Η δημιουργία του σύμπαντος από το απόλυτο τίποτα

Posted on 02/05/2011

5


Οι θεωρίες που περιγράφουν την δημιουργία του Σύμπαντος από το τίποτα διαμέσου των κβαντικών διαταραχών του κενού υπονοούν την ύπαρξη του κενού χώρου.Ο Alexander Vilelkin δημοσίευσε ένα άρθρο το 1982 στο οποίο περιγράφει την δημιουργία του σύμπαντος μέσω κβαντικών διαδικασιών «κυριολεκτικά από το τίποτα», θεωρώντας όχι μόνο την απουσία της ύλης, αλλά ταυτόχρονα και την απουσία ΧΩΡΟΥ και ΧΡΟΝΟΥ!

…. η συνέχεια του «Η δημιουργία του σύμπαντος από το τίποτα»…

Το Σύμπαν υπάρχει και μαζί μ’ αυτό η ανθρώπινη περιέργεια για το πώς ξεκίνησε. Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν ασχολείται με το ερώτημα αυτό, επειδή περιγράφει το Σύμπαν από τη στιγμή της δημιουργίας και μετά. Ο Εdward Tryon ήταν ο πρώτος που ασχολήθηκε σοβαρά με το πως μπορεί να δημιουργηθεί το σύμπαν από το τίποτα ήταν ο Εdward Tryon, με ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature , το 1973, με τον τίτλο: «Is the Universe a Vacuum Fluctuation?»
Για τη μελέτη της δημιουργία του Σύμπαντος, ένα σημείο κλειδί είναι η επιλογή του αρχικού σημείου. Σύμφωνα με την πρόταση του Tryon, το Σύμπαν δημιουργήθηκε από το κενό, δηλαδή τον άδειο χώρο. Σύμφωνα με τη κβαντική θεωρία, το φαινομενικά αδρανές κενό, δεν είναι καθόλου άδειο, αλλά σε υποατομικό επίπεδο, βρίσκεται σε διαρκή αναβρασμό. Είναι δυνατόν για παράδειγμα, από το κενό να εμφανιστεί ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου, να υπάρξει για σύντομο χρονικό διάστημα, και στη συνέχεια να εξαφανιστεί και πάλι. Τέτοιες διακυμάνσεις του κενού (vacuum fluctuations) δεν είναι δυνατόν ….
να παρατηρηθούν πειραματικά, διότι έχουν χρόνο ζωής γύρω στα 10-21 δευτερόλεπτα, ενώ η απόσταση ανάμεσα στο ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο είναι της τάξης των 10-10 εκατοστών. Οι φυσικοί όμως, είναι πεπεισμένοι ότι οι διακυμάνσεις αυτές είναι πραγματικές, επειδή μπορούν να «παρατηρηθούν» με έμμεσους τρόπους. Για παράδειγμα, κάθε ηλεκτρόνιο μοιάζει με ένα μικροσκοπικό μαγνήτη, την μαγνητική ένταση του οποίου, οι φυσικοί μπορούν να μετρήσουν με εκπληκτική ακρίβεια 10 δεκαδικών ψηφίων. Οι θεωρητικοί, με τη βοήθεια της κβαντικής θεωρίας, μπορούν να υπολογίσουν την ποσότητα αυτή, και έχουν βρει ότι η τιμή της εξαρτάται από τη δημιουργία των ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων. Αν το φαινόμενο αυτό αγνοηθεί, τότε ο θεωρητικός υπολογισμός συμφωνεί με τα πειραματικά δεδομένα στα πρώτα πέντε δεκαδικά ψηφία, αλλά όχι στα υπόλοιπα. Συμπεριλαμβάνοντας, όμως την επίδραση της δημιουργίας των ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, υπάρχει συμφωνία σε όλα τα δεκαδικά ψηφία!
Θεωρητικά, οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να εμφανιστεί στιγμιαία στο κενό, ακόμα και ένα ψυγείο ή ένας υπολογιστής. Η πιθανότητα της εμφάνισης ενός αντικειμένου όμως ελαττώνεται δραματικά καθώς αυξάνει η μάζα του και η πολυπλοκότητα της δομής του. Στην πράξη, μόνο ζεύγη σωματιδίου-αντισωματιδίου έχουν κάποια εύλογη πιθανότητα να δημιουργηθούν.
Ο Tryon, στις δυο σελίδες του παράξενου και αμφισβητούμενου άρθρου του, πρότεινε ότι, σε σπάνιες περιπτώσεις, ολόκληρα σύμπαντα μπορούν να εμφανιστούν από το κενό, και ότι το Σύμπαν μας θα μπορούσε να έχει αρχίσει με αυτόν τον τρόπο.
Επειδή οι κβαντικές διακυμάνσεις είναι γενικά στιγμιαίες, η πρόταση του Tryon, ότι το Σύμπαν μας που έχει ηλικία 10 δισεκατομμύρια χρόνια δημιουργήθηκε με τον τρόπο αυτό, φαίνεται αδιανόητη.
Σε γενικές γραμμές, ο χρόνος ζωής μιας διακύμανσης εξαρτάται από τη μάζα, και γίνεται μικρότερη από 10-65 γραμμάρια, δηλαδή 1038 φορές μικρότερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου.
Εδώ, ο Tryon επικαλέστηκε το γεγονός ότι η ενέργεια ενός βαρυτικού πεδίου είναι αρνητική. Σε ένα κλειστό Σύμπαν η αρνητική βαρυτική ενέργεια αντισταθμίζει ακριβώς την ενέργεια της ύλης που περιέχει το Σύμπαν αυτό. Η συνολική ενέργεια ή ισοδύναμα η συνολική μάζα είναι ακριβώς ίση με το μηδέν. Ο χρόνος ζωής μιας κβαντικής διακύμανσης με μηδενική μάζα μπορέι να είναι άπειρος.
Όμως, αν το Σύμπαν μας δημιουργήθηκε από τον κενό χώρο, από πού προέρχεται ο χώρος αυτός;
Στην καθημερινή μας εμπειρία, συνηθίζουμε να εξισώνουμε τον άδειο χώρο με το «τίποτα». Ο κενός χώρος δεν έχει μάζα, ούτε χρώμα, ούτε υφή, ούτε σκληρότητα, ούτε θερμοκρασία. Αν αυτό δεν είναι το «τίποτα, τότε τι είναι; Από τη σκοπιά της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, ο χώρος δεν είναι ένα παθητικό υπόβαθρο, αλλά ένα εύκαμπτο μέσο το οποίο μπορεί να στραφεί, να καμπυλωθεί, να αλλάξει μορφή. Η καμπύλωση του χώρου είναι ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο περιγράφεται το βαρυτικό πεδίο. Από αυτή τη σκοπιά, η πρόταση ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε στον κενό χώρο, δεν φαίνεται να εξηγεί περισσότερα από την πρόταση για παράδειγμα, ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε από ένα κομμάτι λάστιχο. Μπορεί να είναι αλήθεια, αλλά θα θέλαμε να μάθουμε από πού προήλθε το λάστιχο αυτό.
Το 1982, ο Ο Alexander Vilenkin από το Πανεπιστήμιο Tufts πρότεινε μια επέκταση της αρχικής ιδέας του Tryon. Πρότεινε ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε με κβαντικές διαδικασίες «κυριολεκτικά από το τίποτα», θεωρώντας όχι μόνο την απουσία της ύλης, αλλά ταυτόχρονα και την απουσία ΧΩΡΟΥ και ΧΡΟΝΟΥ. Η έννοια του απόλυτου τίποτα είναι δυσνόητη, γιατί έχουμε συνηθίσει να θεωρούμε το χώρο σαν ένα αμετάβλητο υπόβαθρο, το οποίο πρέπει να υπάρχει. Όπως ένα ψάρι δεν μπορεί να φανταστεί την απουσία νερού, έτσι κι εμείς δεν μπορούμε να φανταστούμε την απουσία του χώρου και του χρόνου.
Ένας τρόπος να κατανοήσει κανείς το απόλυτο τίποτα είναι να θεωρήσει ένα κλειστό Σύμπαν με πεπερασμένο όγκο και στη συνέχεια να φανταστεί ότι ο όγκος του ελαττώνεται στο μηδέν.
Είτε μπορείτε να το φανταστείτε είτε όχι, ο Vilenkin απέδειξε ότι, η έννοια του απόλυτου τίποτα είναι τουλάχιστον πλήρως ορισμένη μαθηματικά, και ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν το σημείο εκκίνησης στις θεωρίες της δημιουργίας του Σύμπαντος.


