Γιατί υπάρχει το σύμπαν;

18 08 2011

Όπως έγραψε κάποτε ο Douglas Adams : “Το σύμπαν είναι μεγάλο, πραγματικά πολύ μεγάλο.» Και όμως, εάν η θεωρία μας για το big bang είναι σωστή, το σύμπαν ήταν κάποτε πολύ μικρότερο. Πράγματι, κάποτε ήταν μικρότερο κι από ένα σημείο. Περίπου πριν 13,7 δισεκατομμύρια έτη χρόνο ξεπήδησε αυθόρμητα και ο χώρος από το κενό.

universe-map

Πώς έγινε αυτό; Ή για να το θέσουμε διαφορετικά: γιατί υπάρχει κάτι αντί για τίποτα; Είναι ένα μεγάλο ερώτημα, ίσως το μεγαλύτερο. Η ιδέα ότι το σύμπαν απλά εμφανίστηκε από το τίποτα είναι αρκετά δύσκολη, η προσπάθεια να συλλάβουμε το τίποτα είναι ίσως ακόμα πιο δύσκολο.

Είναι, επίσης, λογικό να ζητήσουμε την επιστημονική άποψη για αυτό το ζήτημα. Πάντως κάποια βασική φυσική δείχνει ότι εσείς και το υπόλοιπο σύμπαν είναι συντριπτικά πιθανό να υπάρχει. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, που είναι από τους πλέον βασικούς φυσικούς νόμους, λέει ότι η αταξία, με λίγα λόγια η εντροπία, τείνει πάντα να αυξηθεί. Η εντροπία μετρά τον αριθμό των τρόπων που μπορούμε να επαναδιευθετήσουμε τα συστατικά ενός συστήματος χωρίς να αλλάξει συνολικά η εμφάνισή του. Τα μόρια σε ένα θερμό αέριο, για παράδειγμα, μπορούν να οργανωθούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους για να δημιουργήσουν την ίδια συνολική θερμοκρασία και πίεση, κάνοντας το αέριο ένα σύστημα με υψηλή εντροπία. Αντίθετα, δεν μπορούμε να αλλάξουμε πάρα πολύ τη διάταξη των μορίων σε ένα ζωντανό οργανισμό, χωρίς να το μετατρέψουμε σε ένα μη ζωντανό αντικείμενο, γι’ αυτό και είστε ένα σύστημα με χαμηλή εντροπία.

Με την ίδια λογική, η ανυπαρξία ή το τίποτα είναι η κατάσταση με την υψηλότερη εντροπία γύρω μας – μπορείτε να την ‘ανακατέψετε’ όσα θέλετε και να φαίνεται ακόμα σαν το κενό.

Λόγω αυτού του νόμου, είναι δύσκολο να δούμε πώς το τίποτα θα μπορούσε ποτέ να μετατραπεί σε κάτι πραγματικό, πόσο μάλλον σε κάτι τόσο μεγάλο όσο το σύμπαν. Όμως η εντροπία είναι μόνο μέρος της ιστορίας μας. Το άλλο ζήτημα είναι η συμμετρία – μια ποιότητα που φαίνεται να ασκεί βαθιά επίδραση στο φυσικό σύμπαν, όπου αυτή έρχεται στο προσκήνιο. “Η ανυπαρξία είναι όντως κάτι πολύ συμμετρικό αφού δεν υπάρχει τίποτα εκεί μέσα,» λέει ο φυσικός Frank Wilczek του MIT.

Και όπως έχουν μάθει οι φυσικοί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι συμμετρίες μπορούν να σπάνε.Η ειδικότητα του Wilczek είναι η κβαντική χρωμοδυναμική, η θεωρία που περιγράφει πώς συμπεριφέρονται τα κουάρκ βαθιά μέσα στους ατομικούς πυρήνες. Αυτή μας λέει λοιπόν ότι το τίποτα (το κενό) είναι μια αβέβαιη κατάσταση. «Μπορείτε να σχηματίσετε μια κατάσταση που δεν έχει κανένα κουάρκ και αντικουάρκ σε αυτήν, και να είναι εντελώς ασταθής”, λέει ο Wilczek. «Αυτή η κατάσταση του κενού (της ανυπαρξίας δηλαδή) αυθόρμητα παράγει ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ.» Και τότε η τέλεια συμμετρία του κενού έχει σπάσει. Αυτό μας οδηγεί σε ένα απροσδόκητο συμπέρασμα, λέει ο Victor Stenger, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο: εις πείσμα της εντροπίας, «κάτι που είναι μια πιο φυσική κατάσταση από ότι το τίποτα».

«Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, δεν υπάρχει αληθινή κατάσταση «κενού»,» συμφωνεί ο Frank Close του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης. Το πραγματικό κενό θα είχε ακριβώς μηδενική ενέργεια, μια τιμή μεγάλης ακριβείας για τον αβέβαιο κβαντικό κόσμο. Αντίθετα, ένα κενό είναι στην πράξη γεμάτο με ένα θολό ζωμό από εικονικά σωματίδια που εμφανίζονται και εξαφανίζονται ξαφνικά. Υπό αυτή την έννοια εσείς, εγώ, το φεγγάρι και οτιδήποτε άλλο στο σύμπαν μας είναι ακριβώς διεγέρσεις του κβαντικού κενού.

Πριν από το Big Bang

Μήπως κάποιος παρόμοιος υπολογισμός ισχύει και για την προέλευση του ίδιου του σύμπαντος; Πολύ εύλογο, τονίζει ο Wilczek. «Δεν υπάρχει κανένα εμπόδιο ανάμεσα στο κενό και σε ένα πλούσιο σύμπαν γεμάτο από ύλη,» συνεχίζει. Ίσως το Big Bang ήρθε φυσικά απλώς από το τίποτα.

Αυτό, φυσικά, θέτει το ερώτημα του τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, και πόσο διήρκησε. Δυστυχώς σε αυτό το σημείο οι βασικές ιδέες αρχίζουν να μας απογοητεύουν. Η έννοια «πριν» δεν έχει κανένα νόημα. Σύμφωνα με τα λόγια του Stephen Hawking, είναι σαν να ζητάμε τι υπάρχει βόρεια του Βόρειου Πόλου.

Ακόμα κι έτσι, υπάρχει ένα γεγονός που μας αναστατώνει περισσότερο από την ιδέα ότι κάτι μπορεί να έρθει από το τίποτα, ίσως το τίποτα από μόνο του δεν μπορεί να υπάρξει.

Εδώ είναι το γιατί. Η κβαντική αβεβαιότητα επιτρέπει ένα συμβιβασμό μεταξύ του χρόνου και της ενέργειας, οπότε κάτι που διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα πρέπει να έχει λίγη ενέργεια. Για να εξηγήσουμε πώς το σύμπαν μας έχει διαρκέσει επί δισεκατομμύρια χρόνια, στην διάρκεια των οποίων σχηματίστηκαν γαλαξίες, ηλιακά συστήματα και έγινε η εξέλιξη της ζωή,, η συνολική ενέργεια του σύμπαντος πρέπει να είναι εξαιρετικά χαμηλή.

Αυτό ταιριάζει με τη γενικά αποδεκτή άποψη για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος, η οποία βλέπει τον χωροχρόνο να υποβάλλεται σε μια σύντομη και υπερ-ταχύτατη διαστολή αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η περίοδος, γνωστή ως πληθωρισμός, πλημμύρισε το σύμπαν με ενέργεια. Αλλά σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας περισσότερος χωροχρόνος σημαίνει επίσης και περισσότερη βαρύτητα. Η έλξη της βαρύτητας αντιπροσωπεύει την αρνητική ενέργεια που μπορεί να ακυρώσει τη θετική ενέργεια του πληθωρισμού – στην ουσία κατασκευάστηκε ένα σύμπαν από το τίποτα. «Μου αρέσει να λέω ότι το σύμπαν είναι το απόλυτο δωρεάν γεύμα», λέει ο Alan Guth, ο κοσμολόγος στο ΜΙΤ, που έφερε τη θεωρία του πληθωρισμού πριν από 30 χρόνια.

Οι φυσικοί συνηθίζουν να ανησυχούν για το ότι η δημιουργία κάποιου πράγματος από το τίποτα δεν θα παραβιάζει όλα τα είδη των φυσικών νόμων, όπως η διατήρηση της ενέργειας. Αλλά αν διατηρείται η μηδενική συνολική ενέργεια του σύμπαντος το πρόβλημα εξαφανίζεται – και ένα σύμπαν που απλά ξεπήδησε από το τίποτα γίνεται όχι μόνο εύλογο, αλλά πιθανό. “Ίσως ένας καλύτερος τρόπος για να το πούμε είναι ότι το κάτι δεν είναι τίποτα», λέει ο Guth.

Τίποτα από αυτά ωστόσο δεν αλλάζει την πραγματικότητα. Η κατανόησή μας για τη δημιουργία στηρίζεται στην ισχύ των νόμων της φυσικής, ιδιαίτερα της κβαντικής αβεβαιότητας. Αλλά αυτό σημαίνει ότι οι νόμοι της φυσικής ήταν κατά κάποιο τρόπο κωδικοποιημένοι μέσα στον ιστό του σύμπαντος προτού αυτό υπήρξε. Πώς μπορούν οι φυσικοί νόμοι να υπάρχουν έξω από το χώρο και το χρόνο και δίχως να υπάρχει μια αιτία για την ύπαρξη τους; Ή, για να το θέσουμε αλλιώς, γιατί υπάρχει κάτι περισσότερο από το τίποτα εκεί έξω;

Πηγή: http://www.physics4u.gr/blog/?p=3811





Ίσως είμαστε μόνοι στο σύμπαν

29 07 2011

Οι επιστήμονες που ασχολούνται με την αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης (SETI) εργάζονται με την υπόθεση ότι υπάρχει εκεί έξω ευφυής ζωή που μπορεί να βρεθεί. Μια νέα ανάλυση όμως μπορεί να συντρίψει την αισιοδοξία τους.

alien-planet

Για να υπολογίσουν την πιθανότητα ότι θα κάνουν ραδιοφωνική επικοινωνία με εξωγήινους, οι επιστήμονες του SETI χρησιμοποιούν αυτό που είναι γνωστό ως η Εξίσωση Drake. Διατυπώθηκε στη δεκαετία του 1960 από τον Frank Drake του Ινστιτούτου SETI στην Καλιφόρνια, και προσεγγίζει τον αριθμό των πολιτισμών στον γαλαξία μας που μπορούν να έρθουν σε ραδιοφωνική επικοινωνία ανά πάσα στιγμή, κάνοντας έναν πολλαπλασιασμό από διάφορους παράγοντες: τον αριθμό των αστεριών, το κλάσμα αυτών που έχουν πλανήτες, το κλάσμα από εκείνους που είναι κατοικήσιμοι, η πιθανότητα της ζωής που προκύπτει σε τέτοιους πλανήτες, το πόσο πιθανή είναι η ευφυής ζωή και ούτω καθεξής.

Οι τιμές σχεδόν όλων αυτών των παραγόντων είναι πολύ υποθετικές. Παρ ‘όλα αυτά, ο Drake και άλλοι επιστήμονες έχουν συνδεθεί με τον καλύτερες εικασίες τους, και εκτιμούν ότι υπάρχουν περίπου 10.000 πολιτισμοί εξελιγμένοι στον Γαλαξία μας σήμερα που μας στέλνουν σήματα – ένας αριθμός που έχει οδηγήσει ορισμένους επιστήμονες να προβλέψουν ότι θα ανιχνεύσουν ξένα σήματα εντός των δύο προσεχών δεκαετιών.

Η αισιοδοξία τους στηρίζεται σε ένα από τα στοιχεία και συγκεκριμένα: στην εξίσωση του Drake, η πιθανότητα του να προκύψει η ζωή σε κατάλληλα κατοικήσιμους πλανήτες (αυτούς με νερό, βραχώδεις επιφάνειες και ατμόσφαιρες), σχεδόν πάντα θεωρείται ότι είναι 100 τοις εκατό. Με αυτή τη συλλογιστική, οι ίδιοι θεμελιώδεις νόμοι ισχύουν για ολόκληρο το σύμπαν, και επειδή αυτοί οι νόμοι που προκάλεσαν τη γένεση της ζωής πάνω στη Γη – και σχετικά νωρίς στην ιστορία της σε αυτή – αυτοί πρέπει να αναπαράγουν πολύ εύκολα μια νοήμων ζωή εκεί πάνω. Κι όπως το έθεσε ένας Ρώσος αστροβιολόγος, ο Andrei Finkelstein, σε μια πρόσφατη συνέντευξη τύπου του SETI, «η γένεση της ζωής είναι τόσο αναπόφευκτη όπως ο σχηματισμός των ατόμων.»

Όμως σε μια νέα δημοσίευση ο αστροφυσικός David Spiegel στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον μαζί με τον φυσικό Edwin Turner στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, υποστηρίζουν ότι αυτή η σκέψη είναι εντελώς λανθασμένη. Χρησιμοποιώντας μια στατιστική μέθοδο που ονομάζεται Μπεϋζιανή λογική (Bayesian), ισχυρίζονται ότι η ζωή εδώ στη Γη ή θα μπορούσε να είναι συνηθισμένη ή θα μπορούσε να είναι και εξαιρετικά σπάνια – δεν υπάρχει κανένας λόγος να προτιμήσει κανείς ένα βιαστικό συμπέρασμα πάνω σε αυτό το ζήτημα. Με τη νέα τους ανάλυση, οι Spiegel και Turner λένε ότι έσβησαν τον παράγοντα Drake για τον οποίο οι επιστήμονες αισθάνονταν σίγουρο, για να το αντικαταστήσουν με ένα ερωτηματικό.

Στατιστικά του Σύμπαντος

Σύμφωνα με τις στατιστικές υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες στο γνωστό παρατηρούμενο σύμπαν, με 50 δισεκατομμύρια περίπου πλανήτες μόνο στον Γαλαξία μας. Από αυτούς οι 500.000.000  πλανήτες προβλέπεται να είναι στην κατοικήσιμη ζώνη. Ή για να το πούμε αλλιώς σε όλο το σύμπαν θα υπάρχουν 50.000.000.000.000.000.000 κατοικήσιμοι πλανήτες! 

Η εικόνα που λήφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble δείχνει μια περιοχή όπου σχηματίζονται ακόμη και σήμερα αστέρια. Πρόκειται για το νεφέλωμα NGC 604 στο γαλαξία M33. Ο σχηματισμός των αστεριών ήταν, και είναι ακόμα, ένα από τα μόνα συστατικά της εξίσωσης του Drake για το οποίο υπάρχουν διαθέσιμα εμπειρικά στοιχεία.

Ενώ είναι αλήθεια ότι η ζωή ξεκίνησε γρήγορα στη Γη (μέσα στις πρώτες μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια του πλανήτη), οι ερευνητές επισημαίνουν ότι αν δεν είχε γίνει έτσι, δεν θα υπήρχε αρκετός χρόνος για να αναπτυχθεί η νοήμον ζωή – οι άνθρωποι δηλαδή – και να έχει εξελιχθεί . Έτσι, στην πραγματικότητα, είμαστε προκατειλημμένοι. Χρειάστηκαν τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμυρίων χρόνια ώστε η ευφυής ζωή να εξελιχθεί στη Γη, και ο μόνος λόγος που είμαστε σε θέση να εξετάσουμε την πιθανότητα της ζωής σήμερα είναι ότι η εξέλιξή της έγινε δυνατή μόνο και μόνο επειδή ξεκίνησε νωρίς. Αυτή η απαιτούμενη καλή τύχη είναι εντελώς ανεξάρτητη από την πραγματική πιθανότητα να αναδυθεί η ζωή σε ένα κατοικήσιμο πλανήτη.

«Παρά το γεγονός ότι η ζωή ξεκίνησε σε αυτό τον πλανήτη αρκετά σύντομα αφότου η Γη έγινε κατοικήσιμη, το γεγονός αυτό είναι μια αυθαίρετα σπάνια περίπτωση στο Σύμπαν», γράφουν οι επιστήμονες, που αποδεικνύουν αυτή τη δήλωση με μαθηματικό τρόπο.

Το αποτέλεσμα τους δεν σημαίνει ότι είμαστε μόνοι – μόνο που δεν υπάρχει κανένας λόγος να σκεφτόμαστε διαφορετικά. «Ένας  Μπεϋζιανός λάτρης της εξωγήινης ζωής θα πρέπει να ενθαρρύνεται σημαντικά από την ταχεία εμφάνιση της ζωής στην πρώιμη Γη, αλλά δεν μπορεί να είναι κανείς και πολύ σίγουρος για τον ίδιο λόγο σε άλλα μέρη», συμπεραίνουν οι συγγραφείς. Η ίδια η ύπαρξή μας σημαίνει πολύ λίγα πράγματα για το πόσες άλλες φορές έχει προκύψει η ζωή .

Κάποια δεδομένα θα κάνουν όλη τη διαφορά στο πρόβλημα, λένε οι ερευνητές. Αν η ζωή έχει διαπιστωθεί ότι προέκυψε ανεξάρτητα στον Άρη, τότε οι επιστήμονες θα είναι σε πολύ καλύτερη θέση να επιβεβαιώσουν ότι, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, η γένεση της ζωής είναι αναπόφευκτη.

Πηγή: http://www.physics4u.gr/blog/?p=3754





Είμαστε μόνοι στο σύμπαν;

26 07 2011

Έχετε ποτέ κοιτάξει ψηλά στο νυχτερινό ουρανό και να αναρωτηθείτε αν κάποιος, ή κάτι, σας κοιτάζει από εκεί ψηλά; Αν ίσως κάπου εκεί έξω υπάρχει μια μυστηριώδης σπίθα, αυτή που ονομάζουμε ζωή;

human-space-universe-cosmos

Διαισθητικά, αισθάνεστε ότι δεν μπορούμε να είμαστε μόνοι. Για κάθε ένα από τα 2.000 αστέρια που μπορείτε να δείτε με γυμνό μάτι, υπάρχουν άλλα 50 εκατομμύρια στο Γαλαξία μας, που είναι ένας από τους 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες. Με άλλα λόγια, το μητρικό μας αστέρι είναι ένα από από 10.000 δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων που βρίσκονται στο σύμπαν. Μήπως υπάρχει και μια άλλη μπλε κουκίδα εκεί έξω – ένα σπίτι για την ευφυή ζωή όπως το δικό μας; Είναι μια απλή σκέψη, που δεν ξέρουμε.

Ένας τρόπος για να υπολογιστεί ο αριθμός των ευφυών πολιτισμών επινοήθηκε από τον αστρονόμο Frank Drake. Η διάσημη εξίσωση του λαμβάνει υπόψη το ρυθμό σχηματισμού των άστρων, το κλάσμα των άστρων με πλανήτες και την πιθανότητα να προκύψει ζωή, μια νοήμον ζωή, καθώς και ευφυή πλάσματα που μπορούν να επικοινωνούν μαζί μας.

Μπορούμε τώρα να βάλουμε αριθμούς σε μερικούς από τους παράγοντες αυτούς. Γνωρίζουμε ότι περίπου 20 αστέρια γεννιούνται στο Γαλαξία μας κάθε χρόνο και έχουμε εντοπίσει περισσότερους από 560 εξωπλανήτες γύρω από άλλα άστρα, εκτός από τον ήλιο. Περίπου το ένα τέταρτο αυτών των άστρων έχει έναν πλανήτη παρόμοιο σε μάζα με τη Γη.

Όμως, η εκτίμηση για τους βιολογικούς παράγοντες είναι κάτι περισσότερο από εικασία. Γνωρίζουμε ότι η ζωή είναι απίστευτα ευπροσάρμοστη από τη στιγμή που θα προκύψει, όχι όμως και πόσο καλό θα είναι το ξεκίνημα στην πρώτη θέση του.

Μοναδικός πλανήτης

Μερικοί αστρονόμοι πιστεύουν ότι η ζωή είναι σχεδόν αναπόφευκτη σε κάθε κατοικήσιμο πλανήτη. Άλλοι υποψιάζονται ότι απλή ζωής είναι συνηθισμένη, αλλά η ευφυής ζωή εξαιρετικά σπάνια. Άλλοι πιστεύουν ότι ο πλανήτης μας είναι μοναδικός. «Η ζωή μπορεί ή δεν μπορεί να σχηματιστεί εύκολα», λέει ο φυσικός Paul Davies του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνα στο Tempe. «Είμαστε εντελώς στο σκοτάδι.»

Αυτά για τις εξισώσεις. Τι γίνεται όμως με τα αποδεικτικά στοιχεία; Η ανακάλυψη ζωής στον Άρη κατά πάσα πιθανότητα δεν θα βοηθήσει, καθώς θα ήταν πολύ πιθανό να μοιράζονται την καταγωγή του με τη γήινη. «Οι συγκρούσεις μεταφέρουν αναμφίβολα μικροοργανισμούς πέρα δώθε”, λέει ο Davies. «Ο Άρης και η Γη δεν είναι ανεξάρτητα οικοσυστήματα.» Η ανακάλυψη φυσικά ζωής στον Τιτάνα θα είναι πιο αποκαλυπτική. Ο Τιτάνας είναι το μόνο άλλο μέρος του ηλιακού μας συστήματος με υγρό στην επιφάνειά του – αν και είναι λίμνες αιθανίου. «Αρχίζουμε να πιστεύουμε ότι αν υπάρχει ζωή στον Τιτάνα θα είχε μια ξεχωριστή καταγωγή», ΄τονίζει ο Dirk Schulze-Makuch στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο Ουάσιγκτον. «Αν μπορούμε να βρούμε εκεί μια ξεχωριστή καταγωγή τότε μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα: “Εντάξει, υπάρχει πολλή ζωή στο σύμπαν «.

Η ανακάλυψη εξωγήινων μικροβίων στο ηλιακό μας σύστημα θα ήταν κάποιου είδους απόδειξη ότι δεν είμαστε μόνοι μας, αλλά αυτό που πραγματικά θέλουμε να γνωρίζουμε είναι αν υπάρχει μια άλλη νοήμων ζωή εκεί έξω. Εδώ και 50 χρόνια οι αστρονόμοι έχουν σάρωσε τον ουρανό με ραδιοτηλεσκόπια για οποιοδήποτε υπαινιγμό ενός τυχόν μηνύματος. Μέχρι στιγμής όμως δεν έχουμε βρει τίποτα.

Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι οι ET δεν βρίσκονται εκεί έξω. Απλά ίσως να μην γνωρίζουν ότι είμαστε εδώ. Το μόνο αποδεικτικό στοιχείο της ύπαρξής μας, που φτάνει πέρα ​​από το ηλιακό σύστημα είναι τα ραδιοφωνικά σήματα και το φως από τις πόλεις μας. «Είχαμε μια μετάδοση ισχυρών ραδιοκυμάτων από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο”, λέει ο Seth Shostak του Ινστιτούτου SETI στην Καλιφόρνια. Έτσι, αυτά τα σήματα θα έχουν ταξιδέψει σε απόσταση 70 ετών φωτός στο διάστημα, μια σταγόνα στον ωκεανό. Εάν ο Γαλαξίας ήταν το μέγεθος του Λονδίνου και η Γη ήταν στη βάση της στήλης του Νέλσον, τα ραδιοσήματα μας θα εξακολουθούν να μην έχουν αφήσει την πλατεία Τραφάλγκαρ.

«Είναι πιθανώς ασφαλές να ειπωθεί ότι ακόμη και αν ο τοπικός μας γαλαξίας είναι γεμάτος με εξωγήινους, κανένας από αυτούς δεν θα γνωρίζει ότι ο Homo sapiens είναι εδώ», τονίζει ο Shostak. Αυτό λειτουργεί και αντίστροφα. Δεδομένου του μεγέθους του σύμπαντος και της ταχύτητας του φωτός, τα περισσότερα αστέρια και οι πλανήτες είναι απλά εκτός εμβέλειας.

Είναι επίσης πιθανό ότι η εξωγήινη ευφυής ζωή να χωρίζεται από εμάς από πολύ χρόνο. Γιατί γνωρίζουμε ότι η ανθρώπινη νοημοσύνη υπάρχει για ένα ασήμαντο μέρος της ιστορίας της Γης και μπορεί να είναι μόνο μια φευγαλέα φάση. Έτσι, μπορεί να είναι πολύ τραβηγμένο να ελπίζουμε ότι ένας κοντινός μας εξωπλανήτης όχι μόνο φιλοξενεί ευφυή ζωή, αλλά αυτή υπάρχει ταυτόχρονα με μας τώρα.

Αλλά ας πούμε ότι ήρθαμε σε επαφή με εξωγήινους. Πώς θα αντιδράσουμε εμείς; Η NASA έχει καταστρώσει κάποια σχέδια, και οι περισσότερες θρησκείες ισχυρίζονται ότι θα είναι σε θέση να απορροφήσει αυτή την ιδέα, αλλά η ουσία είναι ότι δεν θα ξέρουμε τίποτα μέχρι να συμβεί.

Το πιο πιθανό είναι ότι δεν πρόκειται ποτέ να την μάθουμε. Ακόμα κι αν η Γη δεν είναι ο μόνος πλανήτης με έξυπνη ζωή, φαίνεται ότι είμαστε προορισμένοι να ζήσουμε ολόκληρη την ζωή μας σαν να ήταν – αλλά με μια διαρκή αίσθηση ότι δεν μπορεί να είναι. Κάτι σαν μια υπαρξιακή αβεβαιότητα.

Πηγή: http://www.physics4u.gr/blog/?p=3747





Πρωταθλητισμός στο Σύμπαν

17 07 2011

Πρωταθλητισμός στο Σύμπαν

Εχετε αναρωτηθεί ποτέ ποιο είναι το μεγαλύτερο αντικείμενο στο Σύμπαν; Το πιο φωτεινό; Το πιο γρήγορο; Παντού γύρω μας υπάρχουν ρεκόρ, επομένως αυτά δεν θα μπορούσαν να απουσιάζουν από το κοσμικό επίπεδο. Στις συμπαντικές διαστάσεις βέβαια οι πρωτιές στις κάθε είδους επιδόσεις αγγίζουν ιλιγγιώδη μεγέθη. Πέραν του ότι μπορούν να μας «ζαλίσουν», οι περισσότερες από αυτές αποτελούν ακραίες καταστάσεις οι οποίες αντιπροσωπεύουν τα όρια της Φυσικής, τουλάχιστον έτσι όπως εμείς τη γνωρίζουμε. Σήμερα παρουσιάζουμε τα πιο εντυπωσιακά κοσμικά ρεκόρ σε διάφορους τομείς. Η «ταπεινή» Γη δεν κατέχει κανένα από αυτά. Ενα ωστόσο βρίσκεται ακριβώς δίπλα της: το πιο ψυχρό σημείο του πλανητικού μας συστήματος κρύβεται – προς το παρόν – στις σκιές της Σελήνης.

Το πιο καυτό πράγμα στο Σύμπαν

Το ταξίδι για την εξερεύνηση των πιο καυτών γωνιών του Σύμπαντός μας θα πρέπει να ξεκινήσει από τον δικό μας Ηλιο. Με θερμοκρασία 5.800 βαθμών Κέλβιν το άστρο μας δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να χαρακτηριστεί ψυχρό, απέχει όμως πολύ από τα κοσμικά ρεκόρ στον τομέα. Οι γαλάζιοι υπεργίγαντες, των οποίων η μάζα συμπιέζει τον πυρήνα παγιδεύοντας τις πυρηνικές φλόγες στο εσωτερικό τους, ξεπερνούν τους 50.000 βαθμούς Κέλβιν.

Οι επιδόσεις αυτές παρ’ όλα αυτά υπερκαλύπτονται από ορισμένους λευκούς νάνους, συμπαγείς σφαίρες θερμότητας που απομένουν όταν ένα μικρό άστρο πεθάνει. Ενας από αυτούς, ο HD62166, φθάνει τους 200.000 βαθμούς Κέλβιν.

Στο εσωτερικό των άστρων οι θερμοκρασίες αγγίζουν ακόμη υψηλότερα επίπεδα – στους «σταθερούς» εκπροσώπους του είδους το θεωρητικό ανώτατο όριο είναι οι 6 δισ. βαθμοί Κέλβιν. Σε αυτή τη θερμοκρασία η ύλη αρχίζει να εκπέμπει φωτόνια με τόσο υψηλή ενέργεια ώστε, όταν συγκρούονται, να μπορούν να δημιουργήσουν ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων. Το αποτέλεσμα είναι μια ανεξέλεγκτη αντίδραση η οποία εξαφανίζει το άστρο σε μια κολοσσιαία έκρηξη. Το φαινόμενο είναι γνωστό ως «σουπερνόβα αστάθειας ζεύγους» και μπορεί να φθάσει θερμοκρασίες όπως οι 200 δισ. βαθμοί Κέλβιν.

Και αυτό όμως είναι μηδαμινό σε σύγκριση με τις εκρήξεις ακτίνων γ, σύντομες εκλάμψεις φωτός με τεράστια ενέργεια που παρατηρούνται καθημερινά από τα τηλεσκόπια και πιστεύεται ότι σηματοδοτούν τη γέννηση μιας μαύρης τρύπας. Παρ’ ότι οι λεπτομέρειες της διαδικασίας είναι προς το παρόν άγνωστες, θεωρείται ότι στη διάρκειά της τα σωματίδια θερμαίνονται σε επίπεδα των τρισεκατομμυρίων βαθμών Κέλβιν.

Πολύ πιο κοντά μας, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN στη Γενεύη, τα πράγματα έγιναν ακόμη πιο καυτά. Εκεί, από τις 8 Νοεμβρίου ως τις 6 Δεκεμβρίου του 2010, πυρήνες ατόμων μολύβδου συγκρούστηκαν σε μια απόπειρα μίμησης ορισμένων από τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. Το αποτέλεσμα ήταν η υψηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί ποτέ στη Γη, μια υποατομική μπάλα φωτιάς αρκετών τρισεκατομμυρίων Κέλβιν.

Το πιο ψυχρό πράγμα στο Σύμπαν

Το ψυχρότερο σημείο στο ηλιακό μας σύστημα βρίσκεται στη γειτονιά μας. Το 2009 το διαστημόπλοιο Lunar Reconnaissance Orbiter της NASA ανακάλυψε κοντά στον νότιο πόλο της Σελήνης κρατήρες που βρίσκονται υπό μόνιμη σκιά και σε θερμοκρασία μόλις 33 βαθμών Κέλβιν (-240 βαθμοί Κελσίου) – κατώτερη από αυτές που έχουν μετρηθεί ως σήμερα ακόμη και στον σκοτεινό μακρινό Πλούτωνα. Η εξερεύνηση ωστόσο συνεχίζεται και τα όργανα βελτιώνονται, οπότε το ρεκόρ αναμένεται στο μέλλον να περάσει κατά πάσα πιθανότητα σε κάποιον δορυφόρο ή πλανήτη που βρίσκεται σε μεγαλύτερη απόσταση από τον Ηλιο.

Εκτός του ηλιακού μας συστήματος ένα νεφέλωμα αερίων γνωστό ως Μπούμερανγκ, που απέχει 5.000 έτη φωτός από τον πλανήτη μας, έχει θερμοκρασία 1 μόνο βαθμού Κέλβιν – μικρότερη ακόμη και από αυτή της διάχυτης στο Σύμπαν ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου που βρίσκεται στους 2,7 βαθμούς Κέλβιν.

Το αν το Μπούμερανγκ θα διατηρήσει τη θέση του ως του ψυχρότερου γνωστού φυσικού αντικειμένου θα φανεί στο μέλλον, ο άνθρωπος όμως στον τομέα αυτόν έχει ξεπεράσει τη φύση. Το 2003, σε ένα εργαστήριο του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, ένα νέφος ατόμων νατρίου ψύχθηκε στους 0,45 νανοκέλβιν – λιγότερο από το μισό δισεκατομμυριοστό ενός βαθμού επάνω από το απόλυτο μηδέν και πολύ ψυχρότερο από οτιδήποτε φαίνεται να χρειάζεται το ευρύτερο γνωστό Σύμπαν.

Ο ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΣ ΠΛΑΝΗΤΗΣ

Στο ηλιακό μας σύστημα κυριαρχεί ο Δίας. Οπως όλοι οι πλανήτες επάνω από ένα συγκεκριμένο μέγεθος, είναι ένας γίγαντας αερίων που αποτελείται από μια μάζα αερίων – κυρίως υδρογόνο και ήλιο. Ο μεγαλύτερος – και πλέον «αεριούχος» – πλανήτης που έχει μετρηθεί με ακρίβεια είναι ο TrES-4, ο οποίος απέχει 1.500 έτη φωτός από τη Γη. Εχει διάμετρο περίπου 1,8 φορές μεγαλύτερη από του Δία αλλά – μυστήριο – είναι πάρα πολύ ελαφρύς για τη μάζα του και υπολογίζεται ότι η πυκνότητά του είναι μικρότερη από αυτή του φελλού. Πρόσφατα ωστόσο οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι ο εξωπλανήτης WASP-17b είναι ακόμη πιο μεγάλος – με διάμετρο σχεδόν διπλάσια από του Δία – και ακόμη πιο ελαφρύς.

Το πιο γρήγορο πράγμα στο Σύμπαν

Η ταχύτητα είναι σχετική. Δεν υπάρχει απόλυτο πρότυπο για το «στατικό» στο Σύμπαν. Ισως το κοντινότερο σε αυτό είναι η διάχυτη κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου (CMB). Η συχνότητά της, που μετατοπίζεται λόγω του φαινομένου Ντόπλερ σε όλο τον ουρανό – μπλε προς τη μια κατεύθυνση, κόκκινο προς την άλλη – αποκαλύπτει ότι σε σχέση με τη CMB το ηλιακό μας σύστημα τρέχει με 600 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Οι μακρινοί γαλαξίες κινούνται επίσης ιλιγγιωδώς. Το Διάστημα επεκτείνεται συνεχώς, οπότε όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση όπου κοιτάζουμε τόσο πιο γρήγορα οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς. Πολύ μακριά από εμάς οι γαλαξίες φεύγουν με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να τους δούμε, γιατί η ακτινοβολία τους δεν μπορεί να φθάσει ως εμάς.

Τα ασύλληπτα αυτά ρεκόρ είναι γοητευτικά σε αφηρημένο επίπεδο, όμως η ταχύτητα αποκτά πολύ μεγαλύτερο ενδιαφέρον όταν κινείται κανείς γρήγορα σε σχέση με κάποιο μεγάλο κοντινό αντικείμενο.

Στο ηλιακό μας σύστημα ο Ερμής, ο αγγελιοφόρος των θεών, είναι ο ταχύτερος πλανήτης με τροχιακή ταχύτητα περίπου 48 χλμ. το δευτερόλεπτο (η Γη κινείται μόλις με 30). Το 1976 ο Ερμής ξεπεράστηκε για πρώτη φορά από ένα ανθρώπινο δημιούργημα, το μη επανδρωμένο ερευνητικό σκάφος Helios 2, το οποίο ξεπέρασε τα 70 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Οι κομήτες που έρχονται προς τον Ηλιο από τις μακρινές περιοχές του ηλιακού μας συστήματος μπορούν να φθάσουν ως και τα 600 χιλ. το δευτερόλεπτο ενώ στις παρυφές του Γαλαξία μας τα λεγόμενα υπερταχύτατα άστρα κινούνται ταχύτερα από τον υπόλοιπο γαλαξία φθάνοντας τα 850 χιλ. το δευτερόλεπτο.

Αλλοι μάγοι των ιλιγγιωδών ταχυτήτων είναι τα πάλσαρ: μπορούν να περιστραφούν ως και 1.000 φορές το δευτερόλεπτο, με αποτέλεσμα η επιφάνειά τους να αγγίζει το 20% της ταχύτητας του φωτός ενώ την ίδια στιγμή το μαγνητικό πεδίο που προβάλλουν την ξεπερνά.

Ακόμη και τα στερεά αντικείμενα μπορούν να πλησιάσουν την ταχύτητα του φωτός με τη βοήθεια της βαρύτητας μιας μαύρης τρύπας. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς που δημοσίευσαν πέρυσι δύο ιάπωνες επιστήμονες, αν δυο πέτρες «πιαστούν» σε αυτήν θα συγκρουστούν μεταξύ τους κινούμενες η μία προς την άλλη με ταχύτητα σχεδόν ίση με αυτή του φωτός.

ΤΟ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΑΣΤΡΟ

Το VY του Μεγάλου Κυνός, 5.000 έτη φωτός μακριά από τη Γη, θα μπορούσε να «καταπιεί» τον ήλιο μας 8 δισ. φορές. Μια εκτίμηση υπολογίζει τη διάμετρό του στα 3 δισ. χιλιόμετρα και τον τοποθετεί ανάμεσα στα λίγα άστρα που έχουν κερδίσει τον τίτλο του κόκκινου υπεργίγαντα. Κάποιοι όμως την αμφισβητούν υποστηρίζοντας ότι πρόκειται απλώς για έναν κόκκινο γίγαντα με διάμετρο 1 δισ. χιλιομέτρων.

Το πιο λαμπρό πράγμα στο Σύμπαν

Οι μονάδες μέτρησης της καθημερινότητάς μας είναι πολύ μικρές για να περιγράψουν τη λαμπρότητα του Σύμπαντος. Αντί γι’ αυτές οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ως πρότυπο «λάμπας» τον Ηλιο και την εκτυφλωτική φωτεινότητά του των 4 Χ 1026  Watt.

Από την άποψη της φωτεινότητας ο Ηλιος μας είναι άνω του μετρίου, υπάρχουν όμως κάποια άστρα που τον ξεπερνούν κατά πολύ. Το φωτεινότερο παράδειγμα που είναι ορατό με γυμνό μάτι είναι το Εψιλον του Ωρίωνα, το μεσαίο άστρο στη Ζώνη του Ωρίωνα. Απέχει από εμάς 1.300 έτη φωτός και είναι 400.000 φορές λαμπρότερο από τον Ηλιο. Ακόμη πιο μακριά στον γαλαξία μας ή «θαμπωμένα» από τη σκόνη υπάρχουν ακόμη πιο λαμπρά άστρα όπως το ασταθές Ητα της Τρόπιδος, το οποίο λάμπει όσο 5 εκατομμύρια Ηλιοι.

Τον Ιούλιο του 2010 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα νέο ρεκόρ. Το R136a1, ένα άστρο στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, είναι σχεδόν όσο 9 δισ. Ηλιοι. Η μάζα του εκτιμάται ότι είναι 250 φορές μεγαλύτερη από του Ηλίου με αποτέλεσμα να είναι βαρύτερο από όσο θεωρείται δυνατόν, τουλάχιστον για ένα άστρο που αποτελείται από το χημικό μείγμα που υπάρχει στον δικό μας γαλαξία και στους γειτονικούς του. Μήπως αποτελείται από κάποια σχεδόν ανόθευτη πηγή υδρογόνου και ηλίου η οποία με κάποιο τρόπο έχει επιβιώσει ανέπαφη από τις απαρχές του Σύμπαντος; ‘Η μήπως κάτι δεν πάει καλά στις θεωρίες μας σχετικά με την αστρική δομή;

Κάποια μεγάλα άστρα είναι ακόμη πιο φωτεινά, όμως μόνο για μερικές εβδομάδες και με κόστος τη ζωή τους. Ο σουπερνόβα SN 2005ap, σε έναν γαλαξία σε απόσταση 4,7 δισ. ετών φωτός, κατέχει το ρεκόρ της μεγαλύτερης αστρικής έκρηξης που έχει καταγραφεί, με λαμπρότητα 100 δισ. Ηλίων.

Οι εκρήξεις ακτίνων γ διαρκούν μόλις μερικά δευτερόλεπτα αλλά, με φωτεινότητα που μπορεί να ξεπεράσει τους 1018 Ηλιους, κάνουν ακόμη και την ηλιακή μονάδα μέτρησής μας να φαίνεται παράλογα αδύναμη.

Αν αυτό σας φαίνεται απογοητευτικά πρόσκαιρο, τότε τα λαμπρότερα σταθερά φωτεινά αντικείμενα στο Σύμπαν είναι τα κβάζαρ, η πυκνή άλως υλικού που περιβάλλει τις μαύρες τρύπες και, καθώς στροβιλίζεται προς το εσωτερικό τους, μπορεί να λάμψει όσο περισσότερο από τριάντα τρισεκατομμύρια Ηλιοι.

Ο ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΣ ΓΑΛΑΞΙΑΣ

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο του σχηματισμού των γαλαξιών οι μεγαλύτεροι γαλαξίες είναι ελλειπτικά τέρατα που έχουν σχηματιστεί από τη σύγκρουση πολλών μικρότερων γαλαξιών. Ο μεγαλύτερος γνωστός είναι ο IC 1101, στο κέντρο του σμήνους γαλαξιών Abell 2029, ένα δισ. έτη φωτός από εμάς. Το πλάτος του είναι περίπου 6 εκατομμύρια έτη φωτός, το οποίο σημαίνει ότι έχει κατά χιλιάδες φορές μεγαλύτερο όγκο από τον δικό μας Γαλαξία. 

Το πιο στρογγυλό πράγμα στο Σύμπαν

Στη μεσαιωνική κοσμολογία το Σύμπαν ήταν μια σειρά από τέλειες κρυστάλλινες σφαίρες που αναπαριστούσαν τον ήλιο, το φεγγάρι, τους πλανήτες και τα αστέρια. Σήμερα ξέρουμε ότι το Διάστημα δεν είναι και τόσο «καλλίγραμμο». Περιλαμβάνει όμως κάτι που να πλησιάζει σε αυτό το όραμα της σφαιρικής τελειότητας;

Οι πλανήτες αναγκάζονται να παίρνουν σχετικά σφαιρικό σχήμα από τη δύναμη της βαρύτητάς τους. Τα πιο μεγάλα εξογκώματα και οι πιο βαθιές ρυτίδες της Γης, από το όρος Εβερεστ ως την τάφρο των Μαριανών, δεν «ξεφεύγουν» περισσότερο από 0,2% από την ακτίνα της. Αν δεν ήταν ελαφρώς πεπλατυσμένος στους πόλους και διογκωμένος στον Ισημερινό εξαιτίας της καθημερινής περιστροφής του, ο πλανήτης μας θα μπορούσε να αποτελεί μια ωραία κοσμική μπάλα του μπιλιάρδου.

Η Γη είναι παρ’ όλα αυτά σχετικά ανώμαλη σε σύγκριση με τα άστρα νετρονίου, των οποίων η βαρύτητα είναι περίπου 200 δισ. φορές μεγαλύτερη από αυτή του πλανήτη μας. Εδώ οι ανωμαλίες ισοπεδώνονται: το αντίστοιχο του Εβερεστ σε ένα άστρο νετρονίου δεν θα ξεπερνούσε σε ύψος τα 5 χιλιοστά. Εφόσον τα άστρα του είδους έχουν συνήθως διάμετρο 10 ως 15 χιλιόμετρα, το υψόμετρο αυτό είναι μικρότερο από το ένα εκατομμυριοστό της ακτίνας τους.

Για 16 μήνες από το 2004 ως το 2005 εμείς οι άνθρωποι στείλαμε στο Διάστημα μπάλες που ανταγωνίστηκαν τα άστρα νετρονίων σε σφαιρικότητα. Ο δορυφόρος Gravity Probe B «μέτρησε» τη στρέβλωση του χωροχρόνου που πρόβλεψε ο Αϊνστάιν με τη βοήθεια τεσσάρων γυροσκοπίων που περιλάμβαναν μικρές σφαίρες από χαλαζία οι οποίες δεν παρουσίαζαν ανωμαλίες μεγαλύτερες από 0,4 του εκατομμυριοστού.

Η σχετικότητα μας προσφέρει όμως κάτι ακόμη πιο στρογγυλό. Ο ορίζοντας γεγονότων μιας μαύρης τρύπας σηματοδοτεί την περιοχή από την οποία ούτε καν το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει ώστε να φθάσει το μάτι ενός μακρινού παρατηρητή. Δεν πρόκειται ακριβώς για επιφάνεια: δεν θα μπορούσατε να τη χαϊδέψετε με το χέρι σας και να θαυμάσετε τη στιλπνότητά της. Σύντομα όμως οι αστρονόμοι ίσως είναι σε θέση να μας παρουσιάσουν απεικονίσεις του ορίζοντα γεγονότων κάποιας μαύρης τρύπας δίνοντάς μας μια σαφή εικόνα αυτών των ψευδοεπιφανειών οι οποίες αποτελούν ίσως ό,τι πιο κοντινό στην απόλυτη σφαιρικότητα υπάρχει στη φύση.

Η παρατήρηση της ύλης που πέφτει μέσα σε έναν ορίζοντα γεγονότων θα αποτελέσει ένα ακόμη σκληρότερο τεστ του Αϊνστάιν. Αν δούμε ίχνη αερίων σε τροχιές έστω και ελάχιστα διαφορετικές από τις προβλέψεις του ίσως να χρειαστούμε μια καινούργια θεωρία για τη βαρύτητα. Και φυσικά αν αποδειχθεί ότι οι μαύρες τρύπες δεν διαθέτουν τον αναμενόμενο ορίζοντα γεγονότων, θα υποστούμε μια ακόμη δυσάρεστη έκπληξη.

Το πιο σκοτεινό πράγμα στο Σύμπαν

Οι γαλαξίες μας φαίνονται σαν αστραφτερά κοσμήματα, διακοσμημένα με δισεκατομμύρια λαμπερά αστέρια και φωτεινά νεφελώματα. Αυτό όμως δεν ισχύει για τον Segue 1, τον κρυφό γαλαξία της κοσμικής περιοχής μας. Βρίσκεται μόλις 75.000 έτη φωτός μακριά μας – το οποίο σημαίνει ότι τοποθετείται στην κοντινή γειτονιά του δικού μας Γαλαξία – αλλά παρ’ όλα αυτά δεν τον είχαμε ανακαλύψει ως το 2005 επειδή το συνολικό φως που εκπέμπει είναι μόλις 300 φορές περισσότερο από αυτό του Ηλίου μας.

Αυτό είναι παράξενο. Τα λίγα άστρα του Segue 1 περιφέρονται αρκετά γρήγορα, οπότε η βαρύτητά του θα πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή – κάτι το οποίο σημαίνει ότι θα πρέπει να δημιουργείται από τουλάχιστον ένα εκατομμύριο ηλιακές μάζες. Τα άστρα και τα αέριά του που είναι ορατά δεν μπορούν ωστόσο να δικαιολογήσουν μια τέτοια βαρύτητα, κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι θα πρέπει να αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από «εξωτική» σκοτεινή ύλη.

Η μελέτη γαλαξιών νάνων σαν τον Segue 1 θα μπορούσε να μας πει περισσότερα για τη σκοτεινή ύλη. Για παράδειγμα, αν οι πυρήνες αυτών των γαλαξιών είναι λιγότερο πυκνοί από ό,τι προβλέπουν οι καθιερωμένες θεωρίες σχετικά με τη συμπεριφορά της ψυχρής σκοτεινής ύλης, τότε αυτό θα σημαίνει ότι η εν λόγω ύλη είναι θερμή ή ότι έχει τάση να αυτοκαταστρέφεται ή ότι αποτελείται από υπερ-ελαφρά και εγγενώς «θαμπά» σωματίδια.

Ακόμη καλύτερο θα ήταν αν μπορούσαμε να βρούμε ένα «σκοτεινό άστρο» – μια ψυχρή, παχουλή μάζα αερίων που θερμαίνεται απαλά στο εσωτερικό της από σκοτεινή ύλη η οποία αποσυντίθεται. Τέτοια άστρα πιστεύεται ότι υπήρξαν στα πολύ πρώτα στάδια του Σύμπαντος και ίσως κάποια να εξακολουθούν να περιφέρονται σήμερα, όμως κανείς ως τώρα δεν τα έχει συναντήσει.

Εν τω μεταξύ ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN προσπαθεί να συλλάβει κάποια σωματίδια σκοτεινής ύλης, οπότε δεν αποκλείεται το πιο καυτό πράγμα στη Γη να φωτίσει σύντομα το σκοτεινότερο πράγμα στο Σύμπαν.

Το πιο πυκνό πράγμα στο Σύμπαν

Στις θερμοκρασίες και πιέσεις που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης το πυκνότερο γνωστό υλικό είναι το μεταλλικό στοιχείο όσμιο: έχει πυκνότητα 22 γραμμ. ανά κυβικό εκατοστό, το οποίο σημαίνει ότι ποσότητα ίση με μία κουταλιά του γλυκού ζυγίζει περισσότερο από 100 γραμμάρια.

Πιέσεις πολύ μεγαλύτερες από αυτές που συναντούμε στη Γη υπάρχουν στον πυρήνα ενός γιγαντιαίου άστρου που έχει καταρρεύσει και είναι γνωστό ως άστρο νετρονίου. Εκεί η ύλη παίρνει μια υπερβολικά πυκνή και εξωτική μορφή – θα πρέπει να αποτελείται κυρίως από νετρόνια και ενδεχομένως ελάχιστα πρωτόνια και ηλεκτρόνια στριμωγμένα ασφυκτικά μεταξύ τους. Ενα κυβικό μέτρο αυτής της «νετρονιακής» ύλης μπορεί να έχει μάζα ως και 1018 κιλά ή ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια τόνους.

Ενα ακόμη πυκνότερο υποθετικό υλικό ίσως υπάρχει στον πυρήνα των άστρων νετρονίου: η ύλη κουάρκ, στην οποία τα πρωτόνια και τα νετρόνια διαλύονται στα σωματίδια που τα αποτελούν. Τα τελευταία στοιχεία αμφισβητούν ωστόσο την ύπαρξή της: δύο νεοανακαλυφθέντα άστρα νετρονίων είναι τόσο βαριά που το πιθανότερο είναι ότι θα συνέθλιβαν οποιαδήποτε ύλη κουάρκ στο εσωτερικό τους.

Η ύλη νετρονίων ή η ύλη κουάρκ ενδέχεται να είναι η πυκνότερη μορφή ύλης στο Σύμπαν, δεν είναι όμως μάλλον το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο το πυκνότερο αντικείμενο. Αν συμπιέσει κανείς πολύ ένα άστρο νετρονίων, αυτό θα μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Οχι βεβαίως ότι όλες οι μαύρες τρύπες είναι ιδιαίτερα πυκνές: στην πραγματικότητα οι μεγάλες, όπως μετρούνται από τον ορίζοντα των γεγονότων τους, είναι μάλλον αιθέριες. Μια τεράστια μαύρη τρύπα στον κοντινό γαλαξία Μ87 έχει μάζα 6,4 δισ. φορές μεγαλύτερη από του Ηλίου, αλλά πυκνότητα 0,37 κιλά ανά κυβικό μέτρο – είναι δηλαδή ελαφρότερη από τον αέρα. Από την άλλη πλευρά, η μικρότερη γνωστή μαύρη τρύπα – η XTE 11650-500 – έχει μάζα μόλις 3,8 φορές μεγαλύτερη από του Ηλίου, αλλά η πυκνότητά της φθάνει στα 1018 ανά κυβικό μέτρο. Αν βρεθεί κάποια μικρότερη, θα ξεπεράσει την ύλη νετρονίων στα ρεκόρ της πυκνότητας.

Μέσα στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας τα πράγματα γίνονται ακόμη πιο παράξενα. Η θεωρία της σχετικότητας μας λέει ότι η ύλη συμπιέζεται σε ένα μαθηματικό σημείο άπειρης πυκνότητας -ab αν και αυτή η θεωρία καταρρέει σε αυτές τις τόσο ακραίες συνθήκες όπου τα κβαντικά φαινόμενα αρχίζουν να μπερδεύουν τον χωροχρόνο. Εδώ, στο σημείο όπου η βαρύτητα συναντά τον κβαντικό κόσμο, βρίσκεται το μεγάλο σύνορο της θεμελιώδους φυσικής. Εξετάζοντας τέτοιου είδους ακραίες καταστάσεις όπως η μοναδικότητα των μαύρων τρυπών οι φυσικοί ελπίζουν να κατανοήσουν κάποτε τη βαθύτερη βάση της πραγματικότητας.

Μήπως η καρδιά μας μαύρης τρύπας κρύβει ένα κουβάρι από παλλόμενες χορδές ή μια κβαντική σκουληκότρυπα; Δεν ξέρουμε, οι υπολογισμοί όμως δίνουν ένα ανώτατο όριο για την πυκνότητα, το οποίο είναι γνωστό ως πυκνότητα Πλανκ και βρίσκεται στα 5 Χ 1096 κιλά ανά κυβικό μέτρο. Το πυκνότερο πράγμα στο Σύμπαν ίσως δεν μπορεί να είναι πυκνότερο από αυτή την τιμή – όποιο και αν είναι αυτό.


ΤΟ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΤΕΧΝΗΤΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ

Αν εν τω μεταξύ δεν ανακαλυφθεί κάποιος εξωγήινος γιγαντιαίος μονόλιθος, η μεγαλύτερη γνωστή τεχνητή δομή στο Διάστημα είναι ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός: έχει μήκος 109 μέτρα και ζυγίζει 370 τόνους.

 Η ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΤΡΥΠΑ

 Δεν είναι μια μαύρη τρύπα, προς έκπληξή σας, αλλά μια μεγαλύτερη έκταση μαύρου σκοταδιού. Αν φανταστούμε το Σύμπαν σε μεγαλύτερη κλίμακα, οι γαλαξίες είναι τοποθετημένοι σε διατάξεις με κενά μεταξύ τους. Το μεγαλύτερο τέτοιο κενό – το οποίο ανακαλύφθηκε το 2007 – υπολογίζεται ότι έχει μήκος περίπου 1 δισ. έτη φωτός. Μια εξωπραγματική θεωρία προτείνει ότι πρόκειται για «σημάδι» που άφησε μια παλιά συνάντηση με ένα άλλο Σύμπαν.

Πηγή: http://www.tovima.gr/science/article/?aid=411191





Ο Γαλαξίας μας όπως ποτέ δεν τον έχετε δει

9 04 2011

Ένας ερασιτέχνης αστρονόμος, ο Juan Carlos Casado, τράβηξε εννέα φωτογραφίες του νυχτερινού ουρανού και αφού τις συνένωσε έφτιαξε αυτή την αριστουργηματική εικόνα του Γαλαξία μας, της Γαλακτοφόρου Οδού των αρχαίων.

Galaxy 

Μια απίστευτη πανοραμική όψη του Γαλαξία μας, 360 μοιρών, αποκαλύπτει το μεγαλείο του (κλικ για μεγέθυνση)

Όλα έγιναν στο εθνικό πάρκο στις Καναρίους Νήσους, μακριά από την φωτορύπανση των πόλεων, με αποτέλεσμα εικόνες εκπληκτικής σαφήνειας.

Η εξασθενημένη ζώνη του φωτός (σαν ημικύκλιο), που εκτείνεται κατά μήκος του ουρανό είναι ο δίσκος του σπειροειδή γαλαξία μας. Φαίνεται σαν να περικυκλώσουν τη Γη – κι αυτό  επειδή είμαστε μέσα στον δίσκο.

Επίσης, ορατή είναι το ηφαίστειο Teide της Τενερίφης κοντά στο κέντρο της εικόνας, πίσω από ένα ηφαιστειακό τοπίο που περιλαμβάνει πολλούς μεγάλους βράχους και πέτρες.

Όμως, πολύ πολύ πιο πίσω από αυτές τις γήινες κατασκευές βρίσκονται πολλά θαύματα του ουρανού, που είναι αόρατα με γυμνό μάτι, όπως είναι το φεγγάρι που λάμπει σαν κερί μέσα στην αψίδα του Γαλαξία.

Έτσι, ορατές είναι οι Πλειάδες, ένα ανοικτό σμήνος αστέρων όπως και το νεφέλωμα Loop Barnard (Βρόγχος Μπάρναρωτ) στο σμήνος του Ωρίωνα, που μοιάζει με ένα μισό κόκκινο δαχτυλίδι κάτω από τη ζώνη του Γαλαξία μας.

Τα αστέρια που το ανθρώπινο μάτι μπορεί να διακρίνει στον ουρανό τη νύχτα, είναι σχετικά κοντά μας και όλα αυτά είναι μέρος του Γαλαξία.

Ο Γαλαξίας μας περιέχει μεταξύ 100 και 400 δισεκατομμύρια αστέρια, αλλά και με ένα πρόχειρο υπολογισμό κάπου  50 δισεκατομμύρια πλανήτες.

Πηγή: http://blog.physics4u.gr/?p=3282





Μεγάλη Εκρηξη: Ενας σύγχρονος κοσμογονικός μύθος;

18 12 2010

Το κυρίαρχο σήμερα κοσμολογικό πρότυπο περιέχει κοσμοϊστορικές αλήθειες αλλά και…

Ευτύχης Μπιτσάκης
ομότιμος καθηγητής του πανεπιστημίου Αθηνών
 
Σύμφωνα με την υπόθεση της Μεγάλης Εκρηξης το Σύμπαν δημιουργήθηκε πριν από 15 περίπου δισ. χρόνια από μια μεγάλη έκρηξη (Βig Βang, ειρωνικός όρος του Fred Ηoyle) από μια «σημειακή ιδιομορφία» μηδενικού όγκου και έκτοτε διαστέλλεται δημιουργώντας τον χώρο. Η υπόθεση αυτή παρουσιάζεται από ειδικούς, εκλαϊκευτές, ΜΜΕ, ως επιστημονική αλήθεια και- συνεπώς- το πρότυπο της Μεγάλης Εκρηξης ως το πραγματικό πρότυπο του Σύμπαντος. Ωστε το μέγα ερώτημα το οποίο απασχόλησε πάντα φιλοσόφους, επιστήμονες και θεολόγους απαντήθηκε στις μέρες μας και μάλιστα από μια αυστηρή, μαθηματικοποιημένη επιστήμη;
 
«Αρχή σοφίας ονομάτων επίσκεψις». Ας συζητήσουμε λοιπόν το νόημα των σχετικών εννοιών: σύμπαν σημαίνει καθετί που υπάρχει. Μπορεί όμως η επιστήμη να αποφανθεί για το «Σύμπαν»; Η αρχή του Κοπέρνικου, κατά την οποίαν το Σύμπαν έχει παντού τις ίδιες ιδιότητες, αντιφάσκει με την παρατηρούμενη σήμερα πολυμορφία των κοσμικών σχηματισμών. Οι αρχαίοι, αντίθετα με την πλειοψηφία των σημερινών κοσμολόγων, διέκριναν τις έννοιεςΣύμπανκαι Κόσμος. Το Σύμπαν είναι ένα. Κόσμοι μπορεί να υπάρχουν πολλοί, άπειροι (Αναξίμανδρος, Δημόκριτος, κ.λπ.). Η σημερινή επιστημονική κοσμολογία είναι η επιστήμη του Σύμπαντος ή τοπική επιστήμη, δηλαδή επιστήμη του προσιτού σήμερα μέρους του Σύμπαντος; Οπως είναι γνωστό, το μαθηματικό πλαίσιο των κοσμολογικών υποθέσεων (προτύπων) είναι η Γενική θεωρία της Σχετικότητας. Ομως η θεωρία αυτή, αντίθετα με τη θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα, είναι μιατοπικήθεωρία, δηλαδή μια θεωρία η οποία περιγράφει τα φαινόμενα ως διαδικασίες με «μικρά», απειροστά βήματα, από σημείο σε σημείο. Οπως σημειώνει ο αείμνηστος καθηγητής Αχ. Παπαπέτρου, η πλήρης λύση του κοσμολογικού προβλήματος θα απαιτούσε άπειρο χρόνο. Η εννοιολογική σύγχυση (Σύμπαν=Κόσμος) είναι απλώς μια γλωσσική παραδρομή; Οπως θα υποστηρίξω, πρόκειται για θεμελιώδες φιλοσοφικό-οντολογικό σφάλμα. Σύμφωνα λοιπόν με την υπόθεση του Βig Βang, πριν από την έκρηξη δεν υπήρχε ούτε ο χώρος ούτε ο χρόνος. Αλλά κάθε φαινόμενο γίνεται κάπου (εν χώρω) και κάποια χρονική στιγμή (εν χρόνω). Η Μεγάλη Εκρηξη, αντίθετα, αν καταλαβαίνουμε τι λέμε, έγινε στοπουθενάκαι στοποτέ. Χωρίς να έχω το δικαίωμα να ισχυριστώ ότι όλοι οι κοσμολόγοι είναι υπέρ της Δημιουργίας, οφείλω να σημειώσω ότι η προηγούμενη παραδοχή ταυτίζεται με την άποψη του ιερού Αυγουστίνου, κατά την οποίαν ο Θεός δημιούργησε τον κόσμο, ουχί εν χώρω και χρόνω, αλλά μετά του χώρου και του χρόνου. Πέρα όμως από την ομοιότητα, η παραδοχή αυτή αντιφάσκει όχι μόνο με τις απόψεις των Προσωκρατικών και ειδικά του Αριστοτέλη, αλλά και με την ειδική θεωρία της Σχετικότητας (βέλος του Χρόνου, παρούσα στιγμή ως τελευτή του παρελθόντος και αρχή του μέλλοντος Χρόνου, φαινόμενα ως φυσικές διεργασίες με χρονικό πάχος).
Πριν από την Εκρηξη λοιπόν η ύλη (ποια ύλη;) υπήρχε στο πουθενά, καθ΄ ότι το σημείο μηδέν ορίζεται σε σχέση με τον ανύπαρκτο περιβάλλοντα χώρο, σε άπειρη πυκνότητα και σε άπειρη θερμοκρασία. Ποιο φυσικό νόημα μπορούν να έχουν αυτές οι δύο αποφάνσεις; Το άπειρον είναι έννοια δυναμική (αεί γε έτερον και έτερον, Αριστοτέλης). Σε σύγχρονη γλώσσα: δεν υπάρχει μέτροντου απείρου. Αν επιχειρήσουμε να ορίσουμε κάποιο σχετικό μέτρο, αυτό θα συνιστούσε την άρνηση του απείρου.
Η Εκρηξη δεν έγινε λοιπόν εν χώρω και χρόνω, όπως κάθε φυσικό φαινόμενο. Εγινε στο πουθενά και στο ποτέ. Η ύλη (ποια ύλη;) υπήρχε στο πουθενά, σε άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία. Μετά την Εκρηξη το «Σύμπαν» διαστέλλεται (πού διαστέλλεται;) δημιουργώντας τον χώρο και τον χρόνο. Συμπέρασμα: και οι τέσσερις βασικές παραδοχές του κυρίαρχου σήμερα κοσμολογικού προτύπου στερούνται φυσικού νοήματος. Το σημερινό κυρίαρχο πρότυπο είναι έναοιονεί μεταφυσικό πρότυπο.
Ο Αριστοτέλης έλεγε ότι οι Πυθαγόρειοι, έγκλειστοι στον αφηρημένο κόσμο των μαθηματικών, πίστεψαν πως οι μαθηματικές κατασκευές τους αντιστοιχούσαν στον πραγματικό φυσικό κόσμο. Η παρατήρηση του Σταγειρίτη θα ταίριαζε και για τους οπαδούς του Βig Βang. Αλλά εδώ, εκτός από τις αντιφάσεις που σημειώσαμε, ανακύπτει και ένα μαθηματικό εμπόδιο. Οι εξισώσεις της βαρύτητας του Αϊνστάιν δεν λύνονται στο σημείο μηδέν, που υποτίθεται ότι αντιπροσωπεύει την απαρχή του χώρου. Λοιπόν; Λοιπόν αναζητήθηκε μια οδός διαφυγής: δεν μπορούμε να μάθουμε ποτέ τι συνέβη στο σημείο μηδέν και στον χρόνο μηδέν. Αρχίζουμε λοιπόν να περιγράφουμε την εξέλιξη του «Σύμπαντος» 10 δευτερόλεπτα μετά την Απαρχή. Ετσι, λύνεται κατά κάποιον τρόπο η μαθηματική δυσκολία, όλα τα άλλα όμως παραμένουν: απουσία χώρου και χρόνου, διαστολή στο πουθενά, αδυναμία να μάθουμε τι υπήρχε πριν από την Εκρηξη. Επιπλέον: η ύλη (την έχουν λέει υπολογίσει, 10 gr) υπήρχε πριν από την έκρηξη; Αν ναι, τι συνέβη και εξερράγη πριν από 15 δισ.; Αν δεν υπήρχε, τότε δημιουργήθηκε μετά του χώρου και του χρόνου; Η θετικίζουσα συλλογιστική των οπαδών του Βig Βang απαντά ότι τα ερωτήματα αυτά στερούνται νοήματος και ότι το κυρίαρχο πρότυπο «είναι το καλύτερο της Αγοράς» (και εδώ αγοραία κριτήρια;). Αλλά τα ερωτήματα αυτά είναι ερωτήματα φυσικά και όχι μεταφυσικά. Οι υπεκφυγές δεν συνιστούναπαντήσεις.
 
Δεν θα μάθουμε λοιπόν ποτέ τι έγινε στο Μηδέν, ή έστω πριν από τον χρόνο Πλανκ. Αλλά και τα λεγόμενα πληθωριστικά πρότυπα, ενώ επιχειρούν να ενέσουν φυσικό περιεχόμενο στις υποθέσεις τους (π.χ. ανάδυση ύλης από το κβαντικό κενό, το οποίο δεν είναι «κενό»), υπονομεύονται επειδή προϋποθέτουν απρόσιτες φυσικές καταστάσεις και διεργασίες. Επιπλέον, και στην περίπτωση αυτή πάσχει εκ νέου η λογική: πολλαπλά σύμπαντα, μίνι σύμπαντα, κ.λπ. Ωστε το πρότυπο της Μεγάλης Εκρηξης είναι απλώς μια μαθηματική-ιδεολογική κατασκευή; Πώς θα κριθεί η αλήθεια μιας θεωρίας; Η υπόθεση του Βig Βang δεν είναι ούτε επαληθεύσιμη ούτε διαψεύσιμη. Συνεπώς δεν είναι καν επιστημονική υπόθεση. Εχει παρά ταύτα υπέρ αυτής μια σειρά παρατηρησιακά δεδομένα, τα οποία όμως επιδέχονται και αντίθετες ερμηνείες.
 
Ας τα απαριθμήσουμε, εφόσον ο χώρος δεν επιτρέπει να τα «συζητήσουμε».
Μάζα του Σύμπαντος. Ζυγίσαμε λοιπόν το Σύμπαν;
Ομοιογένεια και ισοτροπία στην κατανομή της ύλης. Η υπόθεση είχε ήδη αμφισβητηθεί από τον Αμπαρτσουμιάν (τον επιλεγόμενο «μπουλντόζα της κοσμολογίας»). Τα σημερινά παρατηρησιακά δεδομένα αποκαλύπτουν μια άκραετερογένεια: Τεράστιες «πίτες» ύλης, μήκους δισεκατομμυρίων ετών φωτός περιβαλλόμενες από αχανείς εκτάσεις κενού. Αλυσίδες πλάτους δισ. ετών φωτός. Ιεραρχική κατανομή γαλαξιών, κ.λπ. Αλλά η ομοιογένεια αποτελεί βασική παραδοχή του Βig Βang.
Μετατόπιση του φάσματος των γαλαξιών που εξηγείται με τη φυγή των γαλαξιών. Αλλά υπάρχουν και διαφορετικές ερμηνείες: υπόθεση του «κουρασμένου φωτός», υπόθεση δημιουργίας ύλης (Ηoyle, Νarlikar, Αrp) κ.λπ.
Ηλικία του «Σύμπαντος: Υπολογίζεται με βάση την τιμή της σταθεράς του Χαμπλ. Εντούτοις δεν υπάρχει συμφωνία ως προς αυτή την τιμή. Με τιμή 45, το «Σύμπαν» έχει ηλικία 18 δισ. (Santage). Με τιμή 85, 8 δισ. (Vaucouleurs). Λοιπόν;
Ακτινοβολία βάθους 2,7 απόλυτων βαθμών. Θεωρήθηκε ως απόδειξη του Βig Βang. Αλλά η ακτινοβολία αυτή είχε ήδη προβλεφθεί από τους Findlay-Frieundlich και Μax Βorn στο πλαίσιο ενός στάσιμου πρότυπου. Επίσης από τον Εντιγκτον, χωρίς Βig Βang. Κατ΄ άλλους, δεν έχει κοσμολογική προέλευση.
Νουκλεοσύνθεση. Υποτίθεται ότι τα ελαφρά στοιχεία δημιουργήθηκαν κατά την πρώτη στιγμή. Αλλά κατά τους Βurbidge, Fowell και Ηoyle, τα στοιχεία δημιουργούνται στην καρδιά των γαλαξιών, όχι κατά το Βig Βang. Κατά τον J.C. Ρecker, εξάλλου, η νουκλεοσύνθεση συνεχίζεται σε κάθε εποχή.
Κβάζαρς. Εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα, με ισχυρή μετατόπιση προς το ερυθρό. Η ανακάλυψή τους θεωρήθηκε περίπου απόδειξη του κυρίαρχου προτύπου. Αλλά σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του Ηalton Αrp, τα κβάζαρς δεν βρίσκονται στις εσχατιές του ουρανού. Τα κβάζαρς εξακοντίζονται με τεράστιες ταχύτητες από την καρδιά γαλαξιών, είναι πιο πολλά γύρω από γαλαξίες και συνδέονται με γαλαξίες με γέφυρες ύλης. Αλλο ένα από τα θεμέλια του προτύπου φαίνεται να κλονίζεται.
 
Αλλά, ανεξάρτητα από παραδοχές χωρίς νόημα και αμφισβητήσιμες αλήθειες, τα κεκτημένα της αστροφυσικής και της κοσμολογίας μπορούν να συγκροτήσουν ένα διαλεκτικό σενάριο, με τον όρο ότι θα αποκαθαρθούν από την αξίωση ότι η κοσμολογία μπορεί να περιγράψει τη γέννηση και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Η θραύση των συμμετριών, η δημιουργία νέων μορφών ύλης, η μελέτη και η γνώση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων, οι νόμοι της διατήρησης και οι νόμοι μετασχηματισμού, το αναλλοίωτο και το μεταβλητό, η υπέρβαση της σωματιδιακής αντίληψης του αντικειμένου ως αυτόνομης και συμπαγούς οντότητας στον χώρο, η αναζήτηση της διαλεκτικής ανάμεσα στα πράγματα και στις σχέσεις, όλη η μεγάλη σειρά ανακαλύψεων και ιδεών, συνιστούν ήδη ένα πλούσιο υλικό για την επεξεργασία των στοιχείων μιας διαλεκτικής της κοσμογένεσης.
 
Εν τέλει το κυρίαρχο πρότυπο περιέχει κοσμοϊστορικές αλήθειες, έγκλειστες σε ένα μαθηματικο-ιδεολογικό σχήμα. Με την ανάπτυξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματίων και τη συγκεκριμένη γνώση των φυσικών αλληλεπιδράσεων, το πρότυπο αυτό απέκτησε φυσικό περιεχόμενο. Απαλλαγμένο από τα μηδέν και τα άπειρα, θεωρούμενο ως πρότυπο του προσιτού σήμερα μέρους του Σύμπαντος, είναι ένα πρότυπο κοσμογένεσης: δημιουργίας και καταστροφής μορφών. Ειδικά στην πορεία της κοσμικής εξέλιξης η ύλη έχει αλλάξει μορφές: η ύλη δεν αποτελείτο πάντα από τα άτομα του Δημόκριτου και του Νεύτωνα. Ηιστορικότητατων μορφών της ύλης είναι μια κεφαλαιώδης κατάκτηση της κοσμολογίας.
Εν τέλει, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο κόσμος μας προήλθε από μία ή έναν τεράστιο αριθμό εκρήξεων στον υπάρχοντα χώρο και χρόνο, εκρήξεων της υπάρχουσας ύλης ή με την ανάδυση ύλης από το υποκβαντικό επίπεδο.
Κατά τον Αλφβεν (βραβείο Νομπέλ) η υπόθεση του Βig Βang είναι ένας ωραίος μύθος. Ομως ένας μύθος που περιέχει επαναστατικές αλήθειες, έγκλειστες στο ιδεολογικό σχήμα.
 




Δε γίνονται θαύματα στο πολυσύμπαν

16 10 2010

(Κριτική για το τελευταίο βιβλίο του Stephen Hawking και Leonard Mlodinow The Grand Design)

Του Michael Turner, Περιοδικό Nature

Παρά την εκτεταμένη δημοσιότητα περί του αντιθέτου, το βιβλίο Το Μεγάλο Σχέδιο δεν αποδοκιμάζει την ύπαρξη του Θεού. Η επιστήμη δεν έχει κάτι καινούργιο να πει από την εποχή που ο Γάλλος μαθηματικός και φυσικός Laplace στο σχόλιο του Μεγάλου Ναπολέοντα ότι στο βιβλίο του Ουράνια Μηχανική που περιέγραφε το ηλιακό σύστημα και το σύμπαν, δεν ανέφερε ούτε σε μια παράγραφο το Δημιουργό του απάντησε: «Δε χρειάστηκε ούτε στιγμή να βασιστώ στην υπόθεση της Ύπαρξης του». Αντίθετα, οι θεωρητικοί φυσικοί Stephen Hawking και Leonard Mlodinow παραθέτουν μια σύντομη αλλά συναρπαστική αναφορά κάποιων εκ των τολμηρότερων ιδεών στη φυσική – συμπεριλαμβανομένης της Μ-Θεωρίας και του πολυσύμπαντος –και τι έχουν αυτές να μας πουν για την ύπαρξη και τη φύση του Σύμπαντος.

Το Μεγάλο Σχέδιο ιχνηλατεί την ιστορία της επιστήμης από την εποχή του Θαλή το Μιλήσιο μέχρι τις μέρες μας αγγίζοντας έξι θεμελιώδη σημεία: τον ισχυρισμό των Ιώνων φιλοσόφων περί το 600 π.Χ ότι ο κόσμος κυβερνάται από νόμους, την ανακάλυψη των πρώτων απλών νόμων από τον Αρχιμήδη περί το 200 π.Χ και τη μαθηματική έκφραση των νόμων της κίνησης και της βαρύτητας από τον Νεύτωνα το 1680, τον ισχυρισμό του Laplace το δέκατο ένατο αιώνα ότι ο κόσμος είναι ντετερμινιστικός και δε χρειάζεται το Θεό, το ερώτημα του Αϊνστάιν στις αρχές του εικοστού αιώνα αν ο δημιουργός έχει επιλογή για τους νόμους τη φύσης και τη σημερινή έκφραση αυτών των νόμων στο καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής και της θεωρίας της γενικής σχετικότητας.

Πολλοί θεωρούν ότι το καθιερωμένο μοντέλο και η γενική σχετικότητα μαζί, περικλείουν όλους τους κανόνες τους οποίους ήλπιζαν να ανακαλύψουν οι Ίωνες φιλόσοφοι. Αυτές οι θεωρίες από κοινού περιγράφουν τα πάντα, από τη βιοχημεία μέχρι τη δομή μεγάλης κλίμακας του Σύμπαντος. Αλλά η ασυμβατότητα ανάμεσα στην ντετερμινιστική φύση της γενικής σχετικότητας και της πιθανοκρατικής κβαντικής προσέγγισης της σωματιδιακής φυσικής μας οδηγεί σε μια μεγαλύτερη θεωρία. Η ανακάλυψη μιας τέτοιας θεωρίας με την ενοποίηση όλων των δυνάμεων και των στοιχειωδών σωματιδίων, αποτελεί το Ιερό Δισκοπότηρο της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής. Ο Hawking και άλλοι διατηρούν την ελπίδα ότι η τελική μοναδικότητα της θεωρίας θα απαντήσει στο ερώτημα του Αϊνστάιν και θα αποκαλύψει ότι ο δημιουργός δεν είχε, πράγματι, επιλογή.
Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί από φιλοσοφική διάθεση απασχολούνται με έναν άλλο γρίφο των θεμελιωδών νόμων: την έκδηλη εξειδίκευσή τους. Ο Hawking και ο Mlodinow περιγράφουν ως «θαύμα» το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι επιτρέπουν ένα φιλόξενο Σύμπαν – στο οποίο η ύλη είναι περισσότερη από την αντιύλη – και στο οποίο οι Γαλαξίες φιλοξενούν άστρα που ζουν δισεκατομμύρια χρόνια και γύρω τους περιστρέφονται πλανήτες πάνω στους οποίους αναπτύσσονται και εξελίσσονται οργανισμοί με βάση τον άνθρακα. Ένα τέτοιο «θαύμα» δε θα είχε συντελεστεί αν οι σταθερές της φύσης ήταν ελάχιστα διαφορετικές. Το γεγονός αυτό έχει οδηγήσει κάποιους στην προώθηση της ανθρωπικής προσέγγισης του Σύμπαντος: οι φυσικοί νόμοι είναι αυτοί που είναι επειδή αν δεν ήταν αυτοί που είναι δε θα είχε εξελιχθεί η ζωή για να τους ανακαλύψει. Σε μια θεωρία των πάντων, το γεγονός της ύπαρξής μας θα έπρεπε να είναι αποδεκτό.

Αναζητώντας το Άγιο Δισκοπότηρο, ο Hawking και άλλοι βασίζουν τις ελπίδες τους πρώτον στην υπερβαρύτητα και ακολούθως στη θεωρία των χορδών. Και οι δύο αναγνωρίζονται στις μέρες μας ως διαφορετικές θεωρήσεις ενός ευρύτερου μαθηματικού πλαισίου που ονομάζεται Μ-Θεωρία στην οποία το γράμμα Μ δεν έχει ακόμα καθοριστεί: είναι Κύριος (Master), Θαύμα (Miracle) ή Αντικατοπτρισμός (Mirrage)? Η Μ-Θεωρία ενοποιεί τη βαρύτητα με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις (την ασθενή πυρηνική, την ισχυρή πυρηνική και τον ηλεκτρομαγνητισμό), προβλέπει εφτά επιπρόσθετες χωρικές διαστάσεις και προτείνει ότι ο χώρος και ο χρόνος μπορεί να είναι απορρέοντα φαινόμενα και όχι θεμελιώδη. Είναι συναρπαστική και σπουδαία θεωρία αλλά μένουν αρκετά που πρέπει να ανακαλυφθούν ακόμα.

Πέραν της απουσίας οποιασδήποτε ακαταμάχητης πειραματικής απόδειξης της Μ-Θεωρίας υπάρχει ακόμα μια δυσκολία: οι προβλέψεις απέχουν πολύ από το να θεωρηθούν  μοναδικές. Υπάρχουν 10500 (δέκα υψωμένο στη δύναμη 500) διαφορετικοί τρόποι να «διπλωθούν» οι επιπλέον επτά διαστάσεις και να κρυφτούν ενώ ο τρόπος που «διπλώνονται» καθορίζει τος θεμελιώδεις σταθερές και το τι αντιλαμβάνονται τα  όντα που ζουν σε τέσσερις διαστάσεις ως φυσική. Έτσι, ακόμα και αν η Μ-Θεωρία είναι η μόνη τελική θεωρία, απομένουν 10500 δυνατότητες για τους νόμους της φυσικής που μελετούμε.

Όπως εξηγούν οι Hawking και Mlodinow η πληθωριστική κοσμολογία μετατρέπει αυτή την αδυναμία σε αρετή ενώ απαντά μερικώς στο ερώτημα του Αϊνστάιν και εξαφανίζει την ανάγκη ενός θαύματος. Κοσμικός πληθωρισμός είναι η διαδικασία σύμφωνα με την οποία ένα μικρό τμήμα του εμβρυακού σύμπαντος εκρήγνυται σε ένα τεράστιο, γεωμετρικά επίπεδο και σχεδόν λείο υποσύνολο το οποίο είναι αρκετά μεγάλο για να συμπεριλάβει καθετί που παρατηρούμε, εξηγώντας συνεπώς το Σύμπαν που μας περιβάλλει. Όμως, εξαιτίας της κβαντομηχανικής ο πληθωρισμός δεν αποτελεί στιγμιαίο φαινόμενο αλλά χρονικά συνεχές. Γιγαντιαίες φυσαλίδες χωρόχρονου γεννιούνται συνεχώς. Κάθε μια από αυτές δε συνδέεται με τις άλλες ενώ εγκιβωτίζει τους δικούς της φυσικούς νόμους.

Κατά συνέπεια, ισχυρίζονται οι Hawking και Mlodinow, δεν συντελείται κανένα θαύμα: ο πληθωρισμός μαζί με την Μ-Θεωρία ισοδυναμούν με το πολυσύμπαν. Το δικός μας ιδιαίτερο σύμπαν αποτελεί προϊόν επιλογής: έχουν δοκιμαστεί όλες οι δυνατότητες ενώ το ανθρώπινο είδος βρίσκεται να υπάρχει μέσα στο μοναδικό είδος πληθωριστικού υποσυνόλου το οποίο μπορεί να υποστηρίξει την ύπαρξή του. Το μεγάλο σχέδιο δεν είναι απαραίτητο.

Το πολυσύμπαν είναι πιθανόν η πιο σημαντική ιδέα του καιρού μας η οποία μπορεί να είναι και ορθή αλλά μου προκαλεί πονοκεφάλους. Είναι εν τέλει επιστήμη αν δεν μπορούμε να τη δοκιμάσουμε πειραματικά? Τα διαφορετικά υποσύνολα δεν επικοινωνούν μεταξύ τους και έτσι δε θα έχουμε τη δυνατότητα να τα παρατηρήσουμε.  Το πολυσύμπαν μετατοπίζει παρά απαντά στο ερώτημα περί της επιλογής και του επιλέγοντος και δεν εξηγεί γιατί υπάρχει κάτι αντί του να μην υπάρχει τίποτα. Οι Hawking και Mlodinow υποστηρίζουν ότι οι αρνητικές ενέργειες του βαρυτικού δυναμικού επιτρέπουν να προκύπτει κάτι από το τίποτα – αλλά υπάρχει ακόμα το ερώτημα (υπό μορφή ικεσίας) γιατί υπάρχει χώρος, χρόνος και η Μ-Θεωρία.

Ο Hawking δεν έχει αποκλείσει την ύπαρξη του Θεού ή ακόμα και την παράξενη πιθανότητα ο δημιουργός μας να είναι ένας φοιτητής φυσικής ενός πολύ εξελιγμένου πολιτισμού ο οποίος εκτελεί ένα εργαστηριακό πείραμα ρουτίνας. Έχει ενισχύσει την άποψη του Laplace ότι αν και απαιτείται μια διαδικασία συγκρότησης, δεν είναι απαραίτητος κάποιος δημιουργός. Είναι γνωστό ότι ο Hawking δεν είναι λάτρης καμίας θρησκείας αλλά τα μέσα ενημέρωσης εξέλαβαν τη «μη αναγκαιότητα ύπαρξης του Θεού» ως «μη ύπαρξη του Θεού».

Το βιβλίο των Hawking και Mlodinow είναι ένα από τα πολλά βιβλία αρκετών φυσικών που ασχολούνται με θεωρία του πολυσύμπαντος όπως το Cosmic Landscape του Leonard Susskind, το Many Worlds in One του Alex Vilenkin και το Our Cosmic Habitat του Martin Rees. Αλλά όταν μιλά ο Hawking, οι άνθρωποι τον ακούνε με προσοχή. Η διαυγής, άμεση προσέγγισή του και η επιθυμία του να προκαλεί είναι απολαυστική, είτε συμφωνείς μαζί του ή όχι. Με ηχηρές δηλώσεις όπως «Η φιλοσοφία είναι νεκρή», υπονοεί ότι είναι καθήκον των φυσικών επιστημόνων να σηκώσουν στους ώμους τους τα μεγάλα μεταφυσικά ερωτήματα.

Το Μεγάλο Σχέδιο μου υπενθυμίζει, όπως λέω στους φοιτητές  μου, ότι η επιστήμη δεν ασχολείται με το «Γιατί» αλλά με το «Πως». Ο Richard Feynman διερεύνησε τον κίνδυνο της ενασχόλησης με το «Γιατί» σε κάποιες διαλέξεις του το 1964. Προειδοποίησε ότι αν επιτύχουμε τον στόχο των Ιώνων φιλοσόφων για την ανακάλυψη όλων των νόμων που διέπουν το Σύμπαν, τότε «οι φιλόσοφοι που βρίσκονταν πάντα «εκτός» διατυπώνοντας ηλίθιες παρατηρήσεις, θα μπορέσουν να εισχωρήσουν «εντός» προσπαθώντας να εξηγήσουν ΓΙΑΤΙ ισχύον αυτοί οι νόμοι. Και δε θα μπορούμε να τους απωθήσουμε θέτοντας ερωτήματα για τις προβλέψεις αυτών των ιδεών που να μπορούν να δοκιμαστούν πειραματικά». Ο χρόνος θα δείξει αν βρισκόμαστε μπροστά σε κάτι πραγματικά μεγάλο αναφορικά με την ιδέα του πολυσύμπαντος ή αν απλά μεταμορφωνόμαστε στους φιλοσόφους για τους οποίους μας είχε προειδοποιήσει ο Feynman.

Ο Michael Turner είναι διευθυντής του ινστιτούτου Cosmological Physics στο University of Chicago

(Απόδοση Γιάννης Φαίλτωρ)

Πηγή: http://www.antinews.gr/?p=65715








Αρέσει σε %d bloggers: