Σε ποιόν ανήκει το σύμπαν;

[Iblis]

O Στίβεν Χώκινγκ (Stephen Hawking, γενν. 8 Ιανουαρίου 1942) είναι Βρετανός θεωρητικός φυσικός.

Το 1962 οι γιατροί πληροφόρησαν τον Χώκινγκ ότι έπασχε από μια ασθένεια του νευρομυϊκού συστήματος και ότι του απέμεναν μόνο 2 χρόνια ζωής. Ωστόσο, εκείνος έγινε ένας εξαίρετος ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ και επίτιμο μέλος του Conville and Cauius College. Από το 1979 έως σήμερα είναι Λουκασιανός καθηγητής Μαθηματικών και Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Καίμπριτζ.

Ο καθηγητής Χώκινγκ, γνωστός κυρίως για την θεωρητική εργασία του για τις μαύρες τρύπες, έστρεψε το ενδιαφέρον του στη φύση της γένεσης του Σύμπαντος. Οι θεωρίες του ενισχύθηκαν σημαντικά από τις ανακαλύψεις του δορυφόρου COBE.

Έχει πάμπολλες τιμητικές διακρίσεις. Έλαβε τον τίτλο του "Συνοδού επί τιμής" και είναι μέλος της Βασιλικής Εταιρίας του Λονδίνου και της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ.

Τα έργα του κυρίως εκλαϊκευτικά της φυσικής επιστήμης έχουν εκδοθεί σε δεκάδες εκδόσεις σε όλο το κόσμο, ιδιαίτερα το περίφημο Το Χρονικό του Χρόνου.

[size=18pt]Επιλεγμένη βιβλιογραφία[/size]

Εκλαϊκευμένα βιβλία φυσικής
Το Χρονικό του Χρόνου, 1988.
Μαύρες Τρύπες, Σύμπαντα Βρέφη και άλλα δοκίμια, 1993.
Το Σύμπαν σε ένα Καρυδότσουφλο, 2001.
Στους Ώμους Γιγάντων, 2002.
Ένα Συντομότερο Χρονικό του Χρόνου, 2005.

 

[Iblis]

Η εκρηκτική νέα θεωρία του Στήβεν Χώκινγκ

Πηγή: Telegraph, Σεπτέμβριος 2008

Ο Στήβεν Χώκινγκ έχει καταλήξει σε μια νέα ιδέα για να εξηγήσει γιατί το Big Bang της δημιουργίας οδήγησε στο απέραντο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα. Η νέα θεωρία πιστεύει ότι οι αρχικές εκτιμήσεις της διαστολής κατά το Big Bang είναι λάθος.

Οι αστρονόμοι μπορούν να συμπεράνουν ότι το πρώιμο σύμπαν επεκτάθηκε με ένα ρυθμό που δεν χωράει στο μυαλό του ανθρώπου, επειδή περιοχές του σύμπαντος που απέχουν τεράστιες αποστάσεις έχουν παρόμοιες θερμοκρασίες στο μικροκυματικό κοσμικό υπόβαθρο.

Έχουν λοιπόν προτείνει μια διαδικασία ταχείας διαστολής των γειτονικών περιοχών, με παρεμφερείς κοσμικές ιδιότητες, για να εξηγήσουν αυτή την εκρηκτική ανάπτυξη, που ονομάζουν τον πληθωρισμό.

Όμως αυτή η θεωρία μας άφησε ένα βαθύτερο μυστήριο: γιατί ο πληθωρισμός έχει παρουσιαστεί στο πρώτο μέρος;

Έχει λοιπόν προταθεί μια απάντηση γι αυτό το ζήτημα από τον Στήβεν Χώκινγκ του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ και τον Thomas Hertog του Εργαστηρίου Αστροσωματιδιακής Κοσμολογίας στο Παρίσι.

Ο Hawking είναι πιο γνωστός για τις προσπάθειές του να συνδυάσει την κβαντική θεωρία του πολύ μικρού, την βαρύτητα και την θεωρία του πολύ μεγάλου, τη Γενική Σχετικότητα, σε μια νέα θεωρία, που ονομάζεται κβαντική βαρύτητα.

Η κβαντομηχανική είναι πλημμυρισμένη με περίεργες ιδέες και μπορεί να ρίξει νέο φως στον πληθωρισμό, ο οποίος άρχισε όταν το ίδιο το σύμπαν είχε περίπου το μέγεθος ενός ατόμου.

Με την κβαντική θεωρία, όταν ένα σωματίδιο του φωτός ταξιδεύει από το Α στο Β, δεν κάνει μία διαδρομή αλλά ταυτόχρονα εξερευνά κάθε δυνατή διαδρομή από το Α έως το Β, με τις κατευθείαν διαδρομές να χρησιμοποιούνται πιο πολύ.

Αριστερά: η άμεση διαδρομή είναι μία από τις πολλές δυνατές διαδρομές

Το γεγονός αυτό - της δυνατότητας πολλών διαδρομών - ονομάζεται άθροισμα πιθανών ιστοριών και οι Hawking - Hertog προτείνουν το ίδιο πράγμα και για τον Κόσμο.

Σε αυτή την θεωρία, το πρώιμο σύμπαν μπορεί να περιγραφεί από ένα μαθηματικό αντικείμενο - την κυματοσυνάρτηση - και, όπως το φωτόνιο δεν κάνει μία διαδρομή από το Α έως το Β, έτσι και η ομάδα πρότεινε πριν από δύο χρόνια ότι δεν υπάρχει μια μοναδική καταγωγή του Κόσμου: αντίθετα η κυματοσυνάρτηση του σύμπαντος αγκάλιασε ένα μεγάλο πλήθος μέσων για να αναπτυχθεί.

Αυτό τι σημαίνει στην πραγματικότητα: αυτοί υποστήριξαν ότι το σύμπαν άρχισε με κάθε τρόπο που μπορεί να φανταστεί κανείς (και ίσως και κάποιες που δεν γίνεται). Από αυτή την αφθονία των απαρχών του σύμπαντος, σαν ένα μείγμα των πιθανών δημιουργιών του Θεού, η συντριπτική πλειοψηφία των συμπάντων βρεφών εξασθένησε οπότε άφησαν τη θέση τους στο ώριμο Σύμπαν που βλέπουμε σήμερα.

Όμως, όπως κάθε νέα ιδέα, υπήρχαν προβλήματα. Οι δύο καθηγητές διαπίστωσαν ότι δεν μπορούσαν να εξηγήσουν την ταχύτατη διαστολή ή πληθωρισμός του σύμπαντος, αποδείξεις της οποίας έχουν μείνει γύρω μας στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, στην πραγματικότητα το τελευταίο είναι η ηχώ του big bang, ένα κατάλοιπο της δημιουργίας που μπορεί να μετρηθεί με πειράματα είτε με μετεωρολογικά μπαλόνια είτε με διαστημικούς ανιχνευτές.

Πρόσφατα, σε μια δημοσίευση στο Physical Review Letters οι δύο τους μαζί με τον James Hartle του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στην Αγία Βαρβάρα (Santa Barbara), αναγνώρισαν οτι οι προηγούμενες εκτιμήσεις τους για τον πληθωρισμό ήταν λάθος, γιατί δεν είχε μελετηθεί πλήρως η σχέση μεταξύ, αφενός, των θεωρητικών προβλέψεων και, αφετέρου, των παρατηρήσεις μας από την ηχώ του big bang.

Στην αρχή, διαπίστωσαν ότι η πιο πιθανή ιστορία του Σύμπαντος είχε υποστεί μόνο "λίγο πληθωρισμό, κατά την έναρξη, σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις", λέει ο James Hertog. Τώρα, μετά από μια διόρθωση για να ληφθούν υπόψη πως τα δεδομένα που έχουμε για τον πληθωρισμό βασίζονται μόνο σε ένα περιορισμένο όγκο του σύμπαντος, θα διαπιστώσετε ότι η κυματοσυνάρτηση όντως προβλέπει μια μακρά περίοδος του πληθωρισμού.

"Αυτή η πρόταση, με στάθμιση του όγκου, μπορεί να εξηγήσει γιατί το σύμπαν 'φούσκωσε'," λέει ο Hawking. Λαμβάνοντας υπόψη ότι έχουμε κάπως μια τοπικιστική άποψη του Σύμπαντος, η ομάδα κατέληξε σε μια ριζικά νέα άποψη της κοσμολογίας.

Τα περισσότερα μοντέλα του σύμπαντος ξεκινούν από κάτω προς τα πάνω, δηλαδή εκκινούν από σαφώς καθορισμένες αρχικές συνθήκες του Big Bang και πάνε μπροστά. Ωστόσο, οι Hawking και Hertog λένε ότι δεν γνωρίζουμε και δεν μπορούμε να γνωρίζουμε τις αρχικές συνθήκες που υπήρχαν στις αρχές του σύμπαντος. Αντιθέτως, εμείς ξέρουμε μόνο την τελική κατάσταση - αυτό που είμαστε τώρα.

Η ιδέα τους είναι, επομένως, να ξεκινήσουμε με τις συνθήκες που παρατηρούμε σήμερα - όπως και το γεγονός ότι σε μεγάλες κλίμακες δεν χρειάζεται να υιοθετήσουμε  κβαντικές γνώσεις για να εξηγήσουμε πώς το σύμπαν συμπεριφέρεται κλασικά, - και να δουλέψουμε πίσω στο χρόνο για να καθορίσουμε με τι θα έμοιαζαν οι αρχικές συνθήκες.

Με τον τρόπο αυτό, υποστηρίζουν το σύμπαν δεν θα έχει μόνο μια μοναδική αρχή και ιστορία αλλά και μια πληθώρα διαφορετικών ιστοριών και ότι θα έχει βιώσει όλα αυτά.

Η νέα θεωρία είναι επίσης ελκυστική γιατί συμπίπτει και με τις θεωρίας χορδών - η πιο δημοφιλής υποψήφια θεωρία για μια «θεωρία των πάντων».

Η θεωρία χορδών επιτρέπει την ύπαρξη "αφάνταστα πολλών διαφορετικών τύπων Κόσμων εκτός από τον δικό μας," αλλά δεν παρέχει κριτήριο επιλογής μεταξύ αυτών και ως εκ τούτου δεν δίνει καμιά εξήγηση για ποιο λόγο το σύμπαν μας είναι, αυτό που είναι ", αναφέρει ο Hertog.

"Για αυτό, χρειάζεται μια θεωρία της κυματοσυνάρτησης του σύμπαντος."

Και τώρα ο κόσμος της κοσμολογία έχει βρει μια τέτοια. Το επόμενο βήμα είναι να βρούμε συγκεκριμένες προβλέψεις που μπορούν να θέσουν σε δοκιμασία το μοντέλο, για να επικυρώσουμε τη νέα αυτή άποψη για του πώς ξεκίνησε ο Κόσμος.

 

[Iblis]

 

[Iblis]

Το πολυσύμπαν του Stephen Hawking

Άρθρο, Αύγουστος 2006

Ακολουθούν οδηγίες για το πώς να κατασκευαστεί ένα σύμπαν. Πρώτο βήμα: Έναρξη της αρχής του χρόνου. Δεύτερο βήμα: εφαρμόστε τους νόμους της φυσικής. Τρίτο βήμα: καθίστε πίσω και προσέξτε πώς εξελίσσεται το σύμπαν. Τέταρτο βήμα: Σταυρώστε τα δάχτυλά σας και να ελπίζετε ότι βγήκε ένας κόσμος που μοιάζει σαν αυτόν που ζούμε μέσα του.

Αυτή είναι η βασική συνταγή για την κοσμολογία, η μοναδική που οι φυσικοί χρησιμοποιούν για να αποκρυπτογραφήσουν την ιστορία του σύμπαντος. Αλλά σύμφωνα με τον Stephen Hawking του πανεπιστημίου του Καίμπριτζ και του Thomas Hertog του Κέντρου Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), όλα τα βήματα είναι οπισθοδρομικά. Σύμφωνα με αυτούς τους φυσικούς, δεν υπάρχει καμία ιστορία του σύμπαντος. Δεν υπάρχει κανένα αμετάβλητο παρελθόν, καμιά εξέλιξη ηλικίας 13,7 δισεκατομμυρίων ετών για να ανιχνεύσουν οι κοσμολόγοι. Αντίθετα, υπάρχουν πολλές πιθανές ιστορίες, και το σύμπαν έχει ζήσει αυτές όλες. Και εάν αυτό δεν σας φαίνεται αρκετά περίεργο ακούστε και αυτό: εσείς και εγώ διαδραματίζουμε έναν ρόλο στον καθορισμό της ιστορίας του σύμπαντος. Σαν να μπορούμε, στον αντίστροφο ρου της ιστορίας, να επιλέξουμε εμείς οι παρατηρητές το παρελθόν.

Αυτή η παράξενη παρούσα κατάσταση έχει τις ρίζες της στην εργασία του Hawking στη δεκαετία του '70. Νωρίς στη σταδιοδρομία του, ο Hawking, μαζί με το φυσικό Roger Penrose, απέδειξε ένα θεώρημα που δείχνει ότι το σύμπαν που διαστέλλεται πρέπει να έχει προκύψει από ένα σημείο παραδοξότητας ή ιδιομορφίας όπως αλλιώς λέγεται - μια θέση όπου η βαρύτητα γίνεται τόσο ισχυρή και ο χωρόχρονος είναι τόσο κυρτός, που δεν αναγνωρίζονται. Σε αυτήν την κατάσταση, η γενική σχετικότητα - η καλύτερη περιγραφή για το πώς αλληλεπιδρούν ο χώρος, ο χρόνος και η ύλη -  δεν μπορεί να εφαρμοστεί πια.

Και ποιοί λοιπόν κανόνες ισχύουν τις πρώτες-πρώτες στιγμές του σύμπαντος;

Οι Hawking και Hertog προτείνουν ότι το σύμπαν ήταν τόσο μικρό εκείνη τη στιγμή που τα κβαντικά αποτελέσματα πρέπει να είναι σημαντικά. Δεν έχουμε ακόμα μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας, κι έτσι δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι ποιοί ήταν ακριβώς οι κανόνες, αλλά οι αρχές τους πρέπει ακόμα να ισχύουν, λένε. "Το πραγματικό μάθημα αυτών των αποκαλούμενων θεωρημάτων του σημείου παραδοξότητας ή ιδιομορφίας είναι ότι η προέλευση του σύμπαντος είναι ένα κβαντικό γεγονός", αναφέρει ο Hertog. Και αυτό, φυσικά, ανοίγει ολόκληρο το σύμπαν σε μερικά πολύ παράξενα φαινόμενα.

Το διάσημο πείραμα της διπλής σχισμής δίνει έμφαση στην παράξενη πραγματικότητα για το πώς  μπορεί να συμπεριφερθεί ένα σύμπαν γεννημένο με κβαντικό τρόπο. Στο πείραμα, μια οθόνη με δύο ανοικτές σχισμές είναι μπροστά από ένα φιλμ. Όταν το φως περάσει από τις σχισμές στο φιλμ  καταγράφεται η θέση όπου έπεσε το φως. Εάν το φως περάσει και από τις δύο σχισμές το φιλμ παρουσιάζει ένα σχήμα 'συμβολής" με φωτεινές και σκοτεινές ζώνες. Ένα τέτοιο σχήμα παράγεται από τα δύο κύματα που συμβάλουν - ένα από κάθε σχισμή. Αυτό που μοιάζει υπερφυσικό είναι ότι ακόμα και όταν εκπέμπονται μεμονωμένα φωτόνια - ένα κάθε φορά - μπροστά από τις σχισμές, δημιουργείται το ίδιο σχήμα με τις φωτεινές και σκοτεινές ζώνες  - σαν να ήταν δύο κύματα.

Το 1983, οι Hawking και James Hartle του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Santa Barbara, έλαβαν υπ' όψιν τους αυτό το φαινόμενο και το εφάρμοσαν για την εξέλιξη ολόκληρου του σύμπαντος. Για να το κάνουν χρησιμοποίησαν μια θεωρία που πρώτος ανέπτυξε ο Richard Feynman, την "άθροιση των πιθανών ιστοριών ενός σωματιδίου στον χώρο και στον χρόνο", για να ερμηνεύσει τα φαινόμενα της κβαντικής θεωρίας. Ο Feynman πρότεινε λοιπόν πως ο τρόπος για να ερμηνευθούν τα κβαντικά φαινόμενα, όπως το πείραμα της διπλής σχισμής, ήταν να υποτεθεί ότι όταν ταξιδεύει ένα σωματίδιο από το σημείο Α στο σημείο Β, δεν ακολουθεί απλά μια πορεία - αλλά ακολουθεί κάθε πιθανή πορεία ταυτόχρονα - ακολουθεί όλες τις πιθανές πορείες από το σημείο Α έως το σημείο Β με σταθμισμένα πλάτη πιθανοτήτων. Παραδείγματος χάριν το φωτόνιο ταξιδεύει μέσω των δύο σχισμών συγχρόνως και συμβάλει με τον εαυτό του.

Σε αυτό το θεωρητικό σχήμα, όταν ταξιδεύει ένα φωτόνιο από έναν λαμπτήρα προς το μάτι σας κινείται σε μια ευθεία γραμμή, αλλά χορεύει επίσης σαν να στροβιλίζεται με συστροφές και με στροβίλους, μπορεί να ταξιδεύει στον Δία και να γυρίζει πίσω, και να εξοστρακίζεται από το Μεγάλο Τοίχος της Κίνας. Η προφανής ερώτηση, τότε, είναι γιατί βλέπουμε μόνο μια ευθεία απλή πορεία; Η απάντηση του Feynman ήταν, ότι αυτό συμβαίνει επειδή όλες οι άλλες πορείες ακυρώνουν η μία την άλλη. Στην ερμηνεία του αθροίσματος ιστοριών, κάθε πορεία μπορεί να χαραχτεί ως κύμα. Κάθε κύμα έχει μια διαφορετική φάση (καλύτερα έναν αρχικό χρόνο), και όλα τα κύματα προστιθέμενα μαζί δημιουργούν ένα "σχέδιο συμβολής", που χτίζονται το ένα πάνω στο άλλο, όπου οι φάσεις τους ευθυγραμμίζονται και ακυρώνονται η μία με την άλλη, εκεί όπου οι φάσεις τους δεν ταιριάζουν. Έτσι, το άθροισμα όλων των κυμάτων είναι ένα μοναδικό κύμα, το οποίο περιγράφει την πορεία που παρατηρούμε.

Χάρις τη νέα προσέγγιση, οι Hawking και Hertog επιδιώκουν να συμφιλιώσουν το αποκαλούμενο "τοπίο χορδών" με την ιδέα των πολλών συμπάντων ή του πολυσύμπαντος.

Έτσι, αν εφαρμόσουμε το προηγούμενο σενάριο στο σύμπαν, η ιδέα του αθροίσματος ιστοριών έχει μια προφανή επίπτωση. Ακριβώς όπως ένα σωματίδιο που ταξιδεύει από το σημείο Α στο σημείο Β μπορεί να ακολουθήσει κάθε πιθανή πορεία ανάμεσα στο Α και Β, το ίδιο επίσης πρέπει να κάνει και η ιστορία του σύμπαντος. Σε μια ιστορία, η Γη ποτέ δεν σχηματίζεται. Σε μια άλλη, ο Al Gore έγινε Πρόεδρος. Και σε μία ακόμα, ο Elvis είναι ακόμα εδώ. "Το σύμπαν δεν έχει μια ενιαία ιστορία, αλλά κάθε πιθανή ιστορία, η κάθε μία ιστορία είναι με την πιθανότητά της", αφηγείται ο Hertog.

Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα, μια απρόσμενη ιστορία: η ιστορία που βλέπουμε εξαρτάται από την οργάνωση του πειράματος. Στο πείραμα της διπλής σχισμής, έχει αποδειχθεί επανειλημμένως ότι εάν χρησιμοποιούμε έναν ανιχνευτή φωτονίων για να βρούμε από ποιά από τις δύο σχισμές πέρασε το φωτόνιο, δεν δημιουργεί πλέον ένα σχήμα συμβολής, αλλά ένα μόνο σημείο πάνω στο φιλμ. Με άλλα λόγια, ο τρόπος που εξετάζετε το φωτόνιο αλλάζει τη φύση του ταξιδιού του. Το ίδιο πράγμα συμβαίνει και στο σύμπαν των Hawking - Hertog: οι παρατηρήσεις του σύμπαντος μας σήμερα καθορίζουν και την έκβαση - σε αυτήν την περίπτωση, ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος. Μια μέτρηση που γίνεται στο παρόν αποφασίζει τι συνέβη πριν 13,7 δισεκατομμύρια έτη: με το να εξετάζουμε τον Κόσμο, καθορίζουμε μια ιδιαίτερη, συγκεκριμένη ιστορία.

Εάν αυτό είναι αλήθεια, τότε αυτό δεν έχει καμιά παραξενιά. Οι Hawking και Hertog έχουν απορρίψει την ιδέα μιας μοναδικής, ανεξάρτητης του παρατηρητή κοσμολογίας, και έχουν φέρει τους ιερούς νόμους του αιτίου και του αιτιατού στο ζήτημα αυτό. Αλλά αυτοί δεν παραβιάζονται ακριβώς, λέει ο Hawking - κι αυτό έχει να κάνει με την προοπτική. Εάν θα μπορούσαμε να σταθούμε έξω από τον Κόσμο, τότε θα ήμαστε σε θέση να δούμε το παρόν να επηρεάζει το παρελθόν, όπως όταν ένας παρατηρητής επιδρά στην πορεία ενός φωτονίου μέσω του σύμπαντος. Από το εσωτερικό του σύμπαντος, αν και - από τη μόνη θέση που μπορούμε ενδεχομένως να είμαστε - κανένας παρατηρητής δεν βλέπει την αιτιότητα που παραβιάζεται. Αυτό που παρατηρούμε στο παρόν, την "τελική" κατάσταση, είναι κάποια ολόκληρη, αιτιατή συνεπής ιστορία: από το εσωτερικό οποιασδήποτε δεδομένης ιστορίας, το αίτιο και το αιτιατό προχωρούν με το συνηθισμένο τρόπο.

"Οι παρατηρήσεις των τελικών καταστάσεων καθορίζουν διαφορετικές ιστορίες του σύμπαντος", λέει ο Hawking. "Η άποψη ενός σκουληκιού μέσα από το σύμπαν θα είχε την κανονική αιτιότητα. Προς τα πίσω η αιτιότητα είναι η άποψη ενός αγγέλου έξω από τον Κόσμο."

Έτσι η άποψη τους είναι ότι για να διευκρινίσουμε το παρελθόν, πρέπει να αθροίσουμε μαζί όλες τις πιθανές ιστορίες του σύμπαντος. Αλλά τι σημαίνει αυτό;

Οι Hawking και Hertog εξισώνουν τις κοσμικές ιστορίες με το πώς  εξελίσσεται η γεωμετρία του σύμπαντος σε κάθε πιθανή περίπτωση από το σημείο Α (την αρχή του χρόνου) έως το σημείο Β (το τώρα). Για αρχή, αυτό φαίνεται αρκετά απλό. Μπορούμε να διευκρινίσουμε την κατάσταση του σύμπαντος στο σημείο Β (στη σημερινή του κατάσταση) κάνοντας ορισμένες απλές παρατηρήσεις του σύμπαντος γύρω μας - ο κόσμος έχει τρεις μεγάλες χωρικές διαστάσεις, η γεωμετρία της είναι κοντά στο επίπεδο, διαστέλλεται και τα λοιπά.

Τι γίνεται εν τούτοις με το σημείο Α (την αρχή του σύμπαντος); Η σχεδίαση των τροχιών ενός φωτονίου από έναν λαμπτήρα προς το μάτι μας δεν είναι μια πάρα πολύ δύσκολη υπόθεση, επειδή ξέρουμε το σημείο αρχής - ο λαμπτήρας - και το τελικό σημείο: το μάτι μας. Εντούτοις, δεν ξέρουμε τίποτα για το σύμπαν στην αρχή του χρόνου. Αυτό είναι που μας λέει τελικά η κοσμολογία, δεν γνωρίζει τι συνέβη στην αρχή του σύμπαντος.

Κι εδώ είναι που εισέρχεται η ερμηνεία του αθροίσματος των ιστοριών. Τα μαθηματικά πίσω από αυτήν την προσέγγιση της κβαντικής θεωρίας περιέχει μια παραξενιά: οι απαντήσεις βγαίνουν σωστές μόνο όταν γίνεται ο υπολογισμός στο φανταστικό χρόνο. Δεν σημαίνει ότι πρέπει να θεωρήσετε έναν χρόνο που δεν υπάρχει, αλλά μια χρονική διάσταση μάλλον που να εκφράζεται με τη βοήθεια των μιγαδικών αριθμών. Κι αυτό δεν είναι μία εξ ολοκλήρου θεωρητική ιδέα: οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί χρησιμοποιούν συνήθως τους μιγαδικούς αριθμούς, που είναι διαχωρισμένοι στο πραγματικό και στο φανταστικό τμήμα, για να σχεδιάσουν τα ηλεκτρικά κυκλώματα. Στα χέρια των κοσμολόγων μηχανικών, οι φανταστικοί αριθμοί φαίνεται να έχουν βαθιές συνέπειες.

Η αρχική εργασία των Hawking και Hartley για τις κβαντικές ιδιότητες του σύμπαντος πρότεινε ότι ο φανταστικός χρόνος, που φαινόταν σαν ένα μαθηματικό αξιοπερίεργο στην προσέγγιση του αθροίσματος των ιστοριών, κρατούσε την απάντηση για την κατανόηση της προέλευσης του σύμπαντος.

Αν αθροίσουμε τις ιστορίες του σύμπαντος στο φανταστικό χρόνο, τότε και ο χρόνος μετασχηματίζεται σε χώρο. Το αποτέλεσμα είναι ότι, όταν το σύμπαν ήταν αρκετά μικρό και κατευθυνόταν από την κβαντική μηχανική, είχε τέσσερις χωρικές διαστάσεις και καμία διάσταση του χρόνου: εκεί όπου ο χρόνος συνήθως θα τερματιζόταν σε μια ιδιομορφία, εμφανίζεται τελικά μια νέα διάσταση του χώρου, και, ξαφνικά η ιδιομορφία εξαφανίζεται.

Από την άποψη της ιστορίας του σύμπαντος, αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει κανένα σημείο Α. Όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας, έτσι και το σύμπαν είναι πεπερασμένο αλλά δεν έχει καμία ευπροσδιόριστη αφετηρία, ή "όριο". Από εκεί προέρχεται και το όνομα της ιδέας: η πρόταση για ένα σύμπαν χωρίς όριο.

Αυτό έχει οδηγήσει Hawking για να καθορίσει ένα νέο είδος κοσμολογίας. Η παραδοσιακή προσέγγιση, που ο Hawking ονομάζει κοσμολογία "από κάτω προς τα πάνω", προσπαθεί να διευκρινίσει την αρχική κατάσταση του σύμπαντος (η κάτω κατάσταση) να την δουλέψει θεωρητικά για να φτάσει στο σήμερα (η πάνω κατάσταση). Αυτή η μέθοδος είναι καταδικασμένη να αποτύχει, ισχυρίζεται ο Hawking, επειδή δεν ξέρουμε τίποτα για τις αρχικές συνθήκες. Αντί αυτής της μεθόδου, ο ίδιος προτείνει, να χρησιμοποιήσουμε την πρόταση για ένα 'σύμπαν χωρίς όριο' για να κάνουμε την κοσμολογία "από πάνω προς τα κάτω", δηλαδή να ανιχνεύσουμε το παρελθόν ξέροντας τη σημερινή παρατηρούμενη κατάσταση του σύμπαντος, - μαζί με την ιδέα ότι το σύμπαν μας δεν έχει κανένα όριο στο παρελθόν.

Ένας απίθανος συντονισμός

Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, λέει ο διάσημος θεωρητικός, λύνει ένα μακροχρόνιο πρόβλημα της κοσμολογίας: το λεπτό συντονισμό. Οι περισσότεροι κοσμολόγοι σκέφτονται, παραδείγματος χάριν, ότι το πρώιμο σύμπαν πέρασε από μια φάση εκρηκτικά γρήγορης διαστολής, ή την φάση του πληθωρισμού. Υπάρχουν κάποια στοιχεία (από τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου) που υποστηρίζεται η θεωρία, αλλά υπάρχει  επίσης κι ένα πρόβλημα. Το καθιερωμένο πληθωριστικό μοντέλο απαιτεί μια πολύ απίθανη αρχική κατάσταση, τέτοια που πρέπει να έχει τέτοιες "λεπτά συντονισμένες" τιμές, που να προκαλούν την έναρξη του πληθωρισμού, και κατόπιν να σταματήσει σε μια ορισμένη κατάσταση μετά από έναν ορισμένο χρόνο: μια περίπλοκη συνταγή της οποίας η μόνη αιτιολόγηση είναι να παραχθεί ένα επίπεδο σύμπαν χωρίς οποιαδήποτε παράξενη τοπολογία, και τα λοιπά - ένας κόσμος όπως ο δικός μας. Μια τέτοια καθοδηγητική μέθοδος κάνει δύσκολη την εμφάνιση ενός σύμπαντος "σαν την επιφάνεια της σφαίρας χωρίς καμία αφετηρία".

Μεταξύ της αρχής και της σημερινής κατάστασης, το σύμπαν θα μπορούσε να είχε μια ποικιλία τύπων της γεωμετρίας του. Στο προτεινόμενο κβαντικό σχήμα, ο Hawking μαζί με τον Hertog παίρνουν όλες αυτές τις πιθανότητες και τις προσθέτουν μαζί κβαντομηχανικά (σαν τον Richard Feynman) για να δημιουργήσουν την πιο πιθανή ιστορία της εξέλιξης του σύμπαντος. Κι αυτό που τελικά παίρνουν είναι ένα σύμπαν που αναπτύχθηκε εκθετικά γρήγορα αμέσως μετά από το big bang, και μια θεωρία χωρίς κάποια κριτήρια για την  κατασκευή του σύμπαντος, που εμείς βλέπουμε σήμερα. Κι ενώ ένας κοσμολόγος θα μπορούσε να βάλει αυτές τις τιμές στις εξισώσεις "με το χέρι", εν τούτοις δεν είναι και ο πιο καλύτερος τρόπος για να αναπτυχθεί ένα μοντέλο για το πώς λειτουργεί το σύμπαν μας. Δυστυχώς, στη θεωρία του χωρίς όρια σύμπαντος, απλά δεν υπάρχει καμία καθορισμένη αρχική κατάσταση. "Στη συνηθισμένη προσέγγιση είναι δύσκολο να εξηγηθεί πώς ξεκίνησε ο πληθωρισμός", λέει ο Hawking. "Αλλά αυτή η αρχή του πληθωρισμού εμφανίζεται κατά φυσικό τρόπο στο μοντέλο του σύμπαντος, από πάνω προς τα κάτω, με τη συνθήκη χωρίς κανένα όριο. Δεν απαιτείται ο λεπτός συντονισμός."

Για να κατασκευάσουν λοιπόν την από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία, δηλαδή ξεκινώντας από το σήμερα για να φτάσουν στην αρχή του σύμπαντος, οι φυσικοί Hawking και Hertog παίρνουν αρχικά ένα ολόκληρο σύνολο των πιθανών ιστοριών, οι οποίες θα οδηγούσαν σε έναν κόσμο με τα γνωστά σε μας χαρακτηριστικά. "Κατόπιν υπολογίζουμε την πιθανότητα για άλλα χαρακτηριστικά του σύμπαντος, λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς", εξηγεί ο Hertog. Ορίζοντας έναν κόσμο που είναι τρισδιάστατος και επίπεδος, παραδείγματος χάριν, μπορείτε να έχετε ιστορίες που περιλαμβάνουν τον πληθωρισμό και ιστορίες που δεν περιλαμβάνουν. "Το μοντέλο της κοσμολογίας από πάνω προς τα κάτω δεν προβλέπει ότι όλα τα πιθανά σύμπαντα πρέπει να ξεκινούν με μια περίοδο πληθωρισμού, αλλά ότι ο πληθωρισμός εμφανίζεται κατά φυσικό τρόπο μέσα σε μια ορισμένη υποκατηγορία των κόσμων," λέει ο Hertog. Η διαδικασία δημιουργεί μια πιθανότητα για κάθε σενάριο, και έτσι ο Hertog μπορεί να δει ποιο είδος ιστορίας είναι το πλέον πιθανό. "Αυτό που βρίσκουμε είναι ότι οι ιστορίες με πληθωρισμό έχουν γενικά τη μεγαλύτερη πιθανότητα."

Από πολλές απόψεις, η από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία - ξεκινώντας από το σήμερα και πηγαίνοντας πίσω προς την αρχή του κόσμου - είναι μια συνταρακτική ιδέα. Συνήθως, η επιστήμη απαιτεί να ταιριάζουν οι παρατηρήσεις μας με τη θεωρία ή καλύτερα να είναι η έξοδος των εξισώσεων - ποτέ δεν αναμένουμε οι παρατηρήσεις να είναι η είσοδος στις εξισώσεις. Αυτό, τελικά, μας απαγορεύει την πιθανότητα να δούμε εάν η θεωρία ταιριάζει με τις παρατηρήσεις. Και το περισσότερο, το άθροισμα όλων των ιστοριών διαμορφώνεται με τον υπολογισμό των διάφορων πιθανοτήτων για έναν κόσμο όπως ο δικός μας, που αναδύεται κυριολεκτικά από το τίποτα: αυτό σημαίνει ότι ποτέ δεν μπορούμε να ξέρουμε οτιδήποτε σίγουρο σχετικά με πώς το σύμπαν μας έγινε όπως είναι σήμερα.

Δεν πρέπει να εκπλαγούμε, λέει ο Hertog, αν η κβαντική θεωρία μας έχει δείξει καιρό τώρα ότι είναι αδύνατο να ξέρουμε κάτι για τον κόσμο γύρω από μας. Στη "κλασσική" φυσική, μπορούμε να προβλέψουμε και την ακριβή ορμή και τη θέση ενός σωματιδίου οποιαδήποτε στιγμή, αλλά η κβαντομηχανική δεν το επιτρέπει. Κανένας φυσικά δεν λέει ότι η κβαντική μηχανική κάνει λάθος λόγω αυτού του γεγονότος, επισημαίνει ο Hertog - και τα πειράματα έχουν δείξει ότι δεν είναι έτσι. Αυτό που μας έχει δώσει μέχρι τώρα η κβαντική θεωρία, συνεχίζει ο Hertog, είναι κάποια ένδειξη για τη φύση του πληθωρισμού, όπου μέχρι τώρα εμείς δεν είχαμε καμία. "Πριν, δεν είχαμε καμία πρόβλεψη - και πράγματι καμία σκέψη για την πιθανότητα πρόβλεψης - σε αυτό το ζήτημα."

Για πολλούς, παραμένει ένα δύσκολο επιχείρημα για να το καταπιούν. Η επιστήμη από την εποχή του Κοπέρνικου στοχεύει να διαμορφώσει έναν κόσμο στον οποίο είμαστε απλώς υποπροϊόντα, αλλά η από πάνω προς τα κάτω κοσμολογία αντιστρέφει την αρχή του, διαχειριζόμενη την ιστορία του σύμπαντος σαν ένα υποπροϊόν των παρατηρήσεών μας. Εν γένει, μοιάζει πολύ με το επιχείρημα του "ανθρωπικού τοπίου" που προκαλεί μια διαμάχη μεταξύ των θεωρητικών των χορδών (δείτε και πιο κάτω το "τοποθετώντας τον εαυτό σας στο σύμπαν"). Ο πανεπιστημιακός φυσικός Paul Steinhardt του Πρίνστον δεν έχει εντυπωσιαστεί βεβαίως από το σχήμα των Hawking και Hertog. "Όλοι μας έχουμε ελπίσει να υπολογίσουμε κάτι από τις πρώτες αρχές. Ο Stephen Hawking δεν νομίζει ότι είναι πιθανό, αλλά δεν είμαι πεπεισμένος για αυτό. Αυτοί μπορεί να έχουν δίκιο, αλλά είναι πάρα πολύ νωρίς για να υιοθετήσουμε αυτήν την μέθοδο".

Ο φημισμένος Andrei Lnde του πανεπιστημίου του Στάνφορντ ομοίως δεν έχει πειστεί. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές υποθέσεις που τον καθιστούν δύσπιστο. "Δεν την υιοθετώ", λέει.

Τοποθετώντας τον εαυτό σας στο σύμπαν

Οι Hawking και ο κοσμολόγος Hertog δίνουν μια ενδιαφέρουσα στροφή στις συζητήσεις που γίνονται στη φυσική για την ύπαρξη των πολλαπλών κόσμων. Σε αυτό το ζήτημα είναι το γεγονός ότι η θεωρία χορδών, η πιο δημοφιλής υποψήφια θεωρία των όλων ανάμεσα στους φυσικούς, περιγράφει όχι μόνο έναν κόσμο αλλά μια σχεδόν απειρία από αυτούς. Μερικοί φυσικοί είναι πρόθυμοι να δεχτούν ότι αυτοί οι θεωρητικοί κόσμοι στην πράξη υπάρχουν, για δύο λόγους. Πρώτον, επειδή η θεωρία χορδών δεν φαίνεται να ευνοεί οποιοδήποτε ειδικό σύμπαν έναντι των άλλων, και δεύτερον επειδή η ύπαρξή τους θα μπορούσε να εξηγήσει τα προφανώς ακριβή χαρακτηριστικά γνωρίσματα του σύμπαντος μας.

Πάρτε, για παράδειγμα, την τιμή της κοσμολογικής σταθεράς, την δύναμη που εμφανίζεται να είναι η αιτία της επιτάχυνσης της διαστολής του σύμπαντος. Αυτή είναι μια πάρα πολύ μικρή δύναμη, και κανένας δεν έχει ακόμα εξηγήσει γιατί αυτή είναι έτσι. Ο μπελάς εδώ είναι το μέγεθός του που συμβαίνει να είναι ένας αριθμός, που ταιριάζει με ένα πολύ στενό εύρος τιμών που θα μας επέτρεπαν να υπάρχουμε. Αυτή η σύμπτωση έχει αναγκάσει μερικούς φυσικούς να σκεφτούν

 

[Iblis]

Από το παρόν στο παρελθόν: Η νέα προσέγγιση του Hawking για να γνωρίσουμε το σύμπαν

Πηγή: PhysicsWeb, 30 Ιουνίου 2006

Ο φυσικός Stephen Hawking του Καίμπριτζ και ο συνάδελφος του Thomas Hertog του CERN έχουν προτείνει μια ριζική νέα προσέγγιση για την κατανόηση του σύμπαντος που το μελετούν από τα "πάνω προς τα κάτω" κι όχι από "κάτω προς τα πάνω" όπως γίνεται στα παραδοσιακά μοντέλα. Η προσέγγιση αυτή αναγνωρίζει ότι το σύμπαν δεν έχει μόνο μια μοναδική αρχή και ιστορία αλλά ένας πλήθος διαφορετικών αρχών και πλήθος από ιστορίες, και ότι έχει δοκιμάσει όλες αυτές. Αλλά επειδή οι περισσότερες από αυτές τις άλλες εναλλακτικές ιστορίες εξαφανίστηκαν πολύ νωρίς μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη αφήνοντας πίσω τον Κόσμο που παρατηρούμε σήμερα, ο καλύτερος τρόπος για να καταλάβουμε το παρελθόν, λένε οι δύο επιστήμονες, είναι να ανιχνεύσουμε το παρελθόν του σύμπαντος (το κάτω) από το τι συμβαίνει σήμερα (από πάνω) (Phys. Rev. D 73 123527).

Τα περισσότερα μοντέλα του σύμπαντος είναι από κάτω προς τα πάνω, δηλαδή αρχίζετε από καλά καθορισμένους και με σαφήνεια αρχικές συνθήκες της Μεγάλης Έκρηξης και δουλεύεται χρονικά προς τα εμπρός. Εντούτοις, οι Hawking και Hertog λένε ότι αυτή η μέθοδος έχει προβλήματα επειδή εμείς δεν ξέρουμε και δεν μπορούμε να ξέρουμε τις αρχικές συνθήκες που ήταν παρόντες στην αρχή του Κόσμου και ότι ξέρουμε καλά μόνο την τελική κατάσταση -- αυτό που είμαστε τώρα. Η ιδέα τους, επομένως, είναι  να αρχίσουμε με τις συνθήκες που παρατηρούμε σήμερα -- όπως ότι ο κόσμος μας είναι τρισδιάστατα, σχεδόν επίπεδος και επεκτείνεται με ένα επιταχυνόμενο ρυθμό  -- και να δουλέψουμε χρονικά προς τα πίσω για να καθορίσουμε με τι έμοιαζαν οι αρχικές συνθήκες του σύμπαντος.

Η νέα θεωρία στοχεύει να αποφύγει ένα θεμελιώδες πρόβλημα της θεωρίας χορδών -- η δημοφιλέστερη υποψήφια θεωρία για μια "θεωρία των πάντων" -- που είναι ότι επιτρέπει την ύπαρξη ενός πλήθους διαφορετικών τύπων συμπάντων, όσο επίσης και το δικό μας. Κάθε πιθανός κόσμος σε αυτό το "τοπίο" έχει τις θεμελιώδεις σταθερές του, αλλά ακόμη και διαφορετικούς αριθμούς χωροχρονικών διαστάσεων. Επιπλέον, η θεωρία χορδών δεν ευνοεί κάποιο ιδιαίτερο σύμπαν σε σχέση με ένα άλλο, κάτι που δεν είναι μια καλή υπόθεση μιας και ζούμε σαφώς σε έναν κόσμο με ένα ιδιαίτερο - ειδικό - σύνολο φυσικών ιδιοτήτων.

Για να εξετάσουν την άποψη τους, οι Hawking και Hertog λένε ότι όλοι αυτοί οι εναλλακτικοί κόσμοι της θεωρίας χορδών μπορεί να είχαν υπάρξει στην πραγματικότητα μαζί κατά τις πρώτες-πρώτες στιγμές μετά από το Big Bang. Εκείνη τη στιγμή, το Σύμπαν ήταν σε μια "υπερθεση" όλων αυτών των πιθανών κόσμων. Εντούτοις, οι περισσότεροι από αυτούς τους κόσμους ακολούθως γρήγορα εξασθένισαν για να αφήσουν πίσω τους το σημερινό σύμπαν. Με το να ανιχνεύουμε τον κόσμο μας από το παρόν πίσω στο παρελθόν, μπορούμε να αγνοήσουμε τους περισσότερους από τους άλλους κλάδους, που είχε το Σύμπαν επειδή είναι πάρα πολύ διαφορετικοί από τον τρέχοντα κόσμο μας.

Ενώ αυτή η ιδέα ακούγεται φανταστική, είναι βασισμένη στη "άθροιση των πιθανών ιστοριών ενός σωματιδίου στον χώρο και στον χρόνο" του Richard Feynman στην κβαντική θεωρία, η οποία λέει ότι η πιθανότητα έστω ενός φωτονίου να φθάσει σε μια ειδική θέση μπορεί να υπολογιστεί αθροίζοντας όλες τις διαφορετικές πιθανές τροχιές του φωτονίου. Αν και το φωτόνιο θα μπορούσε να ακολουθήσει πλήθος διαφορετικών τροχιών, η ευθεία πορεία υπερισχύει πάνω σε όλες τις άλλες, κι έτσι αυτό που βλέπουμε είναι η ευθεία τροχιά κι όχι το πλήθος των διαφορετικών τροχιών. Με τον ίδιο τρόπο, οι Hawking και Hertog λένε ότι το Σύμπαν δεν πήρε μόνο μια διαδρομή μέσα στον χρόνο για να φθάσει στην σημερινή κατάστασή του, αλλά πήρε ένα πλήθος πορειών, ή ιστορίες όπως λένε. Η "άθροιση των πιθανών ιστοριών του Σύμπαντος στον χωρόχρονο" είναι επομένως ο Κόσμος που παρατηρούμε σήμερα.

Η νέα προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί μερικές σταθερές της φύσης φαίνονται να συντονίζονται πολύ λεπτά με τις τιμές που έχουν επιτρέψει να εμφανιστεί η ζωή στον κόσμο μας. Παραδείγματος χάριν, η κοσμολογική σταθερά, Λ -- η δύναμη που εμφανίζεται να προξενεί την επιταχυνόμενη διαστολή του κόσμου, ή η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας -- έχει μια μικρή θετική τιμή. Εάν ήταν λίγο μικρότερη ή λίγο μεγαλύτερη τότε η ζωή δεν θα υπήρχε. Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, ο τρέχων κόσμος μας πρέπει "να έχει επιλέξει" εκείνες τις ιστορίες που οδήγησαν στη "σωστή" τιμή του Λ ειδάλλως δεν επρόκειτο να είμαστε εδώ για τον βλέπουμε -- μια θεωρία γνωστή επίσης ως "ανθρωπική αρχή".

Οι Hawking και Hertog λένε επίσης ότι το μοντέλο τους θα μπορούσε να δοκιμαστεί συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις του μοτίβου των μικρών παραλλαγών πυκνότητας στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB), με αυτές που υπολογίστηκαν από τη θεωρία τους όταν ήταν το σύμπαν πιο αναπτυγμένο. Η CMB είναι η ακτινοβολία που έμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη και θα πρέπει να περιέχει τις " σφραγίδες" μερικών από τις πολύ πρόωρες εναλλακτικές ιστορίες μέσα του.

Η Ανθρωπική Αρχή

Σε γενικές γραμμές, η ανθρωπική αρχή δέχεται ότι εμείς βλέπουμε το σύμπαν να είναι όπως είναι, τουλάχιστον κατά ένα μέρος του, ακριβώς επειδή υπάρχουμε. Πρόκειται για μια αντίληψη εκ διαμέτρου αντίθετη με το όραμα εύρεσης μιας ενοποιημένης θεωρίας απόλυτης προβλεπτικής ισχύος · στα πλαίσια της, οι νόμοι της φύσης θα έχουν πλήρως διατυπωθεί και ο κόσμος μας θα είναι αυτός που είναι επειδή δεν θα μπορούσε να είναι διαφορετικός. Υπάρχουν διαφορετικές εκδοχές της ανθρωπικής αρχής, από τις ιδιαίτερα ασθενείς που μπορούν να χαρακτηριστούν τετριμμένες, ως τις εξαιρετικά ισχυρές που μπορούν να χαρακτηριστούν παράλογες.

1. Ασθενής ανθρωπική αρχή: "Αυτά που παρατηρούμε για το σύμπαν περιορίζονται από την απαίτηση να υπάρχουμε ως παρατηρητές."
2. Ισχυρή-ασθενής ανθρωπική αρχή: "Σε έναν τουλάχιστον κόσμο, απ' το σύμπαν των πολλών κόσμων, πρέπει να αναπτυχθεί ζωή."
3. Ισχυρή ανθρωπική αρχή: "Οι ιδιότητες του σύμπαντος πρέπει να είναι τέτοιες ώστε, κάποια στιγμή, να μπορεί να αναπτυχθεί ζωή."
4. Τελική ανθρωπική αρχή: "Η νοημοσύνη στο σύμπαν πρέπει να αναπτυχθεί και να μην εκλείψει ποτέ."

Μολονότι οι περισσότεροι επιστήμονες δεν είναι πρόθυμοι να υιοθετήσουν κάποια ισχυρή έκδοση της ανθρωπικής αρχής, λίγοι θα διαφωνούσαν με τη χρησιμότητα ορισμένων επιχειρημάτων ασθενούς τύπου.

Η ασθενής ανθρωπική αρχή ισοδυναμεί ουσιαστικά με μια εξήγηση του ποιες από τις διάφορες εποχές ή περιοχές του σύμπαντος θα μπορούσαμε να ενοικήσουμε. Για παράδειγμα, η Μεγάλη Έκρηξη συνέβη πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια επειδή το Σύμπαν θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλης ηλικίας ώστε κάποια άστρα να έχουν συμπληρώσει την εξέλιξη τους και να έχουν παραγάγει στοιχεία όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας (από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι), αλλά και αρκετά νέο ώστε να εξακολουθούν να υπάρχουν άστρα ικανά να παρέχουν ενέργεια για τη συντήρηση της ζωής.

Η φυσικός του ΜΙΤ Βέρα Κισαακόφσκι που ασπάζεται την ισχυρή ανθρωπική αρχή και θεωρεί ότι αποτελεί ένδειξη για την ύπαρξη του Θεού, λέει χαρακτηριστικά ότι η εξαίσια τάξη που μας αποκαλύπτεται μέσω της επιστημονικής κατανόησης του φυσικού κόσμου παραπέμπει στο θείο.  Με την άποψη αυτή συντάσσεται και ο ειδικός της σωματιδιακής φυσικής Τζον Πόλκινχορν, που άφησε τη θέση του στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ για να γίνει ιερέας της Αγγλικανικής Εκκλησίας. Κατά τον Πόλκινχορν, το σύμπαν "δεν είναι ένας 'οποιοσδήποτε κόσμος', αλλά ένας κόσμος ιδιαίτερος και τέλεια συντονισμένος για τη ζωή, επειδή φτιάχτηκε από τον Δημιουργό και αυτό ήταν το θέλημα Του."

Ακόμα και ο Νεύτων, ο άνθρωπος που μίλησε πρώτος για τους αμετάβλητους νόμους που κινούν τους πλανήτες και τα άστρα χωρίς θεϊκή παρέμβαση, πίστευε ότι η τελειότητα αυτών των νόμων υποδηλώνει την ύπαρξη του Θεού.

Ο νομπελίστας φυσικός Στίβεν Γουάινμπεργκ, αν και δεν έχει πειστεί για την αλήθεια της ανθρωπικής αρχής, αναγνωρίζει ωστόσο την απήχηση της: "Ο άνθρωπος έχει την ακατανίκητη τάση να πιστεύει ότι η σχέση του με το σύμπαν είναι ιδιαίτερη, ότι η ανθρώπινη ζωή δεν είναι το φαιδρό αποτέλεσμα μιας αλυσίδας τυχαίων συμβάντων που ανάγονται στα πρώτα τρία λεπτά, αλλά ότι ήμασταν αναπόσπαστο μέρος του από την αρχή." Παρ' όλ' αυτά, θεωρεί ότι η ισχυρή ανθρωπική αρχή "δεν είναι παρά μυστικιστικές ασυναρτησίες".

Άλλοι επιστήμονες αμφισβητούν ακόμη πιο έντονα την ανθρωπική αρχή. Ο εκλιπών φυσικός Χάιντς Πέιγκελς, αν και αρχικά εντυπωσιάστηκε από την ανθρωπική αρχή, τελικά έχασε το ενδιαφέρον του, επειδή όπως υποστήριζε η αρχή στερείται προβλεπτικής δύναμης. Κατά τη γνώμη του, είναι μια θεωρία που δεν μπορεί να ελεγχθεί και από την οποία δεν μπορούμε να αντλήσουμε πληροφορίες, οπότε τελικά εκπίπτει σε ένα χείμαρρο από κενές περιεχομένου ταυτολογίες - όπως ότι υπάρχουμε επειδή υπάρχουμε.

Την ανθρωπική αρχή απέρριψε και ο Γκαθ, λέγοντας: "Δε νομίζω ότι θα χρησιμοποιούσε κανείς την ανθρωπική αρχή αν είχε στη διάθεση του μια καλύτερη εξήγηση. Απ' όσο ξέρω, για παράδειγμα, δεν υπάρχει ανθρωπική αρχή για την παγκόσμια ιστορία. Στην ανθρωπική αρχή καταφεύγουν οι άνθρωποι όταν δεν μπορούν να σκεφτούν κάτι καλύτερο."



Μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, ο Feynman ανέπτυξε έναν νέο τρόπο αντίληψης της κβαντομηχανικής, για την οποία τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1965. Ο Feynman αμφισβήτησε τη βασική υπόθεση της κλασικής φυσικής ότι κάθε σωματίδιο έχει μια συγκεκριμένη ιστορία (κλασσική τροχιά Α). Αντίθετα, πρότεινε ότι τα σωματίδια κινούνται από ένα σημείο σε ένα άλλο ακολουθώντας κάθε δυνατή διαδρομή διαμέσου του χωροχρόνου (Στο ολοκλήρωμα διαδρομών του Feynman, το σωματίδιο ακολουθεί κάθε δυνατή διαδρομή, όπως η Β).

Σε κάθε διαδρομή, ο Feynman αντιστοίχισε δύο αριθμούς: έναν για το μέγεθος - το πλάτος - του αντίστοιχου κύματος, και έναν για τη φάση του - εάν βρίσκεται σε όρος ή σε κοιλάδα. Η πιθανότητα να μεταβεί ένα σωματίδιο από το Α στο Β υπολογίζεται αθροίζοντας τα κύματα που αντιστοιχούν σε όλες τις δυνατές διαδρομές που διέρχονται από τα Α και Β.

Στον κόσμο της καθημερινής εμπειρίας μας, βέβαια, τα αντικείμενα φαίνονται να ακολουθούν μία μόνο διαδρομή από την αφετηρία τους μέχρι τον προορισμό τους. Τούτο συμφωνεί με την ιδέα του Feynman περί πολλαπλών ιστοριών, διότι για μεγάλα σώματα, ο κανόνας αντιστοίχισης αριθμών σε κάθε διαδρομή διασφαλίζει ότι, όταν όλες οι διαδρομές συνδυαστούν, όλες πλην μιας αλληλοαναιρούνται. Όσον αφορά την κίνηση μακροσκοπικών αντικειμένων, μόνο μία από την απειρία των διαδρομών έχει σημασία, και η συγκεκριμένη διαδρομή είναι αυτή ακριβώς που προκύπτει από τους κλασικούς, νευτώνειους νόμους της κίνησης.

 

[Iblis]

Ο Θεός μπορεί να παίζει ζάρια αναφέρει στη νέα θεωρία του ο Hawking για την αρχή του σύμπαντος

Άρθρο, Μάιος 2006

Σε αντίθεση με το διάσημο σχόλιο του Αλβέρτου Αϊνστάιν ότι "ο Θεός δεν παίζει ζάρια στον σύμπαν", ο διάσημος κοσμολόγος Stephen Hawking και ο συνεργάτης του Thomas Hertog, προτείνουν ότι ο Θεός έριξε τα ζάρια τουλάχιστον μια φορά - την στιγμή της δημιουργίας.

Σύμφωνα με τους Hawking και Hertog το σύμπαν ξεκίνησε όπως μια χιονόμπαλα στην κορυφή του βουνού, που συνεχώς αυξανόταν, διαστελλόταν και διογκωνόταν για να γίνει ο κόσμος που εμείς ξέρουμε σήμερα.

Η κβαντική προέλευση του σύμπαντος υπονοεί ότι για να κατανοηθεί το πρόβλημα των αρχικών όρων στην κοσμολογία, κάποιος πρέπει να κάνει την προσέγγιση από 'πάνω προς τα κάτω'", όπως γράφουν  οι Hawking και Hertog στο έργο τους - "Γιατί ο πληθωρισμός αρχίζει στην κορυφή του λόφου;"

Σε αυτήν δείχνουν γιατί το τωρινό διαστελλόμενο σύμπαν άρχισε με μία ασταθή κατάσταση de Sitter, με ένα ημικλασσικό φαινόμενο σήραγγας μέσω του σωματιδίου Hawking-Moss instanton. Επειδή η προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω οφείλεται στην κβαντική φύση του σύμπαντος, υποστηρίζουν ότι η προσέγγιση αυτή πρέπει να ισχύει και όταν το πλαίσιο της κβαντικής κοσμολογίας θα βασιστεί στη θεωρία Μ.

Ο πληθωρισμός - και η δημιουργία - άρχισαν στην κορυφή ενός δυναμικού ενεργειακού όρους, τονίζουν οι δύο κοσμολόγοι, όπου τα θεμελιώδη πεδιακά σωματίδια, έδρασαν όπως οι μικρές χιονονιφάδες που συγχωνεύτηκαν σε κοσμολογικές χιονόμπαλες. Μια κυλιόμενη πέτρα δεν μπορεί να συλλέξει κανένα βέβαια βρύο στο έδαφος, αλλά το κυλιόμενο ζάρι της δημιουργίας - που είναι γνωστό στους φυσικούς σαν το υποατομικό σωματίδιο "Hawking-Moss instanton" - συνέλεξε στο δρόμο του αυτά τα σωματίδια σαν τις χιονονιφάδες.

Η αρχική εξέλιξη του Κόσμου μοιάζει λίγο σαν μια μπάλα του χιονιού που αυξάνεται σε όγκο ενώ κυλίεται προς τα κάτω σε έναν λόφο, λέει ο Hertog. Ο Hertog εξίσωσε την ανάπτυξη της χιονόμπαλας  με έναν πεδίο των σωματιδίων. "Οι υπολογισμοί μας δείχνουν ότι ο Κόσμος μας δημιουργήθηκε πιθανότατα από αυτό το πεδίο στην κορυφή ενός 'δυναμικού λόφου'."

Σαν τα κακά παιδιά, οι κβαντικές διακυμάνσεις στον πρόωρο Κόσμο κύλησαν την κοσμολογική χιονόμπαλα προς τα κάτω από το λόφο και αυτή επεκτάθηκε.

Λόγω της διάσημης αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg, το πεδίο στην κορυφή του λόφου κυμαίνεται, εξηγεί ο Hertog. Κι επειδή η κορυφή του λόφου είναι ένα ασταθές σημείο, αυτές οι διακυμάνσεις αναγκάζουν τελικά το πεδίο να κυλήσει προς τα κάτω.

Η χιονόμπαλα της δημιουργίας τελικά εγκαταστάθηκε σε μια κοιλάδα και έγινε ο Κόσμος που μας περιβάλλει σήμερα, συνεχίζει ο Hertog. Αν και αυτή η κοιλάδα είναι χαμηλότερη από ό,τι ήταν στην αρχή των πάντων "το κατώτατο σημείο της κοιλάδας δεν φαίνεται να είναι στο επίπεδο της θάλασσας", τονίζει ο Hertog.

Η κοσμολογική στάθμη της θάλασσας μπορεί να περιγραφεί από τη διάσημη 'κοσμολογική σταθερά' του Einstein, που οι κοσμολόγοι μετρούν.

Οι Hawking και Hertog βεβαιώνουν ότι προσέγγιση τους από "πάνω προς τα κάτω" στην κοσμολογία είναι μια θεμελιώδης υποχώρηση από την επιστημονική παράδοση.

Η συνηθισμένη προσέγγιση στο πρόβλημα των αρχικών όρων για τον πληθωρισμό είναι να υποτεθεί κάποια αρχική διαμόρφωση (σχηματισμός) του σύμπαντος και μετά να το εξελίσσουν χρονικά προς τα εμπρός", λέει ο Hawking. Αυτό θα μπορούσε να περιγραφεί σαν μια προσέγγιση της κοσμολογίας από 'κάτω προς τα πάνω'.

Η κβαντική φύση του σύμπαντος, εντούτοις, υπαγορεύει το αντίθετο, από την "κορυφή προς τα κάτω", διευκρινίζει ο Hawking, επειδή η ιστορία του σύμπαντος εξαρτάται από το βουνό, το ζάρι, τις χιονονιφάδες και τις χιονόμπαλες. Με άλλα λόγια, το σύμπαν  "εξαρτάται από τα αισθητά αντικείμενα που μετριούνται".

Ο Θεός μπορεί να παίξει ζάρια έπειτα, αλλά μόνο εάν τα ζάρια είναι ειδικά φτιαγμένα για να μην πέφτουν τυχαία. Εάν το σύμπαν εξαρτάται από τα αισθητά αντικείμενα, εξαρτάται επίσης και από μας τους παρατηρητές, έτσι το ζάρι έπρεπε να εγγυηθεί κάπως ότι θα προκύπταμε και εμείς οι άνθρωποι. Οι φυσικοί ονομάζουν αυτή την ιδέα "ασθενής ανθρωπική αρχή", από την ελληνική λέξη "άνθρωπος".

Ο Hawking συμπλέει με την Ανθρωπική Αρχή

"Η από 'πάνω προς τα κάτω' προσέγγιση είναι μια μαθηματική διατύπωση της ασθενούς ανθρωπικής αρχής", γράφει ο Hawking, στην οποία οι παρατηρούμενες τιμές όλων των φυσικών και κοσμολογικών ποσοτήτων σήμερα περιορίζονται από την ανάγκη να υπάρχει η ζωή, που βασίζεται πάνω στον άνθρακα.

"Η από 'πάνω προς τα κάτω' προσέγγιση ενσωματώνει την ασθενή ανθρωπική αρχή, επειδή λαμβάνει υπόψη ορισμένα παρατηρηθέντα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του σύμπαντος μας - όπως το γεγονός ότι επεκτείνεται - προκειμένου να εξηγηθεί η προέλευσή του",  συνεχίζει ο Hertog. "Με άλλα λόγια, η προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω δεν μας λέει πώς θα πρέπει να είναι ο κόσμος, αλλά γιατί ο κόσμος είναι αυτός που είναι."

"Εάν ο Hawking μιλά, πρέπει πιθανώς να τον ακούσουμε",  τονίζει π Randolph-Macon καθηγητής της φυσικής.

"Η προσέγγιση των Hawking και Hertog, που εφαρμόζεται στην εργασία τους, πρόκειται να την αναπτύξουν για προς τα πίσω από την τρέχουσα κατάσταση του κόσμου προς την πιθανή προέλευσή του, κι όχι να προσπαθήσουν να μαγειρευτεί η κατάλληλη αρχική κατάσταση και να φανεί εάν εξελίσσεται προς τα εμπρός προς κάτι που μοιάζει με τον παρόντα Κόσμο", εξηγεί ο Spagna.

"Ως εκ τούτου, είναι παρόμοια με την ένωση των μαθηματικών με την Ασθενή Ανθρωπική Αρχή, επειδή κατοικούμε προφανώς σε έναν Κόσμο, που οι όροι του επιτρέπουν στην ίδια την ύπαρξή μας να πάρει θέση".

Οι Stephen Hawking και Thomas Hertog δημοσίευσαν μια πρόσφατη εργασία τους,  που περιέχει την δικιά τους άποψη για την ανθρωπική ιδέα, την βασισμένη στην ιδέα του "κανενός ορίου" κβαντικής κοσμολογίας. Μερικές φορές αυτή λέγεται και κυματοσυνάρτηση Hartle-Hawking, και βεβαίως αναφέρεται ως κοσμολογία από "πάνω προς τα κάτω".

 

[Iblis]

Μια νέα άποψη για το σύμπαν μας: Είναι μόνο ένα από τα πολλά

Άρθρο, Ιούλιος 2006

Οι αστρονόμοι κοιτάζοντας εκεί πάνω στον ουρανό, για αιώνες αναζητούν την απάντηση στο πιο παλιό ερώτημα: γιατί ο κόσμος μας είναι όπως είναι. Αλλά πρόσφατα ένας αυξανόμενος αριθμός επιστημόνων ονειρεύεται κι άλλους κόσμους που δεν έχουν βρεθεί ποτέ και ρωτούν, γιατί να μην υπάρχουν;

Γιατί, ρωτούν, να ζούμε σε 3 χωρικές διαστάσεις και όχι σε 2 ή 10; Γιατί να είναι μια φωτεινή ακτίνα τόσο γρήγορη και ένας ψίθυρος τόσο αργός; Γιατί να είναι τα άτομα τόσο μικροσκοπικά και τα αστέρια τόσο μεγάλα; Γιατί να είναι ο κόσμος τόσο παλαιός; Πρέπει να είναι ο μόνος κόσμος, ή υπάρχουν εκεί πάνω κι άλλοι κόσμοι, όπου οι νόμοι και τα πράγματα να είναι τόσο διαφορετικά;

Μια φορά κι έναν καιρό (μόνο έναν αιώνα πριν), οι αστρονόμοι πίστευαν ότι μερικά δισεκατομμύρια αστέρια και νέφη αερίου, που κάλυπταν κατά μήκος το Γαλαξία μας, ήταν όλος κι όλος ο κόσμος μας, και η άποψη να κατανοήσουμε το σύμπαν ήταν αρκετά αποθαρρυντική - και υβριστική συνάμα. Τώρα οι αστρονόμοι ξέρουν ότι οι γαλαξίες είναι διεσπαρμένοι όπως η σκόνη σε όλο τον κόσμο. Και για να κατανοήσουμε το σύμπαν πρέπει να προσφύγουμε σε έναν ακόμα ευρύτερο καμβά, αυτό που ονομάζουμε τελευταία "πολυσύμπαν".

Για μερικά κοσμολόγους, αυτό σημαίνει σύμπαντα που ξεφυτρώνει το ένα από το άλλο σε μια ατελείωτη γεωμετρική πρόοδο, όπως τα βρέφη σύμπαντα που εκκολάπτονται στο εσωτερικό των μαύρων οπών. Άλλοι δε φαντάζονται σύμπαντα που επιπλέουν σαν νησιά ή ακόμη που συγκρούονται σε μια πέμπτη διάσταση.

Παραδείγματος χάριν, ο Max Tegmark, κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας, έχει προϋποθέσει τουλάχιστον τέσσερα διαφορετικά επίπεδα συμπάντων, που κυμαίνονται από το γνωστό μας (ανέφικτα απόμακρες ζώνες του σύμπαντος μας) ως το παράξενο (χωρόχρονοι στους οποίους οι θεμελιώδεις νόμοι της φυσικής είναι διαφορετικοί).

Ο Martin Rees, γνωστός κοσμολόγος του Κέιμπριτζ, λέει ότι η μελέτη αυτών των εναλλάσσομαι συμπάντων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να διακρίνουν ποιά χαρακτηριστικά του κόσμου μας είναι θεμελιώδη και απαραίτητα και ποιά είναι απρόβλεπτα γεγονότα της κοσμικής ιστορίας. Όλη αυτή η ιστορία για τα πολυσύμπαντα είναι όντως επιστήμη, αλλά η επιστήμη για το 21ο αιώνα, που θα επιδιώξει να λάβει απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις, προσθέτει ο Rees.  Συμπληρώνει μάλιστα ότι κατηγορείται συχνά για την πίστη του σε άλλους κόσμους.

"Δεν τους πιστεύω", αναφέρει, "αλλά σκέφτομαι ότι είναι μέρος της επιστήμης για να ανακαλύψουμε νέα πράγματα".

Μερικοί κοσμολόγοι λένε τώρα ότι αυτή η αισθητή σφαίρα, ο αισθητό μας κόσμος, - που κατά προσέγγιση είναι σε βάθος 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός μέσα στους γαλαξίες και τα αστέρια - θα μπορούσε να είναι ένα μικρό μόνο κομμάτι μιας απέραντης φυσαλίδας ή ενός "θύλακα" μέσα σε ένα πολύ πιο απέραντο σύνολο που αναπαράγεται ατέλειωτα σε μια αλυσίδα big bangs.

Η ιδέα αυτή, λένε, είναι μια φυσική προέκταση της θεωρίας του πληθωρισμού, που εισήχθηκε από τον Alan Guth το 1980. Αυτή η θεωρία βεβαιώνει ότι όταν είχε το σύμπαν ηλικία κάτι λιγότερο από το ένα τρισεκατομμυριοστό του ενός τρισεκατομμυριοστού του ενός δευτερολέπτου υποβλήθηκε σε μια πολύ σύντομη υπερ-διαστολή που τροφοδοτήθηκε από μια αντιβαρυτική δύναμη, ενσωματωμένη στον ίδιο το χώρο, μια δυνατότητα που έχει προταθεί από τις θεωρίες της σύγχρονης φυσικής σωματιδίων.

Σε μια απόπειρα εύρεσης ενός μοντέλου στο οποίο πολλές διαφορετικές μεταξύ τους αρχικές διατάξεις θα μπορούσαν να έχουν εξελιχθεί σε κάτι σαν το παρόν σύμπαν, προτάθηκε ότι το πρώιμο σύμπαν διήλθε από μια περίοδο εξαιρετικά ταχείας διαστολής. Τούτη η διαστολή ονομάζεται πληθωριστική, επειδή χαρακτηρίζεται από συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό. Μια τέτοια πληθωριστική φάση θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί το Σύμπαν φαίνεται το ίδιο σε κάθε κατεύθυνση, αφού στην περίπτωση αυτή θα υπήρχε αρκετός χρόνος για να διαδοθεί το φως σε όλες τις περιοχές του πρώιμου Σύμπαντος.

Επειδή ο πληθωρισμός μπόρεσε να αυξήσει ένα ολόκληρο σύμπαν από σχεδόν μια ουγκιά αρχέγονης ουσίας, ο Guth επιθυμεί να αναφερθεί στο σύμπαν ως "το τελευταίο ελεύθερο γεύμα". Αλλά ο Guth μαζί με τους θεωρητικούς Andrei Linde του Στάνφορντ, Alexander Vilenkin του Tufts και Paul Steinhardt του Princeton - έχουν προτείνει ότι μπορεί να είναι επίσης και μια ατελείωτη διαδικασία. Μόλις ο πληθωρισμός ξεκινήσει κάπου, αυτός θα συνεχίσει να συμβαίνει επανειλημμένως, λένε οι πιο πάνω θεωρητικοί, ωοτοκώντας μια αλυσίδα συμπάντων, φυσαλίδα μέσα σε μια άλλη φυσαλίδα, ένα σχήμα που ο  Linde ονομάζει "αιώνιος πληθωρισμός."

"Μόλις ανακαλύψετε ότι είναι εύκολο να γίνει ένα σύμπαν από μια ουγκιά κενού χώρου, γιατί να μην φτιάχνει ένα σύνολο συμπάντων;" ρωτά ο κοσμολόγος Craig Hogan στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

Στην πραγματικότητα, όπως λέει ο Guth, "Ο πληθωρισμός λίγο πολύ μας αναγκάζει να δεχτούμε την ιδέα των πολλαπλών συμπάντων."

Επιπλέον, δεν υπάρχει κανένας λόγος να αναμένουμε ότι αυτοί οι κόσμοι θα είναι ίδιοι. Ακόμη και μέσα στη δική μας φυσαλίδα, μικροσκοπικά τυχαία μη ομοιόμορφα σημεία στην αρχέγονη πρώτη ύλη θα ανάγκαζαν το σύμπαν να φαίνεται διαφορετικός από μέρος σε μέρος. Εάν το σύμπαν είναι αρκετά μεγάλο, λέει ο Tegmark αλλά και άλλα φυσικοί, οτιδήποτε που μπορεί να συμβεί θα συμβεί, έτσι ώστε εάν θα μπορούσαμε να κοιτάξουμε αρκετά μακριά θα ανακαλύπταμε τελικά ένα ακριβές αντίγραφο μας.

Επιπλέον, οι κοσμολόγοι λένε, ότι οι ίδιοι οι νόμοι της φυσικής, όπως βιώνονται από τα πλάσματα όπως εμείς, περιορισμένα σε τέσσερις διαστάσεις και οι ενεργειακές κλίμακες της συνηθισμένης ζωής, θα μπορούσαν να εξελιχθούν διαφορετικά στα διαφορετικά σύμπαντα - φυσαλίδες.

"Η γεωγραφία είναι τώρα ένα πιο ενδιαφέρον θέμα από όσο νομίζετε", παρατηρεί ο John Barrow, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ.

Ο πληθωρισμός έχει κερδίσει την εμπιστοσύνη των κοσμολόγων, παρά την παραξενιά της, σημειώνει ο Guth, επειδή διαδραματίζει έναν ζωτικής σημασίας ρόλο στους υπολογισμούς του Big Bang. Μάλιστα, μετά την ανίχνευση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου που έχει παραχθεί 370.000 χρόνια μετά το Big Bang, η θεωρία του πληθωρισμού απέκτησε έναν υπερασπιστή . Η πρόβλεψη άλλων κόσμων πρέπει επομένως να αντιμετωπιστεί σοβαρά, είπε.

Τυχεροί αριθμοί - Ρύθμιση του συνόλου των σταθερών της Φύσης

Η προοπτική αυτού του μεγάλου αριθμού συμπάντων έφερε την προσοχή σε μια φιλοσοφική συζήτηση, που στις τελευταίες δεκαετίες είχε κρυφτεί στις άκρες της επιστήμης, μια συζήτηση πάνω στο ρόλο της ζωής στον κόσμο και εάν οι φυσικοί νόμοι του είναι μοναδικοί - ή, όπως το έθεσε ο Αϊνστάιν κάποτε, "εάν ο Θεός είχε κάποια επιλογή."

Μέσα στις εξισώσεις στο Καθιερωμένο Μοντέλο, που περιγράφουν όλα τα φυσικά φαινόμενα, είναι διασκορπισμένες διάφορες μυστήριες σταθερές, όπως η ταχύτητα του φωτός ή οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων, η τιμή των οποίων δεν συνάγεται από οποιαδήποτε γνωστή θεωρία έως τώρα.

Στην πραγματικότητα, οι τιμές των σταθερών αυτών παίζουν ένα εκπληκτικό ρόλο στην ακριβή λειτουργία της φύσης. Οι επιστήμονες μπορούν να φανταστούν μικροδιαφορές στην τιμή τους, όμως συμπεραίνουν ότι η φύση είναι εκπληκτικά λεπτολόγος, και μόνο ένα στενό εύρος τιμών είναι κατάλληλο για την εξέλιξη της πολυπλοκότητας ή της ζωής όπως εμείς την ξέρουμε.

Παραδείγματος χάριν, ένα μεγάλο μέρος του άνθρακα και του οξυγόνου που απαιτούνται για τη ζωή παράγεται από την τήξη των ατόμων του ηλίου σε αστέρια, που ονομάζονται ερυθροί γίγαντες.

Αλλά μια αλλαγή μόνο κατά μισό τοις εκατό στην ισχύ της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, που είναι υπεύθυνη για την πυρηνική δομή, θα ήταν αρκετή να αποτρέψει να εμφανιστούν αυτές τις αντιδράσεις, σύμφωνα με την πρόσφατη εργασία του Heinz Oberhummer της Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Βιέννης. Το αποτέλεσμα θα ήταν μια έλλειψη των πρώτων υλών της βιολογίας, όπως υπολόγισε.

Ομοίως, ένας αριθμός γνωστός ως σταθερά λεπτοδομής χαρακτηρίζει την ισχύ των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Εάν ήταν κατά τι μεγαλύτερη, οι αστρονόμοι λένε ότι τα αστέρια δεν θα μπορούσαν να κάνουν σύντηξη, και εάν ήταν κατά τι μικρότερη, τα μόρια δεν θα είχαν σχηματιστεί ποτέ.

Αν δεν είναι αυτός ένας τυχερός κόσμος, τότε τι είναι;

Το 1974, ο Brandon Carter, ένας θεωρητικός φυσικός που τότε ήταν στο Κέιμπριτζ, και τώρα είναι στο Παρατηρητήριο στο Παρίσι, επισήμανε ότι αυτές οι συμπτώσεις ήταν όχι μόνο τύχη, αλλά ήταν μάλλον απαραίτητες προϋποθέσεις για να παρατηρούμε εμείς το σύμπαν.

Τελικά, είναι μετά βίας πιθανόν να ανακαλύψουμε νόμους που να είναι ασυμβίβαστοι με την ύπαρξή μας.

Εκείνη η άποψη είναι η βάση που ονόμασε ο Carter ανθρωπική αρχή, μια ιδέα που σημαίνει πολλά πράγματα σε πολλούς επιστήμονες. Εκφρασμένη με πιο σαφήνεια δηλώνει ότι ο κόσμος σχεδιάστηκε κατά κάποιο τρόπο για τη ζωή. Ή όπως ο φυσικός Freeman Dyson κάποτε το έθεσε, "Το σύμπαν υπό κάποια έννοια πρέπει να ήξερε ότι ερχόμαστε."

Αυτή η ιδέα τρομάζει μερικούς φυσικούς, οι οποίοι αισθάνονται ότι η αποστολή τους είναι να βρουν μια μαθηματική εξήγηση της φύσης, που δεν αφήνει τίποτα στην τύχη ή "την ιδιοτροπία του Δημιουργού",  από μια φράση του Αϊνστάιν.

"Αγγίζει τα φιλοσοφικά ζητήματα που οι επιστήμονες πολλάκις βρίσκονται στα περίχωρά της", τονίζει ο John Schwarz, φυσικός και θεωρητικός χορδών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας. "Πρέπει να βρεθούν μαθηματικοί τρόποι για το πώς λειτουργεί η φύση."

Ταξινομώντας τα σύμπαντα - Βρίσκοντας ένα σύμπαν για την Ανθρωπική Αρχή

Ωστόσο, η Ανθρωπική Αρχή εμφανίζεται όλο και περισσότερο πρόσφατα, στις διασκέψεις και στην επιστημονική λογοτεχνία, αλλά συχνά και στις απόψεις των σωματιδιακών φυσικών. Ο λόγος είναι το πολυσύμπαν.

"Είναι πιθανόν όπως αναπτύσσεται η θεωρητική φυσική, να μας παρουσιάσει τους πολλαπλάσιους κόσμους", λέει ο νομπελίστας φυσικός Steven Weinberg του πανεπιστημίου του Τέξας.

Εάν επικρατούν σε άλλους σύμπαντα - φυσαλίδες διαφορετικοί νόμοι ή οι φυσικές σταθερές, οι συνθήκες μπορούν να μην επιτρέψουν την ύπαρξη της ζωής ή της νοημοσύνης, εξήγησε.

Σε αυτή την περίπτωση η ανθρωπική αρχή χάνει το μυστικισμό της και γίνεται απλά μια συνταγή για να καθοριστεί ποιά φυσαλίδα είναι σε θέση να υποστηρίξει την ύπαρξη της ζωής.

Αλλά πολλοί θεωρητικοί των χορδών αγανακτούν ακόμα με την αρχή επειδή αποτελεί την περικοπή στις φιλοδοξίες τους. Το αποτέλεσμα είναι μια πνευματώδης συζήτηση για αυτά που οι φυσικοί μπορούν να αναμείνουν από τις θεωρίες τους.

"Έχουν την ευσεβή ελπίδα ότι η θεωρία χορδών θα καθορίσει μεμονωμένα όλες τις σταθερές της φύσης", αναφέρει ο Barrow, που έγραψε το βιβλίο "Η Κοσμολογική Ανθρωπική Αρχή" το 1984 μαζί με τον Frank Tipler, φυσικό στο πανεπιστήμιο Tulane. Το βιβλίο υποστήριξε ότι μόλις προκύψει η ζωή στον κόσμο δεν θα πεθάνει ποτέ.

Μια εργασία τριών φυσικών με τίτλο "Η αρχή του τέλους της Ανθρωπικής Αρχής", - των Gordon Kane του πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν, Malcolm Perry και Anna Zytkow του Κέιμπριτζ - υποστηρίζει ότι μια ενοποιημένη θεωρία της φυσικής, όπως η θεωρία χορδών ισχυρίζεται ότι είναι, όταν διατυπωθεί τελικά - θα διευκρίνιζε τις περισσότερες από τις σταθερές της φύσης ή θα διευκρίνιζε τις σχέσεις μεταξύ τους - λίγα περιθώρια για τα επιχειρήματα της ανθρωπικής αρχής.

"Η ανθρωπική αρχή δεν είναι τόσο ανθρωπική όσο οι άνθρωποι επιθυμούν", εξήγησε ο Kane.

Αλλά σε μια ανταπάντηση με τον τίτλο "Γιατί το Σύμπαν είναι ακριβώς έτσι", ο Hogan του πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον υποστήριξε ότι η φυσική ήταν κορεσμένη με τις μπερδεμένες διαδικασίες, όπως τα κβαντικά φαινόμενα, τα οποία αφήνουν μερικές πτυχές της πραγματικότητας και τους νόμους της φυσικής στην τύχη. Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, επισήμανε, οι νόμοι της φυσικής που εμείς οι θνητοί βιώνουμε είναι χαμηλής ενέργειας, 4-διάστατες σκιές, των συμπάντων με 10 ή 11 διαστάσεις. Κατά συνέπεια, οι αποκαλούμενες "θεμελιώδεις σταθερές" θα μπορούσαν να φανούν διαφορετικές στις διαφορετικές φυσαλίδες.

Ο Hogan αναγνώρισε ότι αυτό υπονόμευσε κάποιες από τις παραδοσιακές φιλοδοξίες της φυσικής, γιατί τουλάχιστον μερικές ιδιότητες του σύμπαντος μπορεί να μην έχουν μια κομψή μαθηματική εξήγηση, και μπορούμε να δοκιμάσουμε ώστε να υποθέσουμε ποιες είναι αυτές.

Ακόμη και οι θεωρητικοί χορδών όπως ο Kane αναγνωρίζουν ότι, ελλείψει μιας τελικής μορφής της θεωρίας χορδών, δεν έχουν καμία ιδέα πόσες λύσεις μπορούν να υπάρξουν - μία, πολλές ή ακόμα και ένας άπειρος αριθμός - στις "τελικές" εξισώσεις χορδών. Η κάθε μία θα αντιστοιχούσε σε έναν διαφορετικό όρο του χωρόχρονου, με ένα διαφορετικό σύνολο φυσικών σταθερών.

"Οποιοδήποτε σύνολο που να επιτρέπει να αναδυθεί η ζωή, τότε θα έχει ζωή," είπε.

Σκοτεινή ενέργεια - Όταν οι αριθμοί δεν φτάνουν

Αλλά ακόμη και μερικοί από τους πιο σκληροπυρηνικούς φυσικούς, συμπεριλαμβανομένου του Weinberg, προτείνουν ότι μπορεί να πρέπει να προσφύγουν στην ανθρωπική αρχή για να εξηγήσουν ένα από τα βαθύτερα μυστήρια που εμφανίζονται, σαν ένας πονοκέφαλος πάνω από την επιστήμη: η ανακάλυψη ότι η διαστολή του σύμπαντος φαίνεται να επιταχύνεται, ίσως σαν ένα είδος επανάληψης αλλά με πιο χαμηλή ενέργεια ενός επεισοδίου πληθωρισμού πριν 14 δισεκατομμύρια έτη.

Οι κοσμολόγοι υποπτεύονται μια απωσιτκή δύναμη ή μία αντιβαρύτητα που συνδέεται κίνηση με το ίδιο το διάστημα που ωθεί αυτήν την κίνηση. Αυτή η δύναμη, γνωστή ως κοσμολογική σταθερά, προτάθηκε αρχικά από τον Αϊνστάιν το 1917, και υπήρξε ένα πρόβλημα από τότε - "μια πραγματική κρίση", κατά τα λεγόμενα του Weinberg.

Σύμφωνα με τις αστρονομικές παρατηρήσεις, η σκοτεινή ενέργεια - μια μη ανιχνεύσιμη ενέργεια - υπολογίζεται ότι αποτελεί τα δύο τρίτα της υλοενέργειας του σύμπαντος σήμερα, διπλάσια δηλαδή της ύλης σε βάρος. Αλλά σύμφωνα με τη σύγχρονη κβαντική φυσική, το κενό διάστημα θα πρέπει να 'αναβράζει' με μια ενέργεια που θα ξεπερνούσε κατά πολύ την ύλη σε βάρος στο σύμπαν, κατά έναν παράγοντα τουλάχιστον 1060. Αυτός ο κακός συνταίριασμα αποτελεί την χειρότερη απόκλιση στην ιστορία της φυσικής.

Αλλά αυτό το κακό συνταίριασμα είναι κρίσιμος για τη ζωή, επισήμανε ο Weinberg για πρώτη φορά το 1987. Ακολούθως δεν υπήρξε κανένα στοιχείο για μια κοσμολογική σταθερά και πολλοί φυσικοί θεώρησαν ότι το μέγεθός του ήταν στην πραγματικότητα μηδέν.

Σε μια εργασία του ο Weinberg χρησιμοποίησε τον ανθρωπικό συλλογισμό για να εντοπίσει την τιμή οποιασδήποτε κοσμολογικής σταθεράς, από το ένα δέκατο της πυκνότητας της ύλης στο σύμπαν μέχρι να είναι η κοσμολογική σταθερά πολλαπλάσια της πυκνότητας της ύλης. Εάν λοιπόν ήταν μεγαλύτερη η κοσμολογική σταθερά, βρήκε, τότε το σύμπαν θα αποχωριζόταν προτού να έχουν πιθανότητα να σχηματιστούν οι γαλαξίες, μην αφήνοντας κανένα λίκνο για την αστρική εξέλιξη των απαραίτητων στοιχείων για τη ζωή ή άλλες περίπλοκες δομές.

Η τιμή της σταθεράς που μετρήθηκε είναι αυτή που θα αναμενόταν από τα ανθρωπικά επιχειρήματα, και ο Weinberg προσθέτει ότι κανένας δεν ξέρει αρκετά για τη φυσική ώστε να πει εάν υπάρχουν άλλοι κόσμοι με άλλες σταθερές. Ονόμασε δε την ανθρωπική αρχή μια λογική προσέγγιση στο πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς.

"Για να ανακεφαλαιώσουμε η χρήση της ανθρωπικής αρχής ικανοποιεί την αίσθηση της κατάπληξής μας γιατί τα πράγματα να είναι όπως είναι", συμπληρώνει ο Weinberg.

Πέρα από το Σκοτάδι - Έρευνα για την δοκιμή από τις καλύτερες θεωρίες

Για το βρετανό κοσμολόγο Rees, δεν είναι απαραίτητο να παρατηρηθούν άλλα σύμπαντα για να αποκτήσουμε κάποια εμπιστοσύνη ότι μπορούν να υπάρξουν. Ένα πράγμα που θα βοηθήσει, εξήγησε, είναι μια ακριβέστερη θεωρία για το πώς μπορεί να μεταβάλλεται η κοσμολογική σταθερά και τι επιπτώσεις έχει στη ζωή στον κόσμο. Μάλιστα, μπορούμε να ζήσουμε σε μια ποικιλία συμπάντων συμβατών με τη ζωή, εξήγησε. Παραδείγματος χάριν, εάν η κοσμολογική σταθερά ήταν το 10 τοις εκατό της μέγιστης τιμής της σύμφωνης με τη ζωή, αυτή θα ήταν αποδεκτή, ανέφερε.

"Εάν ήταν ένα εκατομμυριοστό, τότε θα ήταν αδύνατον να βρεθεί ζωή σε αυτό το σύμπαν."

Ένας άλλο στοιχείο εμπιστοσύνης θα ήταν μια περισσότερη υποστήριξη για τη θεωρία του πληθωρισμού, είτε υπό μορφή στοιχείων από τη θεωρία της φυσικής σωματιδίων είτε από τις μετρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας του Big Bang, που μας έδωσε ένα λεπτομερές μοντέλο αυτού που συνέβη θεωρητικά κατά τη διάρκεια του πρώτου τρισεκατομμυριοστού τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

"Εάν είχαμε μια θεωρία τότε θα ξέραμε εάν υπήρξαν πολλά big bangs ή μόνο ένα, και τότε θα ξέραμε εάν τα χαρακτηριστικά που βλέπουμε είναι σταθεροί νόμοι του σύμπαντος  ή εσωτερικοί κανονισμοί για τους οποίος δεν μπορούμε ποτέ να έχουμε μια εξήγηση", λέει ο Rees.

Ο Joseph Polchinski, από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα, σκέφτηκε ότι θα μπορούσαν να υπάρξουν 1060 διαφορετικές λύσεις στις βασικές εξισώσεις χορδών, καθιστώντας κατά συνέπεια πιθανότερο ότι τουλάχιστον ένα σύμπαν θα είχε μια φιλική κοσμολογική σταθερά για τη ζωή.

Αυτός όπως τόνισε ελπίζει ότι το εύρος των λύσεων και τα πιθανά σύμπαντα που επιτρέπονται από τη θεωρία χορδών θα μπορούσαν να περιοριστούν από τις αστρονομικές παρατηρήσεις και των νέων θεωρητικών τεχνικών έως το σημείο όπου η ανθρωπική αρχή θα μπορούσε να ξοφλήσει ως εξήγηση.

Αλλά ο Hogan λέει ότι οι πολλαπλάσιοι κόσμοι θα έπρεπε να αντιμετωπιστούν σοβαρά εάν βγήκαν από τις εξισώσεις στις οποίες εμπιστεύεται η επιστήμη. "Πρέπει να είστε απροκατάληπτοι", είπε. "Δεν μπορείτε να επιβάλετε τις συνθήκες."

 

[Iblis]

Ο Αϊνστάιν και η κοσμολογική σταθερά Λ

Άρθρο, Ιανουάριος 2006

Το μεγαλύτερο λάθος του Αϊνστάιν, όπως ο ίδιος παραδέχθηκε σε μια συνομιλία που είχε με τον George Gamow, ήταν η εισαγωγή κατά το 1917 μιας κοσμολογικής σταθεράς Λ στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Ο λόγος που το έκανε ήταν γιατί την εποχή εκείνη οι φυσικοί πίστευαν ότι το σύμπαν ήταν στατικό, ενώ οι εξισώσεις οδηγούσαν τον Αϊνστάιν σε ένα μεταβαλλόμενο σύμπαν.

Τα λάθη που γίνονται από τους κορυφαίους επιστήμονες βοηθούν εν συνεχεία άλλους να κατανοήσουν τι συνέβαινε στην εποχή εκείνη, πολύ περισσότερο από τις επιτυχίες τους. Και όταν το 1917 τελείωσε με τη Γενική Σχετικότητα ο Αϊνστάιν προσπάθησε να κάνει μια εκτίμηση της χωροχρονικής δομής ολόκληρου του σύμπαντος. Τότε ήταν που αντιμετώπισε το μεγάλο πρόβλημα. Ο Αϊνστάιν υπέθετε ότι όταν υπολογιστεί η μέση πυκνότητα, το σύμπαν είναι ομοιόμορφο και ουσιαστικά στατικό αλλά οι εξισώσεις της γενικής σχετικότητας δεν φάνηκαν να επιτρέπουν μια λύση για ένα σύμπαν ανεξάρτητο του χρόνου με μία ομοιόμορφη κατανομή της ύλης. Έτσι τροποποίησε τις εξισώσεις πεδίου του Alexander Friedmann, βάζοντας ένα νέο όρο σε αυτές που περιλάμβανε αυτό που ονόμασε κοσμολογική σταθερά Λ.

Επίσης, είχε διαπιστώσει ότι στον καμπυλωμένο χωροχρόνο θα μπορούσε να αποθηκευτεί βαρυτική ενέργεια. Αυτό ακριβώς εκφράζει η κοσμολογική σταθερά Λ: την ενεργειακή πυκνότητα του κενού χώρου. Η γνωστή σε μας νευτώνεια δύναμη της βαρύτητας είναι πάντα ελκτική. Αντίθετα, μια θετική κοσμολογική σταθερά δημιουργεί απωστικό πεδίο βαρύτητας. Αν όμως υπάρχει στο σύμπαν μόνο η ελκτική δύναμη της βαρύτητας τότε το σύμπαν θα κατέρρεε και δεν θα μπορούσε να ήταν στατικό, όπως πίστευαν μέχρι τότε.  Γι αυτό και ο Einstein σκέφτηκε ότι η άπωση που προερχόταν από την κοσμολογική σταθερά θα μπορούσε να ισορροπήσει το σύμπαν.

Όταν ανακαλύφθηκε αργότερα ότι το σύμπαν δεν είναι στατικό αλλά διαστελλόμενο, ο Αϊνστάιν μετέτρεψε την αρχική θεωρία του. Μπορεί, επίσης, να τον είχε ενοχλήσει το γεγονός ότι δεν είχε προβλέψει την διαστολή του σύμπαντος.

Όμως, πρώτον το λάθος του δικαιολογείται αν σκεφθούμε ότι οι θεωρητικοί αντιλαμβάνονται το σύμπαν όπως αυτό παρουσιάζεται στους παρατηρητές. Οι σχετικά χαμηλές παρατηρηθείσες ταχύτητες των αστεριών την εποχή εκείνη (1917), ανάγκαζαν τους επιστήμονες να υποθέτουν ότι το σύμπαν είναι σχεδόν σίγουρα στατικό. Κατά συνέπεια όταν ο Willem de Sitter (1872-1934) πρότεινε μια εναλλακτική λύση στις εξισώσεις του Αϊνστάιν το 1917, αναγκάστηκε να χρησιμοποιήσει συντεταγμένες για τις οποίες ο μετρικός τανυστής ήταν ανεξάρτητος του χρόνου. Πάντως, η φυσική έννοια αυτών των συντεταγμένων δεν ήταν καθαρή, και όταν αναγνωρίστηκε ότι η εναλλακτική κοσμολογία του de Sitter δεν ήταν στατική -  ότι δηλαδή τα σωματίδια της ύλης στο μοντέλο του επιταχύνονται μακριά το ένα από το άλλο -- αυτό θεωρήθηκε ένα μειονέκτημα της θεωρίας του.

Κατά δεύτερον, το λάθος αυτό ήταν δικαιολογημένο αν σκεφτούμε ότι ο Αϊνστάιν δεν γνώριζε την εποχή εκείνη ένα αποτέλεσμα των παρατηρήσεων του αστρονόμου Vesto Melvin Slipher.

Ο Slipher (1875-1969) παρατηρώντας τα φάσματα των σπειροειδών νεφελωμάτων τη δεκαετία του 1910, είχε βρει μια παραπάνω ερυθρή μετατόπιση από όση ήταν δικαιολογημένη σε μια διαστολή μόνο από την επίδραση Doppler, αλλά κανένας δεν ήξερε τότε τι ήταν τα σπειροειδή νεφελώματα. Μέχρι που ο Edwin Hubble (1889-1953) βρήκε μια εξασθένιση στο φως των μεταβλητών Κηφείδων στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας το 1923 και έτσι έγινε σαφές ότι τα σπειροειδή νεφελώματα ήταν απόμακροι γαλαξίες - σμήνη αστεριών πολύ μακριά έξω από το Γαλαξία μας. Μέχρι το 1917 ο Einstein δεν είχε ακούσει ποτέ για την ερυθρή μετατόπιση που βρήκε ο Slipher, αλλά εν πάση περιπτώσει ήξερε πολύ καλά τουλάχιστον ένα πράγμα που θα μπορούσε να παραγάγει επίσης μια ερυθρή μετατόπιση των φασματικών γραμμών: Κι αυτό ήταν ένα βαρυτικό πεδίο.

Πρέπει να αναγνωριστεί εδώ ότι ο Arthur Eddington (1882-1944), που είχε μάθει για τη γενική σχετικότητα κατά τη διάρκεια του Α! παγκόσμιου πολέμου από τον de Sitter, ερμήνευσε το 1923 την ερυθρή μετατόπιση του Slipher ότι οφειλόταν στη διαστολή του σύμπαντος στο μοντέλο de Sitter. Εντούτοις, η διαστολή του σύμπαντος δεν έγινε αποδεκτή πάρα μόνο όταν ο Hubble ανάγγειλε το 1929 -- και στην πράξη παρουσιάστηκε το 1931 -- ότι οι ερυθρές μετατοπίσεις των απόμακρων γαλαξιών αυξάνονται αναλογικά προς την απόστασή τους, όπως θα αναμενόταν για μια ομοιόμορφη διαστολή του σύμπαντος.

Μόνο τότε δόθηκε η προσοχή που άξιζε στα μοντέλα ενός διαστελλόμενου σύμπαντος που εισήχθηκαν το 1922 από τον Alexander Friedmann (1888-1925), στα οποία δεν χρειάζεται να υπάρχει καμία κοσμολογική σταθερά. Τότε ήταν μια εποχή που οι Einstein,  Willem de Sitter και Georges Lemaitre δούλευαν τις εξισώσεις για την περιγραφή του σύμπαντος.

Η εξίσωση του Friedmann

Ο Friedmann ανέπτυξε κι αυτός μια δυναμική εξίσωση για το διαστελλόμενο σύμπαν ως μια σχετικιστική εξίσωση στα πλαίσια της Γενικής Σχετικότητας. Όμως εδώ η περιγραφή της θα περιοριστεί σε μια απλουστευμένη, μη-σχετικιστική έκδοση.

Παρακάτω φαίνεται μια κατάλληλη μορφή της εξίσωσης του Friedmann, με την οποία σχετίζεται ο χρόνος διαστολής και η θερμοκρασία για ένα μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης του σύμπαντος
http://[URL unfurl="true"]www.physics4u.gr/articles/2002/images2/fried.gif[/img[/URL]]
Εκτός από την πυκνότητα και τη σταθερά βαρύτητας G, η εξίσωση περιέχει τη παράμετρο Hubble H, μια βαθμωτή (αριθμητική) παράμετρο R, και έναν παράγοντα Κ που ονομάζεται παράμετρος κυρτότητας. Η παράμετρος κυρτότητας δείχνει εάν το σύμπαν είναι ανοικτό ή κλειστό.

Ο Einstein είχε αρχικά προσθέσει κι έναν άλλο όρο, τη διάσημη κοσμολογική σταθερά Λ, με την οποία η εξίσωση αυτή θα περιέγραφε ένα στατικό Σύμπαν.

Η παραπάνω εξίσωση του Friedmann έχει μια παράμετρο κυρτότητας k, που είναι ενδεικτική του ρυθμού διαστολής και εάν ο ρυθμός διαστολής αυξάνεται ή μειώνεται. Έτσι, αν η παράμετρος k=0 τότε η πυκνότητα είναι ίση με μια κρίσιμη τιμή στην οποία το σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα αλλά με ένα μειούμενο ρυθμό. Αυτό αναφέρεται συχνά ως μοντέλο σύμπαντος των Einstein-De Sitter σε αναγνώριση της εργασίας τους για τη διαμόρφωση του. Η τιμή της παραμέτρου k=0 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκφράσει την κρίσιμη πυκνότητα με βάση τη σημερινή τιμή της παραμέτρου Hubble H.

Για τιμή της k>0 η πυκνότητα της ύλης είναι αρκετά υψηλή και έτσι η βαρυτική έλξη θα σταματήσει τελικά την διαστολή του σύμπαντος που θα καταρρεύσει προς τα πίσω σε μια "Μεγάλη Σύνθλιψη". Αυτό το είδος του σύμπαντος περιγράφεται ως ένα Κλειστό Σύμπαν, ή ένα βαρυτικά συνδεδεμένος κόσμος. Για τιμή του Κ<0 το σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα, αφού δεν υπάρχει αρκετή πυκνότητα ύλης για να προκαλέσει τέτοια βαρυτική έλξη, που να σταματήσει την διαστολή.

Ο Einstein πρότεινε μια τροποποίηση στην εξίσωση του Friedmann, που αναφέρεται σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν. Πρόσθεσε έναν όρο που τον ονόμασε κοσμολογική σταθερά Λ, και η οποία μορφοποιεί την εξίσωση Friedmann ως εξής:
[img]http://[URL unfurl="true"]www.physics4u.gr/articles/2002/images2/fried3.gif[/img[/URL]]
Η κοσμολογική σταθερά Λ φαίνεται να εκφράζει μια βαρυτική άπωση ανάλογη της απόστασης μεταξύ των αντικείμενων, και όπως αναφέρθηκε το αρχικό κίνητρο για την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς Λ, ήταν να γίνει δυνατό ένα στατικό σύμπαν που θα ήταν ισοτροπικό και ομοιογενές.

Μπορεί βέβαια ο Einstein να μην πρόβλεψε καμιά τιμή για τη σταθερά αυτή, αλλά η ιδέα μιας κοσμολογικής σταθεράς βρίσκεται το τελευταίο καιρό υπό συζήτηση. Φυσικοί προτείνουν σαν φυσική ερμηνεία της κοσμολογικής σταθεράς Λ ότι είναι απόρροια κβαντικών διαδικασιών στο αρχικό σύμπαν, όπως επίσης λένε ότι δείχνει πως οι διακυμάνσεις του κενού έχουν επιπτώσεις στο χωρόχρονο.

Είναι γεγονός ότι μέχρι τη δεκαετία του 1980 όλες οι αστρονομικές παρατηρήσεις ενίσχυαν τα κοσμολογικά μοντέλα στα οποία η κοσμολογική σταθερά Λ ήταν μηδέν. Ωστόσο, το 1980, η κοσμολογική σταθερά Λ ήλθε και πάλι στο προσκήνιο, στα πλαίσια του πληθωρισμικού μοντέλου

Σύμφωνα με το μοντέλο του πληθωρισμού σε χρόνο 10-35 sec μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται με εκθετικό ρυθμό, δηλαδή με ταχύτητα πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός. Η περίοδος της εκθετικής διαστολής διήρκεσε περίπου 10-32 sec ενώ η ενέργεια που απαιτήθηκε για την υλοποίηση της, προήλθε από τον διαχωρισμό της ισχυρής πυρηνικής δύναμης από την ασθενή πυρηνική και την ηλεκτρομαγνητική δύναμη που μέχρι τότε ήταν ενοποιημένες. Ο διαχωρισμός αυτός, που είναι ένα είδος αλλαγής φάσης, γέμισε το πρώιμο σύμπαν με ένα είδος ενέργειας που ονομάζεται ενέργεια του κενού και εκφράζεται από την κοσμολογική σταθερά Λ.

Όταν στα τέλη της δεκαετίας του '90 ανακάλυψαν οι αστρονόμοι την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος έκανε προφανή την ανάγκη ύπαρξης κάποιου είδους απωστικής βαρύτητας στο σύμπαν, που προκαλεί την επιτάχυνση και τη κοσμική διαστολή. Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις, τα 2/3 περίπου της συνολικής ενέργειας του σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένης της ύλης και της ακτινοβολίας, έχουν την ιδιότητα της βαρυτικής άπωσης. Η νέα αυτή μορφή ενέργειας ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια αφού δεν είναι ορατή ούτε μπορεί να συντεθεί από τη συνηθισμένη ατομική και υποατομική ύλη (κουάρκ, ηλεκτρόνια κλπ.).

Πολλοί επιστήμονες, ανάμεσα τους και ο Weinberg, πιστεύουν ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι η ενέργεια του κενού, που εκφράζεται από την κοσμολογική σταθερά Λ. Όμως στο σημείο αυτό πρέπει να αναφέρουμε το λεγόμενο πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς (cosmological constant problem).

Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας, όλα τα κβαντικά πεδία, ακόμα και όταν βρίσκονται στη βασική μη διεγερμένη  κατάσταση, έχουν μη μηδενική ενέργεια. Απλοί υπολογισμοί της κβαντικής θεωρίας πεδίου οδηγούν σε τιμές για την πυκνότητα της ενέργειας του κενού (δηλαδή για την κοσμολογική σταθερά Λ), που είναι 120 τάξεις μεγέθους (10120) μεγαλύτερη από την πυκνότητα της συνηθισμένης ύλης (όπως παρατηρείται στο σύμπαν). Όμως πρώτον, μια τόσο μεγάλη πυκνότητα ενέργειας του κενού χώρου θα προκαλούσε μια εκθετικά επιταχυνόμενη κοσμική διαστολή που θα διέλυε όλους τους ηλεκτροστατικούς και πυρηνικούς δεσμούς, οι οποίοι συγκρατούν τους πυρήνες, τα άτομα και τα μόρια.

Και δεύτερον μετρήσεις στο χώρο της κοσμολογίας δίνουν ένα αρνητικό αποτέλεσμα, δείχνοντας έτσι έναν ανώτερο όριο της κοσμολογικής σταθεράς Λ.
[img]http://[URL unfurl="true"]www.physics4u.gr/articles/2002/images2/edens8.gif[/img[/URL]]
Έτσι, η τελευταία τιμή υπονοεί ότι στην συνολική κλίμακα του σύμπαντος, τα φαινόμενα των διακυμάνσεων του κενού ακυρώνονται. Κι αυτή η αξιολόγηση έρχεται και σε μία εποχή, που οι θεωρητικοί υπολογισμοί υποδεικνύουν συνεισφορές της διακύμανσης του κενού από τα κουάρκ με μια τάξη 10-6 m-2.

Μια άλλη διάσταση του προβλήματος της κοσμολογικής σταθεράς Λ έχει σχέση με τον χρόνο. Φαίνεται ότι ζούμε σε μια ξεχωριστή, προνομιούχο, περίοδο της κοσμικής εξέλιξης όπου η ενεργειακή πυκνότητα του κενού είναι, σε τάξη μεγέθους, ίση με την πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας στο σύμπαν. Η ενεργειακή πυκνότητα του κενού, αντίθετα από την πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας που ελαττώνονται με την πάροδο του χρόνου καθώς διαστέλλεται το σύμπαν και αυξάνεται ο όγκος του, παραμένει σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι στο παρελθόν, όταν ο όγκος του σύμπαντος ήταν μικρότερος, η συνολική ενέργεια του κενού (που ισούται με την πυκνότητα επί τον όγκο) ήταν μικρότερη απ' ό,τι σήμερα, δηλαδή ήταν λιγότερη από τη συνολική ποσότητα της ύλης και της ακτινοβολίας του σύμπαντος. Αντίστοιχα, με την πάροδο του χρόνου και καθώς θα αυξάνεται ο όγκος του σύμπαντος, θα αυξάνεται και η ενέργεια του κενού και κάποια στιγμή θα γίνει τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την ύλη και την ακτινοβολία του σύμπαντος.

Τίθεται λοιπόν το ερώτημα: γιατί άραγε να υπάρχει αυτή η κοσμική σύμπτωση σήμερα; Γιατί δηλαδή στην παρούσα και όχι σε κάποια άλλη φάση της κοσμικής εξέλιξης, η ενεργειακή πυκνότητα του κενού συμβαίνει να είναι, σε τάξη μεγέθους, ίση (σε απόλυτες τιμές περίπου διπλάσια) με την πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας του σύμπαντος; Ζούμε άραγε σε μια ξεχωριστή περίοδο της κοσμικής εξέλιξης; Ποιός ξέρει;

Η πάρα πολύ μικρή τιμή της Λ - παρά την τεράστια τιμή που προβλέπεί η κβαντική θεωρία πεδίου - μπορεί να εξηγηθεί και από τη μείωση της ταχύτητας του φωτός. Σύμφωνα με μερικούς επιστήμονες η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή στον χρόνο κι αυτό έχει πολλαπλές συνέπειες.  Για παράδειγμα το μέτρο της βαρυτικής άπωσης - που εκφράζεται από τη σταθερά Λ - καθορίζεται εν μέρει από την τιμή της ταχύτητας του φωτός, γιατί το μέτρο της είναι ανάλογο του τετραγώνου της ταχύτητας του φωτός. Επομένως, μια αρκετά απότομη ελάττωση στην τιμή της ταχύτητας του φωτός στο πρώιμο σύμπαν, καθιστά αμελητέα την τιμή της κοσμολογικής σταθεράς Λ με την πάροδο του χρόνου.

Υπάρχουν όμως και διάφορες άλλες παρατηρήσεις που φανερώνουν την ανάγκη για μια κοσμολογική σταθερά.

Παραδείγματος χάριν, εάν η κοσμολογική σταθερά περιλαμβάνει σήμερα το μεγαλύτερο μέρος της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος, τότε η ηλικία του σύμπαντος που παρατηρούμε υπολογίζεται πολύ μεγαλύτερη από ό,τι θα ήταν, χωρίς τον όρο Λ στις εξισώσεις. Η ύπαρξη του κοσμολογικού όρου μας βοηθάει δηλαδή να αποφύγουμε το λάθος να υπολογίζουμε την ηλικία του σύμπαντος μικρότερη από την ηλικία μερικών από τα παλαιότερα αστέρια που έχουμε παρατηρήσει!

Για την πεμπτουσία και την εξέλιξη της κοσμολογικής σταθεράς

Οι παρατηρήσεις μας δείχνουν ότι το σύμπαν επεκτείνεται, περίπου, με διπλάσια ταχύτητα από αυτή που απαιτείται για να υπερνικήσει τη βαρυτική έλξη όλης της ύλης που περιέχει το σύμπαν. Η επίπτωση αυτού του γεγονότος είναι ότι κατά το παρελθόν η μεγαλύτερη πυκνότητα της μάζας επιβράδυνε με τη βοήθεια της βαρύτητας την διαστολή, ενώ στο μέλλον ο ρυθμός διαστολής θα είναι περίπου σταθερός ή ίσως και να αυξάνεται κάτω από την επίδραση ενός νέου τύπου ύλης που μερικοί φυσικοί αποκαλούν "πεμπτουσία".

Η πεμπτουσία άρχισε ως η κοσμολογική σταθερά Λ του Αίνστάιν. Έχει αρνητική βαρυτική μάζα και η 'βαρύτητα' της είναι απωστική. Την  είχαν προτείνει οι κοσμολόγοι Robert Caldwell, Paul Steinhardt και Rahul Dave σαν μια λύση για το πρόβλημα της τιμής που έχει η κοσμολογική σταθερά Λ. Σύμφωνα με το μοντέλο των Caldwell, Steinhardt και Dave, η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι η ενέργεια του καμπυλωμένου χωροχρόνου αλλά ένα είδος αραιού «ρευστού» που γεμίζει το σύμπαν και ονομάζεται πεμπτουσία (quintessence). Στο μοντέλο αυτό, η τιμή της κοσμολογικής σταθεράς Λ είναι ακριβώς μηδέν όπως προκύπτει από την εφαρμογή μιας αρχής συμμετρίας που ονομάζεται υπερσυμμετρία και έτσι δεν υπάρχει πρόβλημα κοσμολογικής σταθεράς.

Η ενεργειακή πυκνότητα της πεμπτουσίας δεν είναι σταθερή αλλά μεταβάλλεται με τον χρόνο, παρακολουθεί και προσαρμόζεται στις αλλαγές της πυκνότητας της ύλης και της ακτινοβολίας του σύμπαντος. Η πεμπτουσία είναι μια δυναμική, χρονικά εξελισσόμενη και χωρικά ανομοιογενής μορφή ενέργειας που προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος. Υπάρχουν πολλές εκδοχές σχετικά με την πεμπτουσία, η κάθε μία με διαφορετικές ιδιότητες. Αντίθετα με την κοσμολογική σταθερά, η πεμπτουσία δεν είναι απαραίτητο να έχει κάποια συγκεκριμένη, προκαθορισμένη τιμή.

Τελευταία όμως το κυρίαρχο ρεύμα των φυσικών έχει υιοθετήσει την κοσμολογική σταθερά Λ, ως ένα καλό μοντέλο για τη βαρυτική επίδραση του ενεργού κενού της κβαντικής φυσικής και δεν δίνει σημασία στην πεμπτουσία.

Οι θεωρητικοί κοσμολόγοι πιστεύουν επίσης ότι καθώς το σύμπαν επεκτείνεται και ψύχεται, η σταθερά Λ του Αϊνστάιν τείνει να μειωθεί. Καθώς το σύμπαν ψύχεται, οι συμμετρίες μεταξύ των δυνάμεων σπάζουν, τα σωματίδια αποκτούν μάζες, και αυτές οι διαδικασίες τείνουν να απελευθερώσουν μια ανάλογη της λανθάνουσας θερμότητας. Η ενεργειακή πυκνότητα του κενού μειώνεται αναλόγως, και μαζί με αυτήν  η τιμή του Λ.

Ίσως ένα τεράστιο Λ οδήγησε το σύμπαν σε μια γρήγορη επέκταση που 'λείανε' το αρχέγονο χάος για να κάνει σχεδόν το ομοιόμορφο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα, ενώ όσο περνά ο χρόνος μειώνεται η τιμή της Λ. Αυτή η κοσμολογική άποψη ανήκει στη θεωρία του πληθωριστικού σύμπαντος στις απαρχές του.

Σημείωση: οι κβαντικοί φυσικοί όταν μιλάνε για ενεργό κενό αναφέρονται στην άποψη ότι η κατάσταση του κενού έχει μια ενέργεια μηδενικού σημείου (μια ελάχιστη ενέργεια), που προκαλεί τις διακυμάνσεις του κενού. Έτσι η κενή κατάσταση δεν σημαίνει μια κατάσταση του τίποτα, αλλά αντιθέτως είναι μια ενεργή κατάσταση.

Για μια πιο βαθιά μελέτη

Sean Carroll's Living Review: The Cosmological Constant.

T. Padmanabhan, Dark Energy and Gravity

Ned Wright, Vacuum Energy Density, or How Can Nothing Weigh Something?

Subir Sarkar: Is the evidence for dark energy secure?

Wikipedia on The Cosmological Constant

 

[Iblis]

Τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα, η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν, η σκοτεινή ύλη και η ενέργεια του κενού
Άρθρο, Δεκέμβριος 2001

Η μορφή του Σύμπαντος και η εξήγηση των αστρονομικών παρατηρήσεων σε πολύ μεγάλη κλίμακα, αποτελούν ένα από τα πιο επίμονα αλλά και ελκυστικά αινίγματα της κοσμολογίας. Από τον καιρό της διατύπωσης της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας έως σήμερα έχουν προταθεί διάφορες υποθέσεις για να ερμηνεύσουν κάθε φορά τα νέα πειραματικά δεδομένα. Καθεμιά από αυτές όμως μας φέρνει μπροστά σε ένα νέο αίνιγμα…
Εισαγωγή
1. Η κοσμολογική σταθερά λ του Αϊνστάιν
2. Η αναβίωση της κοσμολογικής σταθεράς σαν ενέργεια του κενού
3. Τι είναι όμως η σκοτεινή ύλη και η ενέργεια του κενού;
Εισαγωγή

Σπάνια μια επιστημονική είδηση έκρυβε τέτοια σημασία όπως η ανακοίνωση του 1998 δύο επιστημονικών ομάδων, για την μέτρηση της επιτάχυνσης της διαστολής του σύμπαντος. Η ανακοίνωση αυτή έφερε αναγκαστικά στο προσκήνιο την ξεχασμένη κοσμολογική σταθερά λ του Αϊνστάιν ή την κοσμική αντιβαρύτητα, συγχρόνως όμως έδωσε νέα διάσταση στην έννοια του κενού χώρου.

Μια καινούργια λοιπόν δύναμη κοσμικής 'αντιβαρύτητας', που κανένας δεν την υποψιαζόταν πριν, καθόριζε το ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Οι επιδράσεις της όμως δεν προκαλούν κανένα παρατηρήσιμο μέγεθος σε κλίμακες μικρότερες του ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός, γι' αυτό και δεν είναι εύκολο να μελετηθεί παρά μόνο σε τεράστιες κλίμακες.

Η δύναμη αυτή έχει αντίθετα αποτελέσματα από την βαρύτητα (γι' αυτό και λέγεται κοσμολογική αντιβαρύτητα) και φαίνεται να υπερισχύει αυτής όσο ο κόσμος μας διαστέλλεται και συνεπώς όσο γίνεται πιό άδειος και σκοτεινός.

Προς μεγάλη έκπληξη των θεωρητικών φυσικών, η τιμή της ξεχασμένης κοσμολογικής σταθεράς λ είναι πολύ μικρή, περίπου 0.7. Σε διαφορετική περίπτωση θα υπερίσχυε της βαρύτητας ακόμη και σε μικρές κλίμακες και θα έκανε έτσι αδύνατη την κοσμική εξέλιξη, όπως και τον σχηματισμό των γαλαξιών ή και των αστέρων. Αν όμως ήταν μικρότερη από 0.7 τότε το σύμπαν μας δεν θα διέφερε κατά πολύ από το σημερινό.

Η ανακοίνωση για το ενδεχόμενο, το σύμπαν να επιταχύνει την διαστολή του, έγινε από δύο ομάδες που δούλευαν στο πρόγραμμα "Κοσμολογία Σουπερνόβα" από το 1990.

Η μία ομάδα ήταν του Saul Perlmutter, φυσικού του εργαστηρίου Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια και εμψυχωτή του προγράμματος. Αυτοί μέτρησαν την ένταση του φωτός που ερχόταν από σουπερνόβα και κατέληξαν πως η παρατηρουμένη αμυδρότητα του φωτός του σουπερνοβα, εξηγείται αν δεχθούμε την προαναφερομένη επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος.

Η επιτάχυνση της διαστολής για να εξηγηθεί απαιτεί την προαναφερομένη κοσμική αντιβαρύτητα ή όπως αλλιώς λέγεται, σκοτεινή ενέργεια του κενού. Η ερώτηση είναι γιατί όμως;

Διότι αν προσθέταμε την βαρυτική έλξη της συνηθισμένης ύλης μαζί με αυτήν της σκοτεινής ύλης, τότε θα είχαμε μια επιβραδυνόμενη διαστολή. Αν όμως προσθέσουμε και την αντιβαρύτητα του κενού ή την σκοτεινή ενέργεια όπως λέγεται, τότε επιβεβαιώνονται τα πειραματικά δεδομένα της ανακάλυψης των δύο προαναφερομένων ομάδων για επιταχυνόμενη διαστολή.

Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται τόσα δισεκατομμύρια χρόνια, ο κενός χώρος του αυξάνεται. Φαίνεται λοιπόν, πως από ένα χρονικό διάστημα και πέρα (ίσως και πέντε δισεκατομμύρια έτη πριν), ο κενός χώρος ήταν αρκετά μεγάλος, τόσος που η ενέργεια του --η σκοτεινή ενέργεια του κενού-- έγινε αρκετά σημαντική ώστε να υπερισχύσει της βαρυτικής έλξης που προέρχεται από την συνηθισμένη και σκοτεινή ύλη.

Υπάρχουν όμως κι άλλες ενδείξεις για μια επιταχυνόμενη διαστολή. Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, το υπόλειμμα της Μεγάλης Έκρηξης, δεν είναι εντελώς ομοιόμορφη σε όλο τον Ουρανό. Παρατηρείται μια ελαφρά ανομοιογένεια στην κατανομή της θερμοκρασίας, οφειλομένη στις ανομοιομορφίες που αναπτύσσονται λόγω του σχηματισμού στα σημεία αυτά των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών. Οι διαστάσεις αυτών των ανομοιογενών περιοχών στον Ουρανό, υπολογίστηκαν με πειράματα πάνω από την Ανταρκτική στα τέλη της δεκαετίας του 1990 με τη βοήθεια του παρατηρητήριου-αερόστατου Boomerang.

Οι μετρήσεις αυτές μας έδειξαν πως είναι αντίθετες με ένα σύμπαν χαμηλής πυκνότητας, όπου ο λόγος Ω της ενεργειακής πυκνότητας της ύλης και ενέργειας προς την πυκνότητα που θα απαιτείτο για να είναι το Σύμπαν επίπεδο, θα ήταν περίπου 0.3 και το λ ακριβώς μηδέν. Αν όμως το λ ήταν περίπου 0.7 θα είχαμε συμφωνία των δεδομένων του πειράματος του Boomerang με τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων του φωτός των σουπερνόβα.

Σαν συμπέρασμα λοιπόν, ο Κόσμος μας διαστέλλεται επιταχυνόμενος και συγχρόνως πρόκειται για ένα ανοικτό, επίπεδο σύμπαν παρά ένα κλειστό και καμπυλομένο.

Δίκαια λοιπόν το περιοδικό Science κατέταξε αυτή την ανακάλυψη ως την υπ' αριθμό ένα για το 1998 σε όλα τα πεδία της επιστημονικής έρευνας.
Η κοσμολογική σταθερά λ του Αϊνστάιν

Ενώ στην απλούστερη μορφή της, η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητάς του Αϊνστάιν, προβλέπει ότι ο κόσμος πρέπει να καταρρεύσει κάτω από την τρομακτική ελκτική δύναμη της βαρύτητας ή αντίθετα να διαστέλλεται, εντούτοις ο Αϊνστάιν όπως και πολλοί άλλοι επιστήμονες του καιρού του, υπέθετε πως το Σύμπαν είναι στατικό και αμετάβλητο στο χρόνο.

Μάλιστα, ο ίδιος ο Einstein αμφέβαλε για τις εξισώσεις του, όταν αντιλήφθηκε ότι προέβλεπαν ένα δυναμικό και όχι στατικό σύμπαν .

Αντί όμως να απορρίψει αυτή την πίστη του στο στατικό σύμπαν, τροποποίησε τις εξισώσεις της ΓΘΣ για να μπορέσει να περιγράψει ένα σταθερό σύμπαν. Ο Αϊνστάιν πρόσθεσε λοιπόν μια μαθηματική σταθερά στις εξισώσεις της Γ.Θ.Σ., που την ονόμασε "κοσμολογική σταθερά" και που συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα "λάμδα" λ.

Αυτή η σταθερά παριστάνει μιά απωστική συμπαντική δύναμη ή αρνητική βαρύτητα, εξαρτώμενη από το ίδιο το διάστημα, και η οποία εμποδίζει το σύμπαν να καταρρεύσει (να συσταλεί) κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. Δηλαδή ο όρος αυτός στρέβλωνε το χωρόχρονο κατά την αντίθετη έννοια απ' ότι η βαρύτητα, έτσι ώστε τα σώματα να απομακρύνονται μεταξύ τους. Η απωστική δράση της κοσμολογικής σταθεράς μπορούσε τελικά να εξισορροπήσει την ελκτική δράση της ύλης, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, επιτρέποντας κατ' αυτό τον τρόπο μια στατική λύση για το Σύμπαν.

Μάλιστα ο W. de Sitter το 1917 βρήκε μια λύση της Γ.Θ.Σ. που περιγράφει ένα στατικό σύμπαν, και έτσι να μην διαστέλλεται.

Στη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, η πηγή των βαρυτικών δυνάμεων είναι η ενέργεια. Η ύλη είναι απλώς ένα είδος ενέργειας.

Αλλά ο κοσμολογικός όρος του Αϊνστάιν διαφέρει. Η ενέργεια που σχετίζεται με αυτόν δεν εξαρτάται απ' τη θέση ή το χρόνο -εξ ου και η ονομασία κοσμολογική σταθερά. Η δύναμη που προκύπτει απ' τον όρο αυτό ενεργεί ακόμη και κατά την απόλυτη απουσία της ύλης και της ακτινοβολίας. Συνεπώς, η πηγή της θα πρέπει να είναι ένα περίεργο είδος ενέργειας που ενυπάρχει στον κενό χώρο. Η κοσμολογική σταθερά έχει υπό την έννοια αυτή μια μεταφυσική χροιά.

Κάτω από μια άλλη σκοπιά, ένα Σύμπαν που αποτελείται μόνο από συνηθισμένη ύλη, δεν μπορεί να επιταχύνεται συνέχεια, γιατί αντιστέκεται η ελκτική βαρύτητα. Όμως σύμφωνα με τον Αϊνστάιν το σύμπαν μπορεί να διαστέλλεται επιταχυνόμενο, αν εκτός της συνηθισμένης ύλης, υπάρχει μια εξωτική μορφή ενέργειας που υπάρχει παντού στο κενό χώρο. Η περίεργη αυτή 'ενέργεια του κενού', είναι ενσωματωμένη στη θεωρία της 'κοσμολογικής σταθεράς λ'.

Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες μορφές μάζας και ενέργειας, η ενέργεια αυτή του κενού προσθέτει μια απωστική συνιστώσα στη βαρύτητα, και έτσι μπορεί το Σύμπαν να επιταχύνεται συνεχώς.

Ο ρώσος μαθηματικός Friedmann το 1922, συνειδητοποίησε ότι αυτό το σταθερό μοντέλο του Αϊνστάιν, ήταν μια ασταθής κατάσταση, όπως ένα μολύβι που εξισορροπείται στην μύτη του και πρότεινε ένα διαστελλόμενο μοντέλο του Σύμπαντος, που αποκαλείται σήμερα θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Ασχολούμενος και αυτός τις εξισώσεις της Γ.Θ.Σ. ανακάλυψε πως υπάρχουν πολλές διαφορετικές λύσεις, κι όχι μία όπως έλπιζε ο Αϊνστάιν, και κάθε μία λύση περιέγραφε ένα διαφορετικό σύμπαν. Αλλά θεώρησε πως η σωστή λύση περιέγραφε ένα διαστελλόμενο σύμπαν.

Όταν όμως ο Hubble μελέτησε τους κοντινούς γαλαξίες, το 1929 με παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από το τηλεσκόπιο του όρους Ουίλσον, αποκαλύφθηκε ότι όσο μακρύτερα βρίσκονται οι άλλοι γαλαξίες από εμάς, τόσο ταχύτερα απομακρύνονται. Το Σύμπαν διαστέλλεται με τέτοιον τρόπο ώστε η απόσταση μεταξύ δύο οποιωνδήποτε γαλαξιών να αυξάνεται σταθερά με το χρόνο. Βέβαια η διαστολή σημαίνει ότι ο χώρος ανάμεσά τους διαστέλλεται, όχι ότι απλώς απομακρύνονται μεταξύ τους.

Αυτή η ανακάλυψη μαζί με την ερυθρή μετατόπιση, επιβεβαίωσαν την ύπαρξη ενός διαστελλόμενου σύμπαντος που μάλλον δεν πρόκειται να συνθλιβεί ποτέ. Έτσι δεν υπάρχει ανάγκη για την ύπαρξη της κοσμολογικής σταθεράς, η οποία επέτρεπε την ύπαρξη της στατικής λύσης για το Σύμπαν.

Ο Αϊνστάιν το 1931 μετά τα νέα ευρήματα του Hubble, λυπήθηκε που έπρεπε να αφαιρέσει την κοσμολογική σταθερά λ από τις εξισώσεις του και να αποδεχθεί το διαστελλόμενο σύμπαν και ανέφερε την ύπαρξη της κοσμολογικής σταθεράς λ ως το "μέγιστο λάθος του".
Η αναβίωση της σταθεράς λ σαν ενέργεια του κενού

Αλλά στη δεκαετία του '30, η περιφρονημένη από τον επινοητή της κοσμολογική σταθερά, άρχισε να διακρίνεται αμυδρά σε ένα εντελώς ανεξάρτητο πλαίσιο: στην προσπάθεια συνδυασμού της κβαντομηχανικής με την θεωρία της ειδικής σχετικότητας. Έτσι οι Paul Dirac, Richard Feynman, Julian Schwinger και Shinichiro Tomonaga έδειξαν ότι ο κενός χώρος είναι πιο περίπλοκος απ' ό,τι είχαν πριν φανταστεί.

Από την μελέτη τους προέκυψε, πως μπορούν στοιχειώδη σωμάτια να προκύψουν από το τίποτα και να εξαφανίζονται πάλι σε ελάχιστο χρόνο. Ας υπενθυμίσουμε ότι σ' ένα παρόμοιο φαινόμενο στηρίζονται οι περίφημες δυνάμεις Casimir και οι διακυμάνσεις του κενού.

Ο αποκαλούμενος κενός χώρος είναι στην πραγματικότητα γεμάτος από στοιχειώδη σωμάτια. Η παρουσία τους οφείλεται στην αρχή της απροσδιοριστίας και στην θεωρία της σχετικότητας. Το κενό λοιπόν δεν είναι ένα 'τίποτα', αλλά γεμάτο εικονικά σωματίδια με ένα ποσό ενέργειας, η οποία θα μπορούσε να ασκήσει μια βαρυτική δύναμη είτε ελκτική είτε απωστική. Σε μακροσκοπικές κλίμακες λοιπόν θα μπορούσε να δράσει αυτή η ενέργεια όπως η κοσμολογική σταθερά λ του Αϊνστάιν, και να συνεισφέρει στην επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Στις δύο τελευταίες δεκαετίες λοιπόν πολλοί κοσμολόγοι υποστηρίζουν την αναβίωση της κοσμολογικής σταθεράς λ, για θεωρητικούς λόγους. Η σύγχρονη θεωρία πεδίων συνδέει αυτή την σταθερά με την ενεργειακή πυκνότητα του κενού.
Για να είναι όμως αυτή η ενεργειακή πυκνότητα του κενού συγκρίσιμη με άλλες μορφές της ύλης στο σύμπαν, αυτό θα απαιτήσει νέα φυσική: η προσθήκη ενός κοσμολογικού σταθερού όρου θα έχει βαθιές επιπτώσεις στη φυσική των σωματιδίων και την κατανόησή των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης.

Το βασικό πλεονέκτημα του κοσμολογικού σταθερού όρου είναι ότι βελτιώνει σημαντικά τη συμφωνία μεταξύ της θεωρίας και της παρατήρησης. Το πιο θεαματικό παράδειγμα για αυτό, είναι η πρόσφατη προσπάθεια να μετρηθεί πόσο έχει μεταβληθεί η διαστολή του σύμπαντος στα τελευταία δισεκατομμύρια έτη.

Γενικά, ή έλξη της βαρύτητας που ασκείται από την ύλη στο σύμπαν επιβραδύνει την διαστολή που άρχισε από την εποχή του Big Bang. Πολύ πρόσφατα έχει γίνει συνήθεια στους αστρονόμους να παρατηρούν πολύ φωτεινά σπάνια αστέρια που ονομάζονται σουπερνόβα, σε μια προσπάθεια να μετρηθεί πόσο έχει επιβραδυνθεί η διαστολή του σύμπαντος κατά τη διάρκεια των τελευταίων δισεκατομμυρίων ετών.

Είναι πράγματι εκπληκτικό ότι τα αποτελέσματα αυτών των παρατηρήσεων δείχνουν ότι η επέκταση του σύμπαντος επιταχύνεται αντί να επιβραδύνεται. Ενώ αυτά τα αποτελέσματα θα πρέπει να θεωρηθούν προκαταρκτικά, αυτά τα αποτελέσματα μεγαλώνουν τη δυνατότητα να περιέχει το σύμπαν μια παράξενη μορφή της ύλης ή ουσιαστικά της ενέργειας, δηλαδή μιά απωστική βαρύτητα. Η κοσμολογική σταθερά λ είναι ένα παράδειγμα αυτού του τύπου ενέργειας.

Η ερμηνεία επίσης ενός σύμπαντος που να είναι καμπυλωμένο και ανοικτό, καταλήγει στο να δεχθούμε πως επιταχύνεται η διαστολή του Σύμπαντος, μέσω της ύπαρξης στο Σύμπαν μιας επιπλέον ενέργειας που εμφανίζεται με τη μορφή της 'κοσμολογικής σταθεράς'. Είναι η 'παράξενη σκοτεινή ενέργεια του κενού' όπως έχουμε αναφέρει.

Υπάρχουν όμως και διάφορες άλλες παρατηρήσεις που φανερώνουν την ανάγκη για μια κοσμολογική σταθερά.

Παραδείγματος χάριν, εάν η κοσμολογική σταθερά περιλαμβάνει σήμερα το μεγαλύτερο μέρος της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος, τότε η ηλικία του σύμπαντος που παρατηρούμε υπολογίζεται πολύ μεγαλύτερη από ό,τι θα ήταν, χωρίς έναν τέτοιο όρο. Η ύπαρξη του κοσμολογικού όρου μας βοηθάει δηλαδή να αποφύγουμε το λάθος να υπολογίζουμε την ηλικία του σύμπαντος μικρότερη από την ηλικία μερικών από τα παλαιότερα αστέρια που έχουμε παρατηρήσει!

Συγχρόνως ένας κοσμολογικός σταθερός όρος που προστίθεται στο πληθωριστικό μοντέλο, (μια θεωρία που επεκτείνει τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης,) οδηγεί σε ένα μοντέλο που εμφανίζεται να είναι σύμφωνο προς την μεγάλης κλίμακας παρατηρηθείσα κατανομή των γαλαξιών και των σμηνών, σύμφωνα με τις μετρήσεις που έκανε το παρατηρητήριο COBE, αλλά και της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας των Διακυμάνσεων Υποβάθρου καθώς και με τις παρατηρηθείσες ιδιότητες των σμηνών με τη βοήθεια ακτίνων-X.

Όπως σημειώνεται πιο πάνω, η γεωμετρία και η εξέλιξη του Σύμπαντος καθορίζονται από την μερική συμβολή των διάφορων τύπων ύλης. Δεδομένου ότι στην ενεργειακή πυκνότητα Ω συμβάλλουν πολλές μορφές ύλης-ενέργειας, οι κοσμολόγοι ταξινομούν τους τύπους της ύλης από μια καταστατική εξίσωση, δηλαδή τη σχέση μεταξύ της πίεσης της και της ενεργειακής πυκνότητάς της ύλης-ενέργειας. Η βασική ταξινόμηση των διαφόρων ειδών ύλης-ενέργειας καθώς και η συμμετοχή τους στην ποσότητα Ω είναι η παρακάτω:

(Η ποσότητα Ω είναι ο λόγος της πυκνότητας της ύλης-ενέργειας προς την πυκνότητα που απαιτείται για να είναι το σύμπαν επίπεδο.)

Ακτινοβολία: αποτελείται από τα άμαζα ή σχεδόν άμαζα σωματίδια που κινούνται με την ταχύτητα του φωτός. Τα γνωστά παραδείγματα περιλαμβάνουν τα φωτόνια (φως) και τα νετρίνα.

Βαρυονική ύλη: αυτή είναι η "συνηθισμένη ορατή ύλη" που αποτελείται πρώτιστα από τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια. Σχηματίζει αστέρια, σκόνη και αέριο. Παρατηρείται με τα τηλεσκόπια. Συμμετέχει κατά 1% στο Ω.

Βαρυονική σκοτεινή ύλη: Συνήθης ύλη που είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθεί, πιθανώς καφέ ή μελανοί νάνοι (που ονομάζονται από τους αστρονόμους MACHOs -Massive Compact Halo Objects) ή υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ή κβάζαρς. Κύρια ένδειξη για την ύπαρξη της έχουμε στο Big Bang και στην αφθονία του δευτερίου. Συμμετέχει κατά 5% στο Ω.

Μη βαρυονική σκοτεινή ύλη: αυτή αναφέρεται γενικά στην "εξωτική" μη-βαρυονική ύλη που αλληλεπιδρά μόνο ασθενώς με την συνηθισμένη ύλη. Τα εξωτικά σωματίδια περιλαμβάνουν αξιόνια ή ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωμάτια με μάζα (WIMPs).
Ενώ καμιά τέτοια ύλη δεν έχει παρατηρηθεί άμεσα στο εργαστήριο, υποψιαζόμαστε από καιρό την ύπαρξή της για να δικαιολογήσουμε τις τροχιακές ταχύτητες των αστέρων στους γαλαξίες αλλά και τις ταχύτητες των γαλαξιών μέσα στα σμήνη. Συμμετέχει κατά 30% στο Ω.

Σκοτεινή ενέργεια του κενού ή κοσμολογική σκοτεινή ύλη: αυτή είναι μια αληθινά παράξενη μορφή της ύλης, ή ίσως μια ιδιότητα αυτού του ιδίου του κενού, η οποία χαρακτηρίζεται από μια μεγάλη, αρνητική πίεση. Πιστεύεται πως συμμετέχει κατά 60% στο Ω. Αυτή είναι και η μόνη μορφή της ύλης που μπορεί να δικαιολογήσει την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος αλλά και να δικαιολογήσει γιατί ο κόσμος είναι επίπεδος σύμφωνα με την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου.
Τι είναι όμως η σκοτεινή ύλη και η ενέργεια του κενού;

Ενώ η βαρύτητα είναι η αιτία των κινήσεων των άστρων, των γαλαξιών και των σμηνών από γαλαξίες, πολλές φορές οι κινήσεις τους, δεν δικαιολογούνται.

Από το 1932 ο αστρονόμος Jan Oort έχει δημοσιεύσει την υπόθεση, πως με βάση την κίνηση των άστρων του γαλαξία μας, η ολική ποσότητα της μάζας τους πρέπει είναι διπλάσια από την ορατή μάζα που φαίνεται με τα τηλεσκόπια. Μια άλλη ένδειξη για την ύπαρξη αόρατης ύλης, είναι το γεγονός ότι βλέπουμε τους γαλαξίες στο δικό μας τοπικό σμήνος, να κινούνται ο ένας προς τον άλλο.

Ομοίως ο Fritz Zwicky το 1933 διαπίστωσε πως στον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης, οι γαλαξίες του κινούνται τόσο γρήγορα, 7.000 χιλ. ανά δευτερόλεπτο από μας, που θα διαλύονταν εκτός κι αν περιείχαν δεκαπλάσια μάζα από την ορατή.

Η Vera Rubin ερευνώντας τον γαλαξία της Ανδρομέδας -περίπου 2,2 εκατομμύρια έτη φωτός από το δικό μας γαλαξία- διαπίστωσε πως τα άστρα της εξωτερικής σπείρας αυτού του Γαλαξία, αντί να κινούνται πιο αργά από τα άστρα των εσωτερικών σπειρών, κινούνται με την ίδια ταχύτητα με αυτά. Η αστρονόμος για ν' απαντήσει στα πιο πάνω προβλήματα, υπέδειξε πως έπρεπε το 90% των σπειροειδών γαλαξιών να αποτελείται από μια παράξενη, εξωτική, σκοτεινή ύλη που σαν άλω ή σαν περίβλημα εμποδίζει την εσωτερική σπείρα της Ανδρομέδας, να διασπαστεί.

Ομοίως ο γαλαξίας αυτός έρχεται προς το μέρος μας, με ταχύτητα περίπου 200.000 μιλίων την ώρα. Αυτό συμβαίνει μόνο με την επίδραση της βαρυτικής έλξης. Η μάζα όμως που παρατηρούμε δεν είναι αρκετά μεγάλη για να ασκήσει μια τέτοια έλξη. Η μάζα αυτή λοιπόν που λείπει, πρέπει να βρίσκεται στο χώρο μεταξύ των δύο γαλαξιών, και εκτιμάται ότι είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του γαλαξία μας, με τη μορφή της 'σκοτεινής ύλης'.

Από τότε πολλά πειράματα που έγιναν, επιβεβαιώνουν την υπόδειξη του Oort και της Vera Rubin για την ύπαρξη σκοτεινής ύλης. Οι αστρονόμοι δεν γνωρίζουν ακριβώς από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη, η οποία εικάζεται ότι αποτελεί το 90% έως 99% της μάζας του Σύμπαντος. Οι μαύρες τρύπες, τα αναρίθμητα νετρίνα που τώρα τελευταία γνωρίζουμε ότι έχουν μάζα, οι αόρατοι πλανήτες με μέγεθος του Δία, άστρα που κατέληξαν νάνοι, ενδογαλαξιακή σκόνη και αέριο είναι οι πιθανές εξηγήσεις.

Η σκοτεινή ύλη πρέπει να έχει παίξει επίσης κάποιο σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό των γαλαξιών κατά την εξέλιξη του Σύμπαντος, αλλά και να ελέγχει ακόμη και τώρα την πορεία του κόσμου. Η ύπαρξή της δηλαδή θα είναι αποφασιστική για τη μοίρα του Σύμπαντος, γιατί η εξέλιξη του σύμπαντος εξαρτάται

 

[Iblis]

Το πεπρωμένο αυτού του κόσμου
Άρθρο, 5 Μαρτίου 2001


Θα υπάρχει για πάντα αυτός ο κόσμος ή η σημερινή διαστολή του, θα αντικατασταθεί από μια συστολή που θα κλείνει σε μια μεγάλη κρίσιμη στιγμή;  Σε αυτήν την ερώτηση μόνο η σύγχρονη κοσμολογία μπορεί  να απαντήσει:

Η απάντηση είναι εξαρτάται, από την αλλαγή, με τον χρόνο, της ακτίνας του 3-διάστατου χώρου. Εξαρτάται πάλι από την αλλαγή, μετά του χρόνου, της μέσης πυκνότητας της ύλης και την παγκόσμια πίεση της ακτινοβολίας μαζί με την κυρτότητα του χώρου. Κατά συνέπεια, εάν κάποιος μπορεί να καθορίσει αυτές τις τρεις ποσότητες,  μπορεί να ορισθεί το μελλοντικό πεπρωμένο του κόσμου.

Οι εικόνες πιό πάνω χρησιμεύουν για να επεξηγήσουν την κυρτότητα του 3-διάστατου χώρου. Εντούτοις, τα απεικονισμένα αντικείμενα δεν είναι 3-διάστατα, είναι ακριβώς 2-διάστατα - όπως ένα λεπτό φύλλο του χαρτιού. Ο λόγος, που μπορείτε να δείτε τις διαφορετικές κυρτότητες, είναι ότι κάθεστε σε έναν 3-διάστατο κόσμο.
Η έννοια της κυρτότητας ισχύει επίσης για τις υψηλότερες διαστάσεις. Εάν η παγκόσμια κυρτότητα είναι αρνητική ή μηδέν η διαστολή-επέκταση θα συνεχίζεται για πάντα - το σύμπαν ορίζεται σαν ανοικτό. Εάν η κυρτότητα είναι θετική το σύμπαν είναι κλειστό και η διαστολή-επέκταση, αργά ή γρήγορα, θα αντικατασταθεί από μια συστολή.

Δυστυχώς, κάποιος χρειάζεται μια 4-διάστατη προοπτική προκειμένου να είναι σε θέση να δει την κυρτότητα ενός 3-διάστατου αντικειμένου. Η επιστήμη δεν έχει μάθει ακόμα πώς να χρησιμοποιήσει την περίσταση ότι ζούμε σε ένα 4-διάστατο χωρόχρονο συνέχεια, έτσι δεν υπάρχει καμία προς το παρόν γνωστή μέθοδος για να καθορίσει την κυρτότητα του σύμπαντος κατευθείαν.

Τώρα, σε αυτό το σημείο, τα μαθηματικά της Γενικής Σχετικότητας έρχονται να μας ενισχύσουν. Συνδυάζοντας τις εξισώσεις, αυτή βγάζει πως η κυρτότητα του σύμπαντος μπορεί να καθοριστεί εάν ένα ξέρει την παρούσα πυκνότητα της ύλης του και τη παγκόσμια πίεση της ακτινοβολίας καθώς επίσης και τη μεταβολή σε συνάρτηση με το χρόνο αυτών των ποσοτήτων. Ουσιαστικά, το ζήτημα είναι να καθοριστεί το ποσό της ύλης στο Σύμπαν σε σύγκριση με τον αριθμό των φωτονίων. Αυτό, εντούτοις, δεν είναι ένας εύκολος στόχος. Αν και η φυσική είναι κοντά στην κατοχή μιας αρκετά καλής άποψης, όλων των φυσικών τμημάτων σ' όλο το Σύμπαν, ακόμα όμως υπάρχουν διάφορα αινίγματα και εκκρεμείς ερωτήσεις που κρέμονται αναπάντητες. Πόσο μακριά ή πόσο κοντά βρίσκεται λοιπόν η φυσική στην κατοχή μιας καθολικής γνώσης, για να επιλύσει αυτά τα προβλήματα είναι δύσκολο να ειπωθεί. Εντούτοις, συνεχώς βελτιώνονται οι γνώσεις μας.
Είναι το Σύμπαν μια διακύμανση του κενού;

Φανταστείτε ότι ζούμε σε ένα σύμπαν με αρνητική κυρτότητα, που συνεχίζει έτσι να επεκτείνεται συνεχώς. Δεν είναι ανιαρό; Εκτός αυτού, εάν κάποιος σκέφτεται βαθειά, πραγματικά αυτό δεν έχει και πολύ νόημα, ή έχει;
Οχι βεβαίως. Σκεφτείτε τότε θετικά και υποθέστε ότι το σύμπαν είναι κλειστό. Μια φυσική συνέπεια τούτου είναι ότι η καθολική ενέργεια του σύμπαντος πρέπει να είναι ίση με μηδέν. Όπως εξηγείται λεπτομερώς στα βιβλία της κβαντικής φυσικής, όλα τα φυσικά φαινόμενα στον κόσμο, είναι ουσιαστικά ακριβώς οι ποικίλλες εκδηλώσεις της ενέργειας. Σε αυτό το πλαίσιο η ύλη και η βαρύτητα θεωρούνται ως η αρνητική ενέργεια ενώ τα άλλα είδη ενέργειας λογαριάζονται σαν θετικές μορφές. Αθροίζοντας όμως όλες αυτές τις μορφές το αποτέλεσμα πρέπει να είναι μηδέν σε έναν κλειστό σύμπαν.
Δηλαδή, τα διάφορα είδη της ενέργειας είναι ακριβώς η διαφορετική εκδήλωση ενός καθολικού ενεργειακού πεδίου - του κενού.
Κλειστό Σύμπαν;

Συνεπώς, εάν το Σύμπαν είναι κλειστό, είναι μόνο μια διακύμανση του κενού. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο οι ποικίλλες μορφές στον κόσμο προέρχονται από το κενό πεδίο, όπως αποκαλύπτεται από τη σωματιδιακή φυσική και την Κβαντική Θεωρία Πεδίου, αλλά επίσης και το ίδιο το Σύμπαν προήλθε από το κενό και θα τελειώσει ως κενό.
Υποθέτοντας ότι το σύμπαν είναι κλειστό - τι θα συνέβαινε στο τέλος; Αυτή η ερώτηση - ή μάλλον η ισοδύναμη ερώτηση το τι συνέβη στην αρχή - είναι το θέμα της επόμενης παραγράφου.
Αλλά πρώτα, ας υπενθυμίσουμε τι συνέβη στις πολύ πρόωρες εποχές, που είναι πιό πιθανόν να  είναι αυτό που θα συμβεί σε αντίστροφη σειρά στο υποτιθέμενο τέλος.
Προς την εποχή Planck

Φανταστείτε ότι είτε γυρίζουμε πίσω  στον χρόνο είτε προς τα εμπρός. Ένας εκατοστό του δευτερολέπτου προτού να φθάσουμε στην τελευταία άκρη, το σύμπαν είναι μια φλεγόμενη βολίδα στην οποία η ενέργεια είναι τόσο υψηλή και πυκνή που σε κανένα σύνθετο οργανισμό δεν υπάρχει πιό πολύ.

Τα στοιχειώδη σωμάτια και τα αντισωμάτια στροβιλίζονται τριγύρω κάτω από την επιρροή των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων που μπορούν ακόμα να διακριθούν η μία από την άλλη. Εντούτοις, όσο  υπάρχουν οι αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων, η βαρύτητα είναι ασήμαντη. Συνεχίζουμε να προχωράμε προς τα πίσω και 10-10 του ενός δευτερολέπτου προτού να φθάσουμε στην ακρότητα, βλέπουμε την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή δύναμη να ενώνονται και να γίνονται όμοιες. Ήδη μόνο τρεις δυνάμεις υπάρχουν - η ηλεκτροασθενής, η ισχυρή και η βαρύτητα.

Σε 10-32 sec, η φλεγόμενη βολίδα μας, που είναι τώρα στο μέγεθος ενός πορτοκαλιού, υποβάλλεται σε μια εκθετική κατάρρευση και καταρρέει προς ένα μέγεθος 1025 μικρότερο από την διάσταση του ατόμου. Τώρα η ενεργειακή πυκνότητα είναι τόσο υψηλή που σε 10-35 sec η ισχυρή δύναμη ενώνεται με την ενοποιημένη ηλεκτροασθενή δύναμη. Αυτό είναι η εποχή GUT (Εποχή Μεγάλης Ενοποιημένης Θεωρίας), η οποία χαρακτηρίζεται από την εκμηδένιση των σωματιδίων. Τα στοιχειώδη σωματίδια και τα αντισωμάτια τους  συναντώνται και εξαφανίζονται με εκλάμψεις της ενέργειας. Μέχρι το τέλος της εποχής GUT καμιά ύλη δεν υπάρχει - ούτε ακόμη και με την μορφή των στοιχειωδών σωματιδίων. Σε 10-43 sec, η βαρύτητα ενώνεται με την ενοποιημένη GUT-δύναμη - και έχουμε φθάσει στην εποχή Planck.



(Τα χρονικά διαστήματα είναι όπως μετριούνται στο συνηθισμένο πλαίσιο αναφοράς μας αλλά, σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, ο χρόνος επιβραδύνεται όταν ο χωρόχρονος στρέφεται. Κατά συνέπεια, στο τοπικό πλαίσιο της αναφοράς, τα μικροσκοπικά χρονικά διαστήματα είναι στην πραγματικότητα πολύ μεγάλα. Το ίδιο σχόλιο ισχύει και για το 3-διάστατο χώρο).

Μέχρις σε αυτό το σημείο, ξέρουμε τι συνεχίζεται από τα αποτελέσματα των πειραμάτων των εργαστηρίων της φυσικής της υψηλής ενέργειας. Εντούτοις, φθάνοντας στην εποχή Planck, είμαστε κάπου, όπου κανένας γνωστός νόμος της φυσικής δεν ισχύει.

 

[Iblis]

[move]

[/move[/URL]]

 

[Iblis]

http://[URL unfurl="true"]www.physics4u.gr/faq/images/curvatlow.jpg[/img[/URL]]
[img]http://[URL unfurl="true"]www.physics4u.gr/faq/images/tlbigbang.gif

 

[Iblis]

Ο διανοούμενος Αινστάιν



Θα αρχίσουμε, με ένα κλασικό ερώτημα: Ποιά είναι η θέση του επιστήμονα στην κοινωνική πραγματικότητα της εποχής του; Μέσα στη στρατοκρατική νοοτροπία, που ολοένα αυξάνεται; Στην παραπληροφόρηση του κοινού; Στην φτώχεια και στην πείνα; Στον πόλεμο και στην τρομοκρατία;

Στα πλαίσια αυτά  αναγκαστικά, θα πρέπει να αναφέρουμε τον Albert Einstein, πρώτα σαν διανοούμενο και μετά σαν επιστήμονα. Ή και τα δύο μαζί. Γιατί στη ζωή του δεν ξεχωρίζουν. Είναι αλληλένδετες οι δράσεις του σαν επιστήμονα και σαν σκεπτόμενου άνθρώπου.

Δυστυχώς στην σημερινή εποχή δεν βλέπουμε συχνά Νομπελίστες επιστήμονες να γυρίζουν την υφήλιο με σκοπό την ειρήνη, την συνάδελφωση των λαών και την εξάλειψη της φτώχειας. Σήμερα η μεγάλη μάζα των διανοουμένων στον δυτικό κόσμο είναι σε μεγάλο βαθμό εξαρτημένη από την εξουσία ή τις επιχειρήσεις. Δεν υπάρχουν πια οι μεγάλοι διανοούμενοι-επιστήμονες που με τις πράξεις τους θα σηκώσουν το βάρος μιας εκστρατείας κατά της ανισότητας ή της ειρήνης. Η περίπτωση όμως του Einstein είναι ξεχωριστή και άξια μίμησης για τους σημερινούς επιστήμονες.

Αλλά το δράμα της ζωής του Einstein έγκειται, ίσως, σε τούτο: Ήταν ένας πραγματικός διανοούμενος, όπως τον όρισε ο Ζαν Πωλ Σάρτρ, που θεωρούσε τον εαυτό του ταγμένο να εργάζεται στο επιστημονικό πεδίο αυξάνοντας όμως αθέλητά του την στρατιωτική δύναμη των ισχυρών, αλλά από την άλλη να καταγγέλλει τις αδικίες, τον πόλεμο, τον μιλιταρισμό, τον ιμπεριαλισμό των ισχυρών δυνάμεων. Όπως έλεγε και ο ίδιος η ζωή του ήταν "μοιρασμένη ανάμεσα στην πολιτική και τις εξισώσεις".

      Κατατρωγόταν από αντιφατικά συναισθήματα. Θεωρούσε τον εαυτό του, ένα ταξιδευτή του σύμπαντος, ένα επιστήμονα που εργάζεται για το καλό της ανθρωπότητας, έναν ουμανιστή, που έβλεπε τις αδικίες και κατήγγειλε συνειδητά την πορεία των πραγμάτων: την άνοδο του χιτλερισμού, την αδυναμία των μεγάλων να εξαλείψουν την πείνα, την δυστυχία, τον ψυχρό πόλεμο.

      Δυστυχώς, δεν μπόρεσε όμως να θωρακίσει ψυχικά τον εαυτό του από τα φοβερά γεγονότα που συνέβησαν στον κόσμο, το πρώτο ήμισυ του 20ου αιώνα, γι' αυτό και αργότερα απομονώθηκε στον εαυτό του και στην αντιμετώπιση των συνεπειών της κβαντικής θεωρίας, που και ο ίδιος συνέβαλε στην ανάπτυξη της, χωρίς όμως επιτυχία.

      Σχεδόν άθελά του, από τις αρχές του '30, είχε αποδεχτεί ότι είχε μια "παθιασμένη αίσθηση της κοινωνικής δικαιοσύνης και της κοινωνικής ευθύνης του". Συμμετείχε σε διεθνή forum για την ειρήνη, για μια παγκόσμια κυβέρνηση, τον αντιμιλιταρισμό, την ελευθερία των λαών αλλά και την ίδρυση ενός εβραϊκού κράτους, χωρίς να είναι φανατικός εβραίος.

      Αλλά όταν το 1952 του πρόσφεραν την προεδρία του κράτους του Ισραήλ αρνήθηκε λέγοντας "Οι εξισώσεις για μένα έχουν μεγαλύτερο ενδιαφέρον, η πολιτική είναι για το παρόν, οι εξισώσεις είναι για την αιωνιότητα".

      Κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου, δραστηριοποιήθηκε σε αντιπολεμικές διαδηλώσεις. Προσκαλούσε τον κόσμο σε απείθεια και άρνηση στράτευσης. Μάλιστα επειδή πολλοί συνάδελφοι του συμμετείχαν ενεργά υπέρ του πολέμου, δεν έχαιρε γι' αυτό και μεγάλης εκτίμησης. Μετά τον πόλεμο, οι δράσεις που ανέλαβε υπέρ της συμφιλίωσης των λαών και της ενεργού δράσης της Κοινωνίας των Εθνών, ήταν αιτία να δυσκολεύεται ακόμη και να επισκέπτεται τις Ηνωμένες Πολιτείες για επιστημονική ενημέρωση.

Οι απόψεις του αυτές επηρεάστηκαν σε μεγάλο βαθμό από τον Γάλλο ειρηνιστή και συγγραφέα Romain Rolland, με τον οποίο συναντήθηκε σε μια επίσκεψή του στην Ελβετία, κατά τη διάρκεια του πολέμου.

Ήταν Γερμανός την καταγωγή και Εβραίος, αλλά δεν ένιωθε ούτε Γερμανός, εξ' αιτίας του μιλιταριστικού της πνεύματος, αλλά ούτε και φανατικός Εβραίος, εξ' αιτίας της άρνησης του να πιστέψει την εικόνα του Θεού όπως τον περιέγραφαν τα κείμενα της Παλαιάς Διαθήκης. Όπου πήγαινε: Πράγα, Βερολίνο κλπ το φάντασμα του Εβραίου τον καταδίωκε. Αλλά βαθμιαία, οι αντιδράσεις αυτές τον έκαναν να προσεγγίσει την Ισραηλιτική Κοινότητα και να δίνει αργότερα (μετά τον Β! Παγκόσμιο Πόλεμο) μάχες για την ίδρυση του κράτους του Ισραήλ.

Μιλώντας στη Γαλλική Φιλοσοφική Εταιρεία το 1922, ο Αϊνστάιν έλεγε: «Αν η θεωρία μου για τη σχετικότητα αποδειχθεί επιτυχής, η Γερμανία θα με διεκδικεί ως Γερμανό και η Γαλλία θα διακηρύσσει ότι είμαι πολίτης του κόσμου. Αν τυχόν η θεωρία μου αποδειχθεί αναληθής, η Γαλλία θα λέει ότι είμαι Γερμανός και η Γερμανία θα διακηρύσσει ότι είμαι Εβραίος»

Λένε ότι κάποτε όταν του παρουσίασαν ένα βιβλίο με τίτλο "Εκατό συγγραφείς κατά του Einstein", είπε: "Αν είχα κάνει λάθος, ένας συγγραφέας θα ήταν αρκετός".

Σε μια ανταλλαγή επιστολών με τον Αυστριακό Ψυχίατρο Sigmund Freud, ο Einstein υπέδειξε ότι ο κόσμος πρέπει να έχει μια έμφυτη, άκρατη επιθυμία για μίσος και καταστροφή. Ο Φρόϋντ συμφώνησε προσθέτοντας ότι ο πόλεμος είναι ένα βιολογικό σύνδρομο εξαιτίας των ενστίκτων αγάπης-μίσους των ανθρώπων και ότι η ειρήνη είναι μια ιδιοσυγκρασία που σχετίζεται άμεσα με τον υψηλό βαθμό πολιτιστικής ανάπτυξης του Einstein . Αυτή η ανταλλαγή επιστολών δεν ήταν παρά ένας μόνο από τους πολλούς φιλοσοφικούς διαλλόγους του Einstein με φημισμένους ανθρώπους της εποχής του.

Συμπαραστεκόμενος στον Γκάντι, υπέγραψε το 1925 τη διακήρυξη εναντίον της υποχρεωτικής στρατιωτικής θητείας σε όλο τον κόσμο.

Όταν ανέβηκε στην εξουσία ο Χίτλερ, ο Einstein ήταν στην Αμερική για διαλέξεις. Μία από τις πρώτες του ενέργειες ήταν να καταθέσει την Γερμανική υπηκοότητά του. Κράτησε όμως την Ελβετική και ζήτησε και την Αμερικανική. Καθώς ο Χίτλερ δήμευε το σπίτι του, τα βιβλία του, τις καταθέσεις του υπήρχαν άνθρωποι που ένιωθαν χαρά γι' αυτό. Μια εφημερίδα του Βερολίνου μάλιστα έγραψε "Καλά Νέα από τον Einstein, δεν επιστρέφει από την Αμερική".

Ο μεγάλος Δανός ατομικός φυσικός Niels Bohr έφερε το 1939 στον Einstein την είδηση ότι η Γερμανίδα πρόσφυγας φυσικός Lise Meitner είχε διασπάσει το άτομο του ουρανίου με μικρή απώλεια μάζας που είχε μετατραπεί σε ενέργεια. Τα πειράματα, που πραγματοποίησε στην Κοπενγχάγη, είχε εμπνευστεί η  Meitner από όμοια, αν και λιγότερο αξιόπιστα, που είχαν γίνει μερικούς μήνες νωρίτερα από δύο Γερμανούς χημικούς, τους Otto Hahn και Fritz Strassmann στο Βερολίνο, Ο Bohr έκανε τη σκέψη ότι. αν μπορούσε να πραγματοποιηθεί μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσεως ατόμων ουρανίου, το αποτέλεσμα θα ήταν μια έκρηξη μαμούθ. Ο Einstein δυσπιστούσε σε μια τέτοια δυνατότητα, τα εργαστηριακά όμως πειράματα στις Ηνωμένες Πολιτείες απέδειξαν το εφικτό της ιδέας.

Αλλά πριν τον πόλεμο επιστήμονες σαν τον Fermi, τον Teller, τον Ουγγρο Szilard αλλά και άλλοι, τρομερά ανήσυχοι για την δυνατότητα των πυρηνικών εκρήξεων που μόλις είχαν ανακαλύψει, προσπάθησαν να έλθουν σε επαφή με την Αμερικανική Κυβέρνηση, για να της εξηγήσουν ότι πρέπει να προλάβουν τους Γερμανούς πριν φτιάξουν τις δικές τους ατομικές βόμβες.  Αλλά μάταια, οι Αμερικανοί δεν έδιναν σημασία. Έπεισαν λοιπόν τον Einstein, να έλθει σε επαφή αυτός με τον Πρόεδρο Ρούζβελτ των ΗΠΑ. Ο Einstein που φοβόταν και αυτός για την έκβαση του πολέμου που φαινόταν να έρχεται και ότι πιθανόν οι Γερμανοί επιστήμονες να ανακάλυπταν την Ατομική Βόμβα πριν από τους Αμερικανούς, έγραψε τελικά στις 2 Αυγούστου του 1939, μια ιστορική επιστολή, εξηγώντάς στον Ρούζβελτ ότι θα πρέπει οι Αμερικανοί να δημιουργήσουν τη δική τους βόμβα, με το σχέδιο που ονομάστηκε Μανχάταν.

Αν και δεν πήρε μέρος στην εργασία που γινόταν στο Λος Άλαμος του Νέου Μεξικού και δεν έμαθε ότι είχε κατασκευαστεί βόμβα πυρηνικής σχάσεως μέχρις ότου έπεσε η πρώτη βόμβα στη Χιροσίμα το 1945, το όνομα του είχε συνδεθεί στενά με τον ερχομό της ατομικής εποχής. Η μεγάλη ειρωνεία γι' αυτόν τον ιδεαλιστή διανοούμενο, ήταν ότι χάρις στο φημισμένο αξίωμά της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας, η ανθρωπότητα γνώρισε την εφαρμογή του, με τη δημιουργία ατομικών και υδρογονικών βομβών, δηλαδή των πιο καταστρεπτικών όπλων που γνώρισε ποτέ η ανθρωπότητα.

Ανήσυχος όμως, πριν να ρίξουν οι Αμερικανοί την ατομική βόμβα, έστειλε άλλο ένα γράμμα στον Ρούζβελτ ζητώντας του να μην την ρίξει και προειδοποιώντας δημόσια για τους κινδύνους που έρχονται για την ανθρωπότητα.

Η θεωρία της Σχετικότητας τον έκανε γνωστό στο ευρύ κοινό αν και αποτελούσε μυστήριο για την πλειοψηφία του κόσμου. «Γιατί άραγε ενώ δεν με καταλαβαίνει κανείς, με συμπαθούν όλοι;» είχε διερωτηθεί σε συνέντευξή του στην εφημερίδα The New York Times τον Μάρτιο του 1944.

Χαρακτηριστικές είναι οι απόψεις του για την θρησκεία

«Η επιστήμη κατηγορήθηκε για κατώτερη ηθικότητα, αλλά αυτή η κατηγορία είναι άδικη. Η ηθική συμπεριφορά του ανθρώπου μπορεί να βασίζεται αποτελεσματικά στην συμπάθεια, στην ανατροφή και στους κοινωνικούς δεσμούς, δεν είναι απαραίτητη η θρησκευτική βάση. Θα ήταν σίγουρα πολύ μικρόχαρος ο άνθρωπος που θα περιοριζόταν από το φόβο και την τιμωρία ή την ελπίδα της μετά θάνατον ανταμοιβής».
«Μόνο το κοσμικό θρησκευτικό συναίσθημα είναι το ισχυρότερο και ευγενέστερο κίνητρο για την επιστημονική έρευνα. Η θρησκεία των απλών ανθρώπων είναι διαφορετική από των επιστημόνων. Για τους απλούς ανθρώπους ο Θεός  είναι ένα Όν που ελπίζουν να επωφεληθούν από την καλοσύνη του, και που φοβούνται την τιμωρία του».
«Το θρησκευτικό όμως συναίσθημα των επιστημόνων παίρνει τη μορφή ενός παράφορου θαυμασμού του φυσικού νόμου που αποκαλύπτει μια ανώτερη διάνοια.»
«Πιστεύω στον θεό του Σπινόζα, που αποκαλύπτει τον εαυτό του στη σοφή αρμονία του κόσμου, και όχι σ` έναν θεό που ασχολείται με τις τύχες και τις πράξεις των ανθρώπων».
«Θέλω να ξέρω τις σκέψεις του Θεού. ΄Ολα τα άλλα είναι λεπτομέρειες».
«Δεν υπάρχει τίποτα το θεϊκό στην ηθική. Είναι μια καθαρά ανθρώπινη υπόθεση».

Αρνούμενος σαφώς τον αθεϊσμό, ο Einstein διατύπωνε μια πίστη στον «Θεό του



Σπινόζα που αποκαλύπτει τον εαυτό του στην αρμονία του όλων όσων υπάρχουν στον Κόσμο»

Σταχυολογούμε μερικές άλλες ρήσεις του:

«Η επαφή με το μυστήριο είναι η ωραιότερη εμπειρία του ανθρώπου».
«Αν είχα καταλάβει από πριν την έννοια του χρόνου, θα είχα γίνει ωρολογοποιός».
«Πιστεύω πως η αγάπη είναι πολύ καλύτερος δάσκαλος από την αίσθηση καθήκοντος».
«Δεν ενδιαφέρομαι για διδακτορικά... τη βαρέθηκα όλη αυτή την κωμωδία».
«Για να με τιμωρήσει για την περιφρόνησή μου στις αυθεντίες, η μοίρα έκανε κι εμένα μια αυθεντία».
«Η πραγματική αξία της ανθρώπινης ύπαρξης καθορίζεται βασικά από το μέτρο και την αίσθηση που ο ίδιος έχει για τον εαυτό του».
«Μόνο αν ζεις για τους άλλους αξίζει να ζεις».
«Αν δεν υπάρχει τίμημα δεν υπάρχει και αξία».
«΄Οσο περισσότερα όπλα κατασκευάζει μια χώρα τόσο πιο ανασφαλής γίνεται: όταν κατέχεις όπλα αποτελείς στόχο επίθεσης».
«Ο Θεός είναι πολυμήχανος αλλά όχι κακεντρεχής».
«Η επιστήμη θα λιμνάσει αν δημιουργείται για να υπηρετεί ρεαλιστικούς σκοπούς».
«Η φύση κρύβει τα μυστικά της επειδή είναι μεγαλειώδης, όχι επειδή είναι κατεργάρα».
«Ποτέ μην κάνεις κάτι εναντίον της συνείδησης σου ακόμη και αν το απαιτεί το κράτος».
«Το αιώνιο μυστήριο του κόσμου είναι η δυνατότητα κατανόησής του. Το γεγονός ότι ο κόσμος είναι κατανοητός, αποτελεί θαύμα».
«Απεχθάνομαι το συνδυασμό εκλεπτυσμένης ευφυΐας και ανήθικου χαρακτήρα».
«΄Οπου υπάρχει αγάπη, δεν υπάρχει επιβολή».
«΄Οποιος δεν ξεγελάστηκε ποτέ από ένα ψέμα, δεν γνωρίζει τι θα πει μακαριότητα».
«Ο γάμος είναι σκλαβιά που την έκαναν να φαίνεται εκλεπτυσμένη»...

 

[Iblis]

Η ζωή του



Γεννήθηκε στις 14 Μαρτίου 1879 στην πόλη Ulm της νότιας Γερμανίας. Οι γονείς του μετακόμισαν για επαγγελματικούς λόγους στο Μόναχο, όπου έμενε ένας αδελφός του πατέρα του, μηχανικός και από εκεί σύντομα στο Μιλάνο για καλύτερες επαγγελματικές προοπτικές. Ο μικρός Αλβέρτος έμεινε οικότροφος σε σχολείο του Μονάχου. Στα 15 χρόνια του σταμάτησε το σχολείο, παραιτήθηκε από τη γερμανική υπηκοότητα, διέκοψε κάθε σχέση με την εβραϊκή κοινότητα και αναχώρησε στο Μιλάνο για να συναντήσει τους γονείς του. 

Μετά από 1-2 χρόνια απραξίας σκέφτηκε να δώσει εξετάσεις στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, ως αυτοδίδακτος χωρίς απολυτήριο Λυκείου. Η προσπάθεια αυτή απέτυχε και κάποιος καθηγητής τού συνέστησε να παρακολουθήσει μαθήματα Λυκείου στο Aarau. Εκεί παρακολούθησε στα έτη 1895  - 1896 την τρίτη και τέταρτη τάξη (για μαθητές 18 και 19 ετών)! Τελικά, μετά την ολοκλήρωση των σχολικών μαθημάτων, γράφτηκε ο Αινστάιν το 1896 στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης για να σπουδάσει εκπαιδευτικός τεχνικής επαγγελματικής σχολής με φυσικομαθηματική κατεύθυνση. 

Ένας από τους καθηγητές του, ο Πέρνετ, του δήλωσε μετά από λίγο καιρό ότι, έχει μεν ενδιαφέρον και θέληση, αλλά του λείπει το μυαλό! Ο βοηθός Ζάουτερ έγραψε αργότερα ότι ο φοιτητής Αινστάιν ήταν μοναχικός, δεν υπάκουγε στις οδηγίες των εκπαιδευτικών και πέταγε τα φυλλάδια με τις οδηγίες λύσης των προβλημάτων στα σκουπίδια. Όταν σε κάποιο εργαστηριακό πείραμα προκλήθηκε έκρηξη και τραυματίστηκε ελαφρά ο 'Αινστάιν στο χέρι, ρώτησε ο καθηγητής Πέρνετ το βοηθό του «Τί γνώμη έχετε για τον 'Αινστάιν, πάλι δεν υπάκουσε στις οδηγίες μου.» Ο δε βοηθός απάντησε «Δεν έχετε άδικο κ. καθηγητά, πάντως οι λύσεις που δίνει είναι πάντα σωστές και η μεθοδολογία πολύ ενδιαφέρουσα.» Επίσης, ο μεγάλος μαθηματικός Μινκόβσκι, ο οποίος αργότερα έμελε να συμβάλει αποφασιστικά στη μαθηματική τεκμηρίωση της «Θεωρίας της Σχετικότητας», δεν είχε εκτίμηση για τις γνώσεις του νεαρού σπουδαστή της Φυσικής. 
 
 



Μετά την ολοκλήρωση των σπουδών του βρήκε ο 'Αινστάιν μία θέση ως βοηθητικός δάσκαλος στο Winterthur, απολύθηκε όμως μετά από λίγο, λόγω ανεπάρκειας. Ο ίδιος έλεγε στους γνωστούς του «Με προσέλαβαν ως βοηθητικό δάσκαλο και περίμεναν ένα Σωκράτη.» Ένας φίλος τον συνέστησε κάποια στιγμή στο διευθυντή του ελβετικού γραφείου ευρεσιτεχνιών στη Βέρνη. Δουλειά του ήταν να ετοιμάζει τα έγγραφα αναγνωρίσεως των ευρεσιτεχνιών και για το σκοπό αυτό έπρεπε να περιγράφει σ' αυτά κάθε εφεύρεση σύντομα, κατανοητά και περιεκτικά. Οι ίδιοι οι εφευρέτες δεν ήταν συνήθως σε θέση να περιγράψουν την εφεύρεσή τους.  Εδώ αναδείχθηκε μια ικανότητα του  'Αινστάιν, να εμβαθύνει σε ξένες ιδέες και να αναγνωρίζει την ουσία μιας διαδικασίας ή ενός μηχανισμού, εντοπίζοντας ταυτόχρονα  τυχόν σφάλματα. Ο ίδιος εξομολογήθηκε αργότερα ότι αυτή η δουλειά τον είχε συναρπάσει και αποτελούσε και το χόμπυ του, αντί να δημοσιεύει σε περιοδικά απανωτά επιστημονικές εργασίες χωρίς ενδιαφέρον.
 

Κι όμως, κάποια στιγμή δημοσίευσε το 1905 μία εργασία με τίτλο «Μία υπόθεση για τα κβάντα του φωτός», με την οποία επεκτείνει την ανακάλυψη του Πλανκ από το έτος 1900. Τυπικά γι' αυτή την εργασία του έλαβε ο 'Αινστάιν μετά από 16 χρόνια το βραβείο Νόμπελ. Και πάλι το έτος 1905 δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά η «Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας». Με αυτή την εργασία διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει απόλυτος χώρος και χρόνος, αλλά όλα εξαρτώνται από τον εκάστοτε παρατηρητή, είναι σχετικά ως προς τη θέση και την κίνησή του. Αυτή η εργασία προκάλεσε τεράστια εντύπωση στον επιστημονικό κόσμο! Έκτοτε άρχισαν να επισκέπτονται τη Βέρνη σημαντικοί επιστήμονες από όλο τον κόσμο για να γνωρίσουν τον παράξενο δημόσιο υπάλληλο. Η φήμη του 'Αινστάιν προέκυψε όμως κυρίως από το γεγονός ότι ασχολήθηκαν με τις εργασίες του κορυφαίοι επιστήμονες.
 
 



Το 1911 έγινε ο 'Αινστάιν καθηγητής στο γερμανικό Πανεπιστήμιο της Πράγας και μετά στο Βερολίνο, όπου παράλληλα με τα διδακτικά καθήκοντα ολοκλήρωσε και τη «Γενική Θεωρία της Σχετικότητας». Η θεωρία αυτή επιβεβαιώθηκε πειραματικά από 'Αγγλους επιστήμονες στη διάρκεια του α' παγκόσμιου πολέμου, με τη μέτρηση της απόκλισης του φωτός αστέρων, όταν αυτό περνάει από το βαρυτικό πεδίο μεγάλων μαζών, όπως αυτής του ήλιου. Αυτή η επιβεβαίωση έκανε τον 'Αινστάιν διάσημο και είναι περίεργο ότι η θεωρία της σχετικότητας, παρότι δυσνόητη ακόμα και για Φυσικούς, έγινε δημοφιλές ανάγνωσμα μεγάλου αριθμού μορφωμένων ανθρώπων, οι οποίοι μελετούσαν εκλαϊκευμένες περιγραφές, καλύτερη από τις οποίες ήταν για πολλές δεκαετίες αυτή του Μπ. Ράσελ.

Το 1933, όταν οι ναζί είχαν ήδη εκλεγεί στην κυβέρνηση της Γερμανίας, άρχισαν να συκοφαντούν τον 'Αινστάιν ως πράκτορα των Αμερικανών και των Αγγλογάλλων, ενοχλημένοι από το γεγονός ότι ως σημαντικότερος εκπρόσωπος της γερμανικής επιστήμης φαινόταν εκείνη την εποχή ένας εβραίος. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να αναγκαστεί να αποχωρήσει  ο μεγάλος ερευνητής από τη Γερμανική Ακαδημία Επιστημών, στην οποία είχαν κυριαρχήσει, όπως συμβαίνει πάντα στα ολοκληρωτικά καθεστώτα, μετριότητες και αναρριχητές. Εγκατέλειψε επίσης της Γερμανία, αυτή τη φορά οριστικά, με προορισμό την Αμερική. 

Με την εγκατάσταση του 'Αινστάιν στο Princeton, αρχίζει μια νέα περίοδος της ζωής του. Εκείνη την εποχή έκανε μεγάλη εντύπωση στην επιστημονική κοινότητα η ανακοίνωση του Μπορ ότι ο Χαν και ο Στράσμαν είχαν πετύχει σε εργαστήριό τους στη Γερμανία την πρώτη 



διάσπαση του ατόμου. Αμέσως άρχισαν οι ερευνητές να επαναλαμβάνουν αυτά τα πειράματα, βομβαρδίζοντας πυρήνες ουρανίου με ουδετερόνια. Αποτέλεσμα ήταν να απελευθερώνεται μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, ανακάλυψη που οδήγησε στην κατασκευή της ατομικής βόμβας. Ο 'Αινστάιν πείστηκε από συναδέλφους του επιστήμονες, κυρίως από τον Τέλλερ, να συμβάλει στον αγώνα για την κατασκευή της βόμβας, φοβούμενος ότι οι ναζί θα κυρίευαν όλο τον πολιτισμένο κόσμο, αν προλάβαιναν αυτοί να αποκτήσουν το καταστροφικό όπλο. Για το σκοπό αυτό έστειλε μία επιστολή στον πρόεδρο Ρούσβελτ και του παρουσίαζε τις δυνατότητες της ατομικής βόμβας και τους κινδύνους που δημιουργούσε η κατοχή της. Τελικά οι φόβοι της επιστημονικής κοινότητας για κατάχρηση επαληθεύτηκαν από την αντίθετη πλευρά, αφού η ατομική βόμβα που κατασκευάστηκε υπό τη διεύθυνση του Οπενχάιμερ χρησιμοποιήθηκε από τις ΗΠΑ εναντίον της Ιαπωνίας, μετά την ουσιαστική λήξη του πολέμου.

Στη συνέχεια και μέχρι τέλος της ζωής του δραστηριοποιήθηκε ο 'Αινστάιν στις κινητοποιήσεις για αφοπλισμό, αφού είχε καταστεί και η Σοβιετική Ένωση πυρηνική δύναμη και είχε αρχίσει ο «ψυχρός πόλεμος», υπογράφοντας συχνά διακηρύξεις με άλλους επιστήμονες, κυρίως με τον Μπ. Ράσελ που ήταν ο κατεξοχήν ηγέτης των κινημάτων για την ειρήνη και τον αφοπλισμό. Πέθανε το 1955 στο Princeton.

 

[Iblis]

Άλμπερτ Αϊνστάιν
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Άλμπερτ Αϊνστάιν

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν (Albert Einstein, τονισμός στα Γερμανικά: Άλμπερτ Άινσταϊν), που από πολλούς θεωρείται ως ο μεγαλύτερος φυσικός του 20ου αιώνα, γεννήθηκε στην Ουλμ (Ulm) της Γερμανίας στις 14 Μαρτίου του 1879 και πέθανε στις 18 Απριλίου του 1955 στο Πρίνστον (Princeton) του Νιού Τζέρσεϋ (New Jersey) των ΗΠΑ. Είναι ο θεμελιωτής της Θεωρίας της Σχετικότητας.

To 1905 δημοσίευσε τέσσερα άρθρα στο επιστημονικό περιοδικό Χρονικά της Φυσικής (Annalen der Physik) (τόμος 17). Στο πρώτο από αυτά έδωσε την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, για την οποία του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 1921. Στηρίχθηκε στην υπόθεση της κβάντωσης η οποία είχε εισαχθεί μερικά χρόνια νωρίτερα από τον Πλανκ (Planck) για ερμηνεία της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος. Οι δύο αυτές εργασίες των Πλανκ και Άινσταϊν αποτέλεσαν την αρχή της κβαντικής μηχανικής. Αργότερα ο Άινσταϊν εναντιώθηκε στην θεωρία των κβάντα, γιατί δεν μπορούσε να πιστέψει ότι ο Θεός παίζει ζάρια.

Στο τρίτο από τα άρθρα που δημασίευσε το 1905 ο Άινσταϊν διατύπωσε την ειδική θεωρία της σχετικότητας και στο τέταρτο έδειξε ότι από αυτήν συνάγεται ο διάσημος τύπος

που δηλώνει την ισοδυναμία ενέργειας και μάζας. Τον Νοέμβριο του 1915, ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη γενική θεωρία της σχετικότητας σε μία σειρά διαλέξεων ενώπιον της Πρωσσικής Ακαδημίας Επιστημών. Το 1919 κατά τη διάρκεια μίας ηλιακής έκλειψης ο Σερ Άρθουρ Έντινγκτον (Eddington) παρακολούθησε το φως αστέρων καθώς αυτοί περνούσαν κοντά από τον ήλιο. Οι μετρήσεις του συμφωνούσαν με τη θεωρία της σχετικότητας και το γεγονός αυτό έκανε τον Άινσταϊν διάσημο.

Το 1952 του προτάθηκε η προεδρία του νεοσύστατου κράτους του Ισραήλ, την οποία αρνήθηκε.

Τα Κοινά έχουν βίντεο και φωτογραφίες σχετικά με το άρθρο
Albert Einstein

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

http://www.asda.gr/lyk11per/Computer_Lab/einstein/einstein.htm

http://www.2search.gr/history/otheradvices.asp?id=11

 

[talladmirer]

Για να μην ξανακούσω τις παπάρες περί Αινστάιν, ο μεγαλύτερος φυσικός άρα και επιστήμονας όλων των εποχών ήταν ο Niels Bohr και καλός Εβραίος είναι μόνο ο από Εβραία μάνα κι επειδή ο Αινστάιν είχε πάντα κάποια θεολογικά προβλήματα αρνιόταν να δεχτεί την κβαντομηχανική κκι ας πήρε το νόμπελ του για κάτι που αν δεν υπήρχε ο Μαξ Πλανκ να κάνει την κβαντική του υπόθεση ποτέ δεν θα έπαιρνε! Κι αφού πήγαμε σε κβαντικούς να αναφέρουμε και  τους Ντιράκ  Χάιζενμπεργκ Οπενχάιμερ και για την ποσόστωση και μια Μαρί Κιουρί

 

[alphonso]

ξεχασες ομως να μας πεις τι υψος ειχε η μαρια κιουρι 

 

[talladmirer]

ξεχασες ομως να μας πεις τι υψος ειχε η μαρια κιουρι 

Η Μαρία Σκλοντόφσκα Κιουρί ήτανε ψηλή για την εποχή της ως μοντέλο 1867 κι ήταν κι η βασική ύποπτη για το θάνατο σε τροχαίο με άμαξα το 1905 του συζύγου της Πιέρ :S :S :S :S :S :S :S :S :S :S :S :S :S

 

[DmtrsxXx]

το συμπαν παλιοτερα ανηκε σεμενα αλλα πριν ενα μηνα το εδωσα

χαχαχχαχα 

 

[Gatekeeper]

Στον Τσακ Νορρις