίς την ανάγκη να κατασκευάσουμε έναν επιταχυντή πολύ μεγαλύτερο από αυτόν του CERN. Η κατάσταση με την εξάρτηση του πλάτους των βαρυτικών κυμάτων από το μήκος κύματος φαίνεται πιο πολύπλοκη αυτή τη στιγμή και απαιτεί μάλλον μια αναλυτικότερη μελέτη της ανακοίνωσης της ομάδας BICEP2.

Μια ανακοίνωση, πολλά ερωτηματικά

Η ανακοίνωση των αποτελεσμάτων ενός πειράματος μέσω συνέντευξης Τύπου αποτελεί μια εντελώς ασυνήθιστη πρακτική στη διεθνή επιστημονική κοινότητα. 

Μια παρατήρηση αυτής της σημασίας θα περίμενε κανείς ότι θα είχε σταλεί για δημοσίευση σε ένα από τα δύο πιο έγκριτα επιστημονικά περιοδικά, είτε στο «Nature» είτε στο «Science». 

Τα περιοδικά αυτά έχουν πολύ αυστηρούς κανόνες για τη δημοσίευση επιστημονικών εργασιών και συγκεκριμένα απαιτούν την έγκριση της δημοσίευσης από τρεις ανεξάρτητους κριτές και την απαγόρευση οποιασδήποτε επίσημης ανακοίνωσης των αποτελεσμάτων πριν από την κυκλοφορία του τεύχους του περιοδικού στο οποίο αυτή δημοσιεύεται. 

Επομένως θα έλεγε κανείς, ότι με την ανακοίνωση των αποτελεσμάτων σε μια συνέντευξη Τύπου οι συντελεστές του πειράματος «έκαψαν» την ανακάλυψή τους, υπό την έννοια ότι δεν θα μπορούσε να δημοσιευθεί σε κανένα από αυτά. Ο λόγος που ακολούθησαν τον συγκεκριμένο δρόμο δεν είναι προφανής αυτή τη στιγμή, αλλά θα πρέπει να σημειώσουμε τρία στοιχεία. 

Το πρώτο είναι ότι ο επικεφαλής του πειράματος John Kovac, καθηγητής του Πανεπιστημίου Harvard, δεν είναι ένας τυχαίος επιστήμονας στον χώρο. 

Το διδακτορικό του, πριν από 12 χρόνια, είχε για θέμα ακριβώς την πρώτη ανίχνευση πόλωσης στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Επομένως η διεθνής επιστημονική κοινότητα λαμβάνει υπόψη πολύ σοβαρά τα αποτελέσματά του και τις απόψεις του. 

Το δεύτερο είναι ότι την περασμένη Τρίτη, το περιοδικό «Nature», σε μια εντελώς ασυνήθιστη κίνηση, δημοσίευσε ένα «πακέτο» βίντεο και έντυπης ενημέρωσης με το οποίο στηρίζει θερμά τις ανακοινώσεις της ομάδας BICEP2. 

Επομένως είναι πιθανό για ένα θέμα αυτής της σημασίας, το περιοδικό να θέσει σε δεύτερη μοίρα τους κανόνες δημοσίευσης που παραδοσιακά ακολουθεί. 

Το τρίτο είναι, ότι αυτή τη στιγμή υπάρχουν καμιά δεκαριά ερευνητικές ομάδες που εργάζονται στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων μέσα από τη μελέτη της πόλωσης της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. 

Είναι πιθανό, μία από αυτές να έχει καταλήξει στο ίδιο αποτέλεσμα ή ακόμη και να έχει στείλει ήδη για δημοσίευση σε κάποιο περιοδικό μια παρόμοια ανακάλυψη, οπότε τίθεται θέμα προτεραιότητας στην περίπτωση ενός μελλοντικού βραβείου Νομπέλ.

πηγή-tinanantsou

Διαβάστε περισσότερα... »

Αναλύοντας τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης

Πόσο παλιό είναι το Σύμπαν στο οποίο τυχαίνει να ζούμε;

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang) είναι μια κοσμολογική προσέγγιση για το πώς ξεκίνησε το Σύμπαν.

Με απλά λόγια, εξηγεί, πώς «γεννήθηκε» το Σύμπαν από μια μικρή μοναδικότητα και πώς επεκτάθηκε τα επόμενα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια για να γίνει το Σύμπαν, όπως το γνωρίζουμε σήμερα.

Επειδή η τεχνολογία που διαθέτουμε δεν επιτρέπει στους αστρονόμους να «κοιτάξουν» πίσω στη στιγμή που γεννήθηκε το Σύμπαν, πολλά από όσα κατανοούν οι επιστήμονες γύρω από τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, προέρχονται από μαθηματικές θεωρίες και μοντέλα.

