Οι φυσικοί δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση σε οτιδήποτε υπήρχε πριν από την έναρξη του χρόνου και του χώρου, αλλά διατυπώνουν θεωρίες
Η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν έκρηξη με την παραδοσιακή έννοια- αλλά παρ’ όλα αυτά ήταν η αρχή σημαντικών πραγμάτων: πρώτον, του χώρου και δεύτερον, του χρόνου. Τρίτον, ξεκίνησε τις συνθήκες και τις διαδικασίες που τελικά οδήγησαν σε εμάς τους ανθρώπους, οι οποίοι μπορούμε να καθόμαστε εδώ και να αναρωτιόμαστε για τον χώρο και τον χρόνο. Η Μεγάλη Έκρηξη ήταν ουσιαστικά η αρχή του σύμπαντος. Σύμφωνα με τη λογική του ανθρώπινου εγκεφάλου, φαίνεται ότι πρέπει να υπήρξε κάτι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, ακόμα κι αν η λέξη «πριν» είναι λανθασμένη, επειδή δεν υπήρχε χρόνος παρά μόνο μετά από αυτήν.
Τα καλά νέα είναι ότι οι φυσικοί έχουν πράγματι τρόπους να σκέφτονται – και μάλιστα να μελετούν εμπειρικά – την προέλευση της προέλευσης του σύμπαντος. Όσο πέραν της διαίσθησης και αδύνατο κι αν φαίνεται, οι κοσμολόγοι σημειώνουν πρόοδο στον καθορισμό του ποιες «τρελές» ιδέες θα μπορούσαν να τραβήξουν το πέπλο αυτής της αρχέγονης εποχής, παρόλο που παραμένει απρόσιτη στα τηλεσκόπια.
Για χιλιετίες, το τι συνέβη πριν και κατά την αρχή του σύμπαντος δεν ήταν ένα ερώτημα που οι επιστήμονες μπορούσαν καν να απαντήσουν. Τα κοσμολογικά ερωτήματα ανήκαν στο πεδίο των φιλοσόφων και των θεολόγων. Το πιο θεμελιώδες ερώτημα, φυσικά, είναι από πού ερχόμαστε. Άλλα ερωτήματα περιλαμβάνουν προβληματισμούς όπως: «Τι είναι ο χώρος και ο χρόνος; Έχει ο χρόνος αρχή; Έχει ο χώρος όρια;»
Ακόμη κι όταν η κοσμολογία καθιερώθηκε ως σοβαρή επιστήμη, ο κλάδος παρέμενε κάπως μετέωρος. Βασιζόταν «σε ενάμισι χειροπιαστό στοιχείο», σύμφωνα με την έκφραση του φυσικού James Jeans. Όλα αυτά όμως άλλαξαν τον τελευταίο περίπου αιώνα, καθώς οι φιλοσοφικές αναζητήσεις εισχώρησαν πλέον στον χώρο της θεωρίας, του πειράματος και των πραγματικών δεδομένων. Αυτά τα παλιά, θεωρητικά ερωτήματα επανέρχονται σήμερα στο προσκήνιο μέσα από νέες οπτικές γωνίες, αποκτούν άλλη δυναμική και εξετάζονται σε ένα εντελώς νέο πλαίσιο.
Δεν είναι σαφές εάν η επιστήμη ως κλάδος – και οι επιστήμονες ως άνθρωποι – θα μπορέσουν ποτέ να απαντήσουν οριστικά σε ορισμένα ερωτήματα. Εξάλλου, κανείς δεν μπορεί να «δει» πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και κανείς δεν θα μπορέσει ποτέ – τουλάχιστον όχι άμεσα. Αλλά το παρόν και το μελλοντικό σύμπαν, όπως μαθαίνουν οι ερευνητές, μπορεί να περιέχει στοιχεία για το μακρινό παρελθόν.
Και καθώς οι επιστήμονες διευρύνουν τα όρια του τι μπορεί να γίνει γνωστό, δοκιμάζουν τις θεωρίες τους για το πριν από το πριν – τον μόνο τρόπο για να πλησιάσουν την πιθανή αλήθεια. «Χαίρομαι να ακούω οποιοδήποτε πλαίσιο, αλλά αρχίζω να το παίρνω στα σοβαρά μόνο όταν παράγει έναν καθαρό παρατηρησιακό στόχο που μπορεί να ακολουθήσει ένα πραγματικό όργανο», λέει ο Brian Keating, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. «Αν δεν υπάρχει κάποιο διακριτό στοιχείο που μπορείς να μετρήσεις, τότε κάνεις μεταφυσική με εξισώσεις».
Ακολουθούν τρεις ιδέες που οι επιστήμονες λαμβάνουν σοβαρά υπόψη σχετικά με την απώτερη προέλευση του σύμπαντος.
Η θεωρία περί μη ορίων
Η κβαντομηχανική είναι η φυσική του εξαιρετικά μικρού, που διέπεται από μια θεμελιώδη τυχαιότητα, που μπορεί να διαμόρφωσε το αρχέγονο σύμπαν. Για να κατανοήσουν τον κβαντικό κόσμο, οι επιστήμονες υπολογίζουν την πιθανότητα μιας δεδομένης εξόδου (αποτελέσματος) από μια συγκεκριμένη είσοδο (δεδομένο). Στην κοσμολογία, η «έξοδος» είναι το σύμπαν όπως φαίνεται σήμερα. Το ερώτημα είναι: Ποια θα έπρεπε να είναι η είσοδος;
Οι φυσικοί μπορούν να αναλύσουν το πρόβλημα σε τμήματα εξόδων και εισόδων. Αν θεωρήσουν το σύγχρονο σύμπαν ως την έξοδο, μπορούν να προσπαθήσουν να καταλάβουν ποια είσοδος θα μπορούσε να την έχει προκαλέσει. Στη συνέχεια, μπορούν να κάνουν ένα βήμα πίσω λαμβάνοντας αυτήν την είσοδο ως νέα έξοδο και να προσδιορίσουν ποιες συνθήκες νωρίτερα στο σύμπαν μπορεί να παρήγαγαν αυτήν την κατάσταση, και ούτω καθεξής. Θεωρητικά, μπορούν (αν έχουν άφθονο χρόνο στη διάθεσή τους) να το κάνουν αυτό για πάντα, προχωρώντας προς τα πίσω για να φτάσουν στο «πριν το πριν» – και ακόμα πιο πριν από αυτό.
Αυτή η άπειρη αναδρομή, ωστόσο, δεν έβγαζε νόημα για τους φυσικούς Stephen Hawking και James Hartle, οι οποίοι εργάστηκαν μαζί πάνω στο ερώτημα τη δεκαετία του 1980. Αποφάσισαν να εξαλείψουν την τελική είσοδο του σύμπαντος – την «αρχή» του. Αντ’ αυτού σχημάτισαν ένα μοντέλο του σύμπαντος που ονομάζεται θεωρία χωρίς σύνορα. Πρότειναν ότι ο χρόνος και ο χώρος σχηματίζουν μια κλειστή, καμπύλη επιφάνεια: ένα τετραδιάστατο ημισφαίριο χωροχρόνου.
Δεν βγάζει νόημα αυτό; Δοκιμάστε το εξής: φανταστείτε το σύμπαν σαν την υδρόγειο σφαίρα. Η Μεγάλη Έκρηξη είναι ο Βόρειος Πόλος. Δεν υπάρχει «πριν» από αυτήν, όπως ακριβώς δεν υπάρχει βόρεια από τον Βορειο Πόλο. Το πριν καθίσταται μια έννοια χωρίς κανένα νόημα. Και είναι κάτι με το οποίο πειραματίζονται υπολογιστικά, προσπαθώντας να δουν αν μπορούν να συνθέσουν ξανά το σημερινό σύμπαν μέσα από μια σφαιρική γεωμετρία, όπου δεν υφίσταται τίποτα «πιο βόρεια από τον Βορειο Πόλο».
«Η θεωρία χωρίς όρια έχει αξιοπρεπή υποστήριξη ή τουλάχιστον ενδιαφέρον εντός της κοινότητας των φυσικών», λέει ο Sean Carroll, καθηγητής φυσικής φιλοσοφίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. Σημειώνει ότι ορισμένοι επιστήμονες ανησυχούν για το πόσο καλά ορισμένη είναι η ιδέα, αλλά ο ίδιος την θεωρεί «φυσικό σημείο εκκίνησης», δεδομένων όσων γνωρίζουμε για την κβαντική βαρύτητα.
