Θεωρία μεγάλη έκρηξηέχει γίνει σχεδόν τόσο ευρέως αποδεκτό ένα κοσμολογικό μοντέλο όσο η περιστροφή της Γης γύρω από τον Ήλιο. Σύμφωνα με τη θεωρία, πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια, αυθόρμητες δονήσεις σε απόλυτο κενό οδήγησαν στην εμφάνιση του Σύμπαντος. Κάτι συγκρίσιμο σε μέγεθος με ένα υποατομικό σωματίδιο που επεκτάθηκε σε ασύλληπτα μεγέθη σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Υπάρχουν όμως πολλά προβλήματα σε αυτή τη θεωρία με τα οποία παλεύουν οι φυσικοί, προβάλλοντας όλο και περισσότερες νέες υποθέσεις.
Τι φταίει η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης
Από τη θεωρία προκύπτειότι όλοι οι πλανήτες και τα αστέρια σχηματίστηκαν από σκόνη που διασκορπίστηκε στο διάστημα ως αποτέλεσμα μιας έκρηξης. Αλλά τι προηγήθηκε είναι ασαφές: εδώ το μαθηματικό μας μοντέλο χωροχρόνου σταματά να λειτουργεί. Το σύμπαν προέκυψε από μια αρχική μοναδική κατάσταση, στην οποία δεν μπορεί να εφαρμοστεί η σύγχρονη φυσική. Η θεωρία επίσης δεν εξετάζει τα αίτια της μοναδικότητας ή την ύλη και ενέργεια για την εμφάνισή της. Πιστεύεται ότι η απάντηση στο ερώτημα της ύπαρξης και της προέλευσης της αρχικής μοναδικότητας θα δοθεί από τη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.
Τα περισσότερα κοσμολογικά μοντέλα προβλέπουνότι το πλήρες Σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο σε μέγεθος από το παρατηρήσιμο μέρος - μια σφαιρική περιοχή με διάμετρο περίπου 90 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Βλέπουμε μόνο εκείνο το μέρος του Σύμπαντος, το φως από το οποίο κατάφερε να φτάσει στη Γη σε 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Όμως τα τηλεσκόπια γίνονται καλύτερα, ανακαλύπτουμε όλο και πιο μακρινά αντικείμενα και δεν υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι αυτή η διαδικασία θα σταματήσει.
Από τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Ο πιο δύσκολος γρίφοςΗ σύγχρονη φυσική είναι το ερώτημα του τι προκαλεί την επιτάχυνση. Σύμφωνα με την υπόθεση εργασίας, το Σύμπαν περιέχει ένα αόρατο συστατικό που ονομάζεται «σκοτεινή ενέργεια». Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν εξηγεί εάν το Σύμπαν θα διαστέλλεται επ' αόριστον, και αν ναι, σε τι θα οδηγήσει αυτό - την εξαφάνισή του ή κάτι άλλο.
Αν και η Νευτώνεια μηχανική αντικαταστάθηκε από τη σχετικιστική φυσική,δεν μπορεί να χαρακτηριστεί λανθασμένη. Ωστόσο, η αντίληψη για τον κόσμο και τα μοντέλα για την περιγραφή του Σύμπαντος έχουν αλλάξει εντελώς. Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης προέβλεψε μια σειρά από πράγματα που δεν ήταν γνωστά πριν. Έτσι, εάν μια άλλη θεωρία έρθει να την αντικαταστήσει, θα πρέπει να είναι παρόμοια και να διευρύνει την κατανόηση του κόσμου.
Θα επικεντρωθούμε στις πιο ενδιαφέρουσες θεωρίες που περιγράφουν εναλλακτικά μοντέλα της Μεγάλης Έκρηξης.
Το Σύμπαν είναι σαν ο αντικατοπτρισμός μιας μαύρης τρύπας
Το Σύμπαν προέκυψε λόγω της κατάρρευσης ενός αστεριού σε ένα τετραδιάστατο Σύμπαν, σύμφωνα με επιστήμονες από το Περιμετρικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής. Τα αποτελέσματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν από το Scientific American. Ο Niayesh Afshordi, ο Robert Mann και ο Razi Pourhasan λένε ότι το τρισδιάστατο Σύμπαν μας έγινε ένα είδος «ολογραφικού αντικατοπτρισμού» όταν κατέρρευσε ένα τετραδιάστατο αστέρι. Σε αντίθεση με τη θεωρία του Big Bang, η οποία υποστηρίζει ότι το σύμπαν προέκυψε από έναν εξαιρετικά θερμό και πυκνό χωροχρόνο όπου δεν ισχύουν οι τυπικοί νόμοι της φυσικής, η νέα υπόθεση ενός τετραδιάστατου σύμπαντος εξηγεί τόσο την προέλευση όσο και την ταχεία διαστολή του.
Σύμφωνα με το σενάριο που διατύπωσαν ο Afshordi και οι συνεργάτες του, το τρισδιάστατο Σύμπαν μας είναι ένα είδος μεμβράνης που επιπλέει μέσα από ένα ακόμη μεγαλύτερο σύμπαν που υπάρχει ήδη σε τέσσερις διαστάσεις. Αν αυτός ο τετραδιάστατος χώρος είχε τα δικά του τετραδιάστατα αστέρια, θα εκρήγνυαν επίσης, όπως και τα τρισδιάστατα στο Σύμπαν μας. Το εσωτερικό στρώμα θα γινόταν μια μαύρη τρύπα και το εξωτερικό θα εκτοξευόταν στο διάστημα.
Στο Σύμπαν μας, οι μαύρες τρύπες περιβάλλονται από μια σφαίρα που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Και αν στον τρισδιάστατο χώρο αυτό το όριο είναι δισδιάστατο (σαν μεμβράνη), τότε σε ένα τετραδιάστατο σύμπαν ο ορίζοντας γεγονότων θα περιοριστεί σε μια σφαίρα που υπάρχει σε τρεις διαστάσεις. Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή της κατάρρευσης ενός τετραδιάστατου αστέρα έχουν δείξει ότι ο τρισδιάστατος ορίζοντας γεγονότων του θα επεκταθεί σταδιακά. Αυτό ακριβώς παρατηρούμε, αποκαλώντας την ανάπτυξη της τρισδιάστατης μεμβράνης διαστολή του Σύμπαντος, πιστεύουν οι αστροφυσικοί.
Μεγάλη κατάψυξη
Μια εναλλακτική στο Big Bang είναι το Big Freeze. Μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, με επικεφαλής τον James Kvatch, παρουσίασε ένα μοντέλο γέννησης του Σύμπαντος, το οποίο θυμίζει περισσότερο τη σταδιακή διαδικασία παγώματος της άμορφης ενέργειας παρά την απελευθέρωση και διαστολή της σε τρεις κατευθύνσεις του διαστήματος.
Η άμορφη ενέργεια, σύμφωνα με τους επιστήμονες, όπως το νερό, ψύχεται μέχρι την κρυστάλλωση, δημιουργώντας τις συνήθεις τρεις χωρικές και μία χρονικές διαστάσεις.
Η θεωρία του Big Freeze αμφισβητεί τον επί του παρόντος αποδεκτό ισχυρισμό του Albert Einstein ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι συνεχείς και ρευστοί. Είναι πιθανό ο χώρος να έχει στοιχεία - αδιαίρετα δομικά στοιχεία όπως μικροσκοπικά άτομα ή εικονοστοιχεία μέσα γραφικά υπολογιστή. Αυτά τα μπλοκ είναι τόσο μικρά που δεν μπορούν να παρατηρηθούν, ωστόσο, σύμφωνα με τη νέα θεωρία, είναι δυνατό να εντοπιστούν ελαττώματα που θα διαθλούν τη ροή άλλων σωματιδίων. Οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει τέτοια αποτελέσματα χρησιμοποιώντας μαθηματικά και τώρα θα προσπαθήσουν να τα εντοπίσουν πειραματικά.
Σύμπαν χωρίς αρχή και τέλος
Ο Ahmed Farag Ali του Πανεπιστημίου Benha στην Αίγυπτο και ο Saurya Das από το Πανεπιστήμιο του Lethbridge στον Καναδά έχουν προτείνει μια νέα λύση στο πρόβλημα της μοναδικότητας εγκαταλείποντας τη Μεγάλη Έκρηξη. Εισήγαγαν τις ιδέες του διάσημου φυσικού David Bohm στην εξίσωση Friedmann που περιγράφει τη διαστολή του Σύμπαντος και τη Μεγάλη Έκρηξη. «Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι μικρές προσαρμογές μπορούν ενδεχομένως να λύσουν τόσα πολλά προβλήματα», λέει ο Das.
Το μοντέλο που προέκυψε συνδύασε τη γενική σχετικότητα και την κβαντική θεωρία. Όχι μόνο αρνείται τη μοναδικότητα που προηγήθηκε της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά επίσης δεν παραδέχεται ότι το Σύμπαν τελικά θα καταρρεύσει και πάλι στην αρχική του κατάσταση. Σύμφωνα με τα δεδομένα που ελήφθησαν, το Σύμπαν έχει πεπερασμένο μέγεθος και άπειρη διάρκεια ζωής. Σε φυσικούς όρους, το μοντέλο περιγράφει ένα Σύμπαν γεμάτο με ένα υποθετικό κβαντικό ρευστό, το οποίο αποτελείται από γκραβιτόνια - σωματίδια που παρέχουν βαρυτική αλληλεπίδραση.
Οι επιστήμονες λένε επίσης ότι τα ευρήματά τους συσχετίζονται με τελευταία αποτελέσματαμετρήσεις της πυκνότητας του Σύμπαντος.
Ατελείωτος χαοτικός πληθωρισμός
Ο όρος «πληθωρισμός» αναφέρεται στην ταχεία διαστολή του Σύμπαντος, η οποία συνέβη εκθετικά τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η ίδια η θεωρία του πληθωρισμού δεν καταρρίπτει τη θεωρία του Big Bang, αλλά την ερμηνεύει μόνο διαφορετικά. Αυτή η θεωρία λύνει πολλά θεμελιώδη προβλήματα στη φυσική.
Σύμφωνα με το πληθωριστικό μοντέλο, λίγο μετά τη γέννησή του, το Σύμπαν επεκτάθηκε εκθετικά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα: το μέγεθός του διπλασιάστηκε πολλές φορές. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι σε 10 έως -36 δευτερόλεπτα, το Σύμπαν αυξήθηκε σε μέγεθος κατά τουλάχιστον 10 έως 30 έως 50 φορές, και πιθανώς περισσότερο. Στο τέλος της πληθωριστικής φάσης, το Σύμπαν γέμισε με υπερκαυτό πλάσμα από ελεύθερα κουάρκ, γκλουόνια, λεπτόνια και κβάντα υψηλής ενέργειας.
Η έννοια υπονοείαυτό που υπάρχει στον κόσμο πολλά σύμπαντα απομονωμένα το ένα από το άλλομε διαφορετική συσκευή
Οι φυσικοί έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η λογική του πληθωριστικού μοντέλου δεν έρχεται σε αντίθεση με την ιδέα της συνεχούς πολλαπλής γέννησης νέων συμπάντων. Οι κβαντικές διακυμάνσεις - οι ίδιες με αυτές που δημιούργησαν τον κόσμο μας - μπορούν να προκύψουν σε οποιαδήποτε ποσότητα, εάν οι συνθήκες είναι κατάλληλες για αυτές. Είναι πολύ πιθανό το σύμπαν μας να έχει αναδυθεί από τη ζώνη διακύμανσης που σχηματίστηκε στον προκάτοχο κόσμο. Μπορούμε επίσης να υποθέσουμε ότι κάποια μέρα και κάπου στο Σύμπαν μας θα σχηματιστεί μια διακύμανση που θα «εκτινάξει» ένα νεαρό Σύμπαν εντελώς διαφορετικού είδους. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα θυγατρικά σύμπαντα μπορούν να αναβλύζουν συνεχώς. Επιπλέον, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να θεσπιστούν οι ίδιοι φυσικοί νόμοι σε νέους κόσμους. Η έννοια υπονοεί ότι στον κόσμο υπάρχουν πολλά σύμπαντα απομονωμένα μεταξύ τους με διαφορετικές δομές.
Κυκλική θεωρία
Ο Paul Steinhardt, ένας από τους φυσικούς που έθεσαν τα θεμέλια της πληθωριστικής κοσμολογίας, αποφάσισε να αναπτύξει περαιτέρω αυτή τη θεωρία. Ο επιστήμονας, ο οποίος ηγείται του Κέντρου Θεωρητικής Φυσικής στο Πρίνστον, μαζί με τον Neil Turok από το Perimeter Institute for Theoretical Physics, περιέγραψαν μια εναλλακτική θεωρία στο βιβλίο Endless Universe: Beyond the Big Bang ("The Infinite Universe: Beyond the Big Bang").Το μοντέλο τους βασίζεται σε μια γενίκευση της κβαντικής θεωρίας υπερχορδών γνωστή ως M-theory. Σύμφωνα με αυτό, ο φυσικός κόσμος έχει 11 διαστάσεις - δέκα χωρικές και μία χρονική. Μέσα σε αυτό «επιπλέουν» χώροι μικρότερων διαστάσεων, οι λεγόμενες μπράνες. (συντομογραφία του όρου «μεμβράνη»).Το Σύμπαν μας είναι απλά μια από αυτές τις βράνες.
Το μοντέλο των Steinhardt και Turok αναφέρει ότι η Μεγάλη Έκρηξη συνέβη ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης της βράνης μας με μια άλλη βράνη - ένα άγνωστο σύμπαν. Σε αυτό το σενάριο, οι συγκρούσεις συμβαίνουν ατελείωτα. Σύμφωνα με την υπόθεση των Steinhardt και Turok, μια άλλη τρισδιάστατη βράνη «επιπλέει» δίπλα στη βράνη μας, χωρισμένη από μια μικρή απόσταση. Επίσης διαστέλλεται, ισοπεδώνεται και αδειάζει, αλλά μετά από ένα τρισεκατομμύριο χρόνια οι βράνες θα αρχίσουν να πλησιάζουν μεταξύ τους και τελικά να συγκρούονται. Αυτό θα τονίσει μεγάλο ποσόενέργεια, σωματίδια και ακτινοβολία. Αυτός ο κατακλυσμός θα πυροδοτήσει έναν άλλο κύκλο διαστολής και ψύξης του Σύμπαντος. Από το μοντέλο των Steinhardt και Turok προκύπτει ότι αυτοί οι κύκλοι υπήρχαν στο παρελθόν και σίγουρα θα επαναληφθούν στο μέλλον. Η θεωρία είναι σιωπηλή για το πώς ξεκίνησαν αυτοί οι κύκλοι.
Σύμπαν
σαν υπολογιστής
Μια άλλη υπόθεση για τη δομή του σύμπαντος λέει ότι ολόκληρος ο κόσμος μας δεν είναι τίποτα άλλο από μια μήτρα ή ένα πρόγραμμα υπολογιστή. Η ιδέα του τι είναι το σύμπαν ψηφιακός υπολογιστής, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό μηχανικό και πρωτοπόρο υπολογιστών Konrad Zuse στο βιβλίο του Υπολογισμός του Διαστήματος («Υπολογιστικός χώρος»).Μεταξύ εκείνων που θεωρούσαν επίσης το Σύμπαν ως γιγάντιο υπολογιστή είναι οι φυσικοί Stephen Wolfram και Gerard 't Hooft.
Οι θεωρητικοί της ψηφιακής φυσικής προτείνουν ότι το σύμπαν είναι ουσιαστικά πληροφορία και επομένως υπολογίσιμο. Από αυτές τις παραδοχές προκύπτει ότι το Σύμπαν μπορεί να θεωρηθεί ως το αποτέλεσμα ενός προγράμματος υπολογιστή ή μιας ψηφιακής υπολογιστικής συσκευής. Αυτός ο υπολογιστής θα μπορούσε να είναι, για παράδειγμα, ένα γιγαντιαίο κυψελοειδές αυτόματο ή μια καθολική μηχανή Turing.
Έμμεσα στοιχεία εικονική φύση του σύμπαντοςπου ονομάζεται αρχή της αβεβαιότητας στην κβαντική μηχανική
Σύμφωνα με τη θεωρία, κάθε αντικείμενο και γεγονός φυσικό κόσμοπροέρχεται από την υποβολή ερωτήσεων και την καταγραφή των απαντήσεων ναι ή όχι. Δηλαδή, πίσω από οτιδήποτε μας περιβάλλει, υπάρχει ένας συγκεκριμένος κώδικας, παρόμοιος με τον δυαδικό κώδικα ενός προγράμματος υπολογιστή. Και είμαστε ένα είδος διεπαφής μέσω της οποίας εμφανίζεται η πρόσβαση στα δεδομένα του «καθολικού Διαδικτύου». Μια έμμεση απόδειξη της εικονικής φύσης του Σύμπαντος ονομάζεται η αρχή της αβεβαιότητας στην κβαντική μηχανική: τα σωματίδια της ύλης μπορούν να υπάρχουν σε ασταθή μορφή και «σταθεροποιούνται» σε μια συγκεκριμένη κατάσταση μόνο όταν παρατηρούνται.
Ο ψηφιακός φυσικός John Archibald Wheeler έγραψε: «Δεν θα ήταν παράλογο να φανταστούμε ότι οι πληροφορίες βρίσκονται στον πυρήνα της φυσικής όπως στον πυρήνα ενός υπολογιστή. Όλα είναι από το κομμάτι. Με άλλα λόγια, ό,τι υπάρχει - κάθε σωματίδιο, κάθε πεδίο δύναμης, ακόμα και το ίδιο το χωροχρονικό συνεχές - λαμβάνει τη λειτουργία του, το νόημά του και, τελικά, την ίδια του την ύπαρξη».
« Για μένα, η ζωή είναι πολύ μικρή για να ανησυχώ για πράγματα πέρα από τον έλεγχό μου και ίσως ακόμη και αδύνατη. Ρωτούν λοιπόν: «Τι γίνεται αν η Γη καταπιεί μια μαύρη τρύπα ή συμβεί μια παραμόρφωση του χωροχρόνου - είναι αυτό λόγος ανησυχίας;» Η απάντησή μου είναι όχι, γιατί θα το μάθουμε μόνο όταν φτάσει στη... θέση μας στον χωροχρόνο. Παίρνουμε τρανταχτές όταν η φύση αποφασίζει ότι είναι η κατάλληλη ώρα: είτε είναι η ταχύτητα του ήχου, η ταχύτητα του φωτός, η ταχύτητα των ηλεκτρικών παλμών - θα είμαστε πάντα θύματα της χρονικής καθυστέρησης μεταξύ των πληροφοριών γύρω μας και της ικανότητάς μας να τις λαμβάνουμε»
Neil deGrasse Tyson
Ο χρόνος είναι καταπληκτικό πράγμα. Μας δίνει το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον. Λόγω χρόνου, όλα γύρω μας έχουν ηλικία. Για παράδειγμα, η ηλικία της Γης είναι περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Περίπου τα ίδια χρόνια πριν, το πλησιέστερο σε εμάς αστέρι, ο Ήλιος, πήρε επίσης φωτιά. Εάν αυτή η φιγούρα σας φαίνεται εντυπωσιακή, μην ξεχνάτε ότι πολύ πριν από το σχηματισμό της ιθαγενούς μας ηλιακό σύστημαεμφανίστηκε ο γαλαξίας στον οποίο ζούμε - ο Γαλαξίας. Σύμφωνα με τις τελευταίες εκτιμήσεις των επιστημόνων, η ηλικία του Γαλαξία είναι 13,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι οι γαλαξίες έχουν επίσης παρελθόν, και το διάστημα είναι απλά τεράστιο, επομένως πρέπει να κοιτάξουμε ακόμη πιο μακριά. Και αυτός ο προβληματισμός μας οδηγεί αναπόφευκτα στη στιγμή που ξεκίνησαν όλα - τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο Αϊνστάιν και το Σύμπαν
Η αντίληψη των ανθρώπων για τον κόσμο γύρω τους ήταν πάντα διφορούμενη. Μερικοί άνθρωποι εξακολουθούν να μην πιστεύουν στην ύπαρξη ενός τεράστιου Σύμπαντος γύρω μας, άλλοι πιστεύουν ότι η Γη είναι επίπεδη. Πριν από την επιστημονική ανακάλυψη του 20ου αιώνα, υπήρχαν μόνο μερικές εκδοχές για την προέλευση του κόσμου. Οι οπαδοί των θρησκευτικών απόψεων πίστευαν στη θεϊκή παρέμβαση και δημιουργία υψηλότερη νοημοσύνη, όσοι διαφωνούσαν μερικές φορές καίγονταν. Υπήρχε μια άλλη πλευρά που πίστευε ότι ο κόσμος γύρω μας, όπως και το Σύμπαν, είναι άπειρος.
Για πολλούς ανθρώπους, όλα άλλαξαν όταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έδωσε μια ομιλία το 1917, παρουσιάζοντας το έργο της ζωής του - τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας - στο ευρύ κοινό. Η ιδιοφυΐα του 20ου αιώνα συνέδεσε τον χωροχρόνο με την ύλη του χώρου χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις που έβγαλε. Ως αποτέλεσμα, αποδείχθηκε ότι το Σύμπαν είναι πεπερασμένο, αμετάβλητο σε μέγεθος και έχει το σχήμα ενός κανονικού κυλίνδρου.
Στην αυγή της τεχνικής ανακάλυψης, κανείς δεν μπορούσε να αντικρούσει τα λόγια του Αϊνστάιν, αφού η θεωρία του ήταν πολύ περίπλοκη ακόμη και για τα μεγαλύτερα μυαλά των αρχών του 20ού αιώνα. Δεδομένου ότι δεν υπήρχαν άλλες επιλογές, το μοντέλο ενός κυλινδρικού ακίνητου Σύμπαντος έγινε αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα ως το γενικά αποδεκτό μοντέλο του κόσμου μας. Ωστόσο, μπόρεσε να ζήσει μόνο λίγα χρόνια. Αφού οι φυσικοί κατάφεραν να συνέλθουν από επιστημονικές εργασίεςΑϊνστάιν και άρχισε να τα χωρίζει, παράλληλα με αυτό άρχισαν να γίνονται προσαρμογές στη θεωρία της σχετικότητας και στους συγκεκριμένους υπολογισμούς του Γερμανού επιστήμονα.
Το 1922, το περιοδικό Izvestia Physics δημοσίευσε ξαφνικά ένα άρθρο του Ρώσου μαθηματικού Alexander Friedman, στο οποίο δήλωσε ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος και το Σύμπαν μας δεν είναι ακίνητο. Ο Friedman εξηγεί ότι οι δηλώσεις του Γερμανού επιστήμονα σχετικά με το αμετάβλητο της ακτίνας καμπυλότητας του χώρου είναι στην πραγματικότητα λανθασμένες αντιλήψεις, η ακτίνα αλλάζει σε σχέση με το χρόνο. Κατά συνέπεια, το Σύμπαν πρέπει να επεκταθεί.
Επιπλέον, εδώ ο Friedman έδωσε τις υποθέσεις του σχετικά με το πώς ακριβώς θα μπορούσε να διασταλεί το Σύμπαν. Υπήρχαν τρία μοντέλα συνολικά: ένα παλλόμενο Σύμπαν (η υπόθεση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται και συστέλλεται με μια ορισμένη περιοδικότητα στο χρόνο). ένα διαστελλόμενο Σύμπαν από μάζα και το τρίτο μοντέλο - διαστολή από ένα σημείο. Δεδομένου ότι εκείνη την εποχή δεν υπήρχαν άλλα μοντέλα, με εξαίρεση τη θεϊκή παρέμβαση, οι φυσικοί γρήγορα σημείωσαν και τα τρία μοντέλα του Friedman και άρχισαν να τα αναπτύσσουν προς τη δική τους κατεύθυνση.
Το έργο του Ρώσου μαθηματικού τσίμπησε ελαφρώς τον Αϊνστάιν και την ίδια χρονιά δημοσίευσε ένα άρθρο στο οποίο εξέφρασε τα σχόλιά του για το έργο του Friedmann. Σε αυτό, ένας Γερμανός φυσικός προσπαθεί να αποδείξει την ορθότητα των υπολογισμών του. Αυτό αποδείχθηκε μάλλον μη πειστικό και όταν ο πόνος από το χτύπημα στην αυτοεκτίμηση υποχώρησε λίγο, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε ένα άλλο σημείωμα στο περιοδικό Izvestia Physics, στο οποίο έλεγε:
« Σε προηγούμενη ανάρτηση επέκρινα την παραπάνω δουλειά. Ωστόσο, η κριτική μου, όπως πείστηκα από την επιστολή του Friedman, που μου κοινοποίησε ο κ. Krutkov, βασίστηκε σε λάθος στους υπολογισμούς. Νομίζω ότι τα αποτελέσματα του Friedman είναι σωστά και ρίχνουν νέο φως».
Οι επιστήμονες έπρεπε να παραδεχτούν ότι και τα τρία μοντέλα Friedman για την εμφάνιση και την ύπαρξη του Σύμπαντος μας είναι απολύτως λογικά και έχουν δικαίωμα στη ζωή. Και τα τρία εξηγούνται με σαφείς μαθηματικούς υπολογισμούς και δεν αφήνουν ερωτήσεις. Εκτός από ένα πράγμα: γιατί το Σύμπαν θα αρχίσει να διαστέλλεται;
Η θεωρία που άλλαξε τον κόσμο
Οι δηλώσεις του Αϊνστάιν και του Φρίντμαν οδήγησαν την επιστημονική κοινότητα να αμφισβητήσει σοβαρά την προέλευση του Σύμπαντος. Χάρη στη γενική θεωρία της σχετικότητας, υπήρχε η ευκαιρία να ρίξουμε φως στο παρελθόν μας και οι φυσικοί δεν παρέλειψαν να το εκμεταλλευτούν. Ένας από τους επιστήμονες που προσπάθησαν να παρουσιάσουν ένα μοντέλο του κόσμου μας ήταν ο αστροφυσικός Georges Lemaitre από το Βέλγιο. Αξιοσημείωτο είναι ότι ο Λεμέτρ ήταν καθολικός ιερέας, αλλά παράλληλα σπούδαζε μαθηματικά και φυσική, πράγμα που είναι πραγματική ανοησία για την εποχή μας.
Ο Ζωρζ Λεμέτρ ενδιαφέρθηκε για τις εξισώσεις του Αϊνστάιν και με τη βοήθειά τους μπόρεσε να υπολογίσει ότι το Σύμπαν μας εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα της διάσπασης ενός συγκεκριμένου υπερσωματιδίου, το οποίο βρισκόταν εκτός του χώρου και του χρόνου πριν από την έναρξη της σχάσης, το οποίο στην πραγματικότητα μπορεί να θεωρηθεί ως έκρηξη. Την ίδια στιγμή, οι φυσικοί σημειώνουν ότι ο Λεμέτρ ήταν ο πρώτος που έριξε φως στη γέννηση του Σύμπαντος.
Η θεωρία ενός εκρηκτικού υπερατόμου ταίριαζε όχι μόνο στους επιστήμονες, αλλά και στους κληρικούς, οι οποίοι ήταν πολύ δυσαρεστημένοι με τη σύγχρονη επιστημονικές ανακαλύψεις, βάσει του οποίου έπρεπε να καταλήξουμε σε νέες ερμηνείες της Βίβλου. Το Big Bang δεν ήρθε σε σημαντική σύγκρουση με τη θρησκεία, ίσως αυτό επηρεάστηκε από την ανατροφή του ίδιου του Lemaître, ο οποίος αφιέρωσε τη ζωή του όχι μόνο στην επιστήμη, αλλά και στην υπηρεσία του Θεού.
Στις 22 Νοεμβρίου 1951, ο Πάπας Πίος XII έκανε μια δήλωση ότι η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν έρχεται σε αντίθεση με τη Βίβλο και το Καθολικό δόγμα για την προέλευση του κόσμου. Ορθόδοξοι κληρικοί δήλωσαν επίσης ότι βλέπουν αυτή τη θεωρία θετικά. Αυτή η θεωρία έγινε επίσης σχετικά ουδέτερη αποδεκτή από οπαδούς άλλων θρησκειών, μερικοί από αυτούς είπαν μάλιστα ότι υπήρχαν αναφορές στη Μεγάλη Έκρηξη στις ιερές γραφές τους.
Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι αυτή τη στιγμήείναι ένα γενικά αποδεκτό κοσμολογικό μοντέλο, έχει οδηγήσει πολλούς επιστήμονες σε αδιέξοδο. Από τη μια πλευρά, η έκρηξη ενός υπερσωματιδίου ταίριαζε απόλυτα στη λογική της σύγχρονης φυσικής, αλλά από την άλλη, ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας έκρηξης, θα μπορούσαν να σχηματιστούν κυρίως μόνο βαρέα μέταλλα, ιδιαίτερα ο σίδηρος. Αλλά, όπως αποδείχθηκε, το Σύμπαν αποτελείται κυρίως από εξαιρετικά ελαφριά αέρια - υδρογόνο και ήλιο. Κάτι δεν αθροίστηκε, έτσι οι φυσικοί συνέχισαν να εργάζονται στη θεωρία της προέλευσης του κόσμου.
Αρχικά, ο όρος «Big Bang» δεν υπήρχε. Ο Lemaître και άλλοι φυσικοί πρόσφεραν μόνο το βαρετό όνομα «δυναμικό εξελικτικό μοντέλο», το οποίο προκάλεσε χασμουρητά στους μαθητές. Μόλις το 1949, σε μια από τις διαλέξεις του, ο Βρετανός αστρονόμος και κοσμολόγος Freud Hoyle είπε:
«Αυτή η θεωρία βασίζεται στην υπόθεση ότι το Σύμπαν προέκυψε στη διαδικασία μιας μόνο ισχυρής έκρηξης και επομένως υπάρχει μόνο για ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα... Αυτή η ιδέα μιας Μεγάλης Έκρηξης μου φαίνεται εντελώς μη ικανοποιητική»..
Από τότε, αυτός ο όρος χρησιμοποιείται ευρέως σε επιστημονικούς κύκλουςκαι την κατανόηση του ευρύτερου κοινού για τη δομή του Σύμπαντος.
Από πού προήλθαν το υδρογόνο και το ήλιο;
Η παρουσία ελαφρών στοιχείων έχει μπερδέψει τους φυσικούς και πολλοί υποστηρικτές της Θεωρίας του Big Bang ξεκίνησαν να βρουν την πηγή τους. Για πολλά χρόνια δεν τα κατάφεραν ιδιαίτερη επιτυχία, ώσπου το 1948 ο λαμπρός επιστήμονας George Gamow από το Λένινγκραντ μπόρεσε τελικά να δημιουργήσει αυτή την πηγή. Ο Γκάμοου ήταν ένας από τους μαθητές του Φρίντμαν, κι έτσι ανέλαβε με χαρά την ανάπτυξη της θεωρίας του δασκάλου του.
Ο Gamow προσπάθησε να φανταστεί τη ζωή του Σύμπαντος προς την αντίθετη κατεύθυνση και γύρισε τον χρόνο στη στιγμή που μόλις άρχισε να διαστέλλεται. Μέχρι τότε, όπως γνωρίζουμε, η ανθρωπότητα είχε ήδη ανακαλύψει τις αρχές της θερμοπυρηνικής σύντηξης, έτσι η θεωρία Friedmann-Lemaitre απέκτησε το δικαίωμα στη ζωή. Όταν το Σύμπαν ήταν πολύ μικρό, έκανε πολύ ζέστη, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής.
Σύμφωνα με τον Gamow, μόλις ένα δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ο χώρος του νέου Σύμπαντος γέμισε με στοιχειώδη σωματίδια που άρχισαν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα αυτού, ξεκίνησε η θερμοπυρηνική σύντηξη ηλίου, την οποία ο μαθηματικός της Οδησσού Ralph Asher Alpher μπόρεσε να υπολογίσει για τον Gamow. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Alfer, μόλις πέντε λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν γέμισε τόσο πολύ ήλιο που ακόμη και οι ένθερμοι αντίπαλοι της Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης θα πρέπει να συμβιβαστούν και να αποδεχτούν αυτό το μοντέλο ως το κύριο στην κοσμολογία. Με την έρευνά του, ο Gamow όχι μόνο άνοιξε νέους τρόπους μελέτης του Σύμπαντος, αλλά και ανέστησε τη θεωρία του Lemaître.
Παρά τα στερεότυπα για τους επιστήμονες, δεν μπορεί να τους αρνηθεί κανείς τον ρομαντισμό. Ο Gamow δημοσίευσε την έρευνά του σχετικά με τη θεωρία του Υπερκαυτού Σύμπαντος την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης το 1948 στο έργο του "The Origin of Chemical Elements". Ως συνάδελφοι βοηθοί, υπέδειξε όχι μόνο τον Ralph Asher Alpher, αλλά και τον Hans Bethe, έναν Αμερικανό αστροφυσικό και μελλοντικό βραβευμένο βραβείο Νόμπελ. Στο εξώφυλλο του βιβλίου αποδείχτηκε: Alpher, Bethe, Gamow. Δεν σου θυμίζει τίποτα;
Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι τα έργα του Lemaître έλαβαν μια δεύτερη ζωή, οι φυσικοί δεν μπορούσαν ακόμα να απαντήσουν στην πιο συναρπαστική ερώτηση: τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;
Προσπάθειες να αναστηθεί το ακίνητο Σύμπαν του Αϊνστάιν
Δεν συμφώνησαν όλοι οι επιστήμονες με τη θεωρία Friedmann-Lemaître, αλλά παρόλα αυτά, έπρεπε να διδάξουν το γενικά αποδεκτό κοσμολογικό μοντέλο στα πανεπιστήμια. Για παράδειγμα, ο αστρονόμος Fred Hoyle, ο οποίος επινόησε ο ίδιος τον όρο «Big Bang», στην πραγματικότητα πίστευε ότι δεν υπήρξε έκρηξη και αφιέρωσε τη ζωή του στην προσπάθεια να το αποδείξει.
Ο Χόιλ έχει γίνει ένας από τους επιστήμονες που στην εποχή μας προσφέρουν μια εναλλακτική άποψη για σύγχρονος κόσμος. Οι περισσότεροι φυσικοί είναι μάλλον ψύχραιμοι με τις δηλώσεις τέτοιων ανθρώπων, αλλά αυτό δεν τους ενοχλεί καθόλου.
Για να ντροπιάσουν τον Gamow και το σκεπτικό του για τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, ο Hoyle και οι ομοϊδεάτες του αποφάσισαν να αναπτύξουν το δικό τους μοντέλο για την προέλευση του Σύμπαντος. Ως βάση, έλαβαν τις προτάσεις του Αϊνστάιν ότι το Σύμπαν είναι ακίνητο και έκαναν κάποιες προσαρμογές υποδεικνύοντας εναλλακτικούς λόγουςδιαστολή του Σύμπαντος.
Εάν οι οπαδοί της θεωρίας Lemaitre-Friedmann πίστευαν ότι το Σύμπαν προέκυψε από ένα μοναδικό υπερπυκνό σημείο με απειροελάχιστη ακτίνα, τότε ο Hoyle πρότεινε ότι η ύλη σχηματίζεται συνεχώς από σημεία που βρίσκονται μεταξύ γαλαξιών που απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο. Στην πρώτη περίπτωση, ολόκληρο το Σύμπαν, με τον άπειρο αριθμό των αστεριών και των γαλαξιών του, σχηματίστηκε από ένα σωματίδιο. Σε μια άλλη περίπτωση, ένα σημείο παρέχει αρκετή ουσία για να παραχθεί μόνο ένας γαλαξίας.
Η αποτυχία της θεωρίας του Hoyle είναι ότι ποτέ δεν μπόρεσε να εξηγήσει από πού προέρχεται η ίδια η ουσία που συνεχίζει να δημιουργεί γαλαξίες που περιέχουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια αστέρια. Στην πραγματικότητα, ο Fred Hoyle πρότεινε να πιστεύουν όλοι ότι η δομή του σύμπαντος εμφανίζεται από το πουθενά. Παρά το γεγονός ότι πολλοί φυσικοί προσπάθησαν να βρουν μια λύση στη θεωρία του Hoyle, κανείς δεν κατάφερε να το κάνει και μετά από μερικές δεκαετίες αυτή η πρόταση έχασε τη σημασία της.
Αναπάντητα Ερωτήματα
Στην πραγματικότητα, η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν μας δίνει απαντήσεις ούτε σε πολλά ερωτήματα. Για παράδειγμα, στο μυαλό φυσιολογικό άτομοΔεν μπορούμε να κατανοήσουμε το γεγονός ότι όλη η ύλη γύρω μας κάποτε συμπιέστηκε σε ένα σημείο μοναδικότητας, το οποίο είναι πολύ μικρότερο σε μέγεθος από ένα άτομο. Και πώς συνέβη που αυτό το υπερσωματίδιο θερμάνθηκε σε τέτοιο βαθμό που ξεκίνησε μια αντίδραση έκρηξης.
Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, η θεωρία του διαστελλόμενου Σύμπαντος δεν επιβεβαιώθηκε ποτέ πειραματικά και επομένως δεν ήταν ευρέως διαδεδομένη σε Εκπαιδευτικά ιδρύματα. Όλα άλλαξαν το 1964, όταν δύο Αμερικανοί αστροφυσικοί - ο Arno Penzias και ο Robert Wilson - αποφάσισαν να μελετήσουν τα ραδιοφωνικά σήματα από τον έναστρο ουρανό.
Ακτινοβολία σάρωσης ουράνια σώματα, συγκεκριμένα η Cassiopeia A (μία από τις πιο ισχυρές πηγές ραδιοεκπομπών στον έναστρο ουρανό), οι επιστήμονες παρατήρησαν κάποιον εξωτερικό θόρυβο που παρενέβαινε συνεχώς στην καταγραφή ακριβών δεδομένων ακτινοβολίας. Όπου κι αν έστρεφαν την κεραία τους, όποια ώρα κι αν ξεκινούσαν την έρευνά τους, αυτός ο χαρακτηριστικός και συνεχής θόρυβος τους ακολουθούσε πάντα. Θυμωμένοι σε κάποιο βαθμό, ο Penzias και ο Wilson αποφάσισαν να ερευνήσουν την πηγή αυτού του θορύβου και απροσδόκητα έκαναν μια ανακάλυψη που άλλαξε τον κόσμο. Ανακάλυψαν υπολειμματική ακτινοβολία, η οποία είναι ηχώ της ίδιας Μεγάλης Έκρηξης.
Το Σύμπαν μας ψύχεται πολύ πιο αργά από ένα φλιτζάνι ζεστό τσάι και το CMB υποδηλώνει ότι η ύλη γύρω μας κάποτε ήταν πολύ ζεστή και τώρα ψύχεται καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται. Έτσι, όλες οι θεωρίες που σχετίζονται με το ψυχρό Σύμπαν έμειναν πίσω και τελικά υιοθετήθηκε η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης.
Στα γραπτά του, ο Georgy Gamow υπέθεσε ότι στο διάστημα θα ήταν δυνατό να ανιχνευθούν φωτόνια που υπήρχαν από τη Μεγάλη Έκρηξη το μόνο που χρειαζόταν ήταν πιο προηγμένος τεχνικός εξοπλισμός. Η υπολειμματική ακτινοβολία επιβεβαίωσε όλες τις υποθέσεις του σχετικά με την ύπαρξη του Σύμπαντος. Ήταν επίσης δυνατό να διαπιστωθεί ότι η ηλικία του Σύμπαντος μας είναι περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια.
Όπως πάντα, με την πρακτική απόδειξη μιας θεωρίας, προκύπτουν αμέσως πολλές εναλλακτικές απόψεις. Μερικοί φυσικοί χλεύασαν την ανακάλυψη της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων ως απόδειξη της Μεγάλης Έκρηξης. Παρόλο που ο Penzias και ο Wilson κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ για την ιστορική τους ανακάλυψη, υπήρχαν πολλοί που διαφώνησαν με την έρευνά τους.
Τα κύρια επιχειρήματα υπέρ της αποτυχίας της διαστολής του Σύμπαντος ήταν οι ασυνέπειες και τα λογικά λάθη. Για παράδειγμα, η έκρηξη επιτάχυνε εξίσου όλους τους γαλαξίες στο διάστημα, αλλά αντί να απομακρυνθεί από εμάς, ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας πλησιάζει αργά αλλά σταθερά τον Γαλαξία. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτοί οι δύο γαλαξίες θα συγκρουστούν μεταξύ τους σε μόλις 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Δυστυχώς, η ανθρωπότητα είναι ακόμα πολύ μικρή για να απαντήσει σε αυτό και σε άλλες ερωτήσεις.
Θεωρία ισορροπίας
Στις μέρες μας, οι φυσικοί προσφέρουν διάφορα μοντέλα για την ύπαρξη του Σύμπαντος. Πολλοί από αυτούς δεν αντέχουν ούτε την απλή κριτική, ενώ άλλοι λαμβάνουν το δικαίωμα στη ζωή.
Στα τέλη του 20ου αιώνα, ο Αμερικανός αστροφυσικός Edward Tryon, μαζί με τον Αυστραλό συνάδελφό του Warren Kerry, πρότειναν ένα θεμελιωδώς νέο μοντέλο του Σύμπαντος, και το έκαναν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. Οι επιστήμονες στήριξαν την έρευνά τους στην υπόθεση ότι τα πάντα στο Σύμπαν είναι ισορροπημένα. Η μάζα καταστρέφει την ενέργεια και το αντίστροφο. Αυτή η αρχή άρχισε να ονομάζεται αρχή του Μηδενικού Σύμπαντος. Μέσα σε αυτό το Σύμπαν, νέα ύλη αναδύεται σε σημεία μοναδικότητας μεταξύ γαλαξιών, όπου η έλξη και η απώθηση της ύλης εξισορροπούνται.
Η θεωρία του Μηδενικού Σύμπαντος δεν καταστράφηκε γιατί μετά από λίγο καιρό οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανακαλύψουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης - μια μυστηριώδη ουσία από την οποία αποτελείται σχεδόν το 27% του Σύμπαντος μας. Ένα άλλο 68,3% του Σύμπαντος αποτελείται από την πιο μυστηριώδη και μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια.
Είναι οι βαρυτικές επιδράσεις της σκοτεινής ενέργειας που πιστώνονται με την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος. Παρεμπιπτόντως, η παρουσία της σκοτεινής ενέργειας στο διάστημα είχε προβλεφθεί από τον ίδιο τον Αϊνστάιν, ο οποίος είδε ότι κάτι στις εξισώσεις του δεν συνέκλινε. Ως εκ τούτου, εισήγαγε την κοσμολογική σταθερά στις εξισώσεις - τον όρο Λάμδα, για τον οποίο στη συνέχεια κατηγόρησε επανειλημμένα τον εαυτό του και μισούσε τον εαυτό του.
Έτυχε ο θεωρητικά κενός χώρος στο Σύμπαν να γεμίσει με κάποιο ειδικό πεδίο, το οποίο κάνει το μοντέλο του Αϊνστάιν σε δράση. Σε νηφάλιο μυαλό και σύμφωνα με τη λογική εκείνης της εποχής, η ύπαρξη ενός τέτοιου πεδίου ήταν απλά αδύνατη, αλλά στην πραγματικότητα ο Γερμανός φυσικός απλά δεν ήξερε πώς να περιγράψει τη σκοτεινή ενέργεια.
***
Μπορεί να μην μάθουμε ποτέ πώς και από τι προέκυψε το Σύμπαν μας. Θα είναι ακόμη πιο δύσκολο να διαπιστωθεί τι συνέβη πριν από την ύπαρξή του. Οι άνθρωποι τείνουν να φοβούνται αυτό που δεν μπορούν να εξηγήσουν, επομένως είναι πιθανό ότι μέχρι το τέλος του χρόνου, η ανθρωπότητα θα πιστεύει επίσης στη θεϊκή επιρροή στη δημιουργία του κόσμου γύρω μας.
Λένε ότι ο χρόνος είναι το πιο μυστηριώδες θέμα. Όσο κι αν προσπαθεί ένας άνθρωπος να κατανοήσει τους νόμους του και να μάθει να τους ελέγχει, πάντα μπαίνει σε μπελάδες. Κάνοντας το τελευταίο βήμα προς την επίλυση του μεγάλου μυστηρίου, και λαμβάνοντας υπόψη ότι πρακτικά είναι ήδη στην τσέπη μας, είμαστε πάντα πεπεισμένοι ότι είναι ακόμα το ίδιο άπιαστο. Ωστόσο, ο άνθρωπος είναι ένα διερευνητικό πλάσμα και η αναζήτηση απαντήσεων σε αιώνια ερωτήματα για πολλούς γίνεται το νόημα της ζωής.
Ένα από αυτά τα μυστικά ήταν η δημιουργία του κόσμου. Οι οπαδοί της «Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης», η οποία εξηγεί λογικά την προέλευση της ζωής στη Γη, άρχισαν να αναρωτιούνται τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και αν υπήρχε τίποτα. Το θέμα για την έρευνα είναι γόνιμο και τα αποτελέσματα μπορεί να ενδιαφέρουν το ευρύ κοινό.
Όλα στον κόσμο έχουν παρελθόν - ο Ήλιος, η Γη, το Σύμπαν, αλλά από πού προήλθε όλη αυτή η ποικιλομορφία και τι προηγήθηκε;
Είναι δύσκολο να δώσουμε μια σαφή απάντηση, αλλά είναι πολύ πιθανό να προβάλουμε υποθέσεις και να αναζητήσουμε στοιχεία για αυτές. Αναζητώντας την αλήθεια, οι ερευνητές έλαβαν όχι μία, αλλά πολλές απαντήσεις στο ερώτημα «τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη;» Το πιο δημοφιλές από αυτά ακούγεται κάπως αποθαρρυντικό και αρκετά τολμηρό - Τίποτα. Είναι δυνατόν όλα όσα υπάρχουν να προέρχονται από το τίποτα; Ότι το Τίποτα δεν γέννησε όλα όσα υπάρχουν;
Στην πραγματικότητα, αυτό δεν μπορεί να ονομαστεί απόλυτο κενό και υπάρχουν ακόμα κάποιες διεργασίες σε εξέλιξη εκεί; Όλα δημιουργήθηκαν από το τίποτα; Το τίποτα είναι η πλήρης απουσία όχι μόνο ύλης, μορίων και ατόμων, αλλά ακόμη και χρόνου και χώρου. Πλούσιο έδαφος για τη δραστηριότητα των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας!
Οι απόψεις των επιστημόνων για την εποχή πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη
Ωστόσο, Τίποτα δεν μπορεί να αγγίξει? συνήθεις νόμους, που σημαίνει είτε να κάνετε εικασίες και να δημιουργήσετε θεωρίες, είτε να προσπαθήσετε να δημιουργήσετε συνθήκες κοντά σε αυτές που οδήγησαν στη Μεγάλη Έκρηξη και βεβαιωθείτε ότι οι υποθέσεις σας είναι σωστές. Σε ειδικούς θαλάμους από τους οποίους αφαιρούνταν σωματίδια ύλης, η θερμοκρασία μειώθηκε, φέρνοντάς την πιο κοντά στις διαστημικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα της παρατήρησης παρείχαν έμμεση επιβεβαίωση των επιστημονικών θεωριών: οι επιστήμονες μελέτησαν το περιβάλλον στο οποίο θα μπορούσε θεωρητικά να προκύψει το Big Bang, αλλά το να αποκαλέσουν αυτό το περιβάλλον "Τίποτα" αποδείχθηκε ότι δεν ήταν απολύτως σωστό. Οι μίνι εκρήξεις που συμβαίνουν θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια μεγαλύτερη έκρηξη που γέννησε το Σύμπαν.
Θεωρίες των συμπάντων πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη
Οι οπαδοί μιας άλλης θεωρίας υποστηρίζουν ότι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη υπήρχαν δύο άλλα Σύμπαντα που αναπτύχθηκαν σύμφωνα με τους δικούς τους νόμους. Το τι ακριβώς ήταν είναι δύσκολο να απαντηθεί, αλλά σύμφωνα με τη θεωρία που διατυπώθηκε, το Big Bang συνέβη ως αποτέλεσμα της σύγκρουσής τους και οδήγησε στην πλήρη καταστροφή των προηγούμενων Συμπάντων και, ταυτόχρονα, στη γέννηση των δικών μας, που υπάρχει σήμερα.
Η θεωρία της «συμπίεσης» λέει ότι το Σύμπαν υπάρχει και υπήρχε πάντα αλλάζουν μόνο οι συνθήκες ανάπτυξής του, οι οποίες οδηγούν στην εξαφάνιση της ζωής σε μια περιοχή και στην εμφάνιση σε μια άλλη. Η ζωή εξαφανίζεται ως αποτέλεσμα της «κατάρρευσης» και εμφανίζεται μετά την έκρηξη. Όσο παράδοξο κι αν ακούγεται. Αυτή η υπόθεση έχει ένας μεγάλος αριθμός απόυποστηρικτές.
Υπάρχει μια άλλη υπόθεση: ως αποτέλεσμα της Μεγάλης Έκρηξης, ένα νέο Σύμπαν προέκυψε από το τίποτα και φούσκωσε, σαν σαπουνόφουσκα, σε γιγαντιαίες διαστάσεις. Αυτή τη στιγμή, "φυσαλίδες" ξεπήδησαν από αυτό, οι οποίες αργότερα έγιναν άλλοι Γαλαξίες και Σύμπαν.
Η θεωρία της «φυσικής επιλογής» υποδηλώνει ότι μιλάμε για «φυσική κοσμική επιλογή», όπως αυτή για την οποία μίλησε ο Δαρβίνος, μόνο σε μεγαλύτερη κλίμακα. Το Σύμπαν μας είχε τον δικό του πρόγονο, και αυτό, με τη σειρά του, είχε επίσης τον δικό του πρόγονο. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το Σύμπαν μας δημιουργήθηκε από μια Μαύρη Τρύπα. και παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, για να εμφανιστεί ένα νέο Σύμπαν, απαιτούνται μηχανισμοί «αναπαραγωγής». Η Μαύρη Τρύπα γίνεται ένας τέτοιος μηχανισμός.
Ή ίσως όσοι πιστεύουν ότι καθώς το Σύμπαν μας μεγαλώνει και αναπτύσσεται διαστέλλεται, κατευθύνοντας προς τη Μεγάλη Έκρηξη, που θα είναι η αρχή ενός νέου Σύμπαντος, έχουν δίκιο. Αυτό σημαίνει ότι μια φορά κι έναν καιρό, ένα άγνωστο και, δυστυχώς, εξαφανισμένο Σύμπαν έγινε ο γενάρχης του νέου μας σύμπαντος. Η κυκλική φύση αυτού του συστήματος φαίνεται λογική και αυτή η θεωρία έχει πολλούς υποστηρικτές.
Είναι δύσκολο να πούμε σε ποιο βαθμό οι οπαδοί αυτής ή της άλλης υπόθεσης πλησίασαν την αλήθεια. Ο καθένας επιλέγει αυτό που είναι πιο κοντά στο πνεύμα και την κατανόηση. Θρησκευτικός κόσμοςδίνει τις απαντήσεις του σε όλα τα ερωτήματα και βάζει την εικόνα της δημιουργίας του κόσμου σε ένα θεϊκό πλαίσιο. Οι άθεοι αναζητούν απαντήσεις, προσπαθώντας να φτάσουν στο βάθος των πραγμάτων και να αγγίξουν αυτήν ακριβώς την ουσία με τα χέρια τους. Μπορεί κανείς να αναρωτηθεί τι προκάλεσε τέτοια επιμονή στην αναζήτηση μιας απάντησης στο ερώτημα του τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, επειδή είναι αρκετά προβληματικό να αντλήσουμε πρακτικά οφέλη από αυτή τη γνώση: ένα άτομο δεν θα γίνει ο κυβερνήτης του Σύμπαντος, σύμφωνα με το λέξη και επιθυμία, νέα αστέρια δεν θα ανάψουν και τα υπάρχοντα δεν θα σβήσουν. Αυτό όμως που έχει τόσο ενδιαφέρον είναι αυτό που δεν έχει μελετηθεί! Η ανθρωπότητα αγωνίζεται να λύσει μυστήρια και ποιος ξέρει, ίσως αργά ή γρήγορα να πέσουν στα χέρια του ανθρώπου. Πώς όμως θα χρησιμοποιήσει αυτή τη μυστική γνώση;
Εικονογράφηση: KLAUS BACHMANN, περιοδικό GEO
(25
ψήφοι, μέσος όρος: 4,84
απο 5)
Μυστήρια της Μεγάλης Έκρηξης
Το Σύμπαν μας ξεκίνησε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια με τη Μεγάλη Έκρηξη και οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν αυτό το φαινόμενο για γενιές.
Στα τέλη της δεκαετίας του 20 του 20ου αιώνα, ο Edwin Hubble ανακάλυψε ότι όλοι οι γαλαξίες που βλέπουμε πετούν χώρια - σαν θραύσματα χειροβομβίδας μετά από έκρηξη, την ίδια στιγμή ο Βέλγος αστρονόμος και θεολόγος Georges Lemaitre υπέβαλε την υπόθεσή του (στο 1931 δημοσιεύτηκε στις σελίδες του Nature ). Πιστεύει ότι η ιστορία του σύμπαντος ξεκίνησε με την έκρηξη του «πρωτεύοντος ατόμου» και αυτό γέννησε τον χρόνο, το χώρο και την ύλη (νωρίτερα, στις αρχές της δεκαετίας του 1920, ο Σοβιετικός επιστήμονας Alexander Friedman, αναλύοντας τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, έφτασε επίσης στο το συμπέρασμα ότι «Το σύμπαν δημιουργήθηκε από ένα σημείο» και χρειάστηκαν «δεκάδες δισεκατομμύρια από τα συνηθισμένα μας χρόνια»).
Στην αρχή, οι αστρονόμοι απέρριψαν αποφασιστικά το σκεπτικό του Βέλγου θεολόγου. Γιατί η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης συνδυάστηκε τέλεια με τη χριστιανική πίστη στον Θεό τον Δημιουργό. Για δύο αιώνες, οι επιστήμονες απέτρεψαν τη διείσδυση στην επιστήμη οποιασδήποτε θρησκευτικής εικασίας σχετικά με την «αρχή όλων των αρχών». Και τώρα ο Θεός, που εκδιώχθηκε από τη φύση κάτω από το μετρημένο λίκνισμα των τροχών της Νευτώνειας μηχανικής, επιστρέφει απροσδόκητα. Έρχεται στις φλόγες του Big Bang και είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μια πιο θριαμβευτική εικόνα της εμφάνισής του.
Ωστόσο, το πρόβλημα δεν ήταν μόνο στη θεολογία - η Μεγάλη Έκρηξη δεν υπάκουσε στους νόμους των ακριβών επιστημών. Το πιο σημαντικό σημείοη ιστορία του Σύμπαντος ήταν πέρα από τη γνώση. Σε αυτό το μοναδικό (ειδικό) σημείο που βρίσκεται στον άξονα του χωροχρόνου, η γενική θεωρία της σχετικότητας έπαψε να λειτουργεί, επειδή η πίεση, η θερμοκρασία, η ενεργειακή πυκνότητα και η καμπυλότητα του χώρου ορμούσαν στο άπειρο, δηλαδή έχασαν κάθε φυσικό νόημα. Σε αυτό το σημείο, όλα αυτά τα δευτερόλεπτα, τα μέτρα και οι αστρονομικές μονάδες εξαφανίστηκαν, μετατράπηκαν όχι σε μηδέν, όχι σε αρνητικές τιμές, αλλά σε πλήρη απουσία τους, σε απόλυτη ανούσια. Αυτό το σημείο είναι ένα κενό που δεν μπορεί να ξεπεραστεί στα ξυλοπόδαρα της λογικής ή των μαθηματικών, μια τρύπα ακριβώς μέσα στο χρόνο και στο χώρο.
Μόλις στα τέλη της δεκαετίας του 1960 ο Roger Penrose και ο Stephen Hawking έδειξαν πειστικά ότι, στη θεωρία του Αϊνστάιν, η μοναδικότητα του Big Bang ήταν αναπόφευκτη. Ωστόσο, αυτό δεν θα μπορούσε να διευκολύνει το έργο των θεωρητικών. Πώς να περιγράψετε τη Μεγάλη Έκρηξη; Τι προκάλεσε, για παράδειγμα, αυτό το γεγονός; Άλλωστε, αν δεν υπήρχε καθόλου χρόνος πριν από αυτό, τότε φαίνεται ότι δεν θα μπορούσε να υπάρχει λόγος που το γέννησε.
Όπως καταλαβαίνουμε τώρα, για να δημιουργήσουμε μια πλήρη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, είναι απαραίτητο να συνδέσουμε τη διδασκαλία του Αϊνστάιν, που περιγράφει τον χώρο και τον χρόνο, με την κβαντική θεωρία, η οποία ασχολείται με τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους. Πιθανώς, μπορεί να περάσει πάνω από μία δεκαετία προτού καταστεί δυνατό να γίνει αυτό και να εξαχθεί ένας μόνο «τύπος του σύμπαντος».
Από πού θα μπορούσε, για παράδειγμα, να προέλθει αυτή η τεράστια ποσότητα ενέργειας που προκάλεσε αυτή την έκρηξη απίστευτης ισχύος; Ίσως το Σύμπαν μας το κληρονόμησε από τον προκάτοχό του, ο οποίος κατέρρευσε σε ένα μοναδικό σημείο; Ωστόσο, τότε από πού το πήρε; Ή μήπως η ενέργεια χύθηκε στο αρχέγονο κενό, από το οποίο το Σύμπαν μας γλίστρησε έξω σαν μια «φυσαλίδα αφρού»; Ή μήπως τα Σύμπαντα της παλαιότερης γενιάς μεταφέρουν ενέργεια στα Σύμπαντα της νεότερης γενιάς μέσα από εκείνα τα μοναδικά σημεία - στα βάθη των οποίων γεννιούνται, ίσως, νέοι κόσμοι που δεν θα δούμε ποτέ; Όπως και να έχει, το Σύμπαν σε τέτοια μοντέλα εμφανίζεται ως ένα «ανοιχτό σύστημα», το οποίο δεν αντιστοιχεί ακριβώς στην «κλασική» εικόνα της Μεγάλης Έκρηξης: «Δεν υπήρχε τίποτα και ξαφνικά γεννήθηκε το σύμπαν».
Το σύμπαν τη στιγμή του σχηματισμού του ήταν σε εξαιρετικά πυκνή και καυτή κατάσταση.
Ή είναι δυνατόν, όπως πιστεύουν ορισμένοι ερευνητές, το Σύμπαν μας να είναι γενικά... απαλλαγμένο από ενέργεια, ή μάλλον, η συνολική του ενέργεια να είναι μηδενική; Η θετική ενέργεια της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την ύλη υπερτίθεται στην αρνητική ενέργεια της βαρύτητας. Συν και πλην ισούται με μηδέν. Αυτό το περιβόητο «0» φαίνεται να είναι το κλειδί για την κατανόηση της φύσης του Big Bang. Από αυτό - από το "μηδέν", από το "τίποτα" - όλα γεννήθηκαν αμέσως. Κατά λάθος. Αυθόρμητα. Μόλις. Μια ασήμαντη απόκλιση από το 0 οδήγησε σε μια παγκόσμια χιονοστιβάδα γεγονότων. Μπορεί να γίνει η ακόλουθη σύγκριση: πέτρινη μπάλα, ισορροπώντας σε μια λεπτή, σαν κωδωνοστάσιο κορυφή κάποιου Chomolungma, ξαφνικά ταλαντεύτηκε και κύλησε προς τα κάτω, δημιουργώντας μια «χιονοστιβάδα γεγονότων».
1973 - ο φυσικός Edward Tryon από την Αμερική προσπάθησε να περιγράψει τη διαδικασία της γέννησης του Σύμπαντος μας χρησιμοποιώντας την αρχή της αβεβαιότητας Heisenberg, ένα από τα θεμέλια της κβαντικής θεωρίας. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, όσο ακριβέστερα μετράμε την ενέργεια, για παράδειγμα, τόσο πιο αβέβαιος γίνεται ο χρόνος. Έτσι, εάν η ενέργεια είναι αυστηρά μηδενική, τότε ο χρόνος μπορεί να είναι αυθαίρετα μεγάλος. Τόσο μεγάλη που αργά ή γρήγορα θα προκύψει μια διακύμανση στο κβαντικό κενό από το οποίο πρόκειται να γεννηθεί το Σύμπαν. Αυτό θα οδηγήσει στην ταχεία επέκταση του χώρου, φαινομενικά από το τίποτα. «Απλώς τα Σύμπαν γεννιούνται μερικές φορές, αυτό είναι όλο», εξήγησε ο Τριόν το παρασκήνιο της Μεγάλης Έκρηξης. Ήταν μια μεγάλη τυχαία έκρηξη. Αυτό είναι όλο.
Θα μπορούσε να συμβεί ξανά το Big Bang;
Παραδόξως, ναι. Ζούμε σε ένα σύμπαν που μπορεί ακόμα να καρποφορήσει και να γεννήσει νέους κόσμους. Έχουν δημιουργηθεί αρκετά μοντέλα που περιγράφουν τα «Big Bangs» του μέλλοντος.
Γιατί, για παράδειγμα, δεν εμφανίζονται νέες διακυμάνσεις στο ίδιο κενό που γέννησε το Σύμπαν μας; Ίσως κατά τη διάρκεια αυτών των 13,7 δισεκατομμυρίων ετών, αμέτρητοι κόσμοι έχουν εμφανιστεί δίπλα στο σύμπαν μας, χωρίς καμία επαφή μεταξύ τους. Σε αυτά λειτουργούν διαφορετικοί νόμοι της φύσης, υπάρχουν διαφορετικές φυσικές σταθερές. Στους περισσότερους από αυτούς τους κόσμους, η ζωή δεν θα μπορούσε ποτέ να αναδυθεί. Πολλοί από αυτούς πεθαίνουν αμέσως και βιώνουν την κατάρρευση. Αλλά σε μερικά Σύμπαντα - από καθαρή τύχη! – προκύπτουν συνθήκες κάτω από τις οποίες μπορεί να προκύψει ζωή.
Αλλά το θέμα δεν είναι μόνο στο κενό που υπάρχει πριν από την αρχή «όλων των εποχών και των λαών». Διακυμάνσεις γεμάτες με μελλοντικούς κόσμους μπορούν επίσης να προκύψουν στο κενό που είναι διάχυτο στο Σύμπαν μας - πιο συγκεκριμένα, στη σκοτεινή ενέργεια που το γεμίζει. Αυτό το είδος μοντέλου ενός «ανανεούμενου Σύμπαντος» αναπτύχθηκε από έναν Αμερικανό κοσμολόγο, ιθαγενή Σοβιετική Ένωση, Αλεξάντερ Βιλένκιν. Αυτές οι νέες «μεγάλες εκρήξεις» δεν αποτελούν απειλή για εμάς. Δεν θα καταστρέψουν τη δομή του Σύμπαντος, δεν θα το κάψουν στο έδαφος, αλλά θα δημιουργήσουν μόνο έναν νέο χώρο πέρα από τα όρια που είναι προσβάσιμα στην παρατήρηση και την κατανόησή μας. Ίσως παρόμοιες «εκρήξεις», που σηματοδοτούν τη γέννηση νέων κόσμων, συμβαίνουν στα βάθη των πολυάριθμων μαύρων οπών που διακοσμούν το σύμπαν, πιστεύει ο Αμερικανός αστροφυσικός Lee Smolin.
Ένας άλλος ντόπιος της ΕΣΣΔ που ζει στη Δύση, ο κοσμολόγος Andrei Linde, πιστεύει ότι εμείς οι ίδιοι είμαστε ικανοί να προκαλέσουμε μια νέα Μεγάλη Έκρηξη συλλέγοντας σε κάποιο σημείο στο διάστημα μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που υπερβαίνει ένα ορισμένο κρίσιμο όριο. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, οι μελλοντικοί διαστημικοί μηχανικοί θα μπορούσαν να πάρουν μια αόρατη πρέζα ύλης -μόλις μερικά εκατοστά του χιλιοστού του γραμμαρίου- και να τη συμπιέσουν σε τέτοιο βαθμό ώστε η ενέργεια αυτής της δέσμης να είναι 1015 γιγαληλεκτρονβολτ. Μια μικροσκοπική μαύρη τρύπα σχηματίζεται και αρχίζει να διαστέλλεται εκθετικά. Έτσι θα προκύψει ένα «σύμπαν κόρη» με τον δικό του χωροχρόνο, που θα χωρίζεται γρήγορα από το Σύμπαν μας.
...Υπάρχουν πολλά φανταστικά πράγματα στη φύση του Big Bang. Αλλά η εγκυρότητα αυτής της θεωρίας αποδεικνύεται ολόκληρη γραμμήφυσικά φαινόμενα. Αυτά περιλαμβάνουν τη διαστολή του Σύμπαντος που παρατηρούμε, την κατανομή των χημικών στοιχείων, καθώς και την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, η οποία ονομάζεται «λείψανο της Μεγάλης Έκρηξης».
Ο κόσμος δεν υπάρχει για πάντα. Γεννήθηκε στις φλόγες του Big Bang. Ωστόσο, ήταν αυτό ένα μοναδικό φαινόμενο στην ιστορία του διαστήματος; Ή ένα επαναλαμβανόμενο γεγονός, όπως η γέννηση των αστεριών και των πλανητών; Τι κι αν η Μεγάλη Έκρηξη είναι μόνο μια φάση μετάβασης από τη μια κατάσταση της Αιωνιότητας στην άλλη;
Πολλοί φυσικοί λένε ότι αρχικά υπήρχε Κάτι, όχι Τίποτα. Ίσως το Σύμπαν μας, όπως και άλλα, να γεννήθηκε από ένα στοιχειώδες κβαντικό κενό. Αλλά ανεξάρτητα από το πόσο «ελάχιστα απλή» είναι μια τέτοια κατάσταση - και οι νόμοι της φυσικής δεν την επιτρέπουν να είναι μικρότερη από ένα κβαντικό κενό - δεν μπορεί να ονομαστεί «Τίποτα».
Ίσως το Σύμπαν που βλέπουμε να είναι απλώς ένα άλλο κατάσταση συνάθροισηςΑιωνιότητα; Και η παράξενη διάταξη των γαλαξιών και των σμηνών γαλαξιών - κάτι σαν ένα κρυσταλλικό πλέγμα, το οποίο στον ν-διάστατο κόσμο που υπήρχε πριν από τη γέννηση του Σύμπαντος μας είχε μια εντελώς διαφορετική δομή και η οποία πιθανώς είχε προβλεφθεί από τη «φόρμουλα των πάντων» που αναζητούσε Αϊνστάιν; Και θα βρεθεί τις επόμενες δεκαετίες; Οι επιστήμονες κοιτάζουν έντονα τον τοίχο του Άγνωστου που έχει περιφράξει το σύμπαν μας, προσπαθώντας να καταλάβουν τι συνέβη μια στιγμή πριν, σύμφωνα με τις συνήθεις ιδέες μας, δεν υπήρχε απολύτως τίποτα. Ποιες μορφές του Αιώνιου Κόσμου μπορούμε να φανταστούμε, προικίζοντας χρόνο και χώρο με εκείνες τις ιδιότητες που είναι αδιανόητες στο σύμπαν μας;
Μεταξύ των πιο πολλά υποσχόμενων θεωριών, στις οποίες οι φυσικοί προσπαθούν να στριμώξουν μια ολόκληρη Αιωνιότητα, μπορούμε να ονομάσουμε τη θεωρία της κβαντικής γεωμετρίας, τη δυναμική του κβαντικού σπιν ή την κβαντική βαρύτητα. Οι μεγαλύτεροι συντελεστές στην ανάπτυξή τους ήταν οι Abey Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin και Thomas Tiemann. Όλα αυτά είναι οι πιο περίπλοκες φυσικές κατασκευές, ολόκληρα παλάτια χτισμένα από τύπους και υποθέσεις, μόνο και μόνο για να κρύψουν την άβυσσο που κρύβεται στα βάθη και το σκοτάδι τους, τη μοναδικότητα του χρόνου και του χώρου.
Age of Singularity
Τα κυκλικά μονοπάτια των νέων θεωριών μας αναγκάζουν να ξεπεράσουμε αλήθειες που είναι προφανείς με την πρώτη ματιά. Έτσι, στην κβαντική γεωμετρία, ο χώρος και ο χρόνος, προηγουμένως άπειρα συντετριμμένοι, ξαφνικά χωρίζονται σε ξεχωριστά νησιά - τμήματα, κβάντα, μικρότερα από τα οποία δεν υπάρχει τίποτα. Όλα τα μοναδικά σημεία μπορούν να ενσωματωθούν σε αυτούς τους «λίθους». Ο ίδιος ο χωροχρόνος μετατρέπεται σε μια συνένωση μονοδιάστατων δομών - ένα «δίκτυο περιστροφών», δηλαδή γίνεται μια διακριτή δομή, ένα είδος αλυσίδας που υφαίνεται από μεμονωμένους κρίκους.
Ο όγκος του μικρότερου δυνατού βρόχου χώρου είναι μόνο 10-99 κυβικά εκατοστά. Αυτή η τιμή είναι τόσο μικρή που σε ένα κυβικό εκατοστό υπάρχουν πολύ περισσότερα κβάντα χώρου από αυτά τα ίδια κυβικά εκατοστά στο Σύμπαν που παρατηρούμε (ο όγκος του είναι 1085 εκατοστά ανά κύβο). Μέσα στα κβάντα του χώρου δεν υπάρχει τίποτα, ούτε ενέργεια ούτε ύλη -όπως μέσα σε ένα μαθηματικό σημείο- εξ ορισμού- δεν μπορεί κανείς να βρει ούτε τρίγωνο ούτε εικοσάεδρο. Αλλά αν εφαρμόσουμε την υπόθεση του «υπομικροσκοπικού ιστού του σύμπαντος» για να περιγράψουμε τη Μεγάλη Έκρηξη, θα έχουμε εκπληκτικά αποτελέσματα, όπως έδειξαν οι Abey Ashtekar και Martin Bojowald από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια.
Αν αντικαταστήσουμε τις διαφορικές εξισώσεις στην Πρότυπη Θεωρία της Κοσμολογίας, που υποθέτουν τη συνεχή ροή του χώρου, με άλλες διαφορικές εξισώσεις που προκύπτουν από τη θεωρία της κβαντικής γεωμετρίας, τότε η μυστηριώδης ιδιομορφία θα εξαφανιστεί. Η φυσική δεν τελειώνει εκεί που αρχίζει η Μεγάλη Έκρηξη - αυτό είναι το πρώτο ενθαρρυντικό συμπέρασμα των κοσμολόγων που αρνήθηκαν να αποδεχθούν τις ιδιότητες του σύμπαντος που βλέπουμε ως την απόλυτη αλήθεια.
Η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας υποδηλώνει ότι το Σύμπαν μας (όπως όλα τα άλλα) γεννήθηκε ως αποτέλεσμα μιας τυχαίας διακύμανσης στο κβαντικό κενό - ένα παγκόσμιο μακροσκοπικό περιβάλλον στο οποίο δεν υπήρχε χρόνος. Κάθε φορά που συμβαίνει μια διακύμανση ενός συγκεκριμένου μεγέθους στο κβαντικό κενό, γεννιέται ένα νέο Σύμπαν. «Αποχωρίζεται» από το ομοιογενές περιβάλλον στο οποίο σχηματίστηκε και ξεκινάει την ίδια τη ζωή. Τώρα έχει τη δική του ιστορία, τον δικό του χώρο, τον δικό του χρόνο, το δικό του βέλος του χρόνου.
Στη σύγχρονη φυσική, έχουν δημιουργηθεί μια σειρά από θεωρίες που δείχνουν πώς από ένα αιώνια υπάρχον περιβάλλον, όπου δεν υπάρχει Μακροχρόνος, αλλά σε ορισμένα σημεία στα οποία ρέει ο μικροχρόνος, μπορεί να προκύψει ένας τόσο τεράστιος κόσμος όπως ο δικός μας.
Για παράδειγμα, οι φυσικοί Gabriele Veneziano και Maurizio Gasperini από την Ιταλία, στο πλαίσιο της θεωρίας χορδών, προτείνουν ότι αρχικά υπήρχε το λεγόμενο «κενό χορδών». Τυχαίες κβαντικές διακυμάνσεις σε αυτό οδήγησαν στο να φτάσει η ενεργειακή πυκνότητα σε μια κρίσιμη τιμή, και αυτό προκάλεσε μια τοπική κατάρρευση. Το οποίο τελείωσε με τη γέννηση του Σύμπαντος μας από το κενό.
Χρησιμοποιώντας τη θεωρία της κβαντικής γεωμετρίας, οι Abey Ashtekar και Martin Bojowald έδειξαν ότι ο χώρος και ο χρόνος μπορούν να προκύψουν από πιο πρωτόγονες θεμελιώδεις δομές, δηλαδή τα «δίκτυα περιστροφών».
Ο Eckhard Rebhan του Πανεπιστημίου του Ντίσελντορφ και – ανεξάρτητα – οι George Ellis και Roy Maartens από το Πανεπιστήμιο του Κέιπ Τάουν αναπτύσσουν την ιδέα ενός «στατικού σύμπαντος», που εξετάστηκε από τον Albert Einstein και τον Βρετανό αστρονόμο Arthur Eddington. Στην προσπάθειά τους να παρακάμψουν τα αποτελέσματα της κβαντικής βαρύτητας, ο Rebhan και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν σφαιρικό χώρο στη μέση ενός αιώνιου κενού (ή, αν προτιμάτε, μιας άδειας αιωνιότητας), όπου δεν υπάρχει χρόνος. Λόγω κάποιας αστάθειας, αναπτύσσεται εδώ μια πληθωριστική διαδικασία, η οποία οδηγεί σε ένα καυτό Big Bang.
Φυσικά, τα μοντέλα που παρατίθενται είναι εικασιακά, αλλά ουσιαστικά ανταποκρίνονται σύγχρονο επίπεδοανάπτυξη της φυσικής και αποτελέσματα αστρονομικές παρατηρήσειςτις τελευταίες δεκαετίες. Σε κάθε περίπτωση, ένα είναι ξεκάθαρο. Το Big Bang ήταν περισσότερο ένα συνηθισμένο, φυσικό γεγονός, και όχι το μοναδικό στο είδος του.
Θα μας βοηθήσουν αυτού του είδους οι θεωρίες να καταλάβουμε τι θα μπορούσε να είχε συμβεί πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη; Αν γεννήθηκε το Σύμπαν, τι το γέννησε; Πού εμφανίζεται στις σύγχρονες θεωρίες της κοσμολογίας το «γενετικό αποτύπωμα» του γονέα της; 2005 - Ο Abey Ashtekar, για παράδειγμα, δημοσίευσε τα αποτελέσματα των νέων υπολογισμών του (Ο Tomas Pawlowski και ο Parampreet Singh βοήθησαν να γίνουν). Από αυτά ήταν σαφές ότι αν οι αρχικές προϋποθέσεις ήταν σωστές, τότε ο ίδιος χωροχρόνος υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη όπως και μετά από αυτό το γεγονός. Η φυσική του σύμπαντος μας, σαν σε καθρέφτη, αντανακλάται στη φυσική του άλλου κόσμου. Σε αυτούς τους υπολογισμούς, η Μεγάλη Έκρηξη, σαν οθόνη καθρέφτη, διέκοψε την Αιωνιότητα, τοποθετώντας κοντά το ασυμβίβαστο - τη φύση και την αντανάκλασή της. Και τι είναι η αυθεντικότητα εδώ, τι είναι ένα φάντασμα;
Το μόνο πράγμα που μπορεί να φανεί «από την άλλη πλευρά του γυαλιού του καθρέφτη» είναι ότι το Σύμπαν δεν διαστέλλεται εκείνη την εποχή, αλλά συστέλλεται. Το Big Bang έγινε το σημείο της κατάρρευσής του. Αυτή τη στιγμή, ο χώρος και ο χρόνος σταμάτησαν για μια στιγμή για να αντανακληθούν ξανά - για να συνεχίσουν - να υψωθούν σαν φοίνικας στον ήδη γνώριμο σε μας κόσμο, το σύμπαν που μετράμε με τους τύπους, τους κώδικες και τους αριθμούς μας. Το σύμπαν κυριολεκτικά στράφηκε προς τα έξω, σαν γάντι ή πουκάμισο, και έκτοτε διαστέλλεται σταθερά. Η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν, σύμφωνα με τον Ashtekar, «η δημιουργία ολόκληρου του Σύμπαντος από το Τίποτα», αλλά ήταν μόνο μια μετάβαση από τη μια δυναμική μορφή της Αιωνιότητας στην άλλη. Ίσως το Σύμπαν να βιώνει μια ατελείωτη σειρά από «big bangs» και αυτά τα δεκάδες δισεκατομμύρια (ή οτιδήποτε άλλο) χρόνια που χωρίζουν τις επιμέρους φάσεις του είναι μόνο περίοδοι του «κοσμικού ημιτονοειδούς κύματος», σύμφωνα με τους νόμους του οποίου ζει το σύμπαν;
Ακόμη και οι σύγχρονοι επιστήμονες δεν μπορούν να πουν με βεβαιότητα τι υπήρχε στο Σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Υπάρχουν αρκετές υποθέσεις που σηκώνουν το πέπλο της μυστικότητας σε μία από τις περισσότερες σύνθετα ζητήματατου σύμπαντος.
Προέλευση του υλικού κόσμου
Μέχρι τον 20ο αιώνα, υπήρχαν μόνο δύο υποστηρικτές της θρησκευτικής άποψης, που πίστευαν ότι ο κόσμος δημιουργήθηκε από τον Θεό. Οι επιστήμονες, αντίθετα, αρνήθηκαν να αναγνωρίσουν την ανθρωπογενή φύση του Σύμπαντος. Οι φυσικοί και οι αστρονόμοι ήταν υποστηρικτές της ιδέας ότι το διάστημα υπήρχε πάντα, ο κόσμος ήταν στατικός και όλα θα παραμείνουν ίδια όπως πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, η επιταχυνόμενη επιστημονική πρόοδος στις αρχές του αιώνα οδήγησε στο γεγονός ότι οι ερευνητές είχαν ευκαιρίες να μελετήσουν εξωγήινους χώρους. Μερικοί από αυτούς ήταν οι πρώτοι που προσπάθησαν να απαντήσουν στο ερώτημα τι υπήρχε στο Σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Έρευνα Hubble
Ο 20ός αιώνας κατέστρεψε πολλές θεωρίες περασμένων εποχών. Στον κενό χώρο εμφανίστηκαν νέες υποθέσεις που εξηγούσαν ακατανόητα μέχρι τότε μυστήρια. Όλα ξεκίνησαν από το γεγονός ότι οι επιστήμονες καθιέρωσαν το γεγονός της διαστολής του Σύμπαντος. Αυτό έγινε από τον Edwin Hubble. Ανακάλυψε ότι οι μακρινοί γαλαξίες διέφεραν ως προς το φως τους από εκείνα τα κοσμικά σμήνη που ήταν πιο κοντά στη Γη. Η ανακάλυψη αυτού του προτύπου αποτέλεσε τη βάση του νόμου της επέκτασης του Edwin Hubble.
Η Μεγάλη Έκρηξη και η προέλευση του Σύμπαντος μελετήθηκαν όταν έγινε σαφές ότι όλοι οι γαλαξίες «ξεφεύγουν» από τον παρατηρητή, ανεξάρτητα από το πού βρισκόταν. Πώς θα μπορούσε να εξηγηθεί αυτό; Εφόσον οι γαλαξίες κινούνται, σημαίνει ότι ωθούνται προς τα εμπρός από κάποιο είδος ενέργειας. Επιπλέον, οι φυσικοί έχουν υπολογίσει ότι όλοι οι κόσμοι κάποτε βρίσκονταν σε ένα σημείο. Λόγω κάποιας ώθησης, άρχισαν να κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις με ασύλληπτη ταχύτητα.
Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε «Big Bang». Και η προέλευση του Σύμπαντος εξηγήθηκε ακριβώς με τη βοήθεια της θεωρίας αυτού του αρχαίου γεγονότος. Πότε συνέβη; Οι φυσικοί προσδιόρισαν την ταχύτητα κίνησης των γαλαξιών και έβγαλαν έναν τύπο που χρησιμοποίησαν για να υπολογίσουν πότε συνέβη η αρχική «ώθηση». Κανείς δεν μπορεί να δώσει ακριβείς αριθμούς, αλλά περίπου αυτό το φαινόμενο συνέβη πριν από περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η εμφάνιση της θεωρίας του Big Bang
Το γεγονός ότι όλοι οι γαλαξίες είναι πηγές φωτός σημαίνει ότι η Μεγάλη Έκρηξη απελευθέρωσε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Ήταν αυτή που γέννησε την ίδια τη φωτεινότητα που χάνουν οι κόσμοι καθώς απομακρύνονται από το επίκεντρο αυτού που συνέβη. Η θεωρία του Big Bang αποδείχθηκε για πρώτη φορά από τους Αμερικανούς αστρονόμους Robert Wilson και Arno Penzias. Ανακάλυψαν ηλεκτρομαγνητική κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, η θερμοκρασία της οποίας ήταν τρεις βαθμοί στην κλίμακα Kelvin (δηλαδή -270 Κελσίου). Αυτό το εύρημα υποστήριξε την ιδέα ότι το Σύμπαν ήταν αρχικά εξαιρετικά ζεστό.
Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης απάντησε σε πολλά ερωτήματα που διατυπώθηκαν τον 19ο αιώνα. Ωστόσο, τώρα εμφανίστηκαν νέα. Για παράδειγμα, τι υπήρχε στο Σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη; Γιατί είναι τόσο ομοιογενής, ενώ με τόσο τεράστια απελευθέρωση ενέργειας η ουσία θα πρέπει να διασκορπίζεται άνισα προς όλες τις κατευθύνσεις; Οι ανακαλύψεις των Wilson και Arno έθεσαν υπό αμφισβήτηση την κλασική ευκλείδεια γεωμετρία, καθώς αποδείχθηκε ότι ο χώρος έχει μηδενική καμπυλότητα.
Πληθωριστική θεωρία
Τα νέα ερωτήματα που τέθηκαν το έδειξαν σύγχρονη θεωρίαη καταγωγή του κόσμου είναι αποσπασματική και ημιτελής. Ωστόσο, για πολύ καιρό φαινόταν ότι θα ήταν αδύνατο να προχωρήσουμε πέρα από αυτό που ανακαλύφθηκε τη δεκαετία του '60. Και μόνο πολύ πρόσφατη έρευνα από επιστήμονες κατέστησε δυνατή τη διαμόρφωση μιας νέας σημαντικής αρχής για τη θεωρητική φυσική. Αυτό ήταν το φαινόμενο της εξαιρετικά γρήγορης πληθωριστικής διαστολής του Σύμπαντος. Μελετήθηκε και περιγράφηκε χρησιμοποιώντας την κβαντική θεωρία πεδίου και τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Τι υπήρχε λοιπόν στο Σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη; Η σύγχρονη επιστήμη αποκαλεί αυτή την περίοδο «πληθωρισμό». Στην αρχή υπήρχε μόνο ένα πεδίο που γέμιζε όλο τον φανταστικό χώρο. Μπορεί να συγκριθεί με μια χιονόμπαλα που πετάχτηκε στην πλαγιά ενός χιονισμένου βουνού. Το κομμάτι θα κυλήσει προς τα κάτω και θα αυξηθεί σε μέγεθος. Με τον ίδιο τρόπο, το πεδίο, λόγω τυχαίων διακυμάνσεων, άλλαξε τη δομή του σε έναν αφάνταστο χρόνο.
Όταν σχηματίστηκε μια ομοιογενής διαμόρφωση, έλαβε χώρα μια αντίδραση. Περιέχει τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος. Τι συνέβη πριν το Big Bang; Ένα πληθωριστικό πεδίο που δεν έμοιαζε καθόλου με την τρέχουσα κατάσταση. Μετά την αντίδραση άρχισε η ανάπτυξη του Σύμπαντος. Εάν συνεχίσουμε την αναλογία με μια χιονόμπαλα, τότε μετά την πρώτη, άλλες χιονόμπαλες κύλησαν, αυξάνοντας επίσης σε μέγεθος. Η στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης σε αυτό το σύστημα μπορεί να συγκριθεί με τη δεύτερη όταν ένα τεράστιο μπλοκ έπεσε στην άβυσσο και τελικά συγκρούστηκε με το έδαφος. Εκείνη τη στιγμή απελευθερώθηκε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Ακόμα δεν μπορεί να εξαντληθεί. Λόγω της συνέχισης της αντίδρασης από την έκρηξη το Σύμπαν μας μεγαλώνει σήμερα.
Ύλη και πεδίο
Το Σύμπαν αποτελείται πλέον από έναν ασύλληπτο αριθμό άστρων και άλλων κοσμικών σωμάτων. Αυτό το άθροισμα ύλης αποπνέει τεράστια ενέργεια, η οποία έρχεται σε αντίθεση με τον φυσικό νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Τι λέει; Η ουσία αυτής της αρχής έγκειται στο γεγονός ότι για μια άπειρη χρονική περίοδο η ποσότητα ενέργειας στο σύστημα παραμένει αμετάβλητη. Αλλά πώς μπορεί αυτό να ταιριάζει με το Σύμπαν μας, το οποίο συνεχίζει να επεκτείνεται;
Η πληθωριστική θεωρία μπόρεσε να απαντήσει σε αυτό το ερώτημα. Είναι εξαιρετικά σπάνιο να λυθούν τέτοια μυστήρια του Σύμπαντος. Τι συνέβη πριν το Big Bang; Πληθωριστικό πεδίο. Μετά την εμφάνιση του κόσμου, ύλη γνώριμη σε εμάς πήρε τη θέση της. Ωστόσο, εκτός από αυτό, υπάρχει και κάτι στο Σύμπαν που έχει αρνητική ενέργεια. Οι ιδιότητες αυτών των δύο οντοτήτων είναι αντίθετες. Αυτό αντισταθμίζει την ενέργεια που προέρχεται από σωματίδια, αστέρια, πλανήτες και άλλη ύλη. Αυτή η σχέση εξηγεί επίσης γιατί το Σύμπαν δεν έχει ακόμη μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.
Όταν συνέβη για πρώτη φορά η Μεγάλη Έκρηξη, ο κόσμος ήταν πολύ μικρός για να καταρρεύσει οτιδήποτε. Τώρα, όταν το Σύμπαν έχει επεκταθεί, τοπικές μαύρες τρύπες έχουν εμφανιστεί σε ορισμένα μέρη του. Το βαρυτικό τους πεδίο απορροφά τα πάντα γύρω τους. Ούτε φως μπορεί να βγει από αυτό. Αυτός είναι στην πραγματικότητα γιατί τέτοιες τρύπες γίνονται μαύρες.
Διαστολή του Σύμπαντος
Ακόμη και παρά τη θεωρητική αιτιολόγηση της πληθωριστικής θεωρίας, εξακολουθεί να είναι ασαφές πώς έμοιαζε το Σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Η ανθρώπινη φαντασία δεν μπορεί να φανταστεί αυτή την εικόνα. Γεγονός είναι ότι το πεδίο του πληθωρισμού είναι άυλο. Δεν μπορεί να εξηγηθεί με τους συνήθεις νόμους της φυσικής.
Όταν συνέβη το Big Bang, το πεδίο του πληθωρισμού άρχισε να επεκτείνεται με ρυθμό που ξεπερνούσε την ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με φυσικούς δείκτες, δεν υπάρχει τίποτα υλικό στο Σύμπαν που θα μπορούσε να κινηθεί πιο γρήγορα από αυτόν τον δείκτη. Το φως εξαπλώνεται στον υπάρχοντα κόσμο με απίστευτους αριθμούς. Το πληθωριστικό πεδίο εξαπλώθηκε με ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα, ακριβώς λόγω της άυλης φύσης του.
Τρέχουσα κατάσταση του Σύμπαντος
Η τρέχουσα περίοδος στην εξέλιξη του Σύμπαντος είναι ιδανικά κατάλληλη για την ύπαρξη ζωής. Οι επιστήμονες δυσκολεύονται να προσδιορίσουν πόσο θα διαρκέσει αυτή η χρονική περίοδος. Αλλά αν κάποιος έκανε τέτοιους υπολογισμούς, τα νούμερα που προέκυψαν δεν ήταν λιγότερα από εκατοντάδες δισεκατομμύρια χρόνια. Για ενα ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ζωηένα τέτοιο τμήμα είναι τόσο μεγάλο που ακόμη και στον μαθηματικό λογισμό πρέπει να γραφτεί χρησιμοποιώντας δυνάμεις. Το παρόν έχει μελετηθεί πολύ καλύτερα από την προϊστορία του Σύμπαντος. Αυτό που συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη θα παραμείνει, σε κάθε περίπτωση, μόνο αντικείμενο θεωρητικής έρευνας και τολμηρών υπολογισμών.
Στον υλικό κόσμο, ακόμη και ο χρόνος παραμένει σχετική αξία. Για παράδειγμα, τα κβάζαρ (ένας τύπος αστρονομικού αντικειμένου), που υπάρχουν σε απόσταση 14 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, είναι 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός πίσω από το συνηθισμένο μας «τώρα». Αυτή η χρονική διαφορά είναι τεράστια. Είναι δύσκολο να οριστεί έστω και μαθηματικά, για να μην αναφέρουμε το γεγονός ότι είναι απλά αδύνατο να φανταστεί κανείς ξεκάθαρα κάτι τέτοιο με τη βοήθεια της ανθρώπινης φαντασίας (ακόμη και του πιο ένθερμου).
Η σύγχρονη επιστήμη μπορεί θεωρητικά να εξηγήσει στον εαυτό της ολόκληρη τη ζωή του υλικού μας κόσμου, ξεκινώντας από τα πρώτα κλάσματα δευτερολέπτων της ύπαρξής του, όταν μόλις συνέβη το Big Bang. Ολόκληρη η ιστορίαΤο σύμπαν εξακολουθεί να αναπληρώνεται. Οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν νέα καταπληκτικά γεγονόταμε εκσυγχρονισμένο και βελτιωμένο ερευνητικό εξοπλισμό (τηλεσκόπια, εργαστήρια κ.λπ.).
Ωστόσο, υπάρχουν και φαινόμενα που δεν είναι ακόμα κατανοητά. Ένα τέτοιο λευκό σημείο, για παράδειγμα, είναι η σκοτεινή του ενέργεια. Η ουσία αυτής της κρυμμένης μάζας συνεχίζει να διεγείρει τη συνείδηση των πιο μορφωμένων και προηγμένων φυσικών της εποχής μας. Επιπλέον, δεν έχει προκύψει καμία ενιαία άποψη σχετικά με τους λόγους για τους οποίους εξακολουθούν να υπάρχουν περισσότερα σωματίδια στο Σύμπαν από τα αντισωματίδια. Έχουν διατυπωθεί αρκετές θεμελιώδεις θεωρίες για αυτό το θέμα. Μερικά από αυτά τα μοντέλα είναι τα πιο δημοφιλή, αλλά κανένα από αυτά δεν έχει γίνει ακόμη αποδεκτό από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα ως
Στην κλίμακα της παγκόσμιας γνώσης και των κολοσσιαίων ανακαλύψεων του 20ου αιώνα, αυτά τα κενά φαίνονται αρκετά ασήμαντα. Αλλά η ιστορία της επιστήμης δείχνει με αξιοζήλευτη κανονικότητα ότι η εξήγηση τέτοιων «μικρών» γεγονότων και φαινομένων γίνεται η βάση για την πλήρη κατανόηση της ανθρωπότητας του κλάδου στο σύνολό της (στην περίπτωση αυτή μιλάμε για αστρονομία). Επομένως, οι μελλοντικές γενιές επιστημόνων σίγουρα θα έχουν κάτι να κάνουν και κάτι να ανακαλύψουν στον τομέα της γνώσης της φύσης του Σύμπαντος.