Τι μας λένε οι νέες μετρήσεις για το μέγεθος του Σύμπαντος

Άρθρο, Ιούλιος 2004

Όσοι από σας αναρωτιόσαστε πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν, δεν είστε οι μόνοι. Αυτό είναι ένα ζήτημα που πάντα απασχολούσε τους αστρονόμους, αλλά η δυσκολία αντιμετώπισής του είναι μεγάλη. Τώρα επιτέλους έχουν γίνει κάποιες βάσιμες εκτιμήσεις. Το σύμπαν λοιπόν έχει διάμετρο 156 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Τα αποτελέσματα ως συνήθως προκύψαν από τη μελέτη των αποτυπωμάτων της αρχέγονης ακτινοβολίας (CMB) που απέμειναν σήμερα στον Κόσμο. Με βάση πάντως τα τελευταία συμπεράσματα, φαίνεται να χάνει έδαφος η ιδέα ότι υπάρχει κάποια κοσμικών διαστάσεων "αίθουσα με καθρέφτες" η οποία κάνει ένα αντικείμενο να εμφανίζεται σε δύο σημεία του ουρανού. Φαίνεται επίσης να αποκλείεται η ιδέα πως αν κοιτάξουμε πάρα πολύ βαθιά στο χωροχρόνο, θα επιστρέψουμε στον ίδιο σημείο και θα δούμε π.χ. τον πλανήτη μας όπως ήταν στη νεότητά του. 

Ας δούμε πρώτα πως προκύπτει το παραπάνω μέγεθος του σύμπαντος. 

Το σύμπαν έχει ηλικία περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι το φως που φτάνει σε μας από τους πιο παλιούς γαλαξίες, έχει ταξιδέψει πάνω από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Θα υπέθετε λοιπόν κανείς ότι η ακτίνα του σύμπαντος θα ήταν 13,7 δισ. έτη φωτός και το μέγεθος του σύμπαντος μεταξύ δύο αντιδιαμετρικών σημείων, θα βρισκόταν αν διπλασιάζαμε τον αριθμό αυτόν, δηλαδή θα ήταν 27,4 δισ. έτη φωτός. 

Το σύμπαν όμως έχει υποστεί μια διαστολή από την αρχή του χρόνου, ενώ ως αρχή οι φυσικοί θεωρούν τη στιγμή του Big Bang. Όλη λοιπόν η απόσταση που διάνυσε το φως στο αρχικό σύμπαν, έχει διασταλεί κατ' αυτήν τη διαστολή του σύμπαντος. Για ν' αποκτήσουμε μια εικόνα του θέματος, ας σκεφτούμε το σύμπαν ένα εκατομμύριο χρόνια μετά τη γέννησή του. Μια δέσμη φωτός ταξιδεύει για ένα χρόνο και καλύπτει απόσταση ενός έτους φωτός. Εκείνη τη στιγμή το σύμπαν ήταν περίπου 1000 φορές μικρότερο απ' ότι είναι σήμερα. Συνεπώς, εκείνο το έτος φωτός έχει σήμερα διασταλεί και έχει γίνει 1000 έτη φωτός. 

Τα μακρινότερα γνωστά μέρη του σύμπαντος μας δίνουν σήμερα μια απόσταση 78 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Το φως δεν ταξίδεψε βέβαια τόσο μεγάλη απόσταση, αλλά το αρχικό σημείο από το οποίο ξεκίνησε ένα φωτόνιο, το οποίο φτάνει στα μάτια μας σήμερα μετά από ταξίδι 13,7 δισ. χρόνων, είναι τώρα 78 δισ. έτη φωτός μακριά μας. Αυτό τον αριθμό πρέπει να θεωρούμε ως ακτίνα του σύμπαντος, και το διπλάσιό του (156 δισ. έτη φωτός), ως διάμετρο. Οι εκτιμήσεις αυτές βγήκαν από αντικείμενα που μας πηγαίνουν πίσω στο χρόνο στα 90% της ηλικίας του σύμπαντος, κι έτσι στην πραγματικότητα, τα παραπάνω νούμερα πρέπει να είναι ελαφρά μεγαλύτερα.

Ίσως να έχετε ακούσει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και όχι σφαιρικό. Στην περίπτωση αυτή λοιπόν θα αναρωτηθείτε αν έχουμε δικαίωμα να μιλάμε για ακτίνα και διάμετρο του σύμπαντος. Πρέπει όμως ν' αναφέρουμε ότι η επιπεδότητα αναφέρεται στη γεωμετρία που ισχύει στο σύμπαν. Δηλώνει δηλαδή η λέξη επίπεδο, ότι δύο παράλληλες γραμμές δεν τέμνονται ή ότι το άθροισμα των γωνιών ενός τριγώνου κοσμικών διαστάσεων είναι 360 μοίρες. Ακολουθείται δηλαδή η ευκλείδεια γεωμετρία και στις πολύ μεγάλες κλίμακες αποστάσεων. 

"Η αίθουσα με τους καθρέφτες"

Οι επιστήμονες μελέτησαν την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB), η οποία σχηματίστηκε 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, όταν το σύμπαν είχε ήδη διασταλεί και ψυχθεί αρκετά, ώστε επιτραπεί ο σχηματισμός ατόμων. Οι θερμοκρασιακές διαφορές της CMB άφησαν ένα αποτύπωμα στον ουρανό, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για να εξαχθεί η ηλικία του σύμπαντος και να γίνουν και άλλες σημαντικές κοσμολογικές μετρήσεις. Η CMB είναι σαν μια βρεφική εικόνα του σύμπαντος πριν να σχηματιστούν άστρα.  

Πρόσφατες εργασίες των επιστημόνων, με δεδομένα της CMB, επιδιώκουν να εντοπίσουν μικρές κυκλικές περιοχές στον ουρανό που να είναι πανομοιότυπα ζεύγη. Κάτι τέτοιο θα μας έδειχνε ότι το σύμπαν είναι σαν μια αίθουσα με καθρέφτες, στην οποία πολλαπλά είδωλα του ίδιου αντικειμένου, θα εμφανίζονταν σε διαφορετικές θέσεις στο χωροχρόνο. Μια τέτοια αίθουσα καθρεφτών, θα υποδείκνυε με τη σειρά της ότι το σύμπαν είναι πεπερασμένο σε μέγεθος, αλλά τα αλλεπάλληλα είδωλα που βλέπουμε μας ξεγελάνε και μας κάνουν να νομίζουμε ότι βλέπουμε σε όλο και μεγαλύτερη απόσταση. Μας δίνουν δηλαδή την εντύπωση ενός άπειρου σύμπαντος. Σκεφθείτε το σαν ένα ηλεκτρονικό παιχνίδι, όπου ένα αντικείμενο που εξαφανίζεται από την δεξιά μεριά της οθόνης, εμφανίζεται πάλι από την αριστερή. 

Πριν από αρκετά χρόνια αποδείχτηκε ότι κάθε πεπερασμένο σύμπαν, στο οποίο το φως είχε το χρόνο να ταξιδέψει γύρω του από τον καιρό του Big Bang μέχρι σήμερα, θα μας έδινε τους ίδιους σχηματισμούς διακυμάνσεων θερμοκρασιών της CMB, με μορφή αντίστοιχων ζευγών κύκλων. Έψαξαν λοιπόν οι επιστήμονες να βρουν όμοιους σχηματισμούς, στον χάρτη της CMB που φτιάχτηκε με βάση τα δεδομένα του διερευνητή ανισοτροπίας Wilkinson (WMAP) της NASA. 

Αυτοί οι όμοιοι σχηματισμοί κύκλων δεν βρέθηκαν! 

Μπορούμε να κοιτάξουμε πίσω στο χρόνο;

Τα αποτελέσματά μας δεν αποκλείουν το φαινόμενο των καθρεφτών, αλλά το κάνουν πολύ λιγότερο πιθανό. Τα ευρήματά μας δηλαδή δεν μας δίνουν σημάδια ότι το σύμπαν είναι πεπερασμένο, αλλά και δεν αποδεικνύουν ότι το σύμπαν είναι άπειρο. 

Τα αποτελέσματα αυτά αποκλείουν μάλλον την πρόταση ότι το σύμπαν έχει τη μορφή "μιας μπάλας ποδοσφαίρου" με τη μορφή που έγινε πέρυσι από κάποια ερευνητική ομάδα. Αν όμως "η μπάλα αυτή φούσκωνε και μεγάλωνε", θα μπορούσε να αποφύγει τους περιορισμούς των τωρινών μας μετρήσεων και το μοντέλο της θα ήταν ένα από τα πιθανά. Με παρόμοια κριτήρια σαν το παραπάνω, έχουν απολειστεί και άλλα πολύπλοκα μοντέλα μορφών που προτάθηκαν κατά καιρούς. 

Τα ευρήματά μας αποκλείουν κάθε πιθανότητα να δούμε τους αρχαίους εαυτούς μας, με την ανακύκλωση του φωτός γύρω από το σύμπαν. Η πιθανότητα αυτή παραμένει μόνο στα πλαίσια ενός ταξιδιού μέσα στο χρόνο, πράγμα που είναι τελείως διαφορετική υπόθεση. 

Αν το σύμπαν ήταν πεπερασμένο και είχε  ένα μέγεθος της τάξης των 4 ή 5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, τότε το φως θα μπορούσε να ταξιδέψει γύρω από το σύμπαν, και με αρκετά δυνατά τηλεσκόπια, θα μπορούσαμε να δούμε τη Γη ακριβώς μετά την στερεοποίησή της, ή μετά την πρώτη εμφάνιση ζωής πάνω της. Δυστυχώς τα αποτελέσματά μας αποκλείουν μια τέτοια δελεαστική δυνατότητα. 

Σημείωση

Πολλοί άνθρωποι που έχουν ακούσει για το συμπέρασμα της ειδικής σχετικότητας, ότι δεν υπάρχει κανένα αντικείμενο με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός, δυσκολεύονται να καταλάβουν πως γίνεται το φως να έχει ταξιδέψει 13,7 δισ. χρόνια αλλά το μέγεθος του σύμπαντος να είναι πολύ μεγαλύτερο.

Οι αποστάσεις συνάγονται από το νόμο του Hubble ο οποίος λέει ότι όσο πιο μακρινός είναι από εμάς ένας γαλαξίας, με τόσο μεγαλύτερη ταχύτητα φαίνεται να απομακρύνεται. Η αναλογία μάλιστα μεταξύ των δύο μεγεθών ονομάζεται σταθερά του Hubble. Έχουν δε ανιχνευτεί ταχύτητες γαλαξιών μεγαλύτερες από αυτή του φωτός. Η απάντηση στο παράδοξο προέρχεται από το γεγονός ότι η απομάκρυνση του γαλαξία οφείλεται κυρίως στη διαστολή του ίδιου του χώρου και όχι σε μια κίνηση του ίδιου του γαλαξία μέσα σ' ένα δεδομένο πλαίσιο χώρου. Οι ιδιοκινήσεις των γαλαξιών έχουν πολύ μικρότερες ταχύτητες και δεν παραβιάζουν σε καμία περίπτωση την ταχύτητα του φωτός.

Η απόσταση εκείνη από την οποία και πέρα οι γαλαξίες έχουν ταχύτητες - λόγω διαστολής του σύμπαντος - μεγαλύτερες από αυτή του φωτός, λέγεται ακτίνα Hubble ενώ θα την ακούσουμε και ως ορίζοντα του παρατηρητή. Η ονομασία αυτή προέρχεται από το γεγονός ότι το φως από γεγονότα πιο μακρινά δεν μπορεί ποτέ να φτάσει στα μάτια μας. Η ονομασία αυτή θυμίζει κάπως τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας.  

Αν αναλογιστούμε ότι σήμερα το σύμπαν βρίσκεται πάλι σε μια φάση επιταχυνόμενης διαστολής, ότι δηλαδή έχουμε αρχίσει να απομακρυνόμαστε από τους μακρινούς γαλαξίες με ρυθμό που ολοένα αυξάνει, τότε στο μέλλον δεν θα είναι δυνατόν να βλέπουμε τόσο πολλούς γαλαξίες στον ουρανό όσο σήμερα. Αυτό διότι και άλλοι από τους γαλαξίες θα φτάσουν να έχουν ταχύτητα λόγω διαστολής μεγαλύτερη του φωτός και συνεπώς το φως τους δεν θα τα καταφέρει ποτέ να φτάσει στα μάτια μας. Θα βρεθούν δηλαδή πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων μας. 

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Πώς γίνεται ένα αντικείμενο, που εμείς βλέπουμε σήμερα, να είναι 27 δισ. έτη φωτός μακριά, αν το Σύμπαν είναι μόνο 14 δισ. ετών;

HomeHomeHome