Κυριακή, 27 Σεπτεμβρίου 2009

Στην Άκρη του Σύμπαντος



Φυσαλίδες, μαγνητικά μονόπολα. Eκατομμύρια άλλες γαίες βρίσκονται κάπου στο άπειρο. Ίσως κι εμείς οι ίδιοι να ζούμε σ' ένα άλλο σύμπαν.

Όταν πριν από περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια, αμέσως μετά το Big Bang, άρχισε να σχηματίζεται το σύμπαν, η ανάπτυξη ζωής ήταν νομοτελειακά δεδομένη. Από το φορτίο του ηλεκτρονίου μέχρι τη μέση θερμοκρασία του σύμπαντος, όλα φαίνονταν να συντονίζονται για ένα και μόνο σκοπό: τη δημιουργία ζωής. Το γεγονός αυτό προκάλεσε από νωρίς μια εύλογη απορία στους επιστήμονες. Είμαστε άραγε τόσο τυχεροί ή μήπως το σύμπαν μας είναι ένα από τα πολλά άλλα σύμπαντα που υπάρχουν;

Περιορισμένος ορίζοντας

Το ορατό, οικείο σύμπαν έχει ακτίνα περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός ή 4 Χ 1026 μέτρα. Αποτελείται από εκείνα τα σημεία το φως των οποίων είχε το χρόνο να φτάσει σ' εμάς. Αν το αναπαριστούσαμε θα έμοιαζε σαν νοητή σφαίρα η οποία συνεχώς διαστέλλεται. Πέρα από εκεί κανείς δεν μπορεί να πει με σιγουριά τι υπάρχει.

Ωστόσο το 2001 το πείραμα Μπούμερανγκ, που πραγματοποιήθηκε στην Ανταρκτική, απέδειξε ότι το σύμπαν είναι επίπεδο, δηλαδή ο χώρος του μπορεί να εκτείνεται στο άπειρο. Αν λοιπόν ο χώρος είναι άπειρος, τότε, καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, ακόμα και τα πιο απίθανα πράγματα κάποτε θα εμφανιστούν στον ορίζοντά μας. Παράλληλα σύμπαντα ή τερατώδη αντικείμενα όπως κοσμικές χορδές και μαγνητικά μονόπολα είναι μερικά από τα αλλόκοτα που ίσως δούμε στο απώτερο μέλλον.

Έτσι εξηγείται και η απορία των κοσμολόγων, γιατί δηλαδή βρισκόμαστε σ' αυτό το συγκεκριμένο σύμπαν όπου οι φυσικές σταθερές, για παράδειγμα, το φορτίο των ηλεκτρονίων, έχουν συγκεκριμένες τιμές και όχι άλλες; Η υπόθεση του πολυσύμπαντος φαίνεται να δίνει την πιο λογική ερμηνεία: Το δικό μας είναι ένα από πολλά, πιθανά διαφορετικά σύμπαντα. Ας δούμε ποιοι είναι οι κυριότεροι τύποι πολυσύμπαντος που εξετάζει η σύγχρονη κοσμολογία.

Το "απλό" πολυσύμπαν

Άπειρα παράλληλα σύμπαντα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από μας στοιχειοθετούν το πολυσύμπαν τύπου Ι. Αυτό είναι σήμερα το πιο διαδεδομένο κοσμολογικό μοντέλο. Επιπλέον αντιμετωπίζει τις λιγότερες αμφισβητήσεις. Σε απόσταση περίπου 1028 μέτρα από τη Γη πρέπει να υπάρχει μια άλλη πανομοιότυπη Γη κι ένας άλλος εαυτός μας. Έχει την ίδια εμφάνιση μ' εμάς και μοιραζόμαστε περίπου τις ίδιες αναμνήσεις.

Ωστόσο ζει μια διαφορετική ζωή, έχοντας κάνει τις επιλογές που εμείς απορρίψαμε. Η συγκεκριμένη απόσταση είναι τεράστια, ακόμα και για τα αστρονομικά δεδομένα. Έτσι δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε τα κοσμικά μας αντίγραφα. Δεν αποκλείεται όμως να συμβεί κάτι τέτοιο στο απώτερο μέλλον, καθώς η συνεχής επέκταση του σύμπαντός μας θα συμπεριλάβει αναπόφευκτα καινούριες περιοχές.

Όπως ακριβώς ένα πλοίο που δεν είναι ορατό πριν εμφανιστεί στον ορίζοντα, δε σημαίνει ότι επειδή δεν το βλέπουμε δεν υπάρχει. Θεωρητικά, σε μερικά δισεκατομμύρια χρόνια οι απόγονοί μας θα αντικρίσουν τα μακρινά αυτά σύμπαντα.

Τυχαίος προγραμματισμός

Για τους παράλληλους κατοίκους του πολυσύμπαντος Ι ισχύουν οι ίδιες φυσικές σταθερές με τις δικές μας. Οι τέσσερις βασικές δυνάμεις που δημιούργησαν το δικό μας σύμπαν -η ασθενής πυρηνική, η ισχυρή πυρηνική, η ηλεκτρομαγνητική και η βαρυτική- κυριαρχούν και στους δικούς τους κόσμους.

Πρόσφατες θεωρίες υποστηρίζουν ότι αιτία της ομοιότητας είναι το Big Bang. Συγκεκριμένα, αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η ύλη διαδόθηκε παντού τόσο τυχαία όσο ακριβώς χρειαζόταν ώστε να προκύψουν όλες οι πιθανές εκδοχές Δημιουργίας. Ακολούθως το Big Bang δημιούργησε το πολυσύμπαν Ι, και μάλιστα με τέτοιο τρόπο ώστε να συμπεριλάβει όλα τα ενδεχόμενα σύμπαντα στα οποία θα μπορούσε να εμφανιστεί ζωή.

Κοσμική φούσκα

Αν το πολυσύμπαν σάς φάνηκε αλλόκοτο, προετοιμαστείτε για τα παράλληλα σύμπαντα φυσαλίδων που πρώτος περιέγραψε ο θεωρητικός φυσικός Άλαν Γκουθ. Υποστήριξε ότι το σύμπαν είναι προϊόν μιας αρχικής υπερταχείας διαστολής η οποία συνεχίζεται και θα συνεχίζεται επ' άπειρον.

Ωστόσο ορισμένες περιοχές σταματούν να διευρύνονται και σχηματοποιούνται με τη μορφή φυσαλίδων μέσα στο κενό. Μια τέτοια φυσαλίδα είναι και το δικό μας σύμπαν. Άπειρες παρόμοιες φυσαλίδες απαρτίζουν το πολυσύμπαν τύπου ΙΙ. Εδώ δε θα μπορέσουμε ποτέ να συναντήσουμε τους διδύμους μας, αν υπάρχουν. Αιτία είναι ο χώρος, ο οποίος διαστέλλεται με ταχύτητες πολλαπλάσιες του φωτός. Κατά συνέπεια, το φως δε θα μπορέσει να καλύψει ποτέ την απόσταση που μας χωρίζει και να φτάσει έτσι στα τηλεσκόπιά μας.

Nησίδες ζωής

Έναν άλλο τρόπο για να φτάσουμε στο πολυσύμπαν του Γκουθ προτείνει η Θεωρία των Κοσμικών Μεμβρανών. Πρώτος τη διατύπωσε ο φυσικός Ρίτσαρντ Τόλμαν, τη δεκαετία του 1930. Ας παρομοιάσουμε τις κοσμικές μεμβράνες σαν τρισδιάστατες νησίδες μέσα στο χώρο, ο οποίος έχει στην πραγματικότητα εννέα ή έντεκα διαστάσεις. Εκεί η ύλη συγκεντρώνεται και δομείται σύμφωνα με τους κλασικούς νόμους της φυσικής.

Οι Στάινχαρντ και Τούροκ, φυσικοί στα Πανεπιστήμια του Πρίνστον και Κέιμπριτζ αντίστοιχα, εξέλιξαν την εν λόγω θεωρία υποθέτοντας ότι υπάρχουν περισσότερες από μία κοσμικές μεμβράνες. Έτσι θα ήταν δυνατή η ύπαρξη πολλών παράλληλων συμπάντων. Όμως το μόνο φαινόμενο που θα αντιλαμβανόμασταν από την παρουσία τους θα ήταν η βαρυτική δύναμη. Πράγματι η βαρύτητα μπορεί να δράσει μόνο εκτός του τρισδιάστατου χώρου. Όλες οι υπόλοιπες δυνάμεις, ακόμα και το φως, βρίσκονται φυλακισμένες πάνω στις κοσμικές μεμβράνες.