Ένα κυκλικό σύμπαν που αναπηδά
Ο Paul Steinhardt, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, έχει μια άλλη ιδέα για το τι συνέβη πριν ξεκινήσει το σύμπαν όπως το ξέρουμε. Έρχεται σε αντίθεση με μια ιδέα που βοήθησε να διαμορφωθεί: αυτή η έννοια υποδηλώνει ότι, μετά την Μεγάλη Έκρηξη, ο χωροχρόνος επεκτάθηκε πολύ γρήγορα για ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα που ονομάζεται πληθωρισμός. Το σενάριο του πληθωρισμού σκοπό έχει να εξηγήσει γιατί το σύμπαν φαίνεται επίπεδο και παρόμοιο σε κάθε μέρος που μπορούν να κοιτάξουν τα τηλεσκόπια μας.
Παρόλο που βοήθησε στη θεμελίωση της θεωρίας του πληθωρισμού, στη συνέχεια ο Steinhardt άρχισε ωστόσο να αμφιβάλλει για αυτήν, εν μέρει επειδή απαιτούσε συνεχείς θεωρητικές μικροδιορθώσεις-μπαλώματα προκειμένου να συνεχίσει να συμφωνεί με τις πραγματικές μετρήσεις μας για το σύμπαν. «Είναι πραγματικά δύσκολο να σκεφτώ ένα ιστορικό προηγούμενο όπου μια τέτοια πρακτική οδήγησε τελικά στη σωστή απάντηση», λέει ο ίδιος. «Σχεδόν πάντα, αυτό είναι σημάδι ότι ο Τιτανικός βυθίζεται».
Ώρα να μπούμε σε μια σωσίβια λέμβο, σκέφτηκε, και κατέληξε σε ένα κυκλικό σύμπαν: ένα σύμπαν που διαστέλλεται σημαντικά σε μέγεθος, όπως φαίνεται να κάνει το δικό μας τώρα, μετά συρρικνώνεται λίγο και στη συνέχεια αρχίζει να διαστέλλεται ξανά από την αρχή. «Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται συστελλόμενα σύμπαντα, συνήθως σκέφτονται πράγματα που φτάνουν σε μια σύνθλιψη», λέει ο Steinhardt, όπου το σύμπαν καταρρέει ξανά σε ένα απειροελάχιστα μικρό σημείο. Δεν μιλάει γι αυτό ο Steinhardt: πιστεύει ότι το σύμπαν ίσως συστέλλεται αργά, μέχρι ένα μικρότερο κλάσμα του μεγέθους του, αλλά όχι στο τίποτα. Αυτή η συρρίκνωση εξομαλύνει τα πράγματα με τρόπους που ο πληθωρισμός αποτυγχάνει να εξηγήσει, λέει, ενώ εξακολουθεί να παράγει ένα σύμπαν που φαίνεται επίπεδο και το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις.
Ο Steinhardt προσθέτει ότι αυτό που μοιάζει με Μεγάλη Έκρηξη στην πραγματικότητα δεν είναι: το σύμπαν διαστέλλεται, μετά συστέλλεται αργά και στη συνέχεια επιστρέφει γρήγορα στη διαστολή. Η γρήγορη μετάβαση μεταξύ συστολής και διαστολής δεν είναι μια έκρηξη αλλά μια «Μεγάλη Αναπήδηση» (Big Bounce).
Ο Steinhardt ελπίζει να ελεγξει αυτήν την ιδέα όχι μόνο εξετάζοντας το παρελθόν αλλά και λαμβάνοντας δεδομένα από το παρόν και παρακολουθώντας προσεκτικά το μέλλον. Κάνει μια προφανή πρόβλεψη, η οποία είναι ότι η τρέχουσα φάση της επιταχυνόμενης διαστολής δεν μπορεί να συνεχιστεί για πάντα. Πρέπει να τελειώσει, λέει ο Steinhardt. Αυτή η ιδέα, με τη σειρά της, εγείρει ένα νέο ερώτημα: «Θα μπορούσε ήδη να βρίσκεται στη διαδικασία τερματισμού της τώρα;».