Οι αστρονόμοι, ωστόσο -όπως αναφέρει η Elizabeth Howell στο Space.com- μπορούν να δουν την «ηχώ» της διαστολής του Σύμπαντος χάρη σε ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως «κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων».

Το πρώτο δευτερόλεπτο και η γέννηση του φωτός

Στο πρώτο δευτερόλεπτο αμέσως μετά τη δημιουργία του Σύμπαντος, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος ήταν περίπου 5,5 δισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου, σύμφωνα με τη NASA.

Το Σύμπαν αποτελούνταν από μια μεγάλη σειρά θεμελιωδών σωματιδίων, όπως νετρόνια, ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Θα ήταν αδύνατο να δει κανείς αυτήν την «πρώιμη σούπα», επειδή το φως δε μπορούσε να περάσει στο εσωτερικό της.

«Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα έκαναν το φως (φωτόνια) να σκορπίσει, όπως σκορπίζουν οι ακτίνες του ήλιου από τα σταγονίδια νερού στα σύννεφα» αναφέρει η ίδια πηγή (NASA). 

Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συναντήθηκαν με πυρήνες και δημιούργησαν ουδέτερα άτομα. Αυτό επέτρεψε στο φως να περάσει, περίπου 380.000 έτη φωτός μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Το πρώιμο αυτό φως –μερικές φορές καλείται και ως λυκόφως της Μεγάλης Έκρηξης- είναι γνωστό ως κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων [cosmic microwave background (CMB)].

Το είχε προβλέψει πρώτος ο Ralph Alpher, μαζί με άλλους επιστήμονες, το 1948, όμως βρέθηκε τυχαία περίπου 20 χρόνια μετά.

Οι Arno Penzias και Robert Wilson, από το εργαστήριο Bell Telephone Laboratories στο Murray Hill του Νιου Τζέρσεϊ, κατασκεύαζαν σύμφωνα με τη NASA ένα ραδιοφωνικό δέκτη (κεραία) το 1965 και έπιασαν υψηλότερες θερμοκρασίες (ακτινοβολία) από αυτές που περίμεναν.

Αρχικά, πίστεψαν ότι αυτή η ανωμαλία οφειλόταν στα περιστέρια και τις κουτσουλιές που άφηναν πίσω τους, όμως παρότι καθάρισαν και… εξαφάνισαν τα περιστέρια που είχαν φωλιάσει μέσα στην κεραία, η «ανωμαλία» αυτή επέμενε.

Την ίδια περίοδο, μια ερευνητική ομάδα από το πανεπιστήμιο Πρίνστον, με επικεφαλής τον Robert Dicke, προσπαθούσε να βρει αποδείξεις για την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν, ότι αυτό που έψαχναν το είχαν ανακαλύψει οι Penzias και Wilson.

Και οι δύο ομάδες δημοσίευσαν τις μελέτες τους, στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal το 1965.

Προσδιορίζοντας την ηλικία του Σύμπαντος

Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων έχει παρατηρηθεί από πολλές αποστολές. Μία από τις πιο γνωστές ήταν με τη βοήθεια του δορυφόρου Cosmic Background Explorer (COBE) της NASA, ο οποίος χαρτογράφησε τον ουρανό τη δεκαετία του 1990.

Τα βήματα του COBE ακολούθησαν πολλές άλλες αποστολές, όπως το πείραμα BOOMERanG (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics), το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA και ο δορυφόρος της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (European Space Agency) Planck.

Οι παρατηρήσεις του European Space Agency, που δημοσιεύτηκαν το 2013, χαρτογράφησαν το φόντο με τόσο πρωτοφανείς λεπτομέρειες, που αποκάλυψαν ότι το Σύμπαν ήταν πιο παλιό απ’ ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες πριν (ήταν ηλικίας 13,82 δισεκατομμυρίων ετών αντί 13,7 δισεκατομμυρίων ετών).

Οι χάρτες αυτοί όμως άνοιξαν το δρόμο για νέα «μυστήρια», όπως το γιατί το Νότιο Ημισφαίριο εμφανίζεται ελαφρώς πιο κόκκινο (πιο θερμό) απ’ ό,τι το Βόρειο Ημισφαίριο.

Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου θα είναι πάνω κάτω η ίδια, ανεξάρτητα από το πού κοιτάζει κανείς.

Η μελέτη του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων παρέχει, ακόμη, στους αστρονόμους στοιχεία γύρω από τη σύνθεση του Σύμπαντος.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το μεγαλύτερο μέρος του κόσμου αποτελείται από ύλη και ενέργεια, που δε μπορεί να γίνει «αισθητή» με συμβατικά μέσα, και ως εκ τούτου έχουμε ονομασίες όπως «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια».

Μόλις το 5% του Σύμπαντος αποτελείται από ύλη, όπως αυτή των πλανητών, των άστρων και των γαλαξιών.

Εντοπίστηκαν βαρυτικά κύματα;
Ενώ οι αστρονόμοι μπορούσαν να «δουν» την απαρχή του Σύμπαντος, αναζητούσαν αποδείξεις από την ταχεία διαστολή του.

Κάποιες θεωρίες υποστηρίζουν, ότι το πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη γέννηση του Σύμπαντος ο κόσμος «φούσκωσε» γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό, δεν παραβιάζει το όριο ταχύτητας του Αϊνστάιν, ο οποίος είπε ότι το φως ταξιδεύει πιο γρήγορα από οτιδήποτε στο Σύμπαν. Αυτό δεν ίσχυε στη διαστολή του Σύμπαντος.

Πριν από λίγες ημέρες αστρονόμοι ανέφεραν ότι βρήκαν αποδείξεις από τα πρώτα βαρυτικά κύματα που εμφανίστηκαν στο Σύμπαν, γνωστά ως «αρχέγονα» βαρυτικά κύματα, με τη βοήθεια ενός τηλεσκοπίου στην Ανταρκτική, που ονομάζεται Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, ή εν συντομία BICEP2.

Τα ευρήματά τους πρέπει να ελεγχθούν από ανεξάρτητους ερευνητές, όμως, όπως δήλωσαν οι επιστήμονες στο Space.com, είναι σίγουροι ότι θα επιβεβαιωθούν.

«Είμαστε πολύ σίγουροι ότι τα σήματα που βλέπουμε είναι πραγματικά και βρίσκονται στον ουρανό», ανέφερε ο επικεφαλής της έρευνας John Kovac από το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Ταχύτερη διαστολή, πολυσύμπαντα και χαρτογράφηση της απαρχής

Το Σύμπαν όχι μόνο επεκτείνεται, αλλά αυτό συμβαίνει ακόμη πιο γρήγορα καθώς διαστέλλεται. Αυτό σημαίνει, ότι εν καιρώ, κανείς δε θα είναι σε θέση να εντοπίσει άλλους γαλαξίες από τη Γη, ή από οποιοδήποτε άλλο πλεονεκτικό σημείο μέσα στο γαλαξία μας.

«Θα δούμε μακρινούς γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς, ενώ η ταχύτητά τους αυξάνεται με το πέρασμα του χρόνου», είχε υποστηρίξει σε πρόσφατο άρθρο του ο αστρονόμος του Χάρβαρντ Avi Loeb. 

«Επομένως, αν περιμένει κανείς αρκετά, τελικά κάποιος μακρινός γαλαξίας θα φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Αυτό σημαίνει, ότι ούτε το φως δε θα είναι σε θέση να γεφυρώσει αυτό το χάσμα που θα έχει ανοιχτεί ανάμεσα σε εκείνον το γαλαξία και εμάς. Δεν υπάρχει περίπτωση οι εξωγήινοι σε εκείνον τον γαλαξία να μπορούν να επικοινωνήσουν μαζί μας, να στείλουν οποιοδήποτε σήμα που θα μπορέσει να φτάσει σε εμάς, από τη στιγμή που ο γαλαξίας τους θα κινείται πιο γρήγορα από το φως που είναι γνωστό σε εμάς».
Ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν, ότι το Σύμπαν μέσα στο οποίο ζούμε είναι ένα από τα πολλά που υπάρχουν.

Στο μοντέλο του «πολυσύμπαντος», τα διαφορετικά σύμπαντα συνυπάρχουν σαν φούσκες, το ένα δίπλα στο άλλο. Η θεωρία αυτή υπονοεί ότι κατά την πρώτη διαστολή, διαφορετικά τμήματα στο Διάστημα, μεγάλωσαν με διαφορετικό ρυθμό. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τη «χάραξη» διαφορετικών τομέων –διαφορετικά σύμπαντα- με δυνητικά διαφορετικούς νόμους φυσικής.

Ενώ μπορούμε να κατανοήσουμε πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, όπως το γνωρίζουμε σήμερα –καταλήγει η αρθρογράφος- είναι πιθανό η Μεγάλη Έκρηξη να μην ήταν η πρώτη περίοδος διαστολής που βίωσε αυτό.

Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν, ότι ζούμε σε έναν κόσμο (σύμπαν) που περνά από διάφορες φάσεις διαστολής και συστολής και ότι απλά τυχαίνει να ζούμε σε κάποια από αυτές τις φάσεις
πηγή-newsbeast.gr

Διαβάστε περισσότερα... »