Ο Σάββας Δημόπουλος, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, στις ΗΠΑ, κι ένας από τους κορυφαίους θεωρητικούς φυσικούς στον κόσμο, έχει αναπτύξει τη σημαντικότερη Θεωρία για τις Κρυμμένες Διαστάσεις του Χώρου. Όπως εξηγεί, "θα μπορούσαμε να φανταστούμε κάποια άλλα όντα να συνυπάρχουν δίπλα μας σε κάποιο άλλο σύμπαν, σε κάθε χιλιοστό του χώρου στον οποίο ζούμε. Ωστόσο δε θα γίνονταν ποτέ αντιληπτά, γιατί μεσολαβούν μεταξύ μας άλλες διαστάσεις".

Σαν στο σπίτι σας

Οι διάσπαρτοι, παράλληλοι κόσμοι του πολυσύμπαντος Ι και ΙΙ, που βρίσκονται πέρα από το δικό μας σύμπαν, απέχουν μεταξύ τους δισεκατομμύρια έτη φωτός. Το πολυσύμπαν τύπου ΙΙΙ όμως βρίσκεται δίπλα μας, γύρω μας, ανάμεσά μας. Το παράδοξο μοντέλο περιγράφηκε το 1957 από το φυσικό Χιου Έβερετ, από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Ονομάζεται Μοντέλο των Πολλαπλών Κόσμων και υποστηρίζει ότι το πολυσύμπαν αποτελείται ουσιαστικά από διαφορετικές εκδοχές του ίδιου σύμπαντος. Σε μια άλλη εκδοχή λοιπόν ποτέ δε διαβάσατε αυτό το άρθρο. Ο χρόνος δεν είναι μια τακτική διαδοχή γεγονότων, αλλά μια διαρκής μετάπτωση από τον έναν πιθανό κόσμο σε κάποιον άλλο.

Κβαντικό ζάρι

Το συγκεκριμένο μοντέλο έχει δεχτεί σφοδρότατες επιθέσεις τα τελευταία σαράντα χρόνια. Ο Έβερετ το συνέλαβε όταν προσπαθούσε να ερμηνεύσει ένα από τα πιο περίεργα φαινόμενα της κβαντομηχανικής, την τάση που έχουν τα μικροσκοπικά σωματίδια -ηλεκτρόνια και φωτόνια- να βρίσκονται συγχρόνως σε περισσότερες από μία καταστάσεις, σαν ένα ζάρι που φέρνει και τους έξι αριθμούς ταυτόχρονα.

Σύμφωνα με μια ερμηνεία της κβαντομηχανικής, το ζάρι φέρνει διαφορετικά νούμερα σε διαφορετικά σύμπαντα. Έτσι στο σύμπαν νούμερο 1 φέρνει 1, στο σύμπαν νούμερο 2 φέρνει 2 και ούτω καθεξής. Εμείς, εγκλωβισμένοι στο δικό μας σύμπαν, μπορούμε να παρακολουθήσουμε ένα μέρος μόνο της κβαντικής πραγματικότητας.

Η έντονη διαφωνία των θεωρητικών φυσικών με το μοντέλο του Έβερετ έγκειται στο ότι το φαινόμενο παρατηρείται μόνο στα υποατομικά σωματίδια. Κατά συνέπεια χαρακτηρίζουν ως αυθαίρετη την υιοθέτησή του στο μακρόκοσμο του σύμπαντος.

Το σύμπαν των μαθηματικών

Οι αρχικές συνθήκες δημιουργίας και οι φυσικές σταθερές στα πολυσύμπαντα Ι, ΙΙ και ΙΙΙ διαφέρουν, όμως οι θεμελιώδεις φυσικοί νόμοι που ρυθμίζουν τη ζωή παραμένουν ίδιοι. Η μόνη διαφορά είναι ότι το πολυσύμπαν ΙΙΙ προσθέτει πλήθος νέα αντίγραφα της ίδιας πραγματικότητας, σαν ένα δέντρο με κβαντικά κλαδιά.