Οι μετρήσεις μας σχετικά με το πώς διαστέλλεται το σύμπαν προέρχονται από σχετικά μακρινά αντικείμενα που εξέπεμψαν το φως τους πριν από πολύ καιρό. Τα πράγματα θα μπορούσαν να έχουν αλλάξει, και ίσως να μην το γνωρίζουμε ακόμα επειδή τα αποτελέσματα θα ήταν δύσκολο να μετρηθούν. «Θα έπρεπε να κοιτάξουμε αντικείμενα πολύ κοντά για να το ανιχνεύσουμε», λέει ο Steinhardt. Αυτό δεν είναι το δυνατό σημείο των κοσμολόγων και θα πρέπει να αναπτύξουν νέες τεχνικές και όργανα για να αναζητήσουν κοντά για τέτοια φαινόμενα.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι ο Steinhardt λέει πως, επειδή «δεν συμβαίνει τίποτα κακό στον χώρο» κατά τη διάρκεια της συστολής και της αναπήδησης, οι πληροφορίες, ακόμα και αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες, μπορούν να περάσουν από το «πριν» της αναπήδησης στο «μετά». Και ίσως υπάρχουν πράγματα στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας τα οποία προέρχονται από το «πριν». Έχετε το νου σας.
Κατοπτρικό σύμπαν
Μια άλλη μεγάλη ιδέα σχετικά με το «πριν από την Μεγάλη Έκρηξη» ενδιαφέρει τον Latham Boyle, ερευνητή στο Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Higgs στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, ο οποίος ήταν στο παρελθόν μεταπτυχιακός φοιτητής του Steinhardt. Όπως και η έννοια της μεγάλης αναπήδησης (big bounce), η προτιμώμενη πρόταση του Boyle είναι αρκετά απλή εννοιολογικά και ομοίως αποφεύγει τον πληθωρισμό. Υποστηρίζει ότι «υπάρχει το σύμπαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη και το σύμπαν πριν από την Μεγάλη Έκρηξη και είναι κατά κάποιο τρόπο αντίγραφα–καθρέφτες το ένα του άλλου».
Φανταστείτε το, λέει ο Boyle, σαν τις άκρες δύο χωνιών παγωτού που αγγίζουν η μία την άλλη, με την επαφή τους να αντιπροσωπεύει την Μεγάλη Έκρηξη. Ο χρόνος απομακρύνεται από τη Μεγάλη Έκρηξη και προς τις δύο κατευθύνσεις. Από τη δική μας πλευρά, πηγαίνει προς τα εμπρός. Στην πλευρά του καθρέφτη, πηγαίνει προς τα πίσω. Αυτό που συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη είναι το ανακλώμενο αντίθετο αυτού που συνέβη μετά. Κι αυτό δεν περιλαμβάνει μόνο τον χρόνο: εδώ υπάρχει ύλη· εκεί, υπάρχει αντιύλη. Εδώ, το αριστερά είναι αριστερά· εκεί, το αριστερά είναι δεξιά.
Ο Boyle έχει ιδέες για παρατηρήσεις που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν (ή να διαψεύσουν) τη θεωρία του, η οποία ονομάζεται CPT-συμμετρικό σύμπαν (συμμετρικό ως προς φορτίο, ομοτιμία, χρόνο). Πρώτον, ένα CPT-συμμετρικό σύμπαν δεν θα περιείχε βαρυτικά κύματα να τρεμοπαίζουν στον χώρο από την αρχή του σύμπαντος, όπως προβλέπουν οι κλασικές θεωρίες κοσμολογίας. Οι αστρονόμοι αναζητούν τέτοια σήματα. Αν αυτά τα κύματα ανιχνευθούν τελικά, αυτό θα απέκλειε την ιδέα του Boyle.
Η υπόθεση του Boyle προβλέπει επίσης ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγηθεί από ένα συγκεκριμένο είδος νετρίνου. Ελπίζει ότι τα κοσμολογικά όργανα θα αποκαλύψουν περισσότερες πληροφορίες για τα νετρίνα σύντομα. Η σύνδεση του μοντέλου με τη σωματιδιακή φυσική, μεταξύ άλλων πτυχών, κάνει αυτή την ιδέα ενδιαφέρουσα. Αυτό που αρέσει στους πειραματικούς φυσικούς στην θεωρία του Boyle είναι η οικονομία της και το γεγονός ότι προχωράει μπροστά, εστιάζοντας στα είδη συγκεκριμένων, φυσικών προβλέψεων που χρειάζονται οι πειραματιστές.
