Τι πρέπει να γνωρίζουμε για τον γαλαξίας μας.

1. Είναι σπειροειδής με έναν ορθογώνιο κεντρικό κόμβο.

Μπορεί να γνωρίζεις ότι ο γαλαξίας μας είναι ένας σπειροειδής γαλαξίας, ίσως το πιο όμορφο είδος γαλαξία. Το έχεις δει: μαγευτικά σκέλη να στριφογυρίζουν έξω από ένα κεντρικό κόμβο ή την έξαρση λαμπερών αστεριών. Αυτοί είμαστε εμείς. Αλλά πολλές σπείρες έχουν ένα περίεργο χαρακτηριστικό γνώρισμα: ένα ορθογώνιο σμήνος αστεριών στο κέντρο, αντί για μια σφαίρα, και τα σκέλη να  ακτινοβολούν από τις άκρες του ορθογώνιου αυτού. Οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτό το σμήνος “bar” και όπως σωστά μάντεψες: έχουμε  ένα.

Στην πραγματικότητα, το δικό μας είναι αρκετά μεγάλο. Με 27.000 έτη φωτός απόσταση από άκρη σε άκρη, είναι μεγαλύτερο από τα περισσότερα “bar” που υπάρχουν. Βέβαια, το διάστημα είναι μια σκληρή γειτονιά. Ποιος δεν θα ήθελε ένα τεράστιο “bar” να βρίσκεται ακριβώς στο κέντρο της πόλης του;

2. Υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στην καρδιά του.

Στο κέντρο του γαλαξία, ακριβώς στον πυρήνα του, κείτεται ένα τέρας: μια τεράστια μαύρη τρύπα.

Γνωρίζουμε ότι βρίσκεται εκεί, εξαιτίας διαταραχών της βαρύτητας. Τα άστρα πολύ κοντά στο κέντρο κινούνται σε τροχιά γύρω από το κέντρο σε απίστευτες ταχύτητες. Κινούνται με χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και η πρωτοφανής τους ταχύτητα προδίδει την μάζα του αντικειμένου που τα έλκει. Εφαρμόζοντας μερικά βασικά μαθηματικά, είναι δυνατό να καθοριστεί ότι η μάζα που απαιτείται για την επιτάχυνση των άστρων σε τέτοιες ταχύτητες πρέπει να ανατρέψει σε κοσμική κλίματα 4 εκατομμύρια φορές την μάζα του ήλιου. Ακόμα και έτσι όμως, τίποτα δεν μπορεί να φανεί σε φωτογραφίες. Οπότε, τι μπορεί να είναι τόσο ογκώδες όσο 4.000.000 ήλιοι και να μην εκπέμπει καθόλου φώς;

Σωστά. Μια μαύρη τρύπα, αν και είναι τεράστια, έχε κατά νου ότι ο γαλαξίας είναι περίπου 200 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες ισχυρός, έτσι στην πραγματικότητα, η μαύρη τρύπα στο κέντρο είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής μάζας του γαλαξία. Και σε καμία περίπτωση δεν κινδυνεύουμε να πέσουμε μέσα σε αυτή. Εξ’ άλλου είναι 250.000.000.000.000.000 χιλιόμετρα μακριά.

3. Είναι κανίβαλος.

Οι γαλαξίες είναι μεγάλοι και έχουν μεγάλη μάζα. Αν κάποιος άλλος, μικρότερος γαλαξία περάσει πάρα πολύ κοντά, ο μεγαλύτερος μπορεί να καταπιεί τα αστέρια και το φυσικό αέριο του μικρότερου.

Η εικονογράφηση του γαλαξία μας να διαλύει τον γαλαξία Sagittarius Dwarf είναι όμορφη αλλά ταυτόχρονα άγρια εικόνα. Επί του παρόντος καταβροχθίζει πολλούς άλλους γαλαξίες. Σιγά - σιγά τα άστρα τους περιφέρονται γύρω από τον δικό μας γαλαξία και στο τέλος συγχωνεύονται πλήρως με αυτόν. Κατά ειρωνικό τρόπο, αυτό μεγαλώνει την μάζα, καθιστώντας το πιο πιθανό να «τραφούν» ξανά. Τρώγοντας κάνει τους γαλαξίες να πεινάνε πιο πολύ.

4. Ζούμε σε μια όμορφη γειτονιά.

Ο γαλαξίας μας δεν είναι μόνος του στο διάστημα. Είμαστε μέρος μιας μικρής ομάδας κοντινών γαλαξιών που ονομάζονται “Local Group”. Είμαστε οι βαρύτεροι σε αυτή την ομάδα και ο γαλαξίας της Ανδρομέδας μπορεί να είναι λίγο μεγαλύτερος σε μάζα, αν και στην πραγματικότητα είναι πιο «απλωμένος». Ο γαλαξίας Triangulum είναι επίσης σπειροειδής, αλλά όχι πολύ μεγάλος. Υπάρχουν και άλλοι γαλαξίες σκόρπιοι εδώ και εκεί που ανήκουν στην ομάδα αυτή. Στο σύνολο υπάρχουν γύρω στους 12 γαλαξίες στο “Local Group”, με τους περισσότερους να είναι απλά γαλαξίες νάνοι εξαιρετικά ασθενείς και δύσκολο να ανιχνευθούν.

05. Η Γή και εμείς είμαστε στα προάστια.

Το “Local Group” είναι μικρό και ζεστό. Αυτό συμβαίνει, επειδή αν το δεις από μακριά, είμαστε στα προάστια. Η μεγάλη πόλη σε  αυτή την εικόνα είναι ο Virgo Cluster, ένα τεράστιο σύνολο 2.000 περίπου γαλαξιών, πολλοί από τους οποίους είναι πολύ μεγαλύτεροι από τον δικό μας. Είναι το κοντινότερο σύμπλεγμα, το κέντρο του οποίου είναι 60 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Από ότι φαίνεται είμαστε βαρυτικά δεμένοι με αυτό, με άλλα λόγια είμαστε ένα εκτεταμένο μέρος του. Η συνολική μάζα του συμπλέγματος είναι τόσο μεγάλη, όσο τετράκις εκατομμύρια φορές η μάζα του ήλιου.

6. Μπορούμε να δούμε μόνο το 0.000003% από αυτόν.

Όταν κοιτάξεις τον ουρανό μια σκοτεινή νύχτα, θα δεις χιλιάδες αστέρια. Αλλά ο γαλαξίας μας περιλαμβάνει 200 δισεκατομμύρια αστέρια. Βλέπεις μόνο ένα μικροσκοπικό κλάσμα του αριθμού των άστρων γύρω από τον γαλαξία. Στην πραγματικότητα, εκτός μερικών εξαιρέσεων, τα πιο μακρινά αστέρια που μπορείς να δεις είναι 1.000 έτη φωτός μακριά. Ακόμα χειρότερα, τα περισσότερα άστρα είναι τόσο εξασθενημένα που δεν φαίνονται ούτε σε μικρότερες αποστάσεις. Ο ήλιος είναι τόσο αμυδρός που δεν φαίνεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 60 έτη φωτός μακριά…και ο ήλιος είναι πολύ φωτεινός σε σχέση με τα περισσότερα άστρα. Έτσι, η μικρή φούσκα με αστέρια που βλέπουμε γύρω μας είναι απλά μια σταγόνα στον ωκεανό του γαλαξία μας.

7. Το 90% είναι αόρατο.

