|
|
Η αρχή του χρόνου
|
|
Πως μπορούμε να πούμε από τις παρατηρήσεις, αν υπάρχει αρκετή ύλη στον παρελθοντικό μας κώνο φωτός, για να προκαλέσει αυτή την εστίαση; Παρατηρούμε έναν αριθμό γαλαξιών, αλλά δεν μπορούμε να μετρήσουμε απευθείας πόση ύλη περιέχουν αυτοί. Ούτε και μπορούμε να είμαστε βέβαιοι ότι κάθε γραμμή που ξεκινάει από τα μάτια μας περνάει και από ένα γαλαξία. Θα δώσω λοιπόν ένα διαφορετικό επιχείρημα, για να δείξω ότι το Σύμπαν περιέχει αρκετή ύλη ώστε να εστιάσει τον παρελθοντικό μας κώνο φωτός. Το επιχείρημα βασίζεται στο φάσμα της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Αυτό είναι χαρακτηριστικό της ακτινοβολίας που βρισκόταν σε θερμική ισορροπία με την ύλη, στην ίδια θερμοκρασία. Για να επιτευχθεί μια τέτοια ισορροπία είναι αναγκαίο για την ακτινοβολία να σκεδαστεί από την ύλη πολλές φορές. Για παράδειγμα το φως που λαμβάνουμε από τον Ήλιο έχει ένα χαρακτηριστικό θερμικό φάσμα. Δεν οφείλεται στο γεγονός ότι οι πυρηνικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κέντρο του Ήλιου, παράγουν ακτινοβολία με θερμικό φάσμα. Μάλλον οφείλεται στο ότι η ακτινοβολία έχει σκεδαστεί από την ύλη του Ήλιου, πολλές φορές κατά τη διαδρομή της από το κέντρο. Στην περίπτωση του Σύμπαντος, το γεγονός ότι το μικροκυματικό υπόβαθρο έχει ένα τέτοιο ακριβώς θερμικό φάσμα, δείχνει ότι πρέπει να έχει σκεδαστεί πολλές φορές. Το Σύμπαν πρέπει συνεπώς να περιέχει αρκετή ύλη που το κάνει αδιαφανές προς όποια κατεύθυνση και αν κοιτάξουμε, εφ όσων παρατηρούμε πως το μικροκυματικό υπόβαθρο είναι το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις. Επιπλέον αυτή η αδιαφάνεια πρέπει να συμβαίνει σε πολύ μεγάλη απόσταση από εμάς, διότι μπορούμε να δούμε γαλαξίες και κβάζαρ σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Έτσι λοιπόν πρέπει να υπάρχει αρκετή ύλη, σε αρκετά μεγάλη απόσταση από μας. Η μεγαλύτερη αδιαφάνεια για ευρεία περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, για μια δεδομένη πυκνότητα, προέρχεται από το ιονισμένο υδρογόνο. Τότε όμως προκύπτει ότι αν υπάρχει αρκετή ύλη για να κάνει το Σύμπαν αδιαφανές, υπάρχει επίσης αρκετή ύλη για να εστιάσει τον παρελθοντικό μας κώνο φωτός. Τότε μπορεί κανείς να εφαρμόσει το θεώρημα που ανακαλύψαμε ο Penrose και εγώ για να δείξει ότι ο χρόνος πρέπει να έχει μια αρχή. Η εστίαση του παρελθοντικού μας κώνου φωτός υποδεικνύει ότι ο χρόνος πρέπει να έχει μια αρχή αν η Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι σωστή. Αλλά κάποιος μπορεί να θέσει την ερώτηση, αν η γενική θεωρία της σχετικότητας είναι πράγματι σωστή. Έχει βέβαια περάσει όλα τα τεστ παρατήρησης μέχρι σήμερα. Όμως όλα αυτά τα τεστ αναφέρονταν σε μεγάλες αποστάσεις. Γνωρίζουμε ότι η Γενική σχετικότητα δεν μπορεί να είναι σωστή στην πολύ μικρή κλίμακα, γιατί είναι μια κλασσική θεωρία. Αυτό σημαίνει ότι δεν λαμβάνει υπ' όψιν της την αρχή της απροσδιοριστίας της Κβαντομηχανικής, η οποία λέει ότι ένα αντικείμενο δεν μπορεί να έχει μια καλά καθορισμένη θέση, και συγχρόνως μια καλά καθορισμένη ταχύτητα. Με όσο μεγαλύτερη ακρίβεια μετράμε τη θέση, με τόσο λιγότερη ακρίβεια μετράμε την ταχύτητα και αντίστροφα. Ως εκ τούτου για να κατανοήσουμε το στάδιο της πολύ μεγάλης πυκνότητας, όταν το Σύμπαν ήταν πολύ μικρό, κανείς χρειάζεται μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας, η οποία θα συνδυάζει τη γενική Σχετικότητα με την Αρχή της Απροσδιοριστίας. Πολλοί άνθρωποι έλπιζαν ότι τα κβαντικά φαινόμενα, θα εξομάλυναν κατά κάποιο τρόπο την ανωμαλία της άπειρης πυκνότητας, και θα επέτρεπαν στο Σύμπαν να αναπηδήσει και να συνεχίσει πάλι την προηγούμενη συσταλτική φάση. Αυτό έμοιαζε μάλλον με την προηγούμενη ιδέα των γαλαξιών που δεν συγκρούονται όλοι μαζί, η αναπήδηση όμως θα συνέβαινε σε πολύ υψηλότερη πυκνότητα. Νομίζω όμως ότι δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο. Τα κβαντικά φαινόμενα δεν απομακρύνουν την ιδέα της ανωμαλίας και δεν επιτρέπουν στο χρόνο να συνεχίζεται προς τα πίσω επ΄άπειρον. Φαίνεται όμως ότι τα κβαντικά φαινόμενα μπορούν να άρουν το πιο αμφιλεγόμενο χαρακτηριστικό, των ανωμαλιών που εμφανίζεται στην Γενική Σχετικότητα. Το χαρακτηριστικό αυτό έχει να κάνει με την αδυναμία μας να υπολογίσουμε τι θα προκύψει από μια ανωμαλία, διότι εκεί καταρρέουν όλοι οι νόμοι της φυσικής. Αυτό θα σήμαινε ότι η επιστήμη δεν θα μπορούσε να προβλέψει πως ξεκίνησε το Σύμπαν. Θα χρειαζόμασταν τότε την επέμβαση κάποιου έξω από το σύμπαν. Αυτό εξηγεί γιατί αρκετοί από τους θρησκευτικούς ηγέτες, ήταν έτοιμοι να δεχτούν το Big Bang και τα θεωρήματα της ανωμαλίας. Από την άλλη πλευρά, φαίνεται πως η κβαντική θεωρία μπορεί να προβλέψει πως θα ξεκινήσει το Σύμπαν. Η κβαντική θεωρία εισάγει μια νέα ιδέα, αυτή του μιγαδικού χρόνου. Ο μιγαδικός ή φανταστικός χρόνος, ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία. Αλλά παρ΄ όλα αυτά αποτελεί μια ιδιοφυή επιστημονική σύλληψη. Κανείς μπορεί να τον απεικονίσει με τον ακόλουθο τρόπο. Μπορούμε να σκεφτούμε τον συνηθισμένο, πραγματικό χρόνο ως μια ευθεία οριζόντια γραμμή. Στα αριστερά έχουμε το παρελθόν και στα δεξιά το μέλλον. Υπάρχει όμως ακόμα ένα είδος χρόνου στον κατακόρυφο άξονα. Αυτός είναι ο φανταστικός χρόνος και τον χρόνο αυτό δεν τον βιώνουμε κανονικά. Αλλά κατά κάποια έννοια είναι τόσο πραγματικός όσο και ο συνηθισμένος μας χρόνος. Οι τρεις κατευθύνσεις στο χώρο, και η μία κατεύθυνση του φανταστικού χρόνου, αποτελούν αυτό που αποκαλούμε τετραδιάστατο Ευκλείδιο χωροχρόνο. Δεν είναι δυνατόν να σχεδιάσουμε ένα τετραδιάστατο καμπυλωμένο χωροχρόνο. Αλλά δεν είναι δύσκολο να φανταστούμε μια δισδιάστατη επιφάνεια, σαν ένα σαμάρι ή σαν την επιφάνεια μιας σφαίρας. Αυτό θα συμβεί αν περιορίσουμε τις χωρικές μας διαστάσεις σε μία αντί για τρεις. Πράγματι ο James Hartle του πανεπιστημίου της California στη Santa Barbara, και εγώ, έχουμε προτείνει ότι ο χώρος και ο φανταστικός χρόνος μαζί, είναι πράγματι περιορισμένοι σε έκταση, αλλά δεν έχουν όρια. Θα μπορούσε η σύλληψη αυτή να μοιάζει με την επιφάνεια της Γης αλλά με δύο επιπλέον χωρικές διαστάσεις. Η επιφάνεια της Γης είναι περιορισμένη σε έκταση, αλλά δεν έχει όρια ή τέλος. Μπορούμε δηλαδή να ταξιδεύουμε συνεχώς γύρω στη Γη, χωρίς να πέφτουμε από κάποια άκρη της.  Σ΄έναν φανταστικό χωρόχρονο σε σχήμα σφαίρας, η διάσταση του φανταστικού χρόνου θα μπορούσε ν΄αντιστοιχεί στην απόσταση από το Νότιο Πόλο. Αν θεωρήσουμε τους παράλληλους γεωγραφικούς κύκλους της σφαίρας, τότε καθώς κινούμαστε από νότο προς βορρά, οι κύκλοι αυτοί γίνονται συνεχώς μεγαλύτεροι, γεγονός που αντιστοιχεί σε διαστολή του Σύμπαντος σε συνάρτηση με τον φανταστικό χρόνο. Το Σύμπαν θα αποκτούσε το μέγιστο μέγεθος στον ισημερινό της σφαίρας, ενώ στη συνέχεια καθώς ο φανταστικός χρόνος θα αυξανόταν, το Σύμπαν θα συστελλόταν και πάλι μέχρι που θα αποκτούσε σημειακό μέγεθος στον Βόρειο Πόλο. Παρά το γεγονός ότι το Σύμπαν θα είχε μηδενικό μέγεθος στους δύο πόλους, οι πόλοι δεν θα συνιστούσαν σημεία ανωμαλίας, ακριβώς όπως ο Βόρειος και ο Νότιος πόλος της Γης αποτελούν απολύτως ομαλά σημεία της γήινης επιφάνειας. Στον φανταστικό δηλαδή χρόνο, η αρχή του Σύμπαντος μπορεί ν΄αποτελεί ένα ομαλό σημείο του χωρόχρονου. Αν ο χώρος και ο φανταστικός χρόνος είναι πράγματι σαν την επιφάνεια της Γης, δεν θα υπάρχουν διόλου ανωμαλίες στην κατεύθυνση του άξονα του φανταστικού χρόνου, άρα δεν θα υπάρχουν και περιοχές όπου θα καταρρέουν οι φυσικοί νόμοι. Δεν θα υπάρχουν επίσης όρια στον φανταστικό χωροχρόνο, όπως δεν υπάρχουν και στην επιφάνεια της Γης. Αυτή η απουσία ορίων σημαίνει ότι οι νόμοι της φυσικής θα καθορίζουν την κατάσταση του Σύμπαντος μοναδικά στον φανταστικό χρόνο. Αλλά αν κάποιος γνωρίζει την κατάσταση του Σύμπαντος στον φανταστικό χρόνο, θα μπορούσε με έναν μαθηματικό μετασχηματισμό να υπολογίσει την κατάσταση του Σύμπαντος και στον πραγματικό χρόνο. Κανείς θα περίμενε να προκύπτει πάλι κάποιο είδος ανωμαλίας τύπου Big Bang στον πραγματικό χρόνο. Έτσι ο πραγματικός χρόνος πάλι θα έχει μια αρχή. Αλλά δεν θα χρειαστεί να ανατρέξουμε σε κάτι έξω από το Σύμπαν για να καθορίσουμε πως ξεκίνησε το Σύμπαν. Αντί γι αυτό, ο τρόπος που άρχισε το Σύμπαν στο Big Bang θα καθοριζόταν τώρα από την κατάσταση του Σύμπαντος στον φανταστικό χρόνο. Με τον τρόπο αυτό το Σύμπαν καθίσταται ένα πλήρως αυτοκαθοριζόμενο σύστημα. Δεν καθορίζεται από τίποτε που να μην ανήκει στο ίδιο το παρατηρούμενο Σύμπαν. Η συνθήκη μη ύπαρξης ορίων, ισοδυναμεί με την πρόταση ότι οι ίδιοι νόμοι της φυσικής ισχύουν παντού. Είναι φανερό, ότι αυτό είναι κάτι που ο καθένας θα ήθελε να πιστεύει, αλλά πρόκειται για μια υπόθεση. Κανείς θα πρέπει να ελέγξει αυτή την υπόθεση, συγκρίνοντας την κατάσταση του Σύμπαντος που προβλέπει αυτή η υπόθεση, με τις παρατηρήσεις του πραγματικού Σύμπαντος. Αν οι παρατηρήσεις διαφωνούσαν με τις προβλέψεις του Σύμπαντος χωρίς όρια, θα έπρεπε να συμπεράνουμε ότι η υπόθεση αυτή δεν ισχύει. Θα έπρεπε τότε να υπάρχει κάτι έξω από το Σύμπαν, που θα κούρδιζε το ρολόι του Σύμπαντος και θα το έβαζε σε κίνηση. Φυσικά, ακόμα και αν οι παρατηρήσεις συμφωνούν με τις προβλέψεις, αυτό δεν αποδεικνύει ότι η υπόθεση μη ύπαρξης ορίων είναι σωστή. Αλλά η εμπιστοσύνη μας σε αυτή θα δυνάμωνε, εν μέρει διότι δεν φαίνεται να υπάρχει καμιά άλλη φυσική πρόταση, για την κβαντική κατάσταση του Σύμπαντος. Η πρόταση περί μη ύπαρξης ορίων, προβλέπει ότι το Σύμπαν θα άρχιζε σε κάποιο μεμονωμένο σημείο, όπως είναι ο Βόρειος πόλος ένα συνηθισμένο σημείο της επιφάνειας της Γης. Τουλάχιστον έτσι μου λένε οι εξισώσεις μου. Δεν ήμουν εκεί ο ίδιος για να το διαπιστώσω. Σύμφωνα με την πρόταση μη ύπαρξης ορίων, το Σύμπαν θα διαστελλόταν με ομαλό τρόπο, από ένα μεμονωμένο σημείο. Καθώς θα διαστελλόταν, θα δανειζόταν ενέργεια από το βαρυτικό πεδίο, για να δημιουργεί ύλη. Όπως θα μπορούσε να προβλέψει κάθε οικονομολόγος, το αποτέλεσμα ενός τέτοιου συνεχούς δανεισμού θα ήταν ο πληθωρισμός. Το Σύμπαν θα διαστελλόταν και θα δανειζόταν ενέργεια με ολοένα αυξανόμενο ρυθμό. Ευτυχώς η αποπληρωμή αυτού του δανείου δεν θα χρειαζόταν να γίνει μέχρι το τέλος του Σύμπαντος. Προοδευτικά η περίοδος του πληθωρισμού θα τελείωνε, και στο Σύμπαν θα αποκαθίστατο μια κατάσταση μετριασμένης ανάπτυξης και διαστολής. Παρόλα αυτά, ο πληθωρισμός θα είχε αφήσει τα σημάδια του στο Σύμπαν. Το Σύμπαν θα ήταν τώρα πια ομαλό αλλά με κάποιες πολύ μικρές διαταραχές. Αυτές οι διαταραχές είναι τόσο μικρές, μόλις 1 προς εκατοντάδες χιλιάδες, ώστε για πολλά χρόνια οι άνθρωποι τις έψαχναν μάταια. Το 1992 όμως ο δορυφόρος COBE για την εξερεύνηση του κοσμικού υποβάθρου, βρήκε αυτές τις μικροανωμαλίες στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Ήταν μια ιστορική στιγμή. Μπορέσαμε τώρα να δούμε πίσω στη γέννηση του Σύμπαντος. Ο τύπος των διακυμάνσεων στο υπόβαθρο μικροκυμάτων συμφωνεί αρκετά καλά με τις προβλέψεις της πρότασης περί μη υπάρξεως ορίων. Αυτές οι πολύ μικρές ανωμαλίες στο πρώιμο Σύμπαν θα μπορούσαν να κάνουν κάποιες περιοχές να διασταλούν λιγότερο γρήγορα από άλλες. Προοδευτικά αυτές θα σταματούσαν να διαστέλλονται και θα κατέρρεαν στους εαυτούς των για να σχηματιστούν έτσι οι γαλαξίες και τα άστρα. Έτσι η πρόταση περί μη υπάρξεως ορίων στο σύμπαν, μπορεί να εξηγήσει όλη την πλούσια και ποικίλη δομή του κόσμου μέσα στον οποίο ζούμε. Τι προβλέπει η πρόταση μη ύπαρξης ορίων για το μέλλον του Σύμπαντος; Επειδή αυτή απαιτεί όπως το Σύμπαν είναι πεπερασμένο στο χώρο, όπως και στον φανταστικό χρόνο, υπαινίσσεται ότι το Σύμπαν θα ξανα καταρρεύσει προοδευτικά. Αυτό όμως δεν θα συμβεί πριν από ένα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, πολύ μεγαλύτερο από τα 15 δισεκατομμύρια χρόνια κατά τα οποία διαστέλλεται. Έτσι λοιπόν, για να επανέλθουμε στην αρχική κουβέντα, θα έχουμε όλο τον χρόνο να πουλήσουμε τις μετοχές και τα ομόλογά μας πριν από το τέλος του Σύμπαντος. Σε τι θα επενδύσουμε στη συνέχεια; Δεν ξέρω να σας απαντήσω. Αρχικά νόμιζα ότι η συστολή είναι η χρονική αντιστροφή της διαστολής. Κάτι τέτοιο θα σήμαινε ότι το βέλος του χρόνου θα είχε αντίθετη φορά κατά την συστολή. Οι άνθρωποι θα γίνονταν νεώτεροι καθώς το Σύμπαν θα συστελλόταν. Προοδευτικά θα εξαφανίζονταν μέσα στη μήτρα που τους γέννησε. Τώρα όμως αναγνωρίζω ότι είχα λάθος, όπως δείχνουν οι λύσεις των εξισώσεων. Η κατάρρευση δεν είναι η χρονική αντιστροφή της διαστολής. η διαστολή αρχίζει με ένα πληθωριστικό στάδιο, αλλά η κατάρρευση δεν θα καταλήξει εν γένει με μια αντιπληθωριστική φάση. Επιπλέον οι μικρές διαταραχές από την ομοιόμορφη πυκνότητα θα συνεχίσουν να μεγεθύνονται κατά τη φάση της συστολής. Το Σύμπαν θα συνεχίσει να γίνεται όλο και με μεγαλύτερες συγκεντρώσεις μάζας, όλο και πιο κοκκώδες, καθώς θα μικραίνει, και η αταξία θα μεγαλώνει. Αυτό σημαίνει ότι το βέλος του χρόνου δεν θα αντιστραφεί. Οι άνθρωποι θα συνεχίσουν να γερνάνε, ακόμη και όταν το Σύμπαν θα αρχίσει να συστέλλεται. Έτσι λοιπόν δεν θα κερδίσετε τίποτα με το να περιμένετε τη συστολή του Σύμπαντος για να ξαναγίνετε νέοι. Το συμπέρασμα αυτής της διάλεξης, είναι ότι το Σύμπαν δεν υπήρχε ανέκαθεν. Μάλλον, το Σύμπαν και ο ίδιος ο χρόνος, είχαν μια αρχή κατά το Big Bang, περίπου πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Η αρχή του πραγματικού χρόνου θα ήταν μια ανωμαλία, στην οποία οι νόμοι της φυσικής θα κατέρρεαν. Παρόλα αυτά ο τρόπος που το Σύμπαν ξεκίνησε, θα καθοριζόταν από τους νόμους της φυσικής, αν το Σύμπαν ικανοποιούσε την συνθήκη μη ύπαρξης ορίων. Αυτή λέει ότι στην κατεύθυνση του φανταστικού χρόνου, ο χωροχρόνος έχει πεπερασμένη έκταση αλλά δεν έχει όρια ή άκρα. Οι προβλέψεις της πρότασης αυτής μοιάζουν να συμφωνούν με την παρατήρηση. Η υπόθεση περί μη ύπαρξης ορίων, προβλέπει επίσης ότι το Σύμπαν προοδευτικά θα καταρρεύσει ξανά. Όμως η φάση της συστολής δεν θα έχει την αντίθετη φορά στο χρόνο, σε σχέση με τη φάση της διαστολής. Έτσι θα συνεχίσουμε να γερνάμε, και δεν θα επιστρέψουμε στη νεότητά μας. Ο χρόνος δεν πρόκειται να γυρίσει πίσω! Εδώ νομίζω ότι πρέπει να σταματήσω. |
|||||||
|