Το τεστ του χρόνου
Κάποιοι φυσικοί θεωρούν ότι καμία από
αυτές δεν θα αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου – ό,τι κι αν είναι ο
χρόνος. Θεωρούν ότι είναι εντελώς παράλογο το γεγονός ότι το έτος 2026
θα πρέπει να κατανοήσουμε την αρχή του σύμπαντος. Γιατί όχι το έτος
2.000.026 ή οτιδήποτε άλλο; Με ποια λογική πιστεύουμε ότι εμείς, ακριβώς
τώρα, το έτος 2026, σε αυτή τη συγκεκριμένη γενιά, έχουμε την ικανότητα
και τα εργαλεία να λύσουμε το απόλυτο μυστήριο της ύπαρξης; Το να
περιμένουμε ότι θα βρούμε την απάντηση «σήμερα», είναι ίσως λίγο
αλαζονικό. Η απάντηση μπορεί να απαιτεί τεχνολογία και αντιλήψεις που η
ανθρωπότητα θα αναπτύξει το έτος 2.000.026!
Ακόμα κι αν οι
ερευνητές πιστεύουν ότι πλησιάζουν, θα μπορούσαν να πλησιάζουν σε μια
ψεύτικη κορυφή: εκείνο το απογοητευτικό μέρος που μοιάζει, όταν κάνεις
πεζοπορία, σαν την κορυφή του βουνού, αλλά στην πραγματικότητα είναι
απλώς ένα ύψωμα που εμποδίζει την ορατότητα προς την πραγματική κορυφή, ή
την ορατότητα αυτού που νομίζετε ότι είναι η πραγματική κορυφή, αλλά
είναι, στην πραγματικότητα, απλώς ένα άλλο ύψωμα. «Γενικά, νομίζω ότι
είναι εξαιρετικά πιθανό να υπήρχε κάτι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη», λέει ο
Carroll, «αλλά είναι επίσης πολύ πιθανό η Μεγάλη Έκρηξη να ήταν
πραγματικά η αρχή. Υπάρχουν πάρα πολλά για τα οποία δεν είμαστε σίγουροι
και είμαι λίγο επιφυλακτικός στο κατά πόσο το σημερινό επίπεδο
τεχνογνωσίας είναι αρκετά καλό ώστε να μας επιτρέψει να βγάλουμε σταθερά
πειραματικά ή παρατηρησιακά συμπεράσματα από οποιοδήποτε από αυτά τα
μοντέλα».
Αλλά οι κοσμολόγοι δεν μελετούν την απώτερη προέλευση επειδή πιστεύουν ότι το μυστήριο θα λυθεί κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Κάποιοι φαντάζονται τον εαυτό τους ως μέρος ενός διαγενεακού έργου που βοηθά την ανθρωπότητα να πλησιάσει όλο και πιο κοντά σε μια αλήθεια που μπορεί να μην βρούμε ποτέ.
Η μελέτη ενός τόσο φυσικά και φιλοσοφικά απρόσιτου θέματος διαφέρει θεμελιωδώς από άλλα είδη επιστήμης. Φαίνεται σχεδόν σαν το ερώτημα να μην εμπίπτει στην πραγματικότητα στη σφαίρα της επιστήμης. Αλλά η επιστήμη συχνά περιλαμβάνει την εξερεύνηση πραγμάτων στα οποία δεν έχουμε πρόσβαση, τουλάχιστον στην αρχή. Οι επιστήμονες προέβλεψαν τα άτομα πριν προλάβουμε να τα δούμε, και οι μαύρες τρύπες και η σκοτεινή ύλη εξακολουθούν να βρίσκονται πέρα από την ικανότητά μας να τα ανιχνεύσουμε άμεσα, ωστόσο η διερεύνησή τους είναι σαφώς επιστημονική. Το σημείο αναφοράς για το τι μετράει ως επιστήμη έχει μετατοπιστεί. Και θα συνεχίσει να μετατοπίζεται, φτάνοντας ίσως πίσω από το παρελθόν, σε εκείνο το «πριν» που ενδέχεται να μην είναι καν «πριν».
Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: «What came before the big bang?», Sarah Scoles –https://www.scientificamerican.com/article/what-came-before-the-big-bang-cosmology/
Διαβάστε σχετικά: Τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη
ΠΗΓΗ: physicsgg.me