Αν κοιτάξεις τις κινήσεις των άστρων του γαλαξία μας, μπορείς να εφαρμόσεις μαθηματικά και φυσική και να καθορίσεις πόση είναι η μάζα του (περισσότερη μάζα σημαίνει και περισσότερη βαρύτητα, που σημαίνει ότι τα αστέρια θα κινούνται πιο γρήγορα). Μπορείς επίσης να μετρήσεις τον αριθμό των αστεριών στον γαλαξία και να βρεις πόση μάζα έχουν. Το πρόβλημα είναι ότι τα δυο αυτά νούμερα, δεν ταιριάζουν: τα αστέρια (και τα άλλα εμφανή πράγματα όπως τα αέρια και η σκόνη) αποτελούν μόνο το 10% της μάζας του γαλαξία. Που βρίσκεται το υπόλοιπο 90%;

Η εικόνα του Bullet Cluster, η πρώτη άμεση απόδειξη της σκοτεινής ύλης δείχνει ότι έχει μάζα αλλά δεν φωσφορίζει. Από αυτό προκύπτει και η ονομασία της. Γνωρίζουμε ότι δεν είναι μαύρες τρύπες, νεκρά άστρα ή ψυχρά αέρια (όλα αυτά έχουν ελεγχθεί και έχουν σβηστεί από την λίστα) και οι υποψήφιοι που παραμένουν είναι πολύ περίεργοι (WIMPs). Αλλά γνωρίζουμε ότι είναι αληθινό και ξέρουμε ότι βρίσκεται εκεί έξω. Απλά δεν ξέρουμε τι ακριβώς είναι. Οι επιστήμονες προσπαθούν να το διαπιστώσουν και δεδομένων των ανακαλύψεων των τελευταίων χρόνων, στοιχηματίζω ότι σε λιγότερο από μια δεκαετία θα το έχουν καταφέρει.

8. Οι σπειροειδής βραχίονες είναι μια ψευδαίσθηση.

Λοιπόν, δεν είναι ακριβώς ψευδαίσθηση, αλλά ο αριθμός των αστεριών στους σπειροειδής βραχίονες του γαλαξία μας δεν είναι και τόσο διαφορετικός από τον αριθμό των αστεριών ανάμεσα στους βραχίονες! Οι βραχίονες είναι σαν τα φανάρια του που ρυθμίζουν την κυκλοφοριακή συμφόρηση του σύμπαντος, περιοχές όπου η τοπική πυκνότητα είναι αυξημένη. Όπως σε ένα μποτιλιάρισμα σε έναν αυτοκινητόδρομο, τα αυτοκίνητα εισέρχονται και εξέρχονται από την εμπλοκή, αλλά η συμφόρηση παραμένει. Οι βραχίονες έχουν άστρα που μπαίνουν και βγαίνουν, αλλά οι βραχίονες παραμένουν.

Μπορούμε να δούμε τους βραχίονες αυτούς επειδή το φως είναι καλύτερο εκεί και όχι επειδή βρίσκονται πολλά αστέρια μαζεμένα.

09. Είναι διαστρεβλωμένος.

Ο γαλαξίας μας είναι ένας επίπεδος δίσκος διαμέτρου περίπου 100.000 έτη φωτός και πάχους μερικές χιλιάδες έτη φωτός. Έχει την ίδια αναλογία με μια στοίβα από 4 DVD, αν αυτό βοηθάει.

Έχεις αφήσει ποτέ ένα DVD έξω στο ήλιο; Μπορεί να παραμορφωθεί από την θερμότητα και να διαστρεβλωθεί. Ο γαλαξίας μας έχει ένα παρόμοιο σχήμα. Από όσο γνωρίζω η διαστρέβλωση αυτή δεν μας επηρεάζει καθόλου. Είναι απλά ένα ενδιαφέρον πράγμα το οποίο μπορεί να μην γνωρίζεις για τον γαλαξία μας.

10. Θα γνωρίσουμε τον γαλαξία της Ανδρομέδας πολύ καλύτερα.

Μιλώντας για την Ανδρομέδα, το έχεις δει ποτέ στον ουρανό; Είναι ορατός με γυμνό μάτι σε μια καθαρή, σκοτεινή νύχτα, χωρίς φεγγάρι. Είναι εξασθενημένο, αλλά μεγάλο. Μοιάζει να είναι οχτώ φορές το μέγεθος της Σελήνης, όπως την βλέπουμε από την Γη. Αν αυτό δεν σου φαίνεται μεγάλο, συνυπολόγισε και το γεγονός ότι βρίσκεται δυο εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αυτό θα σου δώσει μια καλύτερη εικόνα. 

Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο δικός μας, πλησιάζουν ο ένας τον άλλο με ταχύτητα 200 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Θυμάσαι που είπα ότι οι μεγάλοι γαλαξίες καταβροχθίζουν τους μικρότερους; Λοιπόν, όταν δυο μεγάλοι γαλαξίες έρχονται πολύ κοντά, τότε έχουμε πραγματικά πυροτεχνήματα. Τα άστρα δεν συγκρούονται. Είναι πάρα πολύ μικρά στην κλίμακα αυτή. Αλλά τα σύννεφα αερίων το κάνουν. Και όταν γίνεται αυτό, δημιουργούνται νέα άστρα.

Τελικά (σε μερικά δισεκατομμύρια χρόνια), οι δυο γαλαξίες θα συγχωνευτούν και θα σχηματίσουν έναν γιγάντιο ελλειπτικό γαλαξία όταν ηρεμήσουν τα πράγματα. Στην πραγματικότητα, ο ήλιος αν επιζήσει, θα υπάρχει ακόμα όταν αυτό συμβεί, δεν θα έχει γίνει ακόμα ένας «Κόκκινός Γίγαντας». Πιθανότατα αν έχει καταφέρει να επιζήσει η ανθρωπότητα μέχρι τότε, οι απόγονοι μας θα γίνουν μάρτυρες της μεγαλύτερης σύγκρουσης στον γαλαξία μας;

«Πολυσύμπαν» όταν η πραγματικότητα υπερβαίνει την φαντασία

Την ύπαρξη αμέτρητων ασύνδετων μεταξύ τους συμπάντων έχουν προτείνει διάφορες θεωρίες όπως αυτή των χορδών αλλά και η κβαντομηχανική. Μια από τις ιδέες που έχουν πέσει στο τραπέζι του επιστημονικού διαλόγου είναι ότι οι ιδιότητες της κβαντομηχανικής που κανονικά επηρεάζουν μόνο τα μικρότερα σωματίδια παίζει κεντρικό ρόλο και στην εξέλιξη του χωροχρόνου. Σύμφωνα με αυτή την ιδέα ένα αποτέλεσμα αυτής της επιρροής της κβαντομηχανικής είναι ότι μπορούσε να αλλάξει τη κβαντική κατάσταση ενός μικρού «τεμαχίου» χωροχρόνου δημιουργώντας μια κοσμική φυσαλίδα.

Τέτοιες φυσαλίδες θα μπορούσαν να σχηματίζονται συνεχώς μέσα σε ένα νεαρό σύμπαν (σαν το δικό μας) που βρισκόταν σε κατάσταση διαστολής. Αυτές οι φυσαλίδες θα άρχιζαν να διαστέλλονται ανεξάρτητα σχηματίζοντας ένα νέο νεαρό σύμπαν και κάθε νέο νεαρό σύμπαν να γεννά εκ νέου τέτοιες φυσαλίδες που θα δημιουργούν νέα σύμπαντα δημιουργώντας τελικά αυτό που οι θιασώτες αυτής της ιδέας ονομάζουν «Πολυσύμπαν».

Θιασώτης αυτής της ιδέας είναι ο Αλεξ Βίλενκιν, κοσμολόγος του Πανεπιστημίου Tufts στη Μασαχουσέτη. Ο Βίλενκιν μαζί με μια ομάδα συνεργατών του αποφάσισαν να αναζητήσουν τα ίχνη του Πολυσύμπαντος. Σε πρώτη φάση έκαναν μαθηματικές αναλύσεις για να διερευνήσουν τι ακριβώς συμβαίνει με αυτές τις φυσαλίδες, τον σχηματισμό και την εξέλιξη τους. Οι ερευνητές κατέληξαν στο εξής συμπέρασμα. Ότι οι φυσαλίδες που δημιουργούνται στην αρχή αυτού του φαινομένου θα είναι μεγάλες και θα δημιουργούν μεγαλύτερες από εκείνες μαύρες τρύπες μέσα στις οποίες θα… κρύβονται.

Οι επόμενες γενιές φυσαλίδων θα είναι μικρότερες και θα καταρρέουν σχηματίζοντας τις συμβατικές μελανές οπές που γνωρίζουμε με τον περίφημο «ορίζοντα γεγονότων», το λεγόμενο «σημείο χωρίς επιστροφή», δηλαδή το σημείο στο οποίο η βαρυτική έλξη γίνεται τόσο δυνατή, ώστε κάθε διαφυγή να είναι αδύνατη. Με απλά λόγια οι ερευνητές αναφέρουν ότι οι κολοσσιαίες μελανές οπές, εκείνες που η μάζα τους είναι δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου είναι πιθανώς πύλες πίσω από τις οποίες βρίσκονται άλλα σύμπαντα. Η μελέτη που παρουσιάζεται στην διαδικτυακή υπηρεσία προδημοσιεύσεων arxiv έχει ήδη προκαλέσει πολλά θετικά σχόλια από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο και σίγουρα αν μη τι άλλο εξάπτει την φαντασία.

Πληθωρισμός και Φυσαλίδες

Αν η θεωρία του πληθωρισμού στην κοσμολογία είναι σωστή, αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο από ότι πιστεύαμε. Κατά πάσα πιθανότητα το σύμπαν είναι επίσης πολύ μεγαλύτερο και από την αναθεωρημένη άποψη, γιατί δεν έγινε μόνο ένα αλλά άπειρα big bang.

Η πληθωριστική θεωρία αναπτύχθηκε για να εξηγήσει παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά του σύμπαντος, και είχε σημαντική επιτυχία. Ένα παράδειγμα είναι η φύση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, που οι κοσμολόγοι ερμηνεύουν σαν το χρονικό της ακτινοβολίας που έμεινε από την θερμότητα του ίδιου του big bang.

Αστρονόμοι έχουν κάνει μετρήσεις υψηλής ακρίβειας αυτής της ακτινοβολίας και διαπίστωσαν ότι φθάνει στην Γη με την ίδια ένταση από όλες τις κατευθύνσεις, με εξαιρετική ακρίβεια περίπου 1/1000 του 1%. Ιχνηλατώντας την ιστορία αυτής της ακτινοβολίας πίσω στο χρόνο, οι κοσμολόγοι συμπέραναν ότι η θερμοκρασία και η πυκνότητα της ύλης στο Σύμπαν πρέπει να ήταν ομοιόμορφη με αυτή την ακρίβεια όταν η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου ελευθερώθηκε, περίπου 370.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Χωρίς τον πληθωρισμού, αυτή η ακραία ομοιογένεια του πρώιμου σύμπαντος έπρεπε να υποτεθεί σαν αξίωμα, δηλαδή δεν μπορούσε να εξηγηθεί. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι, χωρίς τον πληθωρισμό δεν θα υπήρχε αρκετός χρόνος για να γίνει αυτή η σχεδόν ομοιομορφία του Κόσμου, οπότε οι κοσμολόγοι είναι αναγκασμένοι να δεχτούν, χωρίς εξήγηση, ότι το σύμπαν ήταν ομοιόμορφο από την αρχή.

Η θεωρία του πληθωρισμού δέχεται  ότι στις απαρχές του σύμπαντος διογκώθηκε κατά ένα συντελεστή 1050. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το αρχικό μοντέλο του big-bang, το οποίο λέει ότι το σύμπαν επεκτείνεται με όλο και μικρότερο ρυθμό καθώς η βαρύτητα προσπαθεί να τραβήξει όλη την ύλη πίσω. Ο πληθωρισμός σταμάτησε 10-30 δευτερόλεπτα μετά το Big Bang, και από τότε το σύμπαν έχει επεκταθεί ακριβώς όπως λέει το μοντέλο του big-bang.

Παρά το όνομα, η κλασική μορφή της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης δεν είναι στην πραγματικότητα καμιά θεωρία της Έκρηξης. Στην πραγματικότητα περιγράφει μόνο τι έγινε μετά την Έκρηξη. Περιγράφει πως το πρώιμο, καυτό, πυκνό σύμπαν επεκτάθηκε και ψύχθηκε. Περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο γεννήθηκαν τα ελαφρά χημικά στοιχεία κατά τη διάρκεια αυτής της διαστολής, και πως η ύλη συμπτύχτηκε για να σχηματιστούν οι γαλαξίες και τα άστρα. Δεν λέει όμως τίποτα τι ήταν αυτό που έκανε ή τι προκάλεσε την Έκρηξη, και ως εκ τούτου, δεν κάνει προβλέψεις για την ομοιομορφία του Σύμπαντος, λίγο μετά την Έκρηξη.

Ο πληθωρισμός, από την άλλη πλευρά, μπορεί να εξηγήσει την "έκρηξη" του big bang. Στηρίζεται σε μια πρόταση, με προέλευση τη σύγχρονη φυσική σωματιδίων, ότι εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες μπορεί να οδηγήσουν σε μια μορφή ύλης που κάνουν τη βαρύτητα της απωστική και όχι ελκτική.

Για λόγους που δεν αναφέρεται εδώ, αυτή η μορφή της ύλης ονομάζεται "ψευδές κενό." Ο πληθωρισμός είναι η θεωρία ότι η διαστολή του Σύμπαντος που βλέπουμε σήμερα είναι το αποτέλεσμα της απωστικής βαρύτητας του ψευδούς κενού, που γέμιζε το σύμπαν στις απαρχές του, ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου μετά το big bang.

Στην πληθωριστική θεωρία η ακραία ομοιομορφία του σύμπαντος έγινε πολύ νωρίς, προτού αρχίσει ο πληθωρισμός. Εκείνη την εποχή η περιοχή που σήμερα είναι το παρατηρήσιμο σύμπαν ήταν πολύ μικροσκοπικό, πάνω από ένα δισεκατομμύριο φορές μικρότερο από το μέγεθος ενός πρωτονίου. Για μια τόσο μικρή περιοχή, υπήρχε άφθονος αρκετός χρόνος για να προκύψει η ομοιομορφία, από τις ίδιες διαδικασίες με τις οποίες η ατμόσφαιρα σε ένα δωμάτιο διαδίδεται και καλύπτει ομοιόμορφα όλο τον όγκο του δωματίου. Αφού έγινε αυτή η ομοιομορφία, ο πληθωρισμός ανέλαβε να διασταλεί η περιοχή για να γίνει αρκετά μεγάλη, ώστε να συμπεριλαμβάνει όλα τα αστέρια και τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Και τα «σύμπαντα φυσαλίδες»

Ο πληθωρισμός δεν εξηγεί μόνο την ομοιομορφία που βλέπουμε στην κοσμική ακτινοβολία, αλλά εξηγεί και τις στατιστικές ιδιότητες της πολύ αμυδρής μη ομοιογενούς μικροκυματικής ακτινοβολίας που έχει παρατηρηθεί με πολύ ευαίσθητα όργανα, και τα οποία μπορούν να διακρίνουν διακυμάνσεις κάτω από το 1/1.000 του 1%.

Ενώ ο πληθωρισμός πρέπει να δοκιμαστεί και να κριθεί με βάση τα όσα αναφέρει σχετικά με τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά του σύμπαντος, η περιέργεια οδηγεί τους κοσμολόγους να ρωτήσουν τι λέει ο πληθωρισμός για το σύμπαν ολόκληρο. Η απάντηση της είναι περίεργη.

Η βαρυτική απωστική δύναμη του ψευδούς κενού, που πιστεύεται ότι είναι η αιτία του πληθωρισμού, ήταν τόσο ισχυρή που θα είχε ξεκινήσει μια περίοδο εξαιρετικά ταχείας επέκτασης του μικροσκοπικού σύμπαντος. Το τότε σύμπαν λόγω της ταχύτατης διαστολής θα διπλασιαζόταν σε μέγεθος περίπου κάθε 10-37 του ενός δευτερολέπτου, φυσικά για όσο χρονικό διάστημα επέζησε το ψευδοκενό. Το ψευδές κενό όμως είναι ασταθές, κι έτσι κάποια στιγμή θα "διασπαστεί", μετατρέποντας την ενέργεια του σε μια καυτή σούπα των απλών σωματιδίων.

Από το σημείο αυτό και μετά το σενάριο συμπίπτει με την καθιερωμένη εικόνα του καυτού big bang. Η δραματική διαστολή, ωστόσο, υποδεικνύει ότι το Σύμπαν θα πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό που παρατηρείται σήμερα. Δηλαδή το παρατηρήσιμο σύμπαν θα είναι απλά μια κηλίδα σε ένα πολύ μεγαλύτερο χώρο.

Όμως η όλη ιστορία των απαρχών του Κόσμου είναι πολύ πιο σύνθετη. Το ψευδές κενό είναι ασταθές, αλλά στις περισσότερες εκδόσεις της θεωρίας αυτό διασπάται σαν μια ραδιενεργή ουσία, όπως το ράδιο. Η διάσπαση περιγράφεται από ένα χρόνο ημιζωής ή υποδιπλασιασμού: το μισό του ψευδοκενούς θα παραμείνει μετά από ένα χρόνο ημιζωής, το 1/4 θα παραμείνει μετά από δύο υποδιπλασιασμούς κ.λπ.

Ωστόσο, σε αντίθεση με το ραδιενεργό υλικό, το ψευδοκενό θα επεκτείνεται καθώς αυτό θα διασπάται, και η διαστολή θα είναι ταχύτερη από τη διάσπαση. Αν και μόνο το ήμισυ της ψευδούς κενού θα παραμείνει μετά από ένα χρόνο ημιζωής, θα ήταν μεγαλύτερο από την αρχική περιοχή! Το ψευδές κενό ποτέ δεν θα εξαφανιστεί, αλλά αντίθετα θα συνεχίσει να αυξάνεται σε όγκο επ' αόριστον. Τμήματα της περιοχής του ψευδούς κενού θα διασπάται τυχαία παράγοντας νέα σύμπαντα "φυσαλίδα" με ένα διαρκώς αυξανόμενο ρυθμό. Το σύμπαν μας θα είναι έτσι μόνο ένα από τα σύμπαντα σε αυτό το απέραντο δέντρο των φυσαλίδων.

Το διάγραμμα δεξιά δείχνει μια απλουστευμένη εικόνα του τρόπου με τον οποίο θα λειτουργούσε αυτή η εξέλιξη. Στην αρχή έχουμε μια περιοχή του ψευδοκενού. Μετά φτιάχνεται μια φυσαλίδα-σύμπαν και τη μισή περιοχή του ψευδοκενούς κοκ. Κάθε φορά από μια περιοχή ψευδοκενού παράγεται κι ένα σύμπαν φυσαλίδα. Κάθε μία περιοχή του ψευδούς κενού είναι τόσο μεγάλη όσο και η αρχική περιοχή λόγω διαστολής. Η διαδικασία αυτή θα πρέπει να συνεχίζεται επ' αόριστον.

Οι φυσαλίδες θα συγκρούονται τόσο σπάνια, ώστε κάθε παρατηρητής θα είχε μια αμελητέα πιθανότητα να δούμε ένα σημάδι ύπαρξης των άλλων φυσαλίδων. Παρόλα αυτά,  φαίνεται να είναι απαραίτητη η κατανόηση της δομής του δέντρου με τα άπειρα κλαδιά σύμπαντα, προκειμένου να γίνουν στατιστικές προβλέψεις για τις ιδιότητες του δικού μας Σύμπαντος, το οποίο υποτίθεται ότι είναι ένα τυπικό "κλαδί" του δέντρου.

Μελετώντας ένα σενάριο, όπως αυτό, οι κοσμολόγοι γενικά υποθέτουν ότι οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι σε όλες αυτές τις πολυφυσαλίδες σύμπαντα. Στην πραγματικότητα, δεν έχουμε καμία δυνατότητα να το γνωρίζουμε, αλλά ο στόχος μας είναι να καταλάβουμε τις συνέπειες των νόμων της φυσικής όπως τις ξέρουμε, και να μην μείνουμε σε εικασίες για άλλους μυθικούς κόσμους.

Παρόλα αυτά, υπάρχει μια πιθανότητα ότι οι άλλες φυσαλίδες σύμπαντα θα μπορούσαν να είναι πολύ διαφορετικές από τη δική μας φυσαλίδα. Ενώ ο άδειος χώρος φαίνεται να στερείται ιδιότητες, ο κενός χώρος της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής είναι μία εξαιρετικά περίπλοκη ουσία.

Από το πουθενά εμφανίζονται και εξαφανίζονται αδιάκοπα ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων, και το διάστημα το ίδιο πιστεύεται πως διασπάται στον κβαντικό αφρό (μια έννοια που είναι λίγο κατανοητή) όταν μεγεθυνθεί αρκετά, έτσι ώστε αποστάσεις 10-33 εκατοστών να γίνονται ορατές.

Λόγω αυτής της πολυπλοκότητας, οι φυσικοί δεν γνωρίζουν εάν ένα μόνο είδος κενού χώρου είναι σταθερό, ή αν υπάρχουν πολλά είδη. Άλλες μορφές του χώρου μπορεί να μην είναι τρισδιάστατες, και αυτές πιθανόν να αλλάζουν τη μάζα των στοιχειωδών σωματιδίων, ή τις δυνάμεις που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Αν υπάρχουν πολλά είδη χώρου, τότε το άπειρο δέντρο των φυσαλίδων συμπάντων θα έχει δείγματα όλων των πιθανοτήτων. 

Κβαντομηχανική και «πολυσύμπαν»

Ο David Deutsch στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και οι συνάδελφοι του έχουν δείξει ότι οι βασικές εξισώσεις της κβαντομηχανικής προκύπτουν από τα μαθηματικά των παράλληλων συμπάντων. "Αυτή η εργασία είναι μία από τις σημαντικότερες εξελίξεις στην ιστορία της επιστήμης", λέει ο Andy Albrecht, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Νταίηβις. Σε ένα παράλληλο σύμπαν, τουλάχιστον, θα είναι πολύ σπουδαία - αν είναι και σε μας θα περιμένουμε να φανεί.

Η ερμηνεία των "πολλών συμπάντων" των κβαντομηχανικής προτάθηκε πριν 50 χρόνια από τον Hugh Everett, ένα μεταπτυχιακό σπουδαστή στο πανεπιστήμιο του Princeton. Από το να εφαρμόσετε ένα σύνολο κανόνων στον υποατομικό κβαντικό σύμπαν και ένα άλλο στο μεγαλύτερης κλίμακας καθημερινό σύμπαν, όπως οι φυσικοί τείνουν να κάνουν, ο Everett ήθελε να εφαρμόσει τις κβαντομηχανικές εξισώσεις σε όλα τα επίπεδα. Αυτό βεβαίως είχε μερικές τρομακτικές συνέπειες. 

Σύμφωνα με τους κβαντομηχανικούς, τα σωματίδια δεν έχουν αμετάβλητες ιδιότητες προτού να παρατηρηθούν. Αντιθέτως, τα σωματίδια περιγράφονται από "κυματοσυναρτήσεις" που αντιπροσωπεύουν πολλές - αμοιβαία αντιφατικές - ιδιότητες. Και μόνο όταν ένας παρατηρητής μετρά μια ιδιότητα το σωματίδιο 'κατασταλάζει' κάπως σε μία από αυτές τις πολλαπλές επιλογές. Το παράδοξο εξηγείται από τη γάτα του Schrödinger - το διάσημο νοητικό πείραμα στο οποίο μια γάτα μέσα σε ένα κιβώτιο μπορεί να ειπωθεί πως είναι και ζωντανή και νεκρή. Παραδοσιακά θεωρείται ότι η πράξη της παρατήρησης, όταν ανοίγουμε το κιβώτιο για να ελέγξουμε τη γάτα, είναι αυτή που την αναγκάζει να μπει σε μια κατάσταση, ζωντανή ή νεκρή.

Εάν, όπως υποστήριξε ο Everett, η κβαντομηχανική απευθύνεται σε ολόκληρο το σύμπαν, τότε πρέπει αυτή να υπάρχει, επίσης, σε ένα πλήθος ξεχωριστών καταστάσεων. Θα υπήρχε ένα "πολυσύμπαν" από παράλληλα σύμπαντα - ένα για κάθε φυσική δυνατότητα. Έτσι όταν ανοίγετε το κιβώτιο να δείτε τη γάτα του Schrödinger, το σύμπαν χωρίζεται, σχηματίζοντας δύο νέα "δικά σας" σύμπαντα - ένα του οποίου το μέλλον περιλαμβάνει την παρακολούθηση της ζωντανής γάτας και ένα άλλο που βλέπει τη νεκρή γάτα.

Η θεωρία αυτή δεν είχε τύχει της επιστημονικής καθιέρωσης σαν γελοίο για δεκαετίες, όμως τώρα το σενάριο του πολύ-σύμπαντος μπορεί επιτέλους να βγει από την ψύξη χάρις στην εργασία του Deutsch.

Η μεγαλύτερη κριτική που ισοπέδωσε τη θεωρία του πολυσύμπαντος ήταν όταν φάνηκε να χειροτερεύει τις εκβάσεις των κβαντικών πειραμάτων. Οι φυσικοί μπορούν να προβλέψουν την πιθανότητα να δουν μια ορισμένη έκβαση από ένα κβαντικό πείραμα από το τετράγωνο της κυματοσυνάρτησης του, σύμφωνα με το κανόνα του Born. Κανένας δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί αυτός ο κανόνας του Born, ταιριάζει απλά με τις πειραματικές παρατηρήσεις. Το πρόβλημα που αναδύθηκε αργότερα ήταν ότι ο κανόνας του Born φαινόταν να μην έχει καμία θέση στο πολυσύμπαν. Στην πραγματικότητα, δεν φάνηκε να υπάρχει κανένας χώρος για οποιεσδήποτε πιθανότητες, αναφέρει ο Deutsch. "Πετάτε ένα νόμισμα, αλλά τι σημαίνει ότι η πιθανότητα να έρθουν γράμματα είναι 50 τοις εκατό;" ρωτά ο Deutsch. "Σύμφωνα με τον Everett, και οι δύο εκβάσεις πρέπει να συμβούν."

Στα μέσα της δεκαετίας του '90, ο Deutsch ανέλαβε να βάλει την αβεβαιότητα που βλέπουμε στα πειράματα της κβαντομηχανικής πίσω στο σενάριο των πολλών συμπάντων. Τώρα δε, με την πρόσθετη εργασία από τους Simon Saunders και David Wallace, που ανήκουν επίσης στην Οξφόρδη, ο ίδιος θεωρεί ότι έχουν πετύχει τον στόχο τους. Το τέχνασμα τους είναι να εξετάσουν ένα κβαντικό πείραμα αποκλείοντας τη θεωρία της πιθανότητας και αποδεχόμενοι την ερμηνεία του πολυ-σύμπαντος.

Το πολυσύμπαν δημιουργεί μια διακλαδιζόμενη δομή, που δημιουργείται καθώς το σύμπαν διασπάται σε παράλληλες εκδόσεις του. Το πάχος των κλάδων μπορεί να υπολογιστεί απλώς χρησιμοποιώντας τις αιτιοκρατικές εξισώσεις, απομακρύνοντας τις αβεβαιότητες που συνδέονται συνήθως με την κβαντική φυσική. Αυτό που βρήκε η παρέα της Οξφόρδης είναι ότι η διακλαδιζόμενη δομή αναπαράγει ακριβώς τις ιδιαίτερες πιθανότητες που προβλέπονται από τον κανόνα του Born.

Η διακλάδωση δίνει επίσης την παραίσθηση των πιθανολογικών εκβάσεων στις μετρήσεις.

Ο Deutsch θεωρεί ότι αυτό λύνει το πρόβλημα της προέλευσης της κβαντικής πιθανότητας μια για πάντα. "Οι πιθανότητες θεωρήθηκαν ως το μεγαλύτερο πρόβλημα για τον Everett, αλλά κατά ειρωνικό τρόπο, είναι τώρα η ισχυρότερη επιτυχία του", λέει.

"Έχουμε ξεκαθαρίσει τα σκοτάδια και λύσαμε το πρόβλημα με μια μια καθαρή απόφαση ότι η θεωρία του Everett δουλεύει", λέει ο Saunders, που παρουσίασε την εργασία του με τον Wallace στο Ίδρυμα για τη θεωρητική φυσική στο Βατερλώ του Καναδά, πριν λίγες μέρες. "Είναι μια δραματική ανακύκλωση και αυτό σημαίνει ότι οι άνθρωποι πρέπει τώρα να συζητήσουν τον Everett σοβαρά."

Ο Albrecht συμφωνεί ότι η εργασία αυτή θα ανακατέψει τους κόσμους των φυσικών. "Πολλοί άνθρωποι ανησυχούν για τις πιθανότητες στην καρδιά της κβαντομηχανικής και προσπαθούν να ξεφορτωθούν την κβαντομηχανική εξ αιτίας τους", διευκρινίζει. "Αλλά αυτό ενισχύει αρκετά τη θεμελιώδη θέση της κβαντομηχανικής για την κατανόηση του φυσικού σύμπαντος."

Ο David Papineau, ένας φιλόσοφος της φυσικής στο Βασιλικό Κολέγιο του Λονδίνου, λέει ότι ο ίδιος μεταστράφηκε από σκεπτικιστής για τα πολλά σύμπαντα σε πιστός της θεωρίας αυτής, που βασίζεται στην δυνατότητά της μια ημέρα να λύσει αυτόν τον γρίφο των κβαντικών πιθανοτήτων. Προσθέτει, εν τούτοις, ότι η εργασία από τους Deutsch, Wallace και Saunders θα πρέπει να διερευνηθεί τώρα. "Είναι ένα φιλόδοξο ζήτημα και γι αυτό πρέπει να είμαστε προσεκτικοί", λέει. Για τον Papineau, το πρόβλημα είναι εάν η πίστη στους παράλληλους κόσμους θα έχει επιπτώσεις στον τρόπο που ζούμε την καθημερινή ζωή μας.

Ο γνωστός Max Tegmark στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Μασαχουσέτης είναι από καιρό ένας φαν του πολυσύμπαντος σεναρίου. Αλλά ενώ πιστεύει ότι η νέα εργασία για την πιθανότητα πρέπει να πείσει τους φυσικούς για τον ρεαλισμό της, δεν θα είναι ποτέ αρκετή για να κερδίσει τους αδιάλλακτους σκεπτικιστές. "Η κριτική των πολλών συμπάντων απλά μετατοπίζεται από το "δεν έχει κανένα νόημα και τη μισώ" στο "τη μισώ", εξηγεί. 

Ο David Albert, φιλόσοφος κι αυτός της φυσικής στο πανεπιστήμιο Κολούμπια στη Νέα Υόρκη, είναι δύσπιστος. Υποστηρίζει ότι υπάρχει λόγος να είναι προσεκτικός κανείς. "Όταν ακούτε αρχικά για αυτό το ζήτημα αισθάνεστε πλήρης ευφορίας", αναφέρει. "Αλλά έπειτα σκέφτεστε, ίσως αυτό είναι πάρα πολύ καλό για να είναι αληθινό." Ο ίδιος θεωρεί ότι είναι άσχετο ότι ο Deutsch και οι συνάδελφοί του μπορούν να δείξουν ότι τα διακλαδιζόμενα σύμπαντα δίνουν την παραίσθηση των πιθανολογικών εκβάσεων στις μετρήσεις. Αυτό που θέλουμε πραγματικά να ξέρουμε, λέει ο David Albert, είναι γιατί συμβαίνει αρχικά αυτή η διακλάδωση. "Έχουν απαντήσει σε μια ερώτηση, αλλά νομίζω ότι είναι η λανθασμένη ερώτηση," λέει.

Ο Wojciech Zurek στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στο New Mexico θεωρεί ότι ο κανόνας του Born είναι ακριβώς η σωστή ερώτηση. Εντούτοις, θεωρεί ότι μπορεί να απαντηθεί χωρίς προσφυγή στους παράλληλους Κόσμους. Ο Zurek επισημαίνει ότι ο Everett δεν χρησιμοποίησε ποτέ τον όρο "πολλά σύμπαντα" στις εργασίες του, και λέει ότι η εργασία του μπορεί να ερμηνευθεί με λιγότερο αμφισβητούμενους τρόπους.

Ο Zurek εμπνέεται επίσης από τις ιδέες του Everett, ιδιαίτερα την διορατικότητά του ότι οι κβαντομηχανικοί πρέπει να απευθύνονται σε ολόκληρο το σύμπαν παρά σε μια περιορισμένη κβαντική σφαίρα. Ερμηνεύει αυτό για να δείξει ότι η κβαντική διεμπλοκή - η διαδικασία στην οποία τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να γίνουν περίπλοκα συνδεδεμένα και να ενεργούν σε συμφωνία ανεξάρτητα από το πόσο μακριά είναι - είναι ένα θεμελιώδες συστατικό της κβαντικής φυσικής. Ο Zurek ήδη έχει χρησιμοποιήσει αυτήν την ιδιότητα για να εξηγήσει γιατί βλέπουμε μια ενιαία αντικειμενική πραγματικότητα όταν κάνουμε μια μέτρηση μιας κβαντικής κατάστασης. Ο Zurek ισχυρίζεται ότι η διεμπλοκή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει τον κανόνα του Born. 

Geronimo

Πείραμα για την Βαρύτητα

Πείραμα για επιβεβαίωση της θεωρίας του Αϊνστάιν
 

ΧΑΓΗ. Το μη επανδρωμένο διαστημικό εργαστήριο LISA Pathfinder εκτόξευσε χθες η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος ESA, με στόχο την πειραματική επιβεβαίωση της Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Ο πύραυλος Βέγκα, που εκτοξεύθηκε χθες με επιτυχία από τη διαστημική βάση του Κουρού στη Γαλλική Γουιάνα, μετέφερε το εργαστήριο σε τροχιά, με σκοπό την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα.

Την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου 1915. Η θεωρία του θέλει τα κύματα αυτά να εμφανίζονται σε κάθε σημείο του σύμπαντος και να προκαλούνται από γιγάντια επιταχυνόμενα αντικείμενα. Μέχρι στιγμής, τα βαρυτικά κύματα δεν έχουν εντοπισθεί, εξαιτίας της πολύ μικρής τους ισχύος.

«Τα κύματα που εκπέμπονται από δύο μαύρες τρύπες σε τροχιά η μία γύρω από την άλλη θα μετακινούσαν χάρακα μήκους ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων, κατά ένα και μόνον άτομο», αναφέρει στην ανακοίνωσή της η ESA.

Το κρίσιμο πείραμα του LISA Pathfinder θα πραγματοποιηθεί χάρη σε δύο μικρούς ομοιόμορφους επίχρυσους κύβους από πλατίνα, σε απόσταση 38 εκατοστών ο ένας από τον άλλο. Απομονωμένοι από κάθε εξωτερική και εσωτερική δύναμη, εκτός από τη βαρύτητα, οι κύβοι θα βρεθούν σε ελεύθερη πτώση, ώστε να διαπιστωθεί εάν η θέση τους θα μεταβληθεί λόγω των βαρυτικών κυμάτων.

Πηγή:  http://www.kathimerini.gr/

Ενδείξεις για παράλληλο σύμπαν ;;

Ενδείξεις για την ύπαρξη ενός παράλληλου σύμπαντος υποστηρίζει πως εντόπισε ο Ράνγκα-Ραμ Τσάρι, κοσμολόγος από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech), και έτσι ότι επιβεβαίωσε για πρώτη φορά με παρατηρησιακά δεδομένα πως το γνωστό μας σύμπαν είναι ένα μικρό μέρος ενός πολύ μεγαλύτερου κόσμου.

Όπως περιγράφει ο κοσμολόγος στη μελέτη του, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Astrophysical Journal, η παρουσία του παράλληλου σύμπαντος «προδόθηκε» από ανωμαλίες στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB), δηλαδή το υπόλειμμα της ακτινοβολίας του σύμπαντός μας όταν είχε «ηλικία» 380.000 ετών.

Πιο συγκεκριμένα, ο Τσάρι δημιούργησε ένα μοντέλο της CMB με βάση δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), αφού αφαίρεσε όλες τις πηγές ακτινοβολίας, όπως τους αστέρες, τα αέρια και τη σκόνη. Τότε, αυτό που θα έπρεπε να απομείνει είναι τυχαίος θόρυβος.

Αντίθετα, όμως, ο επιστήμονας διαπίστωσε πως σε συγκεκριμένα φάσματα συχνοτήτων, ορισμένες περιοχές ήταν αρκετά φωτεινότερες από το κανονικό – για την ακρίβεια, 4.500 φορές φωτεινότερες απ’ ό,τι προβλέπει η θεωρία.

Επομένως, αυτές οι περιοχές θα μπορούσαν να είναι σημεία στα οποία το σύμπαν μας βρέθηκε σε επαφή με ένα παράλληλο «γειτονικό» σύμπαν.

Πίσω από την ύπαρξη των πολλαπλών συμπάντων, κρύβεται η θεωρία του πληθωρισμού, η οποία εξηγεί βασικές ιδιότητες του σύμπαντός μας υποστηρίζοντας πως, λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, αυτό γνώρισε μια σύντομη χρονική περίοδο εκρηκτικής διαστολής, με ταχύτητα πολλαπλάσια από την ταχύτητα του φωτός.

Έτσι, μετά από αυτή την «εποχή του πληθωρισμού», το μέγεθός του είχε αυξηθεί σε εντυπωσιακό βαθμό, συγκριτικά με τον «κοσμικό σπόρο» από τον οποίο είχε ξεκινήσει.

Ωστόσο, σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, αυτή η εκρηκτική εκθετική διαστολή μπορεί να μην έγινε παντού με τον ίδιο τρόπο. Σε αυτή την περίπτωση, το αποτέλεσμα θα ήταν να μην γεννηθεί ένα σύμπαν αλλά πολλαπλά σύμπαντα, σαν «φυσαλίδες» που διογκώθηκαν.

Με αυτή τη λογική, μάλιστα, ο πληθωρισμός μπορεί να μην παύει ποτέ. Κάτι που σημαίνει πως μέσα σε μία «φυσαλίδα» μπορεί κάλλιστα σε κάποιες περιοχές της να δημιουργηθούν νέες «φυσαλίδες».
Επομένως, το σύμπαν μας δεν είναι παρά μία από τις «φυσαλίδες» που δημιουργήθηκαν, πέρα από την οποία υπάρχουν άλλες «φυσαλίδες», όπως επίσης και περιοχές που βρίσκονται στη διαδικασία πληθωρισμού.

Παρόλο που δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε τι συμβαίνει έξω από τη δική μας «φυσαλίδα», αν δύο «φυσαλίδες» δημιουργήθηκαν αρκετά κοντά, ώστε να βρίσκονται σε επαφή πριν απομακρυνθούν με τη διαστολή του χώρου, τότε η μία θα έχει αφήσει κάποιο «αποτύπωμα» στην άλλη.

Έτσι, αυτό που υποστηρίζει πως ανακάλυψε ο Τσάρι είναι ουσιαστικά το «αποτύπωμα» μιας γειτονικής «φυσαλίδας» στο σύμπαν μας.

Ένας ισχυρισμός ωστόσο που δεν γίνεται αποδεκτός από όλους τους επιστήμονες, ορισμένοι από τους οποίους πιστεύουν πως κάποια άλλη, λιγότερη ευφάνταστη ερμηνεία, κρύβεται πίσω από την ανακάλυψη του Τσάρι.

Και ο ίδιος ο κοσμολόγος παραδέχεται πως η εξήγησή του είναι αρκετά τολμηρή, αν και συναρπαστική. «Μη συμβατικοί ισχυρισμοί, όπως η απόδειξη ύπαρξης ενός παράλληλου σύμπαντος, απαιτούν πολύ ισχυρές αποδείξεις», γράφει χαρακτηριστικά.

Αν και προσπαθεί να απορρίψει ορισμένες άλλες πιθανές αιτίες, η αλήθεια είναι πως ένα σημαντικό εμπόδιο προέρχεται από τα ίδια τα δεδομένα, καθώς το τηλεσκόπιο Planck δεν σχεδιάστηκε για να μετρά τις φασματικές διαταραχές που μελέτησε ο Τσάρι.

Μια λύση μπορεί να δοθεί αν τελικά εγκριθεί η χρηματοδότηση του Primordial Inflation Explorer της NASA, ενός τηλεσκοπίου που θα μελετήσει ακόμη διεξοδικότερα την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.

Πηγή : http://www.naftemporiki.gr/story/1037963/kosmologos-upostirizei-pos-brike-ixni-enos-parallilou-sumpantos

100 χρόνια από την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Στις 25 Νοεμβρίου του 1915 ο Αλμπερτ Αϊνστάιν παρουσίασε στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών τις εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Τα Πρακτικά εκείνης της συνεδρίασης δημοσιεύθηκαν με ημερομηνία 2 Δεκεμβρίου και από τότε αρχίζει η ιστορία και η εξέλιξη μιας θεωρίας που έμελλε να αλλάξει για πάντα τις έννοιες και τον τρόπο σκέψης στην επιστήμη της Φυσικής. Στο σημαντικότατο αυτό έργο η βασική ιδέα ανήκει αναμφισβήτητα στον Αϊνστάιν, έναν από τους μεγαλύτερους επιστήμονες όλων των εποχών, η συνεισφορά όμως μιας πλειάδας άλλων επιστημόνων δεν ήταν αμελητέα.

Κοινά με τον Αριστοτέλη

Η βαρύτητα είναι σίγουρα ένα φυσικό φαινόμενο που κυριαρχεί στην καθημερινή ζωή μας. Σίγουρα πολλοί σοφοί στο παρελθόν προσπάθησαν να την ερμηνεύσουν, η πρώτη καταγεγραμμένη όμως πλήρης θεωρία ανήκει στον Αριστοτέλη. Κατά τη θεωρία αυτή τα σώματα κινούνται όταν αφεθούν ελεύθερα, επειδή τείνουν να καταλάβουν τη φυσική θέση τους στο Σύμπαν (που εκείνη την εποχή ήταν μόνο η Γη).

Πιο κοντά στο κέντρο της Γης θα έπρεπε να βρίσκονται τα στερεά, πάνω από αυτά τα υγρά, πάνω από τα υγρά τα αέρια και πάνω απ' όλα η φωτιά. Σήμερα η θεωρία αυτή φαίνεται εντελώς αβάσιμη σ' εμάς, που έχουμε μεγαλώσει με τη βαρύτητα του Νεύτωνα, αλλά - όσο κι αν φαίνεται παράδοξο - η θεωρία του Αριστοτέλη έχει κοινά σημεία με τη ΓΘΣ του Αϊνστάιν: και οι δύο πρεσβεύουν ότι ο χώρος γύρω μας είναι εφοδιασμένος με μια ιδιότητα που «οδηγεί» την κίνηση των σωμάτων.

Στη θεωρία του Αϊνστάιν αυτή η ιδιότητα είναι η καμπύλωση του χώρου, έτσι ώστε τα σώματα κινούνται πάντα «ευθύγραμμα», αλλά οι «ευθείες» που ακολουθούν έχουν παραμορφωθεί από την παρουσία της μάζας του Ηλίου, της Γης και των άλλων σωμάτων. Με αυτόν τον τρόπο παρακάμπτεται η «αδυναμία» της θεωρίας του Νεύτωνα, για το πώς η Γη «γνωρίζει» προς τα πού βρίσκεται ο Ηλιος, έτσι ώστε να «νιώσει» μια δύναμη με το σωστό μέγεθος και προς τη σωστή κατεύθυνση.

Η ιδέα της ΓΘΣ ήρθε στον Αϊνστάιν το 1907, ως συνέχεια της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΕΘΣ) που ο ίδιος είχε παρουσιάσει το 1905. Η ΕΘΣ ξεκινάει από την αρχή ότι οι νόμοι της Φυσικής είναι ίδιοι για όλα τα σώματα που κινούνται με σταθερή ταχύτητα. Η νέα ιδέα του Αϊνστάιν ήταν ότι το ίδιο θα έπρεπε να συμβαίνει ακόμη και για σώματα που επιταχύνονται το ένα ως προς το άλλο. Αλλά η αρχή της ισοδυναμίας, σύμφωνα με την οποία δεν μπορούμε με πειράματα να αντιληφθούμε αν εμείς επιταχυνόμαστε ή αν επιδρά σ' εμάς κάποιο πεδίο βαρύτητας, ήταν ήδη καλά καθιερωμένη. Ετσι, αν ήθελε ο Αϊνστάιν να επεκτείνει τη Σχετικότητα και σε επιταχυνόμενα σώματα, θα έπρεπε η νέα θεωρία του να συμπεριλαμβάνει και τη βαρύτητα, οπότε θα μπορούσε, ίσως, να ερμηνεύσει και κάποια ανωμαλία στην κίνηση του Ερμή που είχαν εντοπίσει ήδη οι αστρονόμοι.

Οι τανυστές και ο Γκρόσμαν

Ο Αϊνστάιν κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η νέα θεωρία θα πρέπει να εκφράζεται με τη βοήθεια μιας νέας μαθηματικής οντότητας, των τανυστών, που είναι η γενίκευση των διανυσμάτων, ποσοτήτων που χαρακτηρίζονται από μέγεθος και διεύθυνση (όπως π.χ. η δύναμη). Οι τανυστές ήταν τα μοντέρνα μαθηματικά της εποχής, μια και είχαν εισαχθεί μόλις το 1900 από τον ιταλό μαθηματικό Γκρεγκόριο Ρίτσι-Κουρμπάστρο (Gregorio Ricci-Curbastro). Ο Αϊνστάιν άρχισε να εργάζεται πάνω στη νέα θεωρία από το 1909, χρονιά που παραιτήθηκε από τη δουλειά του στο γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας της Ζυρίχης για μια θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης - και αργότερα της Πράγας. Η σημαντική πρόοδος όμως έγινε αισθητή από το 1912, οπότε πήρε μια θέση καθηγητή στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (ETH) και άρχισε να συνεργάζεται με τον παλιό συμφοιτητή του, και βαθύτερο γνώστη της θεωρίας των τανυστών, Μαρσέλ Γκρόσμαν (Marcel Grossmann). Αποτέλεσμα αυτής της συνεργασίας ήταν μια κοινή δημοσίευση το 1913, η οποία έχει μείνει στην Ιστορία ως το «προσχέδιο» (Entwurf) της νέας θεωρίας και βασιζόταν σε προγενέστερα αποτελέσματα του αυστριακού φυσικού Φρίντριχ Κότλερ (Friedrich Kottler). Η βασική διαφορά του «προσχεδίου» με την «τελική» δημοσίευση της 25ης Νοεμβρίου 1915 είναι η μορφή των εξισώσεων της νέας θεωρίας, η οποία στη νεότερη εργασία παραμένει η ίδια σε οποιοδήποτε σύστημα συντεταγμένων.

Το πείραμα του Εντινγκτον

Το καλοκαίρι του 1913, όταν είχε πια ολοκληρωθεί το «προσχέδιο», ο Αϊνστάιν συνεργάστηκε με τον φινλανδό φυσικό Γκούναρ Νόρντστρεμ (Gunnar Nordström), ο οποίος είχε δημοσιεύσει ήδη μια θεωρία της βαρύτητας, στο πλαίσιο όμως της ΕΘΣ. Τον Σεπτέμβριο της ίδιας χρονιάς, σε μια διάλεξη που έδωσε στη Βιέννη, ο Αϊνστάιν πρότεινε ένα πείραμα που θα επιβεβαίωνε τη μία ή την άλλη θεωρία: η δική του προέβλεπε ότι η βαρύτητα καμπυλώνει τις φωτεινές ακτίνες, ενώ αυτή του Νόρντστρεμ όχι. Αυτό το πείραμα έγινε το 1919 από τον βρετανό αστρονόμο Αρθουρ Εντινγκτον (Arthur Eddington), ο οποίος επιβεβαίωσε την καμπύλωση που προέβλεπε η ΓΘΣ. Το ίδιο καλοκαίρι ο Αϊνστάιν συνεργάστηκε και με έναν άλλο παλιό συμφοιτητή του, τον Μισέλ Μπεσό (Michele Besso), για να ελέγξει αν το «προσχέδιο» μπορούσε να ερμηνεύσει την ανωμαλία στην τροχιά του Ερμή, με αρνητικό όμως αποτέλεσμα. Επίσης διαπίστωσαν ότι το «προσχέδιο» δεν ίσχυε σε περιστρεφόμενα συστήματα συντεταγμένων. Η θεωρία ήθελε βελτίωση...  

Ο Χίλμπερτ και το λάθος

Οι εξελίξεις στη θεωρία του Αϊνστάιν άρχισαν να αποκτούν φρενήρη ρυθμό το καλοκαίρι του 1915. Τότε ο μεγάλος γερμανός μαθηματικός Ντάβιντ Χίλμπερτ (David Hilbert) είχε προσκαλέσει τον Αϊνστάιν για μια σειρά διαλέξεων, με θέμα την πρόοδο της νέας θεωρίας, στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν (Göttingen). Εκεί ο Αϊνστάιν άρχισε να συνειδητοποιεί, ύστερα και από οξυδερκείς παρατηρήσεις του Χίλμπερτ, ποια ήταν τα προβλήματα της θεωρίας του και πώς θα μπορούσαν να ξεπεραστούν. Με τον φόβο ότι ο Χίλμπερτ, ο οποίος είχε αρχίσει ήδη να εργάζεται ερευνητικά στο ίδιο αντικείμενο, θα τον προλάβαινε, ο Αϊνστάιν έσπευσε να παρουσιάσει στη συνεδρίαση της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της 4ης Νοεμβρίου 1915 ένα νέο σύστημα εξισώσεων της θεωρίας του. Στη συνεδρίαση της επόμενης εβδομάδας όμως, στις 11 Νοεμβρίου, αναγκάστηκε να διορθώσει ένα λάθος. Στη συνεδρίαση της 18ης Νοεμβρίου έδειξε ότι η νέα θεωρία μπορούσε να ερμηνεύσει πολύ ικανοποιητικά την ανωμαλία της τροχιάς του Ερμή και, τελικά, στη συνεδρίαση της 25ης Νοεμβρίου παρουσίασε την οριστική μορφή των εξισώσεων της ΓΘΣ. Έπειτα από πολλές συνεργασίες, αλλαγές και συμπληρώσεις, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας ήταν πια γεγονός.

Του Χάρης Βάρβογλης καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.