Μπορούμε να φανταστούμε ένα σύμπαν στο οποίο δεν ισχύει κανένας από τους γνωστούς φυσικούς νόμους; Και πώς γίνεται αυτό; Αλλάζοντας τα μαθηματικά, δηλαδή τις εξισώσεις και τα αξιώματα που περιγράφουν τους φυσικούς νόμους. Το αποτέλεσμα είναι νέοι φυσικοί νόμοι που στοιχειοθετούν άπειρες εναλλακτικές πραγματικότητες, άπειρους κόσμους εντελώς διαφορετικούς μεταξύ τους. Το σύνολο αυτών των κόσμων μάς δίνει το πολυσύμπαν ΙV. Πρόκειται για το μοντέλο που πρότεινε ο Μαξ Τέγκμαρκ, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια, στις ΗΠΑ.

Ιδού ο Πλάτωνας!

Για να γίνει περισσότερο κατανοητό το πολυσύμπαν IV, ας δώσουμε ένα παράδειγμα. Στο δικό μας σύμπαν ισχύει το αξίωμα ότι από ένα σημείο περνούν άπειρες ευθείες. Ας φανταστούμε ένα σύμπαν στο οποίο, όταν από ένα σημείο περάσουν πάνω από τρεις ευθείες, μετατρέπεται και το ίδιο σε ευθεία ή ακόμα και εξαφανίζεται. Ουσιαστικά πρόκειται για μια ριζοσπαστική προσέγγιση του φυσικού κόσμου μέσα από τα μαθηματικά. Κάθε μαθηματικό μοντέλο περιγράφει κι ένα διαφορετικό σύμπαν.

Η υπόθεση του πολυσύμπαντος IV είναι άμεση αντανάκλαση της πλατωνικής θεώρησης ότι οι φυσικοί νόμοι είναι αποτέλεσμα των μαθηματικών, και όχι το αντίστροφο. Απλώς εμείς ως παρατηρητές συλλαμβάνουμε μόνο τη φυσική πραγματικότητα. Όπως στην ταινία Matrix, όπου ο πρωταγωνιστής από ένα σημείο και μετά βλέπει τον κόσμο σαν μια αλληλουχία αριθμών και εξισώσεων. Αν και προωθημένο, το μοντέλο δεν έχει δεχτεί δριμεία κριτική όπως το πολυσύμπαν του Γκουθ.


http://www.youtube.com/watch?v=2LLfDG0GNvc&feature=fvw




Η αλήθεια είναι εκεί έξω

Μέσα στην επόμενη δεκαετία πανίσχυρα τηλεσκόπια θα ανοίξουν νέους ορίζοντες στην παρατήρηση. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα οι θεωρίες των πολυσυμπάντων Ι και ΙΙ να ισχυροποιηθούν ή, αντίθετα, να καταρριφθούν. Επιπλέον, αν οι προσπάθειες για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή καρποφορήσουν, το πολυσύμπαν ΙΙΙ θα εδραιωθεί ή θα απορριφθεί.

Το πλέον προχωρημένο μοντέλο, αυτό του πολυσύμπαντος IV, θα είναι δυνατό να μελετηθεί πιο διεξοδικά αν ενοποιηθεί η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και η Θεωρία των Κβαντικών Πεδίων. Μπορούμε λοιπόν να πιστέψουμε ότι μετά το δικό μας σύμπαν επεκτείνονται άπειρα άλλα σύμπαντα; Μένει να αποδειχθεί, αφού ό,τι κι αν υπάρχει εκεί έξω περιμένει να το ανακαλύψουμε. Ένα είναι βέβαιο: Αν διαβάσατε αυτό το άρθρο η αλήθεια δε θα σας βρει απροετοίμαστους, σε αντίθεση με τον κοσμικό σας δίδυμο αδερφό ο οποίος επέλεξε την ανάγνωση κάποιου σκανδαλοθηρικού εντύπου.


http://www.youtube.com/watch?v=W35SYkfdGtw&feature=related




Πήγή:www.Focusmag.gr