Το Σύμπαν προσφέρει "αιώνια γιορτή", λένε οι κοσμολόγοι

Πηγή: Πανεπιστήμιο Stanford, 19 Φεβρουαρίου 2007

Δεν υπάρχει τζάμπα φαγητό, λένε μερικοί, αλλά κάνουν λάθος. Σύμφωνα με τη θεωρία του καθηγητή Andrei Linde του Στάνφορντ, ένας από τους αρχιτέκτονες της πληθωριστικής θεωρίας, το σύμπαν μας (και όλη η ύλη) γεννήθηκε από ένα κενό.

"Οι πρόσφατες εξελίξεις στην κοσμολογία έχουν αλλάξει αμετάκλητα τον τρόπο που κατανοούμε τη δομή και τη μοίρα του σύμπαντος καθώς και τη θέση μας μέσα σε αυτό", λέει ο Linde, που θα συζητήσει την πληθωριστική άποψη του Κόσμου στην ετήσια συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης.

Στην ίδια σύνοδο, με τίτλο "Πολυσύμπαντα, Σκοτεινή Ενέργεια και Φυσική σαν μια περιβαλλοντική επιστήμη", ο καθηγητής της φυσικής Leonard Susskind του Στάνφορντ θα μιλήσει για τη θεωρία χορδών και τη σχέση της με τις πληθωριστικές θεωρία και τη φυσική. Ο δε καθηγητής Lawrence Krauss θα αντιπροσωπεύει τη δύσπιστη άποψη πάνω σε αυτά.

Η συμβατική θεωρία του Big Bang λέει ότι το νεογέννητο σύμπαν ήταν τεράστιο, περιέχοντας περισσότερο από 10⁸⁰ τόνους ύλης. Αλλά οι φυσικοί αναζητούσαν μια εξήγηση για την προέλευση όλης αυτής της ύλης. Η πληθωριστική θεωρία λύνει αυτό το πρόβλημα αποδεικνύοντας ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να προκύψει από λιγότερο από ένα χιλιοστόγραμμο ύλης, ή ίσως ακόμη και από το - κυριολεκτικά - τίποτα.

Από τη θεωρία του Big Bang στον πληθωρισμό

Ο φυσικός Alan Guth του MIT πρότεινε την πληθωριστική θεωρία το 1981, αλλά η αρχική εκδοχή της δεν δούλευε σωστά έως ότου την βελτίωσε ο Linde. Οι Guth και Linde συνειδητοποίησαν ότι αντί το σύμπαν να επεκτείνεται με ένα ολοένα μειούμενο ρυθμό, όπως πρόβλεπε η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, το σύμπαν θα μπορούσε να έχει διογκωθεί με μια εκθετική ταχύτητα.

Ακριβώς όπως ένα τοπίο ποικίλλει με όρη και κοιλάδες, έτσι οι κβαντικές διακυμάνσεις στον χωροχρονικό ιστό διαμορφώνουν ένα ενεργητικό τοπίο. Η ενέργεια που καθοδηγεί την επέκταση του σύμπαντος, εξηγεί ο Linde, είναι σαν μια σφαίρα που κυλά γύρω από ένα κύπελλο. Καθώς η σφαίρα κυλά προς τα κάτω στην πλευρά του κύπελλου, η ένταση των κβαντικών διακυμάνσεων μειώνεται έως ότου φθάσει σε σταθερό σημείο στο κατώτατο σημείο. Η θερμότητα που δημιουργείται από αυτές τις ταλαντώσεις στο κατώτατο σημείο του κυπέλλου είναι αυτό που προκάλεσε το Big Bang και το προηγούμενο στάδιο του πληθωρισμού είναι αυτό που κατέστησε την έκρηξη τόσο απίστευτα μεγάλη, εξηγεί ο Linde.

"Τα κβαντικά γεγονότα παίρνουν μέρος σε όλα γύρω από μας", είπε. "Είναι πολύ, πολύ μικρά." Μερικά από αυτά τα μικρά κβαντικά γεγονότα πρόφθασαν στο στάδιο της γρήγορης επέκτασης του χώρου κι έγιναν γαλαξίες.

"Εάν οι γαλαξίες είναι το αποτέλεσμα των κβαντικών διακυμάνσεων", λέει ο Linde με μια απαξιωτική κίνηση, "φανταστείτε τι είμαστε."

"Ένα απροσδόκητο δώρο" από τη θεωρία χορδών

Η πιθανότητα ότι οι πάρα πολύ μεγάλοι γαλαξίες να προέρχονται από τις μικροσκοπικές κβαντικές διακυμάνσεις μπορεί να φαίνεται πάρα πολύ παράξενο για να είναι αληθινό. Αλλά πολλές πτυχές της πληθωριστικής θεωρίας επιβεβαιώθηκαν από τις πρόσφατες αστρονομικές παρατηρήσεις, για τις οποίες οι παρατηρητές κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 2006. Αυτό δίνει κάποια πίστη σε μια ακόμα πιο εκπληκτική αξίωση που έγινε από τον Linde: Κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, οι κβαντικές διακυμάνσεις μπορούν να παραγάγουν όχι μόνο τους γαλαξίες, αλλά και νέα μέρη του σύμπαντος.

Πάρτε ένα σύμπαν που επεκτείνεται με τους μικρούς του θύλακες ετερογενών κβαντικών γεγονότων. Σε κάποιο σημείο ένα από αυτά τα τυχαία γεγονότα μπορεί πραγματικά "να δραπετεύσει" από το γονικό του σύμπαν, διαμορφώνοντας έτσι ένα νέο σύμπαν, τονίζει ο Linde. Για να χρησιμοποιήσουμε το ανάλογο της σφαίρας, εάν αυτή δοκιμάζει μικρές διαταραχές καθώς κυλά, σε κάποιο σημείο μπορεί να κυλήσει στην επόμενη κοιλάδα, ξεκινώντας μια νέα πληθωριστική διαδικασία, λέει ο ίδιος.

"Οι θεωρητικοί των χορδών προβλέπουν ότι υπάρχουν ίσως 10¹⁰⁰⁰ διαφορετικοί τύποι Κόσμων που μπορούν να διαμορφωθούν με αυτό τον τρόπο", τονίζει ο Linde. "Ήξερα ότι πρέπει να υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη συμπάντων με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, αλλά αυτός ο τεράστιος αριθμός διαφορετικών δυνατοτήτων ήταν ένα απροσδόκητο δώρο της θεωρίας χορδών."

Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, υπάρχουν δέκα διαστάσεις. Ζούμε μέσα στις τέσσερις (3 χωρικές συν το χρόνο). Οι υπόλοιπες είναι τόσο μικρές που δεν μπορούμε να τις δοκιμάσουμε άμεσα. Το 2003, οι φυσικοί του Στάνφορντ Shamit Kachru, Renata Kallosh και Andrei Linde, με το συνεργάτη τους Sandip Trivedi από την Ινδία, ανακάλυψαν ότι αυτές οι συμπιεσμένες διαστάσεις θέλουν να επεκταθούν, αλλά ο χρόνος που θα χρειαζόταν γι αυτό είναι πέρα από την ανθρώπινη κατανόηση. Όταν ένα νέο σύμπαν ξεπηδά από το γονικό του σύμπαν, οι μεγάλες διαστάσεις καθορίζουν τους φυσικούς νόμους εκείνου του Κόσμου. Με άλλα λόγια, θα μπορούσε να υπάρξει ένας άπειρος αριθμός συμπάντων με 10¹⁰⁰⁰ διαφορετικούς τύπους φυσικών νόμων να λειτουργούν μεταξύ τους. Ο Susskind ονομάζει αυτήν την εικόνα "τοπίο θεωρίας χορδών."

Για πολλούς φυσικούς, είναι ενοχλητικό να σκεφτόμαστε ότι οι ίδιοι οι νόμοι και οι ιδιότητες που είναι η ουσία του δικού μας κόσμου μπορούν να ισχύουν μόνο εφ' όσον παραμένουμε σε αυτόν τον κόσμο. "Πάντα ζητούσαμε να ανακαλύψουμε τη θεωρία του παντός που θα εξηγούσε τις μοναδικές ιδιότητες του Κόσμου μας, και τώρα πρέπει να προσαρμοστούμε στη σκέψη ότι είναι δυνατοί πολλοί διαφορετικοί κόσμοι", συμπληρώνει ο Linde. Αλλά βλέπει ένα πλεονέκτημα σε αυτό που μερικοί άλλοι μπόρεσαν να το δουν ως πρόβλημα: "Τελικά μάθαμε ότι ο πληθωριστικός κόσμος είναι όχι μόνο ένα ελεύθερο μεσημεριανό γεύμα: Είναι μια αιώνια γιορτή όπου  σερβίρονται όλα τα πιθανά πιάτα."