Ο Δημοσθένης Καζάνας και η θεωρία του πληθωρισμού

Posted on 19/03/2014

2


Η ανακοίνωση της ομάδας BICEP2 ότι εντόπισε ίχνη αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων στην πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, αποτελεί μια επαλήθευση του πληθωριστικό μοντέλου του σύμπαντος. Έτσι, τα ονόματα των πρωτεργατών του μοντέλου αυτού (κυρίως ο Alan Guth και ο Αnrei Linde) βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της δημοσιότητας.

Η θεωρία του πληθωρισμού αποδίδεται στον Alan Guth, με την δημοσίευση της εργασίας του το 1981 στο Physical Review D με τίτλο «Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems» (ρίξτε μια ματιά στις αναφορές αυτού του άρθρου..)

Δημοσθένης Καζάνας

Δημοσθένης Καζάνας

Παρότι η περιγραφή που γίνεται στην εργασία αυτή από τον Guth αναθεωρήθηκε, η βασική της ιδέα, ότι δηλαδή το σύμπαν σχεδόν αμέσως μετά την μεγάλη έκρηξη επιταχύνθηκε με ιλιγγιώδη ρυθμό, αποδίδεται στον Alan Guth.
Σύμφωνα όμως με την εύστοχη επισήμανση του Vagelford ΕΔΩ, υπήρξαν και άλλοι ερευνητές που είχαν ανεξάρτητα την ίδια ιδέα.
Ένας από αυτούς ήταν ο Δημοσθένης Καζάνας (βιογραφικό ΕΔΩ) που μίλησε για πληθωριστική διαστολή του σύμπαντος, πριν από τον Alan Guth το 1980, στην εργασία του με τίτλο «Dynamics of the universe and spontaneous symmetry breaking«.
To 2007 o Δημοσθένης Καζάνας είχε παρουσιάσει το ιστορικό και τις απόψεις του σχετικά με τον κοσμικό πληθωρισμό σε συνέδριο στην Αθήνα (Chaos in Astronomy 2007). Την ομιλία του μπορείτε να την διαβάσετε ΕΔΩ: «Cosmological Inflation: A Personal Perspective»

Για τους ερευνητές που συνέβαλαν στην πληθωριστική θεωρία του σύμπαντος δείτε ΕΔΩ: «Who should get the Nobel Prize for cosmic inflation?»

Ας σημειωθεί ότι η εργασία του Δημοσθένη Καζάνα αναφέρεται στο βιβλίο «To πληθωριστικό σύμπαν» που έγραψε ο Alan Guth στα μέσα της δεκαετίας του 1990:

Στις πρώτες-πρώτες αναφορές του βιβλίου του Alan Guth "The Inflationary Universe"  βρίσκεται η Η εργασία του Δημοσθένη Καζάνα

Στις πρώτες-πρώτες αναφορές του βιβλίου του Alan Guth «The Inflationary Universe» βρίσκεται η εργασία του Δημοσθένη Καζάνα

Ο Alan Guth στον πρόλογο του βιβλίου του ζητάει εκ των προτέρων συγγνώμη από τους ερευνητές Gliner, Δημοσθένη Καζανά, Sato, Brout, Englert, Gunzing, Mukanov και Chbisov για την μη αναφορά στο έργο τους ...

Ο Alan Guth στον πρόλογο του βιβλίου αναφέρει ότι περιγράφει την πληθωριστική θεωρία από την δική του οπτική, αφού αυτή γνωρίζει καλύτερα. Έτσι, ζητάει εκ των προτέρων συγγνώμη από τους ερευνητές Gliner, Starobinsky, Δημοσθένη Καζανά, Sato, Brout, Englert, Gunzing, Mukhanov και Chibisov γιατί παρέλειψε σημαντικά γεγονότα που σχετίζονται με την συνεισφορά τους στον πληθωρισμό. Στο τέλος του βιβλίου του όμως παραθέτει την αντίστοιχη βιβλιογραφία (βλέπε πάνω εικόνα)

Εκτός από την αναφορά του Guth στο βιβλίο του «Το πληθωριστικό σύμπαν», βρίσκει κανείς πάμπολλες αναφορές στην διεθνή βιβλιογραφία σχετικά με το έργο του Δημοσθένη Καζανά. Αξίζει να αναφέρουμε τις πιο πρόσφατες, και μάλιστα τις … προχθεσινές από την ομάδα του τηλεσκοπίου BICEP2. Οι δυο ανακοινώσεις της ομάδας σχετικά με την ανίχνευση της πόλωσης της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (ευρήματα που συμφωνούν με το πληθωριστικό μοντέλο του σύμπαντος) προφανώς και αναφέρονται στην δημοσίευση που έκανε ο Καζανάς το 1980  – δείτε τις αναφορές ΕΔΩ και ΕΔΩ,  αλλά και τις αναφορές σε περσινή δημοσίευση ανάλυσης των δεδομένων του Planck ΕΔΩ.

=======>

Ο Δημοσθένης Καζάνας είχε δώσει συνέντευξη στην Σουφλέρη Ιωάννα Α. πριν από 14 χρόνια, την οποία παραθέτουμε στη συνέχεια.

Γεννημένος πριν από 50 χρόνια στην Καβάλα ο δρ Δημοσθένης Καζάνας πέρασε εκεί τα παιδικά του χρόνια. Σε ηλικία 15 ετών ήλθε στη Θεσσαλονίκη όπου ολοκλήρωσε τις γυμνασιακές σπουδές του και στη συνέχεια το Τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου. Εφυγε για το Σικάγο όπου πραγματοποίησε μεταπτυχιακές σπουδές καθώς και τη διδακτορική διατριβή του στο ομώνυμο πανεπιστήμιο. Εργάστηκε ως ερευνητής στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ από το 1980 ως το 1982 και για τα επόμενα έξι χρόνια στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ. Από το 1988 ερευνά τα μυστικά του Διαστήματος στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA.
Ο κ. Καζάνας είναι διεθνώς γνωστός για τη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος, η οποία αποτελεί μια από τις πλέον σημαντικές εξελίξεις στην κοσμολογία. Τη θεωρία διετύπωσε πρώτος ο κ. Καζάνας εν έτει 1980, την ορθότητα της οποίας τείνουν να αποδείξουν μια σειρά νεότερες εργασίες και παρατηρήσεις.
Το έργο του κ. Καζάνα δεν περιορίζεται μόνο στη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος. Εχει επίσης εργασθεί σε θέματα γενικής σχετικότητας και κοσμολογίας, σε θέματα ακτίνων γ και Χ του Διαστήματος, σε θέματα κβάζαρς και ενεργών πυρήνων γαλαξιών και σε θέματα μελανών οπών.
Είναι παντρεμένος και πατέρας ενός αγοριού.

Από την Καβάλα στο Σικάγο και στη NASA

Τα μυστικά της αρχής του κόσμου

Ο κ. Δημοσθένης Καζάνας ανακηρύχθηκε την περασμένη Τρίτη αντεπιστέλλον μέλος της Ακαδημίας Αθηνών. Η οικογένεια των Αθανάτων αποφάσισε να τιμήσει τον αστροφυσικό ο οποίος πρώτος διετύπωσε τη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος. Η θεωρία, η οποία αφορά τις ιδιότητες του Σύμπαντος στα πρώτα (ασύλληπτα πρώτα) στάδια της δημιουργίας του, διετυπώθη όταν ο ίδιος δεν ήταν παρά ένας 30χρονος επιστήμονας. Στα 20 χρόνια που πέρασαν από τότε πολλές εργασίες υποστηρίζουν τη θεωρία του κ. Καζάνα και την έχουν καταστήσει την πλέον αποδεκτή θεωρία της δημιουργίας του Σύμπαντος. «Το Βήμα» συνάντησε τον έλληνα αστροφυσικό σε φιλικό σπίτι κατά τη διάρκεια της σύντομης παραμονής του στην Ελλάδα και του ζήτησε ­ τι άλλο; ­ να μας ταξιδέψει στα μυστικά της αρχής του κόσμου. Προσδεθείτε…

Μια φορά κι έναν καιρό δεν υπήρχε τίποτε. Σύμπαν, ώρα μηδέν. Τι συνέβη τότε; Για να αντιληφθούμε τι συνέβη τότε θα πρέπει να πάμε το ταξίδι αντίστροφα. Θα πρέπει να ξεκινήσουμε από σήμερα, από τώρα. «Αυτό που βλέπουμε τώρα είναι ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται. Αυτό σημαίνει ότι, αν πάμε πίσω στον χρόνο, οι γαλαξίες ήταν πιο κοντά» λέει ο κ. Καζάνας.

Στάση υποχρεωτική του ταξιδιού για να ενημερωθούμε για τις συντεταγμένες μας αλλά και να μπορέσουμε να αντιληφθούμε τις λεπτομέρειες του οχήματος που χρησιμοποιούμε. Σήμερα το Σύμπαν έχει ηλικία 15 δισεκατομμυρίων ετών, ο ορίζοντάς του είναι 15 δισεκατομμύρια έτη φωτός και έχει μια διάχυτη θερμοκρασία 3 βαθμών Κελσίου. Οσο για το πώς βλέπουμε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται, ο κ. Καζάνας εξηγεί: «Με φασματοσκοπικές μετρήσεις των γαλαξιών διαπιστώνουμε ότι αυτοί απομακρύνονται και μάλιστα με ταχύτητα που είναι ανάλογη της αποστάσεως. Δηλαδή, ένας παρατηρητής ο οποίος είναι σε κάποιο σημείο του Σύμπαντος όπου και αν κοίταζε θα έβλεπε όλους τους γαλαξίες να απομακρύνονται από αυτόν και όσο πιο μακριά θα ήταν ένας γαλαξίας τόσο μεγαλύτερη θα ήταν η ταχύτητα της απομάκρυνσής του. Αυτή δεν είναι καινούργια παρατήρηση. Εγινε το 1929 από τον Hubble. Στην ουσία τότε ετέθησαν οι βάσεις της κοσμολογίας, οι οποίες βέβαια στηρίχθηκαν και στη θεωρία της σχετικότητας που είχε διατυπωθεί μερικά χρόνια νωρίτερα από τον Αϊνστάιν».

Ταξίδι στο παρελθόν

Το προφανές συμπέρασμα από την παρατήρηση του Hubble είναι ότι, αν πάμε πίσω στον χρόνο, οι γαλαξίες που παρατηρούμε τώρα θα ήταν πιο κοντά ο ένας στον άλλον. «Οσο πιο πίσω στον χρόνο πάμε τόσο μικραίνει η απόσταση μεταξύ των γαλαξιών, τόσο πιο πυκνό λοιπόν ήταν το Σύμπαν. Επίσης ήταν και θερμότερο αφού η συμπίεση προκαλούσε αύξηση της θερμοκρασίας. Με άλλα λόγια, όσο πιο πίσω στον χρόνο πάει κανείς τόσο θα βρίσκει την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του Σύμπαντος αυξημένες».

Υπήρξαν περίοδοι κατά τις οποίες η πυκνότητα του Σύμπαντος ήταν τόσο μεγάλη ώστε ο υποτιθέμενος παρατηρητής δεν θα μπορούσε να βλέπει από τη μία άκρη του ως την άλλη. «Οταν το Σύμπαν ήταν ηλικίας 300.000 ετών και ο ορίζοντάς του 300.000 έτη φωτός, αυτό είναι τόσο πυκνό και ιονισμένο ώστε ο παρατηρητής δεν θα μπορούσε να δει από τη μία άκρη στην άλλη. Η θερμοκρασία τότε είναι γύρω στους 3.000 βαθμούς Κελσίου. Εκεί αρχίζουν να ιονίζονται τα άτομα του υδρογόνου».

Το ταξίδι προς τα πίσω μάς οδηγεί σε στιγμές ασύλληπτα μικρές και σε θερμοκρασίες ασύλληπτα μεγάλες.

«Οταν η ηλικία του Σύμπαντος είναι ένα δευτερόλεπτο, η θερμοκρασία του είναι 1 δισ. βαθμοί Κελσίου. Οταν η ηλικία του είναι 10-6 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία είναι 1 τρισ. βαθμοί και είναι η στιγμή που δημιουργούνται τα πρωτόνια από τα κουόρκς. Οταν η ηλικία του είναι 10-11 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία είναι 1.000 τρισ. βαθμοί. Εκεί ενοποιούνται οι ασθενείς και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Όταν η ηλικία του είναι 10-35 δευτερόλεπτα, γίνεται η ενοποίηση όλων των αλληλεπιδράσεων, ισχυρών, ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών. Η ενοποίηση αυτή προϋποθέτει την ύπαρξη του πεδίου Higgs το οποίο έχει μια διαφορετικής μορφής ενέργεια, την ενέργεια του κενού. Είναι σαν την ενέργεια της κοσμολογικής σταθεράς που ο Αϊνστάιν πέταξε από τις εξισώσεις του».

Η ενέργεια αυτή κυριάρχησε στη συγκεκριμένη ηλικία του Σύμπαντος και διατηρήθηκε ως την ηλικία των 10-33 δευτερολέπτων περίπου. Οπως κατέδειξε ο κ. Καζάνας, κατά την περίοδο αυτή που η ενέργεια του πεδίου Higgs υπερίσχυε η διαστολή του Σύμπαντος ήταν διαφορετική από όταν υπερίσχυε η ενέργεια της συνήθους ύλης. Η διαστολή αυτή ήταν εκθετική και είναι αυτή που λύνει το πρόβλημα του ορίζοντα και της επιπεδότητας του Σύμπαντος.

Η πληθωριστική περίοδος του Σύμπαντος δεν διήρκεσε πολύ και, σύμφωνα με τον κ. Καζάνα, «ευτυχώς, γιατί εμείς δεν θα υπήρχαμε αν συνεχιζόταν η πληθωριστική περίοδος. Το Σύμπαν θα ήταν ομοιογενές και ισοτροπικό. Δύο σημεία θα απομακρύνονταν μεταξύ τους με εκθετική ταχύτητα, γεγονός που θα απαγόρευε τη δημιουργία γαλαξιών ή οποιασδήποτε άλλης δομής».

Το διαφανές Σύμπαν

Οι γαλαξίες όμως υπάρχουν και, όπως θα δούμε αν πάρουμε τώρα τον δρόμο της επιστροφής, δεν έγιναν αμέσως. Το πρώτο πράγμα που συμβαίνει στον χρόνο από 1 δευτερόλεπτο ως 3 λεπτά είναι η δημιουργία πυρήνων ελαφρών στοιχείων (ήλιο, λίθιο, δευτέριο, τρίτιο).

«Τα άτομα δεν αρχίζουν να σχηματίζονται παρά όταν η θερμοκρασία του Σύμπαντος πέφτει κάτω από τους 3.000 βαθμούς Κελσίου και η ηλικία του Σύμπαντος είναι 300.000 χρόνια. Το Σύμπαν παύει να είναι ιονισμένο και τα ηλεκτρόνια συναντούν τα πρωτόνια. Τώρα το Σύμπαν γίνεται διαφανές».

Πολύ αργότερα δημιουργούνται οι γαλαξίες, περίπου πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια. «Η δημιουργία τους οφείλεται στην ύπαρξη διαταραχών οι οποίες καθιστούν το Σύμπαν ανομοιογενές και προέρχονται από τις κβαντικές διαταραχές του πεδίου του Higgs οι οποίες έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της πληθωριστικής διαστολής. Η ύπαρξη των διαταραχών αφήνει το αποτύπωμά της στην ύλη και έχει ως συνέπεια τη δημιουργία των γαλαξιών. Με άλλα λόγια, το απείρως μεγάλο έχει επηρεαστεί από το απείρως μικρό».

Όσο για τη δημιουργία της ζωής, αυτή συνέβη μόλις χθες με βάση τα κοσμολογικά δεδομένα. Και αν ενδιαφέρεστε για το οριστικό τέλος του ταξιδιού, γιατί πιθανόν να υπάρξει τέλος σε αυτό το ταξίδι, ο κ. Καζάνας βεβαιώνει ότι δεν θα είναι άμεσο. «Το τέλος δεν θα έλθει νωρίτερα από 15 δισ. χρόνια τουλάχιστον».

==================

(νεώτερη ενημέρωση – JD M)
1. Το 2007, λίγο πριν την ομιλία του Δημοσθένη Καζάνα ( «Cosmological Inflation: A Personal Perspective«) στο συνέδριο της Ακαδημίας Αθηνών, με θέμα το «Χάος στην Αστρονομία», τοπική εφημερίδα της πόλης Καβάλας έγραφε σχετικά:
(…) Η ομιλία του θα αφορά στην προσωπική του άποψη για το τι είναι ο «Κοσμολογικός Πληθωρισμός».
«Το σύμπαν είναι λεπτομερώς και επακριβώς δομημένο, αν ήταν εντελώς χαοτικό δεν θα μπορούσαμε να καταλάβουμε τίποτα», επισημαίνει ο Dr Δημοσθένης Καζάνας» που είναι εισηγητής της θεωρίας του «πληθωριστικού Σύμπαντος».
Σύμφωνα με την θεωρία για τα αρχικά στάδια της εξέλιξης, που ο Καβαλιώτης επιστήμονας εισηγήθηκε σε ηλικία 30 ετών, σε απειροελάχιστες υποδιαιρέσεις του πρώτου δευτερολέπτου της δημιουργίας απελευθερώθηκε τεράστια ποσότητα ενέργειας που προκάλεσε αστραπιαία, αδιανόητη για τον ανθρώπινο νου, μεγέθυνση του σύμπαντος.
Όπως εξηγεί ο ίδιος, η θεωρία του «προσφέρει ένα πλαίσιο στο οποίο μπορούν να εξηγηθούν η επιπεδότητα του σύμπαντος, το πρόβλημα του ορίζοντα και οι διακυμάνσεις που προκάλεσαν τους γαλαξίες και εν γένει τη δομή του σύμπαντος».
Σε ό,τι αφορά στις έρευνες της NASA, ο Dr Καζάνας τονίζει κατηγορηματικά, ότι δεν υπάρχει κανένα είδος συνωμοσίας και όλες οι ανακαλύψεις παρουσιάζονται και διαβάζονται σε επιστημονικά περιοδικά. Ο κάθε τομέας της υπηρεσίας, προσθέτει, έχει τα δικά του προβλήματα, τις δικές του ερωτήσεις και προσπαθεί, όπως η επιστήμη παντού, «να απαντήσει σε ορισμένες από αυτές, βασιζόμενη πάντα στις υπάρχουσες θεωρίες, έννοιες και παρατηρήσεις».
Σε ό,τι αφορά στην επιστημονική έρευνα στην Ελλάδα, ο κ. Καζάνας υποστηρίζει ότι θα διευκόλυνε πολύ τη ζωή των ερευνητών αν δεν είχαν να τους απασχολεί ο τρόπος με τον οποίο θα χρηματοδοτήσουν το έργο τους. «Είναι σημαντικό να υπάρχει μία συνεχής και συνεπής, έστω και μικρή χρηματοδότηση της έρευνας», επισημαίνει. Ο γνωστός ερευνητής, τονίζει ότι οι ερευνητές πρέπει να έχουν χρήματα να πληρώνουν τους μεταπτυχιακούς φοιτητές τους, θέμα το οποίο χαρακτηρίζει μείζον. Όταν ερωτάται για το τί θα είχε πετύχει αν είχε μείνει στην Ελλάδα περιορίζεται να πει «μπορεί να είχα κάνει τα ίδια, μπορεί να είχα κάνει περισσότερα, μπορεί να είχα κάνει και πολύ λιγότερα».
«Μπορεί η δημιουργία του σύμπαντος, αυτό το οποίο περιγράφετε στη θεωρία σας, να έγινε από τον Θεό; Τι ήταν το σύμπαν πριν γίνει σύμπαν;», ρωτήθηκε ο κ. Καζάνας. «Με κατάλληλο ορισμό της έννοιας του Θεού, η απάντηση είναι ναι.
Δεν υπάρχει έννοια για το τι υπήρχε πριν γίνει το σύμπαν, διότι ο χρόνος ξεκινάει με την γέννηση του σύμπαντος.
Χάνει την έννοιά της η λέξη πριν», απάντησε ο Καβαλιώτης αστροφυσικός, ο οποίος θεωρεί ότι η διαστημική γνώση μπορεί να εκλαϊκευτεί μόνο μέχρις ενός σημείου. «Χρειάζονται έννοιες χωρίς τις οποίες δεν μπορεί να κατανοήσει κανείς ορισμένα φαινόμενα», λέει, υπενθυμίζοντας ότι «ο άνθρωπος δεν είναι σε κανένα προνομιούχο σημείο στο σύμπαν, ούτε στο κέντρο του, ούτε στο κέντρο του Γαλαξία, ούτε καν στο κέντρο του ηλιακού συστήματος».

2. Το 1976, σε ηλικία 25 ετών, ο Δ. Καζανάς είχε βραβευθεί από το Gravity Research Foundation για την εργασία του (μαζί με τον τον David Schramm): «Competition Between Neutrino and Gravitational Radiation«