Πώς να απεικονίσουμε το πολυσύμπαν
Μέρος 1ο

Άρθρο, Μάιος 2009

1o, 2ο, 3ο

Ο θεωρητικός φυσικός Brian Greene στο Κολούμπια της Νέας Υόρκης είναι από τους πιο ένθερμους υποστηρικτές της θεωρίας χορδών. Όμως αυτή η θεωρία επιτρέπει την ύπαρξη πολλών Κόσμων μέσα σε ένα πολυ-σύμπαν. Με άλλα λόγια, η θεωρία χορδών φαίνεται εξίσου ικανή να περιγράφει σύμπαντα πολύ διαφορετικά από το δικό μας. Η ελπίδα του Greene ότι θα μπορούσε να υπάρχει κάτι στην θεωρία που θα μπορούσε να αποκλείσει τα περισσότερα από τα πιθανά σύμπαντα και να ξεχωρίσει μόνο ένα από αυτά σαν το πραγματικό σύμπαν: το δικό μας.

Μέχρι στιγμής, δεν το έχει κατορθώσει - αν και δεν οφείλεται σε έλλειψη προσπάθειας. Με αποτέλεσμα οι θεωρητικοί των χορδών να έχουν αρχίσει να αποδέχονται ότι οι φιλοδοξίες τους για τη θεωρία μπορεί να ήταν λανθασμένες. Ίσως το δικό μας σύμπαν να μην είναι το μόνο σε τελική ανάλυση. Μπορεί τελικά η θεωρία χορδών να έχει δίκιο.

Ο Greene παρατηρεί μια βαθιά αλλαγή μεταξύ της πλειοψηφίας των φυσικών. Μέχρι πρόσφατα, οι περισσότεροι ήταν απρόθυμοι να δεχθούν την ιδέα του πολυσύμπαντος ή ήταν ακόμα και εχθρικοί προς την κατεύθυνση αυτή. Ωστόσο, οι πρόοδοι που έγιναν και στην  κοσμολογία και στην θεωρία χορδών αποτελεί μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο σκέψης. Εξαφανίστηκε η απροθυμία της αποδοχής του πολυσύμπαντος. Αντίθετα, οι φυσικοί αρχίζουν να εξετάζουνε τρόπους να δουλέψουν με αυτό, ή ακόμη και να προσπαθούν να αποδείξουν την ύπαρξή του.

Αν τέτοια εγχειρήματα επιτύχουν, το σύμπαν μας θα ακολουθήσει τον δρόμο της Γης - δεν θα είναι πια το κέντρο των πάντων μέσα σε όλα τα υπόλοιπα σύμπαντα. Και ακριβώς όπως είμαστε σε θέση να συναγάγουμε ορισμένες πτυχές της Γης από απλές αρχές - όπως την ακτίνα ή την απόσταση της από τον ήλιο - θα πρέπει να δεχθούμε ότι κάποια πράγματα σχετικά με το δικό μας σύμπαν είναι ένα τυχαίο γεγονός, ανεξήγητο εκτός από το πλαίσιο του πολυσύμπαντος.

Ο Ρώσος φυσικός Andrei Linde ήταν από τους πρώτους που υποστήριξαν την ιδέα του πολυσύμπαντος. Κατά τη δεκαετία του 1980, ο Linde επέκτεινε και βελτίωσε την θεωρία του πληθωρισμού, δηλαδή ότι το σύμπαν υπέστη μια περίοδο εκθετικής διαστολής στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang. Ο πληθωρισμός έχει εξηγήσει με επιτυχία γιατί το σύμπαν φαίνεται λίγο πολύ το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις, και γιατί ο χωροχρόνος είναι «επίπεδος», ενώ η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν δέχεται ότι μπορεί κάλλιστα να είναι κυρτός.

Ο Linde συνειδητοποίησε ότι ο πληθωρισμός θα μπορούσε να είναι αιώνιος, με την έννοια ότι από τη στιγμή που ο χωροχρόνος αρχίζει να διογκώνεται, μπορεί να σταματήσει σε κάποια τμήματα (όπως το δικό μας), ενώ ακόμη θα διογκώνεται με μεγαλύτερη ορμή κάπου αλλού. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται επ' άπειρον, κάτι που οδήγησε στη δημιουργία ενός μωσαϊκού από περιοχές του χώρου, που κάθε μία έχει και διαφορετικές ιδιότητες. Το πότε και το πώς ο πληθωρισμός τερματίζεται σε ένα ορισμένο τμήμα του Κόσμου εξαρτάται από την ακριβή φύση και τα είδη των θεμελιωδών σωματιδίων και τους εκεί νόμους της φυσικής που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Με την πάροδο του χρόνου, ο αιώνιος πληθωρισμός δημιουργεί εκείνα τα σύμπαντα που προβλέπονται από τη θεωρία χορδών. Το δικό μας σύμπαν, υποστηρίζει ο Linde, αποτελεί μέρος αυτού του πολυσύμπαντος.

Το 1998, ωστόσο, το πολυσύμπαν υπέστη ένα κτύπημα όταν οι αστρονόμοι μελετώντας μακρινά σουπερνόβα ανακοίνωσαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται. Η διαστολή όπως υπολόγισαν οφείλεται στην ενεργειακή πυκνότητα του κενού διαστήματος, η οποία ασκεί απωθητική δύναμη για την αντιμετώπιση της βαρύτητας, καθώς το σύμπαν μεγαλώνει. Αυτή η ενέργεια του κενού είναι γνωστή σε μας κι ως σκοτεινή ενέργεια ή κοσμολογική σταθερά.

Η ανακάλυψη ήταν τεράστια. Μέχρι τότε, οι φυσικοί ήλπιζαν ότι κάποια τελική θεωρία θα συμπεράνει τις τιμές των θεμελιωδών σταθερών της φύσης από κάποιες βασικές αρχές, συμπεριλαμβανομένης και της κοσμολογικής σταθεράς. Οπότε θα μπορούν να εξηγήσουν γιατί οι νόμοι της φυσικής είναι ακριβώς αυτοί που πρέπει να είναι ώστε να σχηματιστούν τα άστρα και οι γαλαξίες και, ενδεχομένως, να κάνει την εμφάνιση της η ζωή. Αυτό φαίνεται να μην ισχύει. Καμιά θεωρία της φυσικής, άρα και η θεωρία χορδών, μπορεί να προβλέψει την τιμή της κοσμολογικής σταθεράς που παρατηρήθηκε.

Ωστόσο, αν το δικό μας σύμπαν είναι μέρος ενός πολυσύμπαντος τότε μπορούμε να αποδώσουμε  την  τιμή της κοσμολογικής σταθερά σε μια σύμπτωση. Το ίδιο ισχύει και για άλλες πτυχές του σύμπαντος, όπως είναι η μάζα του ηλεκτρονίου. Η ιδέα απλά είναι ότι κάθε φυσικός νόμος του σύμπαντος και οι θεμελιώδεις σταθερές καθορίζονται τυχαία, και εμείς απλώς τυχαίνει να ζούμε σε ένα χώρο όπου αυτός είναι κατάλληλος για τη ζωή. "Αν δεν υπήρχε το πολυσύμπαν, θα είχατε αυτά τα άλυτα προβλήματα σε κάθε γωνιά", λέει ο Linde.

1o, 2ο, 3ο

Πηγή: New Scientist