Μια νέα θεωρία κάνει στην άκρη τη Μεγάλη Έκρηξη και θέλει το Σύμπαν αέναο. Η ιδέα έρχεται να τραντάξει τα θεμέλια της κοσμολογίας, προτείνοντας μια λύση που ξεπερνά με μαγικό τρόπο όλες τις αυθαιρεσίες της σύγχρονης Φυσικής
Βάρβογλης Χάρης – tovima.gr
Η κρατούσα θεωρία για τη δημιουργία του Σύμπαντος είναι αυτή της Μεγάλης Έκρηξης που λίγο-πολύ όλοι έχουμε ακούσει. Το Σύμπαν, ως χώρος και χρόνος μαζί και με το περιεχόμενό του, εμφανίστηκε ξαφνικά πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ιδέα αυτή αντιμετωπίζεται συνήθως με δυσπιστία από τον μέσο αναγνώστη επειδή φαίνεται εντελώς παράλογη – και όχι χωρίς λόγο, αφού το ίδιο «άβολα» νιώθουν γι’ αυτήν και οι ειδικοί επιστήμονες. Ο λόγος είναι ότι, πέρα από τις όποιες φιλοσοφικές αντιρρήσεις που σχετίζονται με την εμφάνιση του χώρου και του χρόνου από το τίποτα, υπάρχουν και μερικές «τεχνικές» λεπτομέρειες που δεν έχουν απαντηθεί ικανοποιητικά ως σήμερα. Μερικές από αυτές είναι προφανείς και σε έναν μη ειδικό, για παράδειγμα το πώς και το γιατί δημιουργήθηκε η Μεγάλη Έκρηξη. Αλλες προκύπτουν από αστρονομικές παρατηρήσεις που δείχνουν ότι το Σύμπαν έχει μερικές απροσδόκητες ιδιότητες, όπως π.χ. η ομογένεια, η ισοτροπία και η επιταχυνόμενη διαστολή, που εξηγούνται μόνο με την επίκληση άγνωστων στην καθημερινή Φυσική δυνάμεων. Πρόσφατα μια διεθνής ομάδα κοσμολόγων πρότεινε μια θεωρία για το Σύμπαν που παρακάμπτει όλες αυτές τις δυσκολίες και η οποία απέσπασε εύφημη μνεία τα δύο τελευταία χρόνια στην ετήσια αξιολόγηση δημοσιεύσεων κοσμολογικού περιεχομένου. Πέρα από το όποιο επιστημονικό ενδιαφέρον της, η θεωρία είναι άξια προσοχής επειδή της διεθνούς ομάδας κοσμολόγων ηγείται ένας Έλληνας.
Το μυστήριο του κοσμικού πληθωρισμού
Στις αρχές της δεκαετίας του 1960 υπήρχαν δύο αντιμαχόμενες θεωρίες για τη δημιουργία του Σύμπαντος: η θεωρία της Σταθερής Κατάστασης, που πρέσβευε ότι το Σύμπαν υπήρχε από πάντα, και η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, που πρέσβευε ότι το Σύμπαν είχε δημιουργηθεί κάποια στιγμή στο παρελθόν. Η παρατήρηση το 1965 της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία προβλέπεται από τη Μεγάλη Έκρηξη αλλά όχι από τη Σταθερή Κατάσταση, έγειρε την πλάστιγγα υπέρ της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Μεταγενέστερες παρατηρήσεις όμως φανέρωσαν ιδιότητες του Σύμπαντος που δεν μπορούσε να εξηγήσει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης στο πλαίσιο της γνωστής Φυσικής. Ετσι ανέκυψε η ανάγκη εισαγωγής νέων θεωριών, για τις οποίες δεν υπήρχε κανενός είδους πειραματική επιβεβαίωση ή έστω ένδειξη. Για παράδειγμα, η αξιοσημείωτη ομογένεια του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες, δηλαδή το γεγονός ότι το Σύμπαν φαίνεται από όλα τα σημεία του το ίδιο, και η αξιοσημείωτη ισοτροπία του, δηλαδή το γεγονός ότι το Σύμπαν φαίνεται το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις, οδήγησαν στην εισαγωγή της θεωρίας του πληθωριστικού Σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, μόλις 10-35 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (δηλαδή, ένα δισεκατομμυριοστό του τρισεκατομμυριοστού του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου) το Σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται επιταχυνόμενο εξαιτίας μια δύναμης πέρα από τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις της φύσης στις οποίες βασίζεται η Φυσική που διδάσκουμε.
Σήμερα δεν είναι πλήρως κατανοητό ούτε γιατί ξεκίνησε αυτή η επιταχυνόμενη διαστολή ούτε πότε και πώς σταμάτησε. Είναι όμως σίγουρο ότι διήρκεσε ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου κατά τη διάρκεια του οποίου το μέγεθος του Σύμπαντος αυξήθηκε κατά 1025 (δηλαδή, δέκα τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων) φορές. Η ασύλληπτα γρήγορη και ισχυρή διαστολή εξάλειψε όλες τις πιθανές ανομοιογένειες και ανισοτροπίες έτσι ώστε το Σύμπαν να παρουσιάζει την εικόνα της ομογένειας και ισοτροπίας που παρατηρούμε σήμερα. Αλλά δεν φαίνεται να υπάρχει τρόπος να ερμηνευθεί ικανοποιητικά ούτε ο χρόνος έναρξης και διάρκειας του φαινομένου ούτε και η έντασή του, πέρα φυσικά από την αιτία που το προκάλεσε, που είναι και αυτή ένα μυστήριο.
Οι αριθμοί
14 δισεκατομμύρια χρόνια πριν δεχόμαστε ότι γεννήθηκε το Σύμπαν, μαζί ο χώρος και ο χρόνος
10-35 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη πιστεύουμε ότι άρχισε να διαστέλλεται επιταχυνόμενο το νεαρό Σύμπαν
2 νέες δυνάμεις χρειάστηκε να προσθέσουμε αυθαίρετα στη Φύση για να ερμηνεύσουμε αυτό το μοντέλο
Γιατί συνεχίζεται η επιταχυνόμενη διαστολή;
Η προ δεκαετίας παρατήρηση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται και σήμερα με επιταχυνόμενο ρυθμό δημιούργησε ένα άλλο πρόβλημα. Από τις τέσσερις γνωστές και γενικά αποδεκτές δυνάμεις της φύσης μόνο η βαρύτητα ενεργεί σε μεγάλες αποστάσεις και είναι ελκτική. Ετσι όλοι οι γαλαξίες έλκονται μεταξύ τους, σαν να είναι συνδεδεμένοι με ιδιότυπα ελατήρια, πράγμα που σημαίνει ότι η διαστολή του Σύμπαντος θα έπρεπε να επιβραδύνεται. Η παρατήρηση της επιταχυνόμενης διαστολής μάς οδήγησε στην υπόθεση της ύπαρξης μιας πέμπτης απωστικής δύναμης, η οποία δρα μόνο σε μεγάλες αποστάσεις και η οποία οφείλεται στην ύπαρξη μιας νέας μορφής ενέργειας που ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια. Τη δύναμη αυτή εισήγαγε πρώτος ο Αϊνστάιν στις εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας με τη μορφή ενός σταθερού όρου σε αυτές ο οποίος ονομάστηκε κοσμολογική σταθερά. Έτσι καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι για να δεχθούμε το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης πρέπει να εισαγάγουμε δύο νέες δυνάμεις στη φύση (μία για τις πρώτες στιγμές του και μία για σήμερα), χωρίς να έχουμε καμία άλλη πειραματική ή θεωρητική ένδειξη για την ύπαρξή τους. Σε κάποιον που έχει ασχοληθεί με την εξέλιξη των ιδεών στη Φυσική η κατάσταση αυτή θυμίζει τη θεωρία του γεωκεντρικού πλανητικού συστήματος του Πτολεμαίου στην οποία, για να ερμηνεύσουμε τις παρατηρήσεις της θέσης των πλανητών υποθέτοντας ότι κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τη Γη, έπρεπε να υποθέσουμε ολοένα και πιο πολύπλοκους νόμους κίνησης – ώσπου ο Κέπλερ διατύπωσε τη θεωρία ότι οι πλανήτες κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον Ηλιο, οπότε όλες οι παρατηρήσεις ερμηνεύθηκαν διαμιάς ως διά μαγείας.
Η θεωρία του αέναου Σύμπαντος
Είναι δυνατόν άραγε όλα τα προβλήματα που εμφανίζονται στο «κλασικό» σενάριο της Μεγάλης Έκρηξης να λυθούν με μία μόνο υπόθεση; Αυτή τη γραμμή σκέψης ακολούθησε η τριεθνής ερευνητική ομάδα που αποτελείται από τους Σπύρο Βασιλάκο (Ελλάδα), Jose Ademir Sales Lima (Βραζιλία) και Joan Sola (Ισπανία). Σύμφωνα με τη θεωρία της ομάδας, όλες οι παρατηρούμενες ιδιότητες του Σύμπαντος μπορούν να ερμηνευθούν αν υποθέσουμε ότι η λεγόμενη κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν δεν είναι σταθερά αλλά μεταβάλλεται, είναι δηλαδή αυτό που λένε οι μαθηματικοί συνάρτηση του χρόνου. Η εισαγωγή της κατάλληλης συνάρτησης στις εξισώσεις του Αϊνστάιν μάς οδηγεί σε μια λύση στην οποία το Σύμπαν ξεκινάει από μια αέναη κατάσταση, οπότε αποφεύγεται το πρόβλημα της εμφάνισης της Μεγάλης Εκρηξης, είναι όσο ομογενές και ισότροπο χρειάζεται, οπότε αποφεύγεται το πρόβλημα του χρόνου έναρξης και λήξης της πληθωριστικής φάσης του Σύμπαντος, και διαστέλλεται με αυξανόμενη ταχύτητα πέρα από μια ορισμένη χρονική στιγμή, οπότε αποφεύγεται το πρόβλημα της εισαγωγής της σκοτεινής ενέργειας. Η νέα θεωρία εξηγεί με συνεπή και ολοκληρωμένο τρόπο την κοσμική ιστορία του Σύμπαντος. Θα γίνει άραγε αποδεκτή από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα; Είναι νωρίς να το πούμε, αλλά είναι αξιοσημείωτο ότι η ερευνητική ομάδα έλαβε ήδη δύο τιμητικές διακρίσεις (Honorable Mention) τα έτη 2013 και 2014 στον διεθνή διαγωνισμό βαρύτητας Essay Competition of Gravity Research που γίνεται στις ΗΠΑ.
(*) Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.
Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ
physicsgg 
Αμάν αυτός ο Βάρβογλης. Η θεατρικότητά του καταντάει εκνευριστική.
Για να μην πω για τις βλακείες. Έξτρα δυνάμεις και πράσινα άλογα. Μας αρέσει δεν μας αρέσει, όλη η ιστορία έχει να κάνει μόνο με την βαρύτητα. Δεν χρειάζεται άλλη δύναμη. Τι να κάνουμε.
Και όχι, η θεωρία του Big Bang δεν λέει ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε με ένα Μπαμ.
Όχι, δεν υπάρχει μόνο το παράδειγμα του Πτολεμαίου στη φυσική. Υπάρχει και το παράδειγμα του Le Verrier (σκοτεινή ύλη) και υπάρχει και το παράδειγμα του Einstein (νέα φυσική).
Και το τραγικό είναι ότι τα λέει όλα αυτά για να πει τι στο τέλος; Να παρουσιάσει ως λύση για τα παραπάνω ένα μοντέλο που μιλάει για χρονικά μεταβαλλόμενη κοσμολογική σταθερά (στην πραγματικότητα δεν είναι αυτό το μοντέλο, η χρονικά μεταβαλλόμενη κοσμολογική σταθερά προκύπτει ως μια effective κοσμολογική σταθερά που εμφανίζεται εξαιτίας της δημιουργίας ύλης κατά την εξέλιξη του σύμπαντος, ενώ η πλάκα είναι ότι η περιγραφή είναι ισοδύναμη με τα κλασικά μοντέλα πληθωρισμού εξαιτίας κάποιου βαθμωτού πεδίου που κινείται σε κάποιο δυναμικό).
http://arxiv.org/abs/1205.0868
http://arxiv.org/abs/1209.2802
http://arxiv.org/abs/1306.0591
http://arxiv.org/abs/1406.5538
Σήμερα έμαθα για το σχόλιο, από ερώτηση κάποιου αναγνώστη αν δεν απαντώ για λόγους αρχής ή επειδή δεν έχω αντιληφθεί την ύπαρξη του συγκεκριμένου σχολίου. Δεν έχω διαθέσιμο χρόνο να ψάχνω στο Διαδίκτυο άρθρα και σχόλια που με αφορούν. Αλλά και αν είχα αντιληφθεί το συγκεκριμένο τι να πω; Στις επιστημονικές συζητήσεις προσπαθώ να κρατήσω ένα επίπεδο. Απλά θέλω να αναφέρω, για όσους δεν είναι ειδικοί στο θέμα, ότι μπορούν να ζητήσουν τη γνώμη των κατά τεκμήριο πιο ειδικών Ελλήνων, όπως είναι για παράδειγμα ο συνάδελφος Μανώλης Πλειώνης στο Τμήμα Φυσικής του Α.Π.Θ. ή και ο ίδιος ο Σπύρος Βασιλάκος, στο Κέντρο Ερευνών Αστρονομίας και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών της Ακαδημίας Αθηνών. Τις ηλεκτρονικές διευθύνεις τους μπορείτε να τις βρείτε εύκολα από το Διαδίκτυο επειδή, αντίθετα με τον σχολιαστή, έχουν ονοματεπώνυμο, όπως άλλωστε και εγώ.
Συμφωνώ απόλυτα με την προτροπή του κυρίου Βάρβογλη. Ο Μανώλης Πλειώνης και ο Σπύρος Βασιλάκος είναι οι ειδικοί στα θέματα κοσμολογίας με τους οποίους θα πρέπει να επικοινωνήσει όποιος ενδιαφέρεται.
Ενα σημειο εχει μηδεν διαστασεις και ειναι τομη δυο μονοδιαστατων ευθειων
Μια ευθεια που εχει μια διασταση ειναι τομη δυο διδιαστατων επιπεδων
Και ενα επιπεδο ειναι τομη δυο τρισδιαστατων χώρων
Αρα ενα τρισδιαστατο συμπαν ειναι τομη δυο τετραδιαστατων χωρων
Και η μεγαλη εκριξη το σημειο συγκρουσης τους και η διαστολη του η επεκτινομενη τρισδιαστατη επιφανια προσκρουσης
να κάνω μια άσχετη με το άρθρο ερώτηση και αν μπορεί κάποιος ας μου απαντήσει: Σε τι μέγεθος (μάζα) πρέπει να φτάσει ένα άστρο για να αρχίσουν οι πυρηνικές συντήξεις και αφού αρχίσουν οι συντήξεις το άστρο πως μπορεί και συνεχίζει να μεγαλώνει σε μέγεθος (μάζα), δηλαδή αν η βαρύτητα είναι ισχυρότερη από την άπωση λόγω των συντήξεων τότε γιατί υπάρχουν άστρα και δεν έχουν καταρρεύσει όλα;
Κατά την Αστροφυσική ο κάθε αστέρας είναι ένα λαμπερό αέριο ουράνιο σώμα που παράγει ενέργεια από πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης που συμβαίνουν στον πυρήνα του. Όταν η μάζα του σώματός του είναι μικρότερη από 0.08 φορές της μάζας του ήλιου οι πιέσεις και οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο κέντρο του, δεν επαρκούν προκειμένου να αρχίσουν οι πυρηνικές συντήξεις. Επομένως η μάζα όλων των αστέρων είναι μεγαλύτερη από την ανωτέρω ποσότητα.
Από κει και πέρα, σε κάποια φάση της «ζωής» του θα μεγαλώσει σε όγκο και όχι σε μάζα. Ο τρόπος και ο χρόνος «ζωής» και «θανάτου» του άστρου ποικίλει αναλόγως της μάζας του.
το ερώτημα είναι: Το αστέρι έφτασε την κρίσιμη μάζα για να αναφλεγεί (θερμοπυρηνικές συντήξεις) οπότε ο ηλιακός άνεμος που δημιουργείτε καθώς και η θερμοκρασία απωθούν τα λοιπά ΑΕΡΙΑ που περιβάλουν το άστρο και δεν έχουν ακόμα ενσωματωθεί σε αυτό. Σωστά; Τότε γιατί υπάρχουν διαφόρων μεγεθών άστρα; Βεβαία μπορεί η απάντηση να είναι ότι η βαρύτητα είναι ισχυρότερη από τον ηλιακό άνεμο και την επιτάχυνση της κίνησής τους που δέχονται τα λοιπά ΑΕΡΙΑ από την αύξηση της θερμοκρασία. Τότε γιατί υπάρχουν άστρα και δεν έχουν καταρρεύσει; Επί τη ευκαιρία πόσο από το σύμπαν βλέπουμε, επειδή αν ισχύει η θεωρεία του πληθωρισμού υπάρχει ένα ποσοστό του σύμπαντος που δεν βλέπουμε και δεν πρόκειται ποτέ να δούμε επειδή δεν μπορούμε να ταξιδέψουμε με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός. Σωστά; Το πρόβλημα που προκύπτει είναι το εξής: Αν το ποσοστό του Σύμπαντος που μπορούμε να δούμε είναι π.χ. ένα στο τρισεκατομμύριο ή ακόμα περισσότερο, πως μπορούμε να ξέρουμε πως είναι το υπόλοιπο σύμπαν. π.χ. αν σύμπαν είναι ένας ωκεανός από νερό μέσα στον οποίο υπάρχει μια σταγόνα λάδι και μέσα στην σταγόνα ζούμε εμείς και δεν μπορούμε να δούμε πέρα από αυτή (πληθωρισμός), πώς συμπεραίνουμε πως ο ωκεανός είναι από λάδι (μεγάλη έκρηξη).
Φυσικά και δεν είναι δυνατόν να μπορέσω σου απαντήσω μέσω chat σε όλα αυτά τα ερωτήματα (κάποια δεν τα γνωρίζω, κάποια είναι διατυπωμένα λάθος). Υπάρχουν όμως πολλά συναρπαστικά εκλαϊκευμένα συγγράμματα όπως του Γιώργου Γραμματικάκη, του Stephen Hawking και πάρα πολλών άλλων λαμπρών επιστημόνων, που θα βρεις πολλές απαντήσεις στα ερωτήματά σου. Βλέπω όμως ότι σε κατέχει η περιέργεια και η περιέργεια είναι το κύριο συστατικό για να γίνει κάποιος επιστήμονας. Αν σου αρέσουν τα μαθηματικά θα μπορούσες να ασχοληθείς με σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες, όπως πχ στο Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο.
Δεν είμαι φυσικός, αλλα αν το σύμπαν διαστέλλεστε με επιταχυνόμενη κίνηση, με τι ταχύτητα διαστελόμαστε τώρα? και τι θα γίνει η επιτάχυνση μας φτάσει στην ταχύτητα του φωτός?
εδώ κάνεις δεν λέει τι μεσολάβησε και μετά την περίοδο πληθωρισμού, όπου το σύμπαν διαστέλλονταν με ταχύτητες πολλαπλάσιες της ταχύτητας του φωτός (αν ισχύει κάτι τέτοιο), και επιβραδύνθηκε, τη στιγμή μάλιστα που σε ότι αφορά το σύνολο της ύλης – ενέργειας (μαύρης ή άσπρης ή πορτοκαλί) που αποτελείτε δεν άλλαξε σε τίποτα, και σαν να μην έφτανε αυτό ξεκίνησε πάλι να διαστέλλεται με επιταχυνόμενη κίνηση (τι άλλαξε πάλι). Στο ερώτημα τώρα η επικρατούσα άποψη είναι ότι τίποτα υλικό δεν μπορεί να φτάσει την ταχύτητα του φωτός επειδή η ενέργεια που απαιτείται γα κάτι τέτοιο είναι άπειρη. Μόνο η διαστολή του χώρου που την ξεπερνάει. Όποτε όταν διαστέλλεται ο χώρος τον ακολουθούν και τα υλικά που υπάρχουν μέσα σε αυτόν αλλά πάνε πιο αργά (εκτός βέβαια από την περίοδο του πληθωρισμού που τρέχανε και αυτά με χίλια)! Άλλη απορία;
Βασίλης – Αφού γνωρίζεις τις απαντήσεις, γιατί κάνεις ερωτήσεις;