σύμπαν (28 άρθρα)

Πώς θα γίνουν οι μελλοντικές ανακαλύψεις στη Φυσική

Τι έρχεται μετά την εποχή των γιγάντιων επιταχυντών; Μπορεί το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων να έχει εξηγήσει ένα μεγάλο φάσμα φαινομένων με εκπληκτική ακρίβεια, ωστόσο πολλά ερωτήματα παραμένουν ακόμα αναπάντητα: Τι είναι η σκοτεινή ύλη; Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής δύναμη σε σχέση με τις άλλες; Γιατί το σύμπαν είναι τόσο αχανές;

Στο πλαίσιο της 25ης επετείου του Ινστιτούτου Perimeter ο Σάββας Δημόπουλος έδωσε μια διάλεξη (μπορείτε να την παρακολουθήσετε είτε στο παραπάνω βίντεο, είτε σ’ αυτό που βρίσκεται στο τέλος της ανάρτησης), όπου εξηγεί γιατί οι επόμενες μεγάλες ανακαλύψεις στη Φυσική θα έρθουν από υψηλής ακρίβειας και μικρής κλίμακας πειράματα ολιγομελών ομάδων, με την χρήση εξαιρετικά ευαίσθητων εργαλείων.

Σύμφωνα με τον Σάββα Δημόπουλο, τα περισσότερα που έχουμε μάθει στη φυσική τα τελευταία 80 χρόνια ήταν διαμέσου ερευνών από μεγάλες συνεργασίες φυσικών. Τώρα μεταβαίνουμε σε μια νέα εποχή όπου η έρευνα γίνεται με μικρότερες ερευνητικές ομάδες, οι οποίες αγωνίζονται να βρούν απαντήσεις σε αναπάντητα μέχρι σήμερα θεμελιώδη ερωτήματα.

Ξεκινά την ομιλία του με το ερώτημα «τι είναι η Φυσική;«, αναφέροντας την ετυμολογία της λέξης από την ελληνική λέξη «Φύσις» και εξηγώντας πως ο σκοπός της Φυσικής είναι να οικοδομήσει μια θεωρία που να εξηγεί τα πάντα στο σύμπαν. Η Φυσική χρησιμοποιεί δύο βασικά εργαλεία για να το κάνει αυτό. Το ένα είναι τα μαθηματικά και το άλλο το πείραμα. Και τα δύο είναι εξίσου σημαντικά. Τα μαθηματικά είναι απλώς η έκφραση των φυσικών νόμων με μαθηματικούς τύπους. Και ο σκοπός του πειράματος είναι να καταλάβουμε τι είναι στην πραγματικότητα είναι αληθινό μέσω της παρατήρησης.

Αναφέρεται στους Πυθαγόρειους που συνειδητοποίησαν ότι τα μαθηματικά είναι σχετικά με τη φύση υποστηρίζοντας πως ο θεός γεωμετροποιεί τα πάντα. Και μας υπενθυμίζει τον Eugene Wigner που το 1960 έγραψε ένα πολύ ωραίο δοκίμιο με τίτλο «Η παράλογη αποτελεσματικότητα των μαθηματικών στις φυσικές επιστήμες». Τα μαθηματικά είναι ένα υπέροχο δώρο, για εμάς τους μικροσκοπικούς ανθρώπους πάνω σε έναν μικροσκοπικό βράχο, ενός απέραντου σύμπαντος. Μπορούμε να καταλάβουμε τα μαθηματικά, να κατανοήσουμε τη γλώσσα της φύσης και να καταλάβουμε τι συμβαίνει παντού στο σύμπαν. Τα μαθηματικά δεν είναι μόνο η γλώσσα της φύσης. Είναι σαν να έχεις έναν εξαιρετικά ισχυρό φίλο. Αν του δώσετε τους σωστούς κανόνες και κάνετε μια καλά καθορισμένη ερώτηση, θα σας δώσει την απάντηση. Όσο πιο ακριβής είναι η ερώτηση, τόσο πιο ακριβής θα είναι η απάντηση που θα πάρετε. Είναι λοιπόν ένα θαυματουργό εργαλείο. Είναι θεϊκό. Και η δύναμη των μαθηματικών έχει κάνει τους φυσικούς να λατρεύουν τα μαθηματικά. Αλλά, υπάρχει και κάτι που είναι εξίσου σημαντικό με τα μαθηματικά (ή τη θεωρία), κι αυτό είναι το πείραμα. Μάλιστα το πείραμα έχει και τον τελευταίο λόγο.

Ο Richard Feynman, είχε πει, ότι, δεν έχει σημασία πόσο όμορφες είναι οι θεωρίες σας. Δεν έχει σημασία πόσο έξυπνοι είστε. Αν δεν συμφωνoύν με το πείραμα, είναι λάθος. Και βέβαια, η Φυσική χωρίς πειραματική επιβεβαίωση δεν περιγράφει πραγματικά τη φύση. Είναι το «εύρηκα» του Αρχιμήδη. Αλλά και ο Αρχιμήδης, όπως και ο Ερατοσθένης που μέτρησε την ακτίνα της Γης πριν από 2400 χρόνια, ήταν στην πραγματικότητα μαθηματικοί. Ο Νεύτωνας ήταν θεωρητικός και έκανε επίσης πειράματα π.χ. στην οπτική. Ένα αντίθετο παράδειγμα σε αυτόν τον κανόνα είναι ο Faraday. Ο Faraday δεν ανήκε στη βρετανική αριστοκρατία. Έτσι, δεν έμαθε λογισμό, δεν έμαθε τριγωνομετρία, αλλά ήταν αναμφισβήτητα ένας από τους μεγαλύτερους πειραματιστές όλων των εποχών. Ανακάλυψε πολλές πτυχές του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού και εισήγαγε την έννοια του πεδίου. Ο τρόπος που κατανοούσε την Φυσική ήταν διαισθητικός.

Μέχρι τη δεκαετία το 1940, πολλοί από τους μεγάλους φυσικούς όπως ο Fermi, ήταν ταυτόχρονα θεωρητικοί και πειραματιστές. Αλλά, όλα τα πειράματα μέχρι τότε ήταν πειράματα μικρής κλίμακας. Η μετάβαση στην εποχή της μεγάλης επιστήμης ξεκίνησε με το Manhattan project το 1942. Έκτοτε ο κόσμος κατάλαβε ότι η επιστήμη είναι σημαντική και άρχισε να διοχετεύεται σ’ αυτή μεγάλη χρηματοδότηση. Το αποτέλεσμα, ήταν να κατασκευάζονται όλο και μεγαλύτερες πειραματικές διατάξεις.

Έτσι, ενώ οι επιταχυντές αρχικά ξεκίνησαν ως πειραματικές διατάξεις μερικών δεκάδων εκατοστών, σήμερα ο μεγαλύτερος επιταχυντής στον κόσμο έχει διάμετρο 27 χιλιόμετρα. Είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στη Γενεύη της Ελβετίας, τα πειράματα του οποίου ολοκλήρωσαν αυτό που ονομάζεται Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Καθώς επιτυγχάνονταν όλο και μεγαλύτερες ενέργειες στους επιταχυντές σωματιδίων, μελετήθηκαν φαινόμενα που αφορούν όλο και περισσότερα υποπυρηνικά συστατικά και στοιχειώδη σωματίδια. Κι αυτό οδήγησε στο Καθιερωμένο Πρότυπο. Ο καλύτερος τρόπος για να δείξουμε το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι μια εικόνα που προέρχεται από την ταινία που ονομάζεται «Πυρετός Σωματιδίων» . Πρόκειται για την εικόνα που ακολουθεί και μας δίνει μια ιδέα για τα διάφορα συστατικά του Καθιερωμένου Προτύπου. Στον εξωτερικό κύκλο περιέχονται τα στοιχειώδη σωματίδια και στον εσωτερικό τα σωματίδια-φορείς των αλληλεπιδράσεων:

Με αυτά τα σωματίδια και 20 παραμέτρους εξηγούνται, σχεδόν όλα όσα παρατηρούμε στο σύμπαν. Το Καθιερωμένο Πρότυπο, είναι μια απίστευτα επιτυχημένη θεωρία από πολλές απόψεις. Έχει ελεγχθεί εξονυχιστικά με πολυάριθμα πειράματα και επιβεβαιώθηκε με τεράστια ακρίβεια – σε κάποιες περιπτώσεις η μετρούμενη τιμή συμφωνεί με την θεωρητική μέχρι και το δωδέκατο δεκαδικό ψηφίο!

Αφού λοιπόν το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι μια τόσο σπουδαία θεωρία γιατί δεν μας ικανοποιεί και ψάχνουμε πέρα από αυτό; Ένας λόγος είναι ότι δεν μπορεί να περιγράψει την σκοτεινή ύλη (όπως και την σκοτεινή ενέργεια που αναφέρεται πιο κάτω.). Η συνηθισμένη ύλη, αυτή από την οποία είμαστε φτιαγμένοι είναι μόνο το 5% ττου σύμπαντος. Υπάρχει και η σκοτεινή ύλη που είναι πέντε φορές περισσότερη από την κανονική ύλη. Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει φως. Δεν ακτινοβολεί φως. Επομένως, δεν μπορούμε να τη δούμε. Αλλά ξέρουμε ότι υπάρχει επειδή μπορούμε να μετρήσουμε την βαρυτική της επίδραση στους γαλαξίες.

Ένας δεύτερος λόγος για τον οποίο θέλουμε να πάμε πέρα ​​από το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι οι όχι και τόσο λίγες παράμετροι και σωματίδια που απαιτούνται για την περιγραφή του, δείχνουν ότι μάλλον δεν είναι μια πραγματικά θεμελιώδης θεωρία.

Ένα άλλο αναπάντητο ερώτημα είναι το πώς γίνεται το σύμπαν να είναι τόσο μεγάλο; Με διαφορετικά λόγια, είναι το πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς. Αποδεικνύεται ότι υπάρχει μια ποσότητα που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια, η οποία γνωρίζουμε ότι αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας του σύμπαντος. Η αναμενόμενη τιμή της σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, είναι τέτοια ώστε το σύμπαν μας θα μεγάλωνε μόνο μέχρι το μέγεθος ενός χιλιοστού, περίπου. Για να προκύψει ένα σύμπαν πολύ μεγαλύτερο, πρέπει να τροποποιήσετε τη θεωρία, να βελτιώσετε κάποια παράμετρό της με απίστευτη ακρίβεια, περίπου 100 δεκαδικά ψηφία, και στη συνέχεια θα πάρετε ένα αρκετά μεγάλο σύμπαν. Αυτό ονομάζεται πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς. Είναι το πιο σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε σήμερα.

Και μετά υπάρχει το αναπάντητο πρόβλημα της ιεραρχίας. Το πρόβλημα της ιεραρχίας είναι απλά το ερώτημα γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής. Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη σε σύγκριση με τις άλλες δυνάμεις της φύσης; Ο Σάββας Δημόπουλος σ’ αυτό το σημείο της διάλεξής του εκτελεί ένα απλούστατο πείραμα που αναδεικνύει το πόσο ασθενής είναι η δύναμη της βαρύτητας ενός τεράστιου πλανήτη όπως η Γη σε σχέση με τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις στον ώμο του!

Στη συνέχεια, εξετάζει το πώς μπορούμε χτίσουμε μια θεωρία πέρα ​​από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Αναφέρεται στην αρχή του μινιμαλισμού, στο ότι δεν πρέπει να προσθέτουμε περισσότερα στοιχεία στη θεωρία μας από όσα είναι απαραίτητα. Αυτό επιτυγχάνεται με την ενοποίηση. Η ενοποίηση είναι η ιδέα ότι δύο πολύ διαφορετικά φαινόμενα μεταξύ τους, εξηγούνται από την ίδια αρχή. Για παράδειγμα, ο Νεύτωνας τον 17ο αιώνα μπόρεσε να ενοποιήσει τα ουράνια και τα γήινα φαινόμενα: η κίνηση της Σελήνης και των πλανητών υπακούουν στον ίδιο νόμο με τα μήλα που πέφτουν κάτω από την μηλιά. Κι αυτό ήταν η αρχή της σύγχρονης επιστήμης. Οι μικροσκοπικοί κάτοικοι ενός μικρού πλανήτη μπορούν να κάνουν πειράματα, πειράματα με μήλα που πέφτουν στο έδαφος και να ανακαλύψουν αλήθειες που ισχύουν παντού στο σύμπαν, σε μακρινούς γαλαξίες και οποιαδήποτε στιγμή, ακόμα και στο αρχέγονο σύμπαν, μέχρι και λίγες στιγμές μετά την δημιουργία του. Βρίσκουμε μια παγκόσμια αλήθεια που ισχύει παντού και ανά πάσα στιγμή, απλώς κάνοντας πειράματα στα εργαστήριά μας. Αυτό ήταν πολύ απελευθερωτικό.

Κι αυτή η συνταγή της ενοποίησης που άρχισε με τον Νεύτωνα επαναλήφθηκε τουλάχιστον δύο φορές. Αρχικά, ο Maxwell τον 19ο αιώνα έδειξε ότι ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός και το φως σχετίζονται μεταξύ τους, και περιγράφονται από ένα σύνολο όμορφων εξισώσεων, τις εξισώσεις του Maxwell:

Και στη συνέχεια, την δεκαετία του 1970, οι φυσικοί βρήκαν τον τρόπο να ενοποιήσουν τον ηλεκτρομαγνητισμό του Maxwell με την ασθενή πυρηνική δύναμη. Η ενοποίηση του ηλεκτρομαγνητισμού και της ασθενούς δύναμης στη λεγόμενη ηλεκτρασθενή δύναμη, ολοκληρώθηκε θεωρητικά τη δεκαετία του 1960 και επιβεβαιώθηκε πλήρως πειραματικά από διάφορους επιταχυντές, συμπεριλαμβανομένου του LHC.

Θα θέλαμε να συμπεριληφθούν στην ενοποίηση η ισχυρή πυρηνική δύναμη και η δύναμη της βαρύτητας, ώστε προκύψει μια μεγάλη ενοποιημένη θεωρία, αλλά αυτό αποδεικνύεται εξαιρετικά δύσκολο. Είναι ένα εξαιρετικό πρόβλημα και υπάρχουν ιδέες πώς να το προσεγγίσουμε.

Αν συγκρίνετε την ηλεκτρική δύναμη και τη βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο στοιχειωδών σωματιδίων, ας πούμε ενός ηλεκτρονίου και ενός πρωτονίου, θα διαπιστώσετε ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι 40 τάξεις μεγέθους μικρότερη από την ηλεκτρική δύναμη. Αλλά, αν δύο πράγματα είναι τόσο διαφορετικά αριθμητικά, πώς θα μπορούσαμε να τα ενοποιήσουμε σε μία οντότητα; Αυτό είναι ένα τεράστιο πρόβλημα και υπάρχουν προσπάθειες για την επίλυσή του από τη δεκαετία του 1970.

Μια τέτοια προσπάθεια είναι η θεωρία των επιπλέον διαστάσεων: Φανταστείτε ότι είμαστε δισδιάστατα όντα και ότι το τρισδιάσττο σύμπαν μας περιορίζεται σε δυο διαστάσεις όπως στην παραπάνω εικόνα. Αν στο σύμπαν μας υπάρχουν και επιπλέον διαστάσεις που δεν αντιλαμβανόμαστε ακόμα, στο παραπάνω σχήμα μια τέτοια διάσταση αντιπροσωπεύεται από το ύψος, την κάθετη στο επίπεδο.

Όλα τα πράγματα με τα οποία είμαστε εξοικειωμένοι, δηλαδή τα ηλεκτρόνια, το φως, τα άτομα κ.λπ., βρίσκονται πάνω στο δισδιάστατο επίπεδο του σχήματος (που όπως είπαμε αντιστοιχεί στο τρισδιάστατ σύμπαν μας). Εκτός από ένα. Την βαρύτητα. Φανταστείτε ότι η βαρύτητα δεν περιορίζεται στις χωρικές διαστάσεις του σύμπαντός μας, αλλά εξαπλώνεται, στις πιθανές επιπλέον διαστάσεις (το ύψος στο απλοποιημένο σχήμα μας). Αν συμβαίνει αυτό, τότε η βαρύτητα εξασθενεί εξαπλούμενη στον χώρο των επιπλέον διαστάσεων και γι αυτό την αντιλαμβανόμαστε ασθενέστερη σε σχέση με τις άλλες δυνάμεις. Μια καλύτερη αναλογία αυτού είναι η ροή ενός ποταμού, που εξασθενεί όταν ο ποταμός χωρίζεται σε παραποτάμους καθώς εξαπλώνεται σε επιπλέον χώρο.

Επειδή λοιπόν η βαρύτητα εξαπλώνεται στις επιπλέον διαστάσεις, γίνεται ασθενέστερη από τον ηλεκτρισμό. Αυτή είναι η ιδέα και φυσικά αυτή η ιδέα έχει μια πολύ ωραία μαθηματική αναπαράσταση, όπως η θεωρία χορδών. Μια άλλη αναλογία που βοηθά στην κατανόηση των παραπάνω είναι ένα τραπέζι μπιλιάρδου. Φανταστείτε την επιφάνεια του μπιλιάρδου ως αντίστοιχη του σύμπαντός μας. Οι μπάλες του μπιλιάρδου είναι τα στοιχειώδη σωματίδια ή οτιδήποτε αντιλαμβανόμαστε.

Καθώς οι μπάλες του μπιλιάρδου κινούνται, συγκρούονται στην δισδιάστατη επιφάνεια του μπιλιάρδου, αλλά παράγουν και ήχο που διαδίδεται και στην τρίτη διάσταση κάθετα προς το τραπέζι – κι αυτός ο ήχος αντιστοιχεί στη βαρύτητα. Στην βαρύτητα που διαχέεται στην επιπλέον διάσταση. Αυτό σημαίνει ότι μέρος της ενέργειας των σφαιρών διαχέεται και μεταφέρεται από τα ηχητικά κύματα. Έτσι, αν μετρήσετε την ενέργεια των σφαιρών πριν και μετά τη κρούση, θα διαπιστώσετε ότι κάποια ενέργεια χάθηκε στο ηχητικό κύμα. Κι αυτό θα μπορούσε να είναι μια ένδειξη ότι υπάρχει μια τρίτη επιπλέον διάσταση. Κάτι παρόμοιο θα μπορούσε να εφαρμοστεί στις συγκρούσεις π.χ. πρωτονίων, εφόσον μπορούσανν να παράγουν βαρύτητα που εξαπλώνεται στις επιπλέον διαστάσεις κι αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την επονομαζόμενη ελλείπουσα ενεργειακή υπογραφή. Άρα και μια ένδειξη επιπλέον διαστάσεων.

Ένας άλλος τρόπος έρευνας για επιπλέον διαστάσεις είναι ο εξής: Όλοι γνωρίζουμε το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα. Ότι η δύναμη μεταξύ δύο μαζών μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με την απόσταση. Όμως, αν υπάρχει ας πούμε μια επιπλέον διάσταση, τότε ο νόμος του Νεύτωνα αλλάζει, γίνεται αντιστρόφως ανάλογος του κύβου της απόστασης. Αν υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις που έχουν μέγεθος π.χ. 1 χιλιοστό και φέρετε δύο σωματίδια κοντά το ένα στο άλλο, πιο κοντά από ένα χιλιοστό, τότε θα διαπιστώσετε ότι ο νόμος του αντίστροφου τετράγωνου γίνεται νόμος του αντίστροφου κύβου και τέτοιες αποκλίσεις έχουν αναζητηθεί. Υπάρχουν πολλά πειράματα σε όλο τον κόσμο, που με βάση την παραπάνω ιδέα αναζητούν επιπλέον διαστάσεις. Πρόκειται για εντυπωσιακά ακριβή πειράματα μικρής κλίμακας, που αναμένεται να βελτιωθούν θεαματικά στο μέλλον.

Για να εξηγησουμε το πρόβλημα της ιεραρχίας πρέπει να θεωρήσουμε ότι υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις. Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις. Έχοντας κατά νου την απλοποιημένη εικόνα που χρησιμοποιήθηκε παραπάνω, με το δισδιάστατο σύμπαν και την επιπλέον διάσταση ως η κάθετη στο επίπεδο, τότε μπορούμε φανταστούμε δύο παράλληλα σύμπαντα ή, αν είστε θεωρητικός φυσικός τρία ή και περισσότερα.

Έτσι, το να έχουμε επιπλέον διαστάσεις υπονοείται αυτόματα η πιθανότητα να υπάρχουν παράλληλα σύμπαντα. Το πολυσύμπαν είναι μια εξήγηση γιατί το σύμπαν είναι τόσο μεγάλο και μπορεί να περιλαμβάνει νέα σωματίδια που θα μπορούσαμε να τα αναζητήσουμε με πολλούς τρόπους. Μπορεί αυτά τα σωματίδια να συνιστούν την σκοτεινή ύλη και να συμπεριφέρονται σαν κύματα ή σαν σωματίδια. Αλλά ένα πράγμα είναι σίγουρο: οι ιδιότητες είναι τέτοιες που τα περισσότερα από αυτά δεν παρατηρήθηκαν και ίσως δεν μπορούν να παρατηρηθούν στους τωρινούς επιταχυντές. Θα μπορούσαν όμως να αναζητηθούν με πειράματα μικρής κλίμακας. Πολλά τέτοια πειράματα μικρής κλίμακας έχουν γίνει, γίνονται και άλλα προτείνονται για το μέλλον.

Ο Σάββας Δημόπουλος στην ομιλία του παρουσιάζει το πώς τα «επιτραπέζια πειράματα» βαρύτητας, οι κβαντικοί αισθητήρες, τα εξαιρετικά σταθερά ατομικά ρολόγια, οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων και οι έξυπνες υπογραφές «χαμένης ενέργειας» μπορούν να αποκαλύψουν νέα σωματίδια που διαφεύγυν από τους μεγάλους επιταχυντές. Συνυφαίνει την ιστορία (από τους Πυθαγόρειους μέχρι τον Feynman) με σαφείς αναλογίες (φύλλα χαρτιού, τραπέζια μπιλιάρδου και ποτάμια που χωρίζονται σε παραποτάμους) για να δείξει πώς τα μαθηματικά και το πείραμα μαζί αποκαλύπτουν την αλήθεια. Για να καταλήξει πως ολόκληρο το σύμπαν μας ίσως είναι μια ασήμαντη κουκκίδα σε ένα απέραντο πολυσύμπαν.

Αν λοιπόν σας ενδιαφέρει η σκοτεινή ύλη, η ασθενής βαρύτητα, οι επιπλέον διαστάσεις ή το πολυσύμπαν, στην διάλεξη που ακολουθεί θα βρείτε έναν χάρτη-οδηγό για το πώς και πού μπορεί να γίνει η επόμενη ανακάλυψη:

ΠΗΓΗ

Με μεγάλα εκκρεμή ερωτήματα και μικρές νύξεις νέας φυσικής, οι φυσικοί επανεξετάζουν τώρα μερικές από τις πιο θεμελιώδεις υποθέσεις τους.

Μέχρι τις αρχές του εικοστού αιώνα οι επιστήμονες πίστευαν ότι το σύμπαν ήταν γεμάτο με μια μυστηριώδη ουσία που την ονόμαζαν αιθέρα, το μέσο στο οποίο θεωρούσαν ότι ‘πατούσε’ το φως για να διαδοθεί. 

Το 1887, οι φυσικοί Albert A. Michelson και Edward W. Morley αποφάσισαν να δοκιμάσουν πειραματικά την υπόθεση του αιθέρα μετρώντας την ταχύτητα του φωτός. Ανακάλυψαν πως η ταχύτητα του φωτός ήταν πάντα η ίδια, προς κάθε κατεύθυνση. Το πείραμα των Michelson και Morley απέδειξε την μη ύπαρξη του αιθέρα, την ύπαρξη δηλαδή της απόλυτης ταχύτητας του φωτός, η οποία δεν εξαρτάται από τον παρατηρητή. Μπορούμε να φανταστούμε ότι εκείνη την εποχή, ήταν προφανές σε όλους ότι θα ανίχνευαν τον αιθέρα, γιατί κανείς δεν περίμενε η ταχύτητα του φωτός να είναι μια παγκόσμια σταθερά.

Αλλά το πείραμα δεν διαπίστωσε καμία μεταβολή στην ταχύτητα του φωτός, καταλήγοντας σε ένα διάσημο μηδενικό αποτέλεσμα που αμφισβήτησε την υπόθεση του αιθέρα και επέβαλε μια αναθεώρηση των θεμελίων της φυσικής. 

Και σήμερα, οι φυσικοί των σωματιδίων βρίσκονται σε παρόμοια κατάσταση όπου τα μηδενικά αποτελέσματα υπερτερούν των αναμενόμενων ανακαλύψεων. Οι σύγχρονες στιγμές του «αιθέρα» αναγκάζουν την κοινότητα της φυσικής των σωματιδίων να επανεξετάσει τις αγαπημένες της θεωρίες και να συμφιλιωθεί με ορισμένες δύσκολες αλήθειες.

Επανεξετάζοντας την SUSY 

Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι το καλύτερο πλαίσιο για την κατανόηση του σύμπαντος σε υποατομικό επίπεδο. Αναπτύχθηκε την δεκαετία του 1960, έχει δοκιμαστεί αμέτρητες φορές και εξηγεί με ακρίβεια τα θεμελιώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους.

Στις δεκαετίες του 1960 και του 1970, πολλοί φυσικοί ανέπτυξαν μια επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου που ονομάζεται ΥπερΣυμμετρία (ή SUSY εν συντομία). Η SUSY έγινε μια από τις πιο ελπιδοφόρες θεωρίες για μια ενοποιημένη θεωρία της σωματιδιακής φυσικής. Σύμφωνα με την SUSY, κάθε σωματίδιο ύλης στο Καθιερωμένο Πρότυπο – όπως το ηλεκτρόνιο και κάθε είδος κουάρκ – έχει έναν κρυφό, αντίστοιχο υπερσυμμετρικό σύντροφο-φορέα δύναμης. Παρόμοια, κάθε σωματίδιο-φορέας δύναμης έχει έναν υπερσυμμετρικό σύντροφο ύλης. Αυτή η συμμετρία προσέφερε κομψές λύσεις σε πολλά άλυτα προβλήματα στη φυσική. Για παράδειγμα, παρείχε έναν βιώσιμο υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη, εξήγησε τη σταθερότητα των πρωτονίων, τα οποία δεν φαίνεται να διασπώνται, και επέτρεψε την ενοποίηση των θεμελιωδών δυνάμεων σε υψηλές ενέργειες.

Την δεκαετία του 1990, ερευνητές από όλο τον πλανήτη συγκεντρώθηκαν για να κατασκευάσουν τoν μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων που έχει κατασκευάσει ποτέ η ανθρωπότητα, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Οι φυσικοί του LHC είχαν δύο βασικούς στόχους: να βρουν το ασύλληπτο μποζόνιο Higgs, το οποίο βοηθά στην εξήγηση του γιατί ορισμένα σωματίδια έχουν μάζα ενώ άλλα όχι. Και να βρουν την υπερσυμμετρία. Το 2010, όταν ο LHC άρχισε να συλλέγει δεδομένα, πολλοί φυσικοί ένιωθαν ότι βρίσκονταν στο χείλος της αποκάλυψης των μυστικών της φύσης.

Πολλοί ανέμεναν την ανακάλυψη της SUSY πριν από αυτήν του μποζονίου Higgs. Περίμεναν να εμφανιστεί η πληθώρα των σωματιδίων-συντρόφων της SUSY. Δύο χρόνια αφότου ο LHC ξεκίνησε τη συλλογή δεδομένων, οι φυσικοί ανακοίνωσαν ότι ανακάλυψαν το μποζόