Στο σκοτάδι οι επιστήμονες - Αναζητούν εναγωνίως νέες και καλύτερες θεωρίες

11/05/2019

Η ανακοίνωση των επιστημόνων προ ημερών, οι οποίοι επιβεβαίωσαν ότι βλέπουν το σύμπαν να επεκτείνεται ταχύτερα του αναμενομένου, με ρυθμό περίπου 9% πιο γρήγορο από ό, τι προβλέπεται θεωρητικά, δημιούργησε νέο προβληματισμό στην επιστημονική κοινότητα.

Αστρονόμοι, φυσικοί και κοσμολόγοι αντιλαμβάνονται ότι κάτι δεν πάει καλά με τις θεωρίες τους για το πώς «δουλεύει» ο κόσμος και άρα χρειάζονται μια νέα Φυσική που να μπορεί να εξηγήσει καλύτερα τι συμβαίνει στο σύμπαν. Το πρόβλημα είναι γνωστό εδώ και χρόνια, αλλά πλέον αναζητά επειγόντως μια απάντηση.

Η νέα ανακοίνωση από τον νομπελίστα Αμερικανό καθηγητή φυσικής και αστρονομίας Άνταμ Ρις του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς, που επιβεβαιώνει την ταχύτερη διαστολή του σύμπαντος, χωρίς να μπορεί να δοθεί ακόμη μια εξήγηση για το μυστήριο, λειτούργησε ως «καμπανάκι κινδύνου» για τους επιστήμονες. Ο Ρις είχε μοιραστεί το Νόμπελ Φυσικής του 2011 με τους Μπράιαν Σμιτ και Σολ Περλμούτερ ακριβώς επειδή είχαν πρώτοι δείξει στο τέλος της δεκαετίας του 1990 ότι η επέκταση του σύμπαντος όχι μόνο είναι υπαρκτή, αλλά είναι επίσης -για κάποια «σκοτεινή» αιτία- και επιταχυνόμενη.

Το σύμπαν μεγαλώνει συνεχώς και ο χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες «ξεχειλώνει». Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος ονομάζεται «σταθερά του Χαμπλ», επειδή πρώτος ο Αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ παρατήρησε το φαινόμενο της συμπαντικής διαστολής το 1929.

Ο νέος ακριβέστερος υπολογισμός της σταθεράς από την ομάδα του Ρις έγινε κυρίως με τη βοήθεια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble 70 μεταβλητών αστέρων στο Μεγάλο Μαγγελανικό Νέφος, ένα γαλαξία δορυφορικό του δικού μας. Τα εν λόγω άστρα (Κηφείδες) αυξομειώνουν τη φωτεινότητα τους με προβλεπόμενους ρυθμούς, πράγμα που τα καθιστά χρήσιμα για τη δημιουργία μιας κλίμακας για τον υπολογισμό των κοσμικών αποστάσεων (η μελέτη του φωτός των εκρήξεων σούπερ-νόβα βοηθά περαιτέρω).

Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος υπολογίσθηκε σε περίπου 74,03 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (ένα megaparsec είναι γύρω στα 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός που ένας γαλαξίας είναι μακρύτερα από τη Γη, φαίνεται να απομακρύνεται από εμάς με ταχύτητα 74 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο πιο γρήγορα.

Η αβεβαιότητα του νέου αριθμού εκτιμήθηκε σε μόλις 1,9%, έναντι 10% το 2001 και 5% το 2009, ενώ η πιθανότητα λάθους υπολογίστηκε σε μόλις μία πιθανότητα στις 100.000 Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι η αναμενόμενη επέκταση του σύμπαντος θα έπρεπε να είναι 67,4 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, με βάση τις παρατηρήσεις του αξιόπιστου ευρωπαϊκού δορυφόρου Planck σχετικά με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή του φωτός που είναι το απομεινάρι από την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) της δημιουργίας του σύμπαντος πριν 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι σαν το πρώιμο σύμπαν να συμπεριφερόταν διαφορετικά από το σημερινό.

Όπως είπε ο Ρις, «δεν είναι μόνο ότι οι δύο μετρήσεις διαφέρουν, αλλά μετρούμε τελικά κάτι θεμελιωδώς διαφορετικό. Η μία μέτρηση (σσ: η δική του) αφορά πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν όπως το βλέπουμε. Η άλλη (σσ: του Planck) είναι μια πρόβλεψη με βάση τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος και τις μετρήσεις του πόσο γρήγορα θα έπρεπε αυτό να επεκτείνεται. Αν οι δύο μετρήσεις δεν συμφωνούν, τότε υπάρχει πολύ σοβαρή πιθανότητα πως κάτι λείπει από το κοσμολογικό μοντέλο που συνδέει τις δύο εποχές».


Η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια

Ως υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος έχει θεωρηθεί η λεγόμενη σκοτεινή ενέργεια, που θεωρείται ότι αποτελεί περίπου το 70% της μάζας-ενέργειας του σύμπαντος. Αποκαλείται σκοτεινή απλούστατα επειδή κανείς δεν ξέρει τι είναι, όπως αντίστοιχα συμβαίνει με την αποκαλούμενη σκοτεινή ύλη.

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η σκοτεινή ενέργεια - ό,τι και αν είναι αυτή- υπήρχε ήδη από τα πρώτα δευτερόλεπτα της γέννησης του σύμπαντος και άρχισε εξ αρχής να ωθεί τη ύλη να επεκταθεί. Η ίδια ενέργεια υποτίθεται ότι ευθύνεται και για την επιταχυνόμενη διαστολή, λειτουργώντας ως ένα είδος κοσμικής αντιβαρύτητας. Υπό την επιρροή της σκοτεινής ενέργειας, εκτιμάται ότι το σύμπαν διπλασιάζει το μέγεθος του κάθε δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, άγνωστο με ποιο στόχο (αν υπάρχει στόχος...).

«Αν θέλουμε να είμαστε σοβαροί με την κοσμολογία, πρέπει να πάρουμε στα σοβαρά αυτό το πρόβλημα», δήλωσε η φυσικός Λάιζα Ράνταλ του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στους «Τάιμς της Νέας Υόρκης».

Ανάμεσα στις εναλλακτικές εξηγήσεις που έχουν προταθεί, είναι η «σκοτεινή ακτινοβολία» ενός υποτιθέμενου υποατομικού σωματιδίου -ίσως ενός άγνωστου έως τώρα είδους νετρίνου πέρα από τα τρία που έχουν βρεθεί- το οποίο ταξιδεύει σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Ή η πιθανότητα η σκοτεινή ύλη (η αόρατη μορφή της ύλης που δεν αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια) να αλληλεπιδρά πιο έντονα με τη συνήθη ύλη και ακτινοβολία από ό,τι έχει υποτεθεί μέχρι σήμερα.

Αλλά καμία προτεινόμενη εξήγηση δεν έχει αποκτήσει αληθινή αξιοπιστία, ούτε έχει επιβεβαιωθεί. «Είμαστε σε σύγχυση και ελπίζουμε ότι η σύγχυση θα οδηγήσει σε κάτι καλό», δήλωσε στωικά ο βετεράνος κοσμολόγος Μάικλ Τέρνερ του Πανεπιστημίου του Σικάγο.

Αν η σκοτεινή ενέργεια συνεχίσει τον «καλπασμό» της με το σημερινό ρυθμό, τότε προβάλλει στον ορίζοντα ένα εφιαλτικό υπαρξιακό σενάριο: μια μέρα στο μέλλον τα πάντα θα έχουν απομακρυνθεί πια τόσο πολύ από τη Γη, ώστε τίποτε να μην είναι ορατό στον ουρανό. Η Γη -και κάθε άλλος πλανήτης- θα ζει μέσα στο απόλυτο σκοτάδι. Ακόμη χειρότερα, μπορεί μια μέρα τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια να διαλυθούν εκ των ένδον, διαρρηγνύοντας κάθε δεσμό της ύλης, οπότε δεν θα υπάρχει πια Γη, ούτε σύμπαν με υλική μορφή (το σενάριο της υπέρτατης κοσμικής καταστροφής).

Αν όμως η σκοτεινή ενέργεια εμφανίζει αυξομειώσεις διαχρονικά, άρα ίσως «φρεναριστεί» μελλοντικά, τότε μπορεί κανείς να ελπίσει σε ένα πιο αισιόδοξο μέλλον για την ανθρωπότητα και τον πλανήτη της.

ΠΗΓΗ: ΜΠΕ-ΑΠΕ