Μια νέα θεωρία έρχεται να ανατρέψει όλα όσα ξέρουμε για την αρχή του σύμπαντος προτείνοντας ότι... δεν υπήρξε αρχή!
Εν ἀρχῇ ἐποίησεν ὁ Θεὸς τὸν οὐρανὸν καὶ τὴν γῆν. Έτσι ξεκινά η Γένεσις στην Αγία Γραφή προτείνοντας την θεολογική εξήγηση για τη δημιουργία του κόσμου. Οι αστροφυσικοί από την άλλη έχουν σχεδόν αποδείξει ότι… εν ἀρχῇ ήταν το Big Bang, η Μεγάλη Έκρηξη που «γέννησε» ολόκληρο το σύμπαν. Τι θα συνέβαινε όμως αν δεν υπήρχε καν… αρχή;
Μια νέα θεωρία κβαντικής βαρύτητας έρχεται να ανατρέψει τα επιστημονικά
δεδομένα υποστηρίζοντας ότι δεν υπήρξε ποτέ αρχή γιατί πολύ απλά το σύμπαν
υπάρχει αέναα.
Η επιστημονική ιστοσελίδα Live Science παρουσίασε μια νέα
μελέτη του φυσικού Μπρούνο Μπέντο, ο οποίος υποστηρίζει ότι το σύμπαν μας ίσως
υπήρχε ανέκαθεν και ότι μια νέα θεωρία κβαντικής βαρύτητας θα μπορούσε να αποδείξει
πώς αυτό θα λειτουργούσε.
«Η πραγματικότητα έχει τόσα πολλά στοιχεία που οι
περισσότεροι θα τα συνέδεαν με την επιστημονική φαντασία ή ακόμα και τη σκέτη
φαντασία», αναφέρει ο Μπέντο, ένας φυσικός που μελετά τη φύση του χρόνου στο
Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ.
Ο Μπέντο σε αυτή του τη μελέτη χρησιμοποίησε μια νέα θεωρία
της κβαντικής βαρύτητας, η οποία ονομάζεται θεωρία αιτιώδους συνόλου. Σύμφωνα με
αυτή, ο χώρος και ο χρόνος διασπώνται σε διακριτά κομμάτια του χωροχρόνου, ενώ σε
κάποιο επίπεδο υπάρχει μια θεμελιώδης μονάδα χωροχρόνου.
Ο Μπέντο και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αυτήν την
αιτιώδη προσέγγιση για να εξερευνήσουν την αρχή του σύμπαντος. Διαπίστωσαν ότι
είναι πιθανό το σύμπαν να μην είχε αρχή, να υπήρχε πάντα στο άπειρο παρελθόν
και μόλις «πρόσφατα» να εξελίχθηκε σε αυτό που ονομάζουμε Big Bang.
Η κβαντική βαρύτητα
Η κβαντική βαρύτητα είναι ίσως ένα από τα πιο περίπλοκα θέματα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη φυσική. Σήμερα υπάρχουν δύο εντυπωσιακά αποτελεσματικές θεωρίες για το σύμπαν: η κβαντική φυσική και η γενική θεωρία της σχετικότητας. Χάρη στην κβαντική φυσική έχουν περιγραφεί επιτυχημένα και σε μικροσκοπική κλίμακα τρεις από τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης (ηλεκτρομαγνητισμός, ασθενής πυρηνική αλληλεπίδραση, ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση). Η γενική θεωρία της σχετικότητας, που εισήγαγε πρώτος ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, έχει δώσει από την άλλη την πιο ισχυρή και ολοκληρωμένη περιγραφή της βαρύτητας που υπάρχει μέχρι σήμερα.
Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας
καλύπτει σχεδόν τα πάντα δεν είναι απόλυτα πλήρης. Σε δύο τουλάχιστον περιπτώσεις
στο σύμπαν, τα μαθηματικά της θεωρίας της σχετικότητας φαίνεται ότι παύουν να
ισχύουν και δεν μπορούν να δώσουν τα σωστά στοιχεία. Τα σημεία αυτά είναι τα
κέντρα των μαύρων τρυπών και η αρχή του σύμπαντος. Αυτές οι περιπτώσεις
χαρακτηρίζονται από τους αστροφυσικούς ως «ιδιαιτερότητες». Είναι δηλαδή
περιοχές του χωροχρόνου όπου οι ισχύοντες νόμοι της φυσικής τα… βρίσκουν
δύσκολα και υπάρχουν σοβαρές αποδείξεις στις πράξεις των μαθηματικών που
δείχνουν ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας απλώς παύει να ισχύει. Σε αυτές στις
δύο μοναδικές περιπτώσεις, η βαρύτητα γίνεται τόσο ισχυρή σε πολύ μικροσκοπική
κλίμακα κάτι που δεν μπορεί να εξηγεί η θεωρία της σχετικότητας.
Έτσι, για να λύσουν τα μυστήρια αυτών των «ιδιαιτεροτήτων»,
οι φυσικοί χρειάζονται μια μικροσκοπική περιγραφή της ισχυρής βαρύτητας. Αυτό
προσπαθεί να κάνει η κβαντική θεωρία της βαρύτητας, η οποία περιλαμβάνει διάφορα
μοντέλα, όπως την θεωρία των χορδών και την θεωρία της κβαντικής βαρύτητας
βρόχων. Υπάρχει ωστόσο και μια ακόμα προσέγγιση της κβαντικής βαρύτητας, η οποία ουσιαστικά ξαναγράφει
από την αρχή τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον χώρο και τον χρόνο.
Η αιτιώδης θεωρία
συνόλων
Σε όλες τις τρέχουσες θεωρίες της φυσικής, ο χώρος και ο
χρόνος είναι συνεχείς. Σχηματίζουν μια λεία επιφάνεια που βρίσκεται κάτω από
όλη την πραγματικότητα. Σε έναν τέτοιο συνεχή χωροχρόνο, δύο σημεία μπορούν να
είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο χώρο το ένα με το άλλο και δύο γεγονότα
μπορούν να συμβούν όσο το δυνατόν πιο κοντά στο χρόνο το ένα με το άλλο.
Ωστόσο, μια άλλη προσέγγιση, που ονομάζεται θεωρία αιτιώδους
συνόλου, περιγράφει από την αρχή το χωροχρόνο ως μια σειρά διακριτών κομματιών
ή αλλιώς «χωροχρονικών ατόμων». Αυτή η θεωρία θέτει αυστηρά όρια στο πόσο
κοντά μπορεί να είναι τα γεγονότα στο χώρο και στο χρόνο, αφού δεν μπορούν να
είναι πιο κοντά από το μέγεθος ενός «χωροχρονικού ατόμου».
Μπορούμε να καταλάβουμε αυτή τη θεωρία μέσα από ένα απλό παράδειγμα. Καθώς κοιτάς την οθόνη σου διαβάζοντας αυτό
το κείμενο, τα πάντα φαίνονται ομαλά και συνεχή. Αλλά αν κοιτούσες την ίδια
οθόνη με ένα μεγεθυντικό φακό θα μπορούσες να δεις pixel που θα
χώριζαν το χώρο της οθόνης και θα ήταν αδύνατο να φέρεις δύο εικόνες της οθόνης
πιο κοντά από ένα μόνο pixel
Αυτή η θεωρία της φυσικής ενθουσίασε τον Μπέντο.
«Ενθουσιάστηκα που βρήκα αυτή τη θεωρία, η οποία όχι μόνο προσπαθεί να γίνει
όσο το δυνατόν πιο θεμελιώδης – είναι μια προσέγγιση στην κβαντική βαρύτητα και
στην πραγματικότητα επανεξετάζει την έννοια του ίδιου του χωροχρόνου – αλλά δίνει
επίσης έναν κεντρικό ρόλο στον χρόνο και στο τι σημαίνει αυτό για το πέρασμα
του χρόνου, πόσο φυσικό είναι το παρελθόν μας και αν το μέλλον υπάρχει ήδη ή
όχι», δήλωσε ο Μπέντο στο Live Science.
Αρχή του χρόνου
Η θεωρία των αιτιωδών συνόλων έχει σημαντικές συνέπειες στη φύση του
χρόνου.
«Ένα τεράστιο μέρος της φιλοσοφίας της αιτιώδους θεωρίας των
συνόλων είναι ότι το πέρασμα του χρόνου είναι κάτι φυσικό που δεν θα πρέπει να
αποδίδεται σε κάποιο αναδυόμενο είδος ψευδαίσθησης ή σε κάτι που συμβαίνει μέσα
στον εγκέφαλό μας και μας κάνει να πιστεύουμε ότι ο χρόνος περνάει. Αυτό το
πέρασμα είναι, από μόνο του, μια εκδήλωση της φυσικής θεωρίας», δήλωσε ο
Μπέντο. «Έτσι, σύμφωνα με τη συγκεκριμένη θεωρία, ένα αιτιατό σύνολο θα
μεγαλώνει κατά ένα “άτομο” κάθε φορά και θα γίνεται όλο και μεγαλύτερο».
Η προσέγγιση της αιτιωδούς θεωρίας του συνόλου απομακρύνει επιδέξια
το πρόβλημα της «ιδιαιτερότητας» που αποτελεί η Μεγάλη Έκρηξη, επειδή στη
θεωρία αυτή δεν μπορούν να υπάρξουν εξαιρέσεις και «ιδιαιτερότητες». Είναι
αδύνατο να συμπιεστεί η ύλη σε απείρως μικροσκοπικά σημεία. Δεν μπορούν να
γίνουν μικρότερα από το μέγεθος ενός «ατόμου του χωροχρόνου».
Έτσι, χωρίς τη ιδιαιτερότητα της Μεγάλης Έκρηξης, πώς θα
έμοιαζε η αρχή του σύμπαντός μας; Από αυτό το σημείο άρχισαν την μελέτη τους ο Μπέντο
και ο συνεργάτης του, Σταβ Ζάλελ – ένας τελειόφοιτος του Imperial College του
Λονδίνου- εξερευνώντας τι έχει να πει η θεωρία των αιτιωδών συνόλων για τις
αρχικές στιγμές του σύμπαντος. Το έργο τους εμφανίζεται σε ένα έγγραφο που
δημοσιεύτηκε στις 24 Σεπτεμβρίου στη βάση προδημοσιευμένων δεδομένων arXiv . (Η
εργασία δεν έχει ακόμη δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό για έγκριση).
Η εργασία εξετάζει «εάν πρέπει να υπάρχει αρχή βάσει της
προσέγγισης της θεωρίας αιτιώδους συνόλου», είπε ο Μπέντο. «Στην αρχική
διατύπωση και δυναμική των αιτιωδών συνόλων, μιλώντας γενικά, ένα αιτιώδες
σύνολο αναπτύσσεται από το τίποτα στο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα. Στη μελέτη
μας, αντίθετα, δεν θα υπήρχε η Μεγάλη Έκρηξη ως αρχή, καθώς το αιτιώδες σύνολο
θα ήταν άπειρο στο παρελθόν και έτσι υπάρχει πάντα κάτι πριν».
Η εργασία τους υπονοεί ότι το σύμπαν μπορεί να μην είχε αρχή,
ότι απλώς υπήρχε πάντα. Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να
ήταν απλώς μια συγκεκριμένη στιγμή στην εξέλιξη αυτού του πάντοτε υπάρχοντος
αιτιώδους συνόλου, όχι μια αληθινή αρχή.
Ωστόσο, πολλή δουλειά
πρέπει να γίνει ακόμα. Δεν είναι ακόμη σαφές εάν αυτή η αιτιολογική προσέγγιση
χωρίς αρχή μπορεί να επιτρέψει φυσικές θεωρίες με τις οποίες μπορούμε να
εργαστούμε για να περιγράψουμε τη σύνθετη εξέλιξη του σύμπαντος κατά τη
διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης.
«Ίσως κάποιος αναρωτηθεί αν αυτή η προσέγγιση του
αιτιώδους συνόλου μπορεί να ερμηνευτεί με “λογικό τρόπο” ή τι σημαίνει αυτή η
δυναμική φυσικά με μια ευρύτερη έννοια. Δείξαμε όμως ότι ένα πλαίσιο είναι
πράγματι δυνατό», είπε χαρακτηριστικά ο Μπέντο. «Έτσι, τουλάχιστον μαθηματικά,
αυτό μπορεί να γίνει».