Στις πρώτες αναφορές του άρθρου του Vilenkin, μετά τoυς Guth και Witten, οι δυο Έλληνες φυσικοί Ταμβάκης και Βαγιονάκης

Όπως ακριβώς και η ιδέα του Tryon, έτσι και η πρόταση του Vilenkin, ήταν βασισμένη στην κβαντική περιγραφή της γενικής σχετικότητας. Από τη γενική σχετικότητα ο Vilenkin πήρε την ιδέα ότι ο χώρος δεν έχει σταθερή γεωμετρία, αλλά μπορεί να αλλάζει μορφή και να καμπυλώνεται. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές γεωμετρίες που είναι πιθανές, όπως το κλειστό Σύμπαν, το ανοικτό Σύμπαν, καθώς και άλλοι λιγότερο συμμετρικοί συνδυασμοί χώρου και χρόνου. Ανάμεσα σ’ αυτές, βρίσκεται και η γεωμετρία που είναι εντελώς κενή, ένας χώρος ο οποίος δεν περιέχει κανένα σημείο. Από την κβαντική θεωρία, ο Vilenkin χρησιμοποίησε την ιδέα του φαινομένου της σήραγγας: ένα κβαντικό σύστημα μπορεί με ασυνεχή τρόπο, να μεταπηδήσει ξαφνικά από μια κατάσταση σε μια άλλη, με την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει κάποιος νόμος διατήρησης που να απαγορεύει την αλλαγή αυτή. Συνδυάζοντας τις ιδέες αυτές, μπορεί να φανταστεί κανείς, ότι το Σύμπαν ξεκίνησε με εντελώς κενή γεωμετρία – το απόλυτο τίποτα – και στη συνέχεια μεταπήδησε με τη βοήθεια του κβαντικούς φαινομένους της σήραγγας σε μια μη-κενή κατάσταση. Σύμφωνα με τους μαθηματικούς υπολογισμούς, ένα Σύμπαν που δημιουργείται με τον τρόπο αυτό θα έχει υποατομικές διαστάσεις, αλλά αυτό δεν είναι ιδιαίτερο πρόβλημα. Ενώ ο Tryon ανησυχούσε για την απειροελάχιστη πιθανότητα που έχει μια κβαντική διακύμανση με κοσμικές διαστάσεις, ο Vilenkin κατάφερε να χρησιμοποιήσει τον πληθωρισμό για να μεγεθύνει το Σύμπαν στο σημερινό του μέγεθος….
ΠΗΓΕΣ: Alan H. Guth, «Το πληθωριστικό Σύμπαν», 2001 εκδόσεις Γκοβόστη