Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInShare on TumblrEmail this to someone

Όταν μιλάμε σήμερα για τις απαρχές του Σύμπαντος με μία «Μεγάλη Έκρηξη» δεν κάνουμε απλές εικασίες που δεν βασίζονται πουθενά, αλλά αντίθετα μιλάμε για ένα πλήρες, μαθηματικά θεμελιωμένο μοντέλο που δημιουργήθηκε με τη βοήθεια των δύο μεγάλων θεωριών του 20ου αιώνα, της Γενικής Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάϊν (1879-1955) και της Κβαντικής Μηχανικής των Βέρνερ Χάϊζενμπεργκ (1901-1976) και Έρβιν Σρόντιγκερ (1887-1961) και συμπληρώθηκε τα τελευταία χρόνια με τις θεωρίες του Πληθωρισμού και των Υπερχορδών. Το μοντέλο μάλιστα αυτό επεξηγεί ικανοποιητικά πολλές από τις παρατηρήσεις και τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι τώρα.

Η Γενική Σχετικότητα είναι πραγματικά η πιο όμορφη θεωρία της Φυσικής και μας περιγράφει με έναν απλό, σύντομο, περιεκτικό και πολύ «κομψό» τρόπο την συμπεριφορά της βαρύτητας στο Σύμπαν. Από καιρό ήδη έχει ξεφύγει από την περιοχή της θεωρητικής υπόθεσης αφού έχει επανειλημμένα περάσει με επιτυχία όλες τις δοκιμασίες που της έχουμε κάνει για να ελέγξουμε την αξιοπιστία της. Σύμφωνα λοιπόν με τον Αϊνστάιν η βαρύτητα δεν είναι στην πραγματικότητα μία δύναμη αλλά το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης των τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου.

Γιατί οποιοδήποτε μικρό ή μεγάλο κομμάτι ύλης στο Σύμπαν (άτομο, πλανήτης, άστρο ή γαλαξίας) παραμορφώνει τη δομή του χωρόχρονου. Καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο Σύμπαν, είναι σαν να κυλάνε μέσα, έξω και γύρω απ’ αυτές τις χωροχρονικές παραμορφώσεις και η κίνησή τους επηρεάζεται από τις παραμορφώσεις αυτές που δεν μπορούμε να δούμε. Αντίθετα εκείνο που μπορούμε να δούμε είναι το αποτέλεσμα που έχει στα διάφορα αντικείμενα η επίδραση της φαινομενικά μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα. Όλα αυτά με απλά λόγια σημαίνουν ότι «ο χώρος λέει στην ύλη πως να κινείται και η ύλη λέει στον χώρο πως να παραμορφώνεται».

 

 

 

H Κβαντομηχανική από την άλλη πλευρά είναι πολύ πιο παράξενη, γιατί όλη αυτή η θεώρηση του μικρόκοσμου βασίζεται στις πιθανότητες και την απροσδιοριστία των γεγονότων, κάτι που είναι τελείως έξω και πέρα από τις καθημερινές μας εμπειρίες και την κοινή, λεγόμενη, λογική. Το ερώτημα λοιπόν που ίσως να δημιουργείται στο μυαλό σας είναι για το κατά πόσο η θεωρία αυτή μας περιγράφει την πραγματικότητα.
Η απάντηση φυσικά είναι απλή αφού αρκεί να αναφέρουμε ότι χωρίς την ύπαρξη του θεωρητικού υπόβαθρου της Κβαντομηχανικής δεν θα υπήρχε καμία από τις χιλιάδες των ηλεκτρονικών συσκευών που διαθέτουμε σήμερα: τα κινητά τηλέφωνα και οι υπολογιστές, οι λάμπες φθορίου και οι φωτεινές επιγραφές νέον, οι διαστημοσυσκευές και η κατάκτηση της Σελήνης, τα λέϊζερ στην ιατρική, την επικοινωνία και την ψυχαγωγία, και οι χιλιάδες άλλες ηλεκτρονικές εφαρμογές. Χρησιμοποιούμε δηλαδή την Κβαντική Μηχανική καθημερινά, είτε το ξέρουμε είτε όχι, είτε την καταλαβαίνουμε είτε όχι.

Με τον όρο, λοιπόν, «Μεγάλη Έκρηξη» οι σύγχρονοι επιστήμονες εννοούν μια εκθετική και απότομη διαστολή του Σύμπαντος από ένα απειροελάχιστο σημείο «ανυπαρξίας». Η γέννηση δηλαδή και η μετέπειτα εξέλιξη του Σύμπαντος είναι κατά κάποιον τρόπο το «ξεδίπλωμα» του χρόνου και του χώρου από μια κατάσταση υπερβολικής πυκνότητας και θερμότητας σε μια παγωμένη και τεράστια σε μέγεθος σημερινή ύπαρξη, σε έναν χώρο ο οποίος δημιουργείται καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται. Σ’ ένα Σύμπαν όπου σήμερα όλοι οι μακρινοί γαλαξίες φαίνονται να απομακρύνονται συνεχώς από τη Γη μας.

Οι γαλαξίες φυσικά δεν απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον μέσα σ’ ένα άπειρο και αδειανό χώρο, αλλά αντίθετα η διαστολή αυτή του Σύμπαντος οφείλεται στο «ξεχείλωμα» του ίδιου αυτού χώρου που συμπαρασύρει μαζί του και τους γαλαξίες, ενώ η «έκρηξη» έγινε συγχρόνως σ’ όλα τα σημεία του με αποτέλεσμα να μην υπάρχει σήμερα κάποιο συγκεκριμένο κέντρο στο Σύμπαν αφού το κέντρο βρίσκεται «παντού». Το τι σημαίνει αυτό είναι ότι δεν είναι οι γαλαξίες αυτοί που κινούνται αλλά είναι ο μεταξύ τους χώρος που μεγαλώνει («ξεχειλώνει»). Και ενώ τίποτα το υλικό δεν μπορεί να τρέξει με μεγαλύτερη ταχύτητα από την ταχύτητα του φωτός, αυτό δεν ευσταθεί για τον χώρο ο οποίος μπορεί να διαστέλλεται πολύ ταχύτερα και από την ταχύτητα ακόμη του φωτός. Μ’ αυτήν λοιπόν την έννοια η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν παρά μια «έκρηξη» αυτού τούτου του χώρου, μια τεραστίων δηλαδή διαστάσεων διαστολή του («ξεχείλωμα»).

 

 

Είναι επίσης ευνόητο ότι κανείς δεν μπορεί να ξέρει σήμερα τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη γιατί ο χρόνος και ο χώρος δεν είχαν οντότητα. Υπήρχε μόνο ο κοσμικός πυρήνας, ο αρχικός εκείνος «σπόρος» των απεριόριστα μικρών διαστάσεων, που περιέκλειε μέσα του το σπέρμα μιας ολόκληρης οικουμένης είτε πρόκειται για μια πραγματική «μοναδικότητα», μια «ανώμαλη ιδιομορφία» με τεράστια πυκνότητα και θερμότητα, είτε το «τίποτα», είτε τέλος μια ολάκερη αλληλουχία προϋπαρχόντων Συμπάντων όπου το δικό μας Σύμπαν δεν είναι παρά ένα από έναν «άπειρο» αριθμό διαστελλομένων Συμπάντων.

Γιατί τα πάντα που βλέπουμε σήμερα να υφίστανται στο Σύμπαν, ο χρόνος και ο χώρος, η ενέργεια και η ύλη, τα πάντα, για ‘ μας τουλάχιστον, αρχίζουν με την Μεγάλη Έκρηξη. Έτσι δεν έχει κανένα νόημα, προς το παρόν τουλάχιστον, να μιλάει κανείς για γεγονότα που συνέβησαν πριν από την Ώρα Μηδέν, γιατί πριν απ’ αυτή την στιγμή δεν υπάρχει ροή του χρόνου. Θάταν σαν να ρωτούσαμε τι υπάρχει βόρεια από τον Βόρειο Πόλο. Η Ώρα Μηδέν είναι η στιγμή της εκκίνησης από την οποία προέρχονται τα πάντα.

Είναι επίσης πάρα πολύ δύσκολο να εκτιμήσουμε σήμερα το «γιατί» γεννήθηκε το Σύμπαν, εν τούτοις, με βάση τις τεράστιες θερμοκρασίες που επικρατούσαν στις πρώτες στιγμές της γένεσης, έχουμε κατορθώσει να συγκεντρώσουμε αρκετά στοιχεία από παρατηρήσεις, πειράματα και θεωρητικές εκτιμήσεις που μπορούν να μας αποκαλύψουν το «πως» και το «πότε» της γένεσης. Γιατί οι σύγχρονοι κοσμολόγοι δεν είναι παρά οι αρχαιολόγοι του Σύμπαντος που οδηγήθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες στο πάντρεμα δύο διαφορετικών ειδικοτήτων: της Αστροφυσικής, που είναι η μελέτη του μεγάκοσμου, και της Πυρηνικής Φυσικής, που είναι η μελέτη του μικρόκοσμου. Αυτή όμως η σύνδεση μας δίνει την βάσιμη ελπίδα ότι μπορούμε να περιγράψουμε με αρκετή βεβαιότητα και λεπτομέρεια τα βήματα που ακολούθησαν μετά την γέννηση του Σύμπαντος όταν στη διάρκεια των 10 πρώτων λεπτών της ζωής του το Σύμπαν πέρασε από διάφορα στάδια και υπέστη περισσότερες αλλαγές απ’ ότι σ’ όλα τα 14 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε.

Έτσι η αποκρυπτογράφηση των στοιχείων που έχουμε σήμερα μπορεί να μας περιγράψει ικανοποιητικά τον τρόπο με τον οποίο εξελίχτηκε το Σύμπαν όλα αυτά τα χρόνια και ιδιαίτερα τις πρώτες σημαντικότατες στιγμές της ύπαρξής του όταν σε μια ακατανόητη πραγματικά κατάσταση και ένα περιβάλλον που περιελάμβανε δέκα αντί των σημερινών τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου, η περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν (Ε=mc2) ήταν ο κυρίαρχος και αμφίδρομος τρόπος ζωής, όπου η δημιουργία της ύλης και η εξαΰλωση της βρίσκονταν σε «θερμική ισορροπία», με ίσα ποσά ενέργειας και σωματίδια ύλης και αντιύλης.
Το πρώτο στάδιο της ύπαρξης του Σύμπαντος ονομάζεται Εποχή του Πλανκ προς τιμήν του Γερμανού επιστήμονα Μαξ Πλανκ (1858-1947) ο οποίος τον Δεκέμβριο του 1900 διατύπωσε για πρώτη φορά την φυσική των κβάντα.

 

 

Η Εποχή αυτή άρχισε την Ώρα Μηδέν της Μεγάλης Έκρηξης και διήρκεσε μέχρι το 10^-43 του πρώτου δευτερολέπτου της ζωής του. Προς το παρόν φυσικά δεν μπορούμε να φτάσουμε πίσω στην Ώρα Μηδέν γιατί τις πρώτες εκείνες στιγμές το Σύμπαν βρισκόταν σε μια κατάσταση που δεν μπορούν να περιγράψουν σήμερα οι νόμοι της φυσικής. Η σύγχρονη δηλαδή επιστήμη έχει την δυνατότητα να μας περιγράψει τις συνθήκες που επικρατούσαν από τη διαχωριστική χρονική στιγμή του 10^-43 του δευτερολέπτου (που ονομάζεται «Χρόνος του Πλανκ») και μετά, αλλά όχι πριν από το χρονικό αυτό όριο. Αρκετοί όμως ερευνητές έδωσαν, πριν από μερικά χρόνια, ορισμένες αξιόλογες εκτιμήσεις για την κατάσταση που επικρατούσε στη διάρκεια της Εποχής του Πλανκ.

Σύμφωνα μ’ αυτή την θεώρηση το Σύμπαν την εποχή εκείνη είχε μία απροσδιόριστη χρονική διάρκεια ύπαρξης αφού η διάσταση του χρόνου εξομοιώνονταν κατά κάποιον τρόπο με μία από τις διαστάσεις του χώρου. Αυτό που υπήρχε στον περιορισμένο εκείνο χώρο, που ήταν μικρότερος από το μέγεθος ενός πρωτονίου, δεν ήταν παρά ένας «κβαντικός αφρός» αλληλο-εξαϋλωνόμενων μίνι Μαύρων Τρυπών που διέθεταν μάζα ίση με την μάζα του Πλανκ (10^-5 γραμμάρια), ενώ η πυκνότητα που επικρατούσε ξεπέρναγε τις 10^94 φορές την πυκνότητα του νερού (το ένα δηλαδή ακολουθούμενο από 94 μηδενικά)! Το Σύμπαν στο οποίο ζούμε τώρα αποτελούσε τότε ένα μικροσκοπικό μόνο κομμάτι του «κοσμικού αφρού».

Οπότε κάποια στιγμή, ωθούμενο από μία τυχαία κβαντική διακύμανση, το κοσμικό ρολόι άρχισε να χτυπάει ξεκινώντας έτσι, μετά τον χρόνο του Πλανκ, την διαστολή του Σύμπαντος. Η αδυναμία όμως της θεωρίας αυτής να διατυπώσει, προς το παρόν τουλάχιστον, επακριβείς εξισώσεις μας περιορίζει να αποδεχτούμε άμεσα τις εκτιμήσεις αυτές ως πραγματικές.
Γι’ αυτό η ακριβής γνώση μας για την Εποχή του Πλανκ θα εξαρτηθεί από το αποτέλεσμα που θα έχει στο μέλλον η προσπάθεια της σύγχρονης επιστήμης να συνδέσει τις δύο μεγάλες θεωρίες του 20ου αιώνα, την Κβαντομηχανική με τη Γενική Σχετικότητα, σε μία και μοναδική Ενοποιημένη Θεωρία Πεδίου που να περιγράφει τη βαρύτητα ως μία κβαντισμένη δύναμη. Μια θεωρία που πολλοί ονομάζουν, λανθασμένα μάλλον, «Θεωρία των Πάντων».

Η σκέψη που κάνουν οι σύγχρονοι φυσικοί είναι ότι όπως και η βαρύτητα το ίδιο και οι άλλες τρεις δυνάμεις της φύσης ίσως να δημιουργούνται κι αυτές από χωροχρονο-παραμορφώσεις. Για να εξηγηθεί όμως η κατάσταση αυτή χρειαζόμαστε την ύπαρξη έξη πρόσθετων διαστάσεων. Αν η θεωρία αυτή αληθεύει, ζούμε σ’ ένα Σύμπαν δέκα διαστάσεων! Γιατί η μόνη θεώρηση του Σύμπαντος που φαίνεται σήμερα ότι ίσως μπορέσει σύντομα να συνδέσει την Κβαντομηχανική με την Γενική Σχετικότητα είναι η Θεωρία-Μ των Υπερχορδών.

 

 

Σύμφωνα λοιπόν με την θεωρία αυτή την στιγμή της «Μεγάλης Έκρηξης» υπήρχαν ελεύθερες δέκα διαστάσεις. Με το τέλος όμως της Εποχής του Πλανκ οι έξη από τις διαστάσεις αυτές «διπλώθηκαν» στο εσωτερικό τους «καταπίνοντας» κατά κάποιον τρόπο τον ίδιο τους τον εαυτό. Έκτοτε οι επιπλέον αυτές διαστάσεις βρίσκονται «φυλακισμένες» στο εσωτερικό απειροελάχιστα μικροσκοπικών «σφαιριδίων» και συνοδεύουν «αόρατα» κάθε σημείο των κατανοητών σε όλους μας σημερινών τεσσάρων διαστάσεών του. Κάθε γεωμετρικό σημείο του χώρου είναι στην πραγματικότητα και μια υπερσφαίρα έξη διαστάσεων τόσο μικρή ώστε ακόμη και ένα πρωτόνιο να είναι συγκριτικά τεράστιο. Η διάσπαση, όμως, των έξη επί πλέον διαστάσεων θα απαιτούσε τόση ενέργεια όση και αυτή τούτη η Μεγάλη Έκρηξη!

Η θεώρηση αυτή του Σύμπαντος αντιμετωπίζει τα σωματίδια της ύλης (τα φερμιόνια) και των δυνάμεων-αλληλεπιδράσεων (τα μποζόνια) όχι απλώς ως απειροελάχιστα «σημεία» αλλά ως μονοδιάστατες «θηλιές» ή «χορδές» κάθε μία από τις οποίες έχει μήκος 10^-33 εκατοστά (το μήκος του Πλανκ) αλλά μηδενικό πάχος και πάλλεται με διαφορετικό τρόπο. Σ’ αυτή τη θεώρηση η ύλη και οι δυνάμεις ενοποιούνται σε μία και μοναδική φυσική ύπαρξη, αυτή των χορδών, και διαφοροποιούνται μόνο όσον αφορά τις «νότες» που παίζει κάθε χορδή. Μ’ αυτόν τον τρόπο η θεωρία των υπερχορδών έχει την δυνατότητα να ενώσει την Κβαντική Μηχανική με την Σχετικότητα κάτω όμως από μία κατάσταση «υπερσυμμετρίας».

Αυτό όμως σημαίνει ότι για κάθε μποζόνιο (φορείς των δυνάμεων) πρέπει να υπάρχει και ένα αντίστοιχο φερμιόνιο (σωματίδια ύλης) κάτι που δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί στα διάφορα πειράματά μας γιατί τα σωματίδια αυτά πρέπει να έχουν ιδιαίτερα μεγάλη μάζα και οι σύγχρονοι επιταχυντές δεν έχουν προς το παρόν την ικανότητα να τα εντοπίσουν. Παρ’ όλα αυτά υπάρχουν ορισμένες έμμεσες ενδείξεις που μας κάνουν να ελπίζουμε ότι στα επόμενα μερικά χρόνια θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε αυτού του είδους τα σωματίδια όπως είναι το φωτίνο, το γλοιίνο, το γκραβιτίνο κλπ.

Παρ’ όλο λοιπόν που μέχρι τώρα η θεώρηση αυτή παρουσιάζει την καλύτερη αντίληψη που έχουμε για την φύση και την ενοποίηση των δυνάμεων και της ύλης, εν τούτοις η σύγχρονη επιστήμη δεν διαθέτει ακόμη τα κατάλληλα εργαλεία μαθηματικής ανάλυσης που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν στην πλήρη ανάπτυξή της. Όπως χαρακτηριστικά λέγεται πρόκειται για «μια θεωρία του 21ου αιώνα η οποία ανακαλύφτηκε νωρίτερα απ’ ότι θάπρεπε»!

Δείτε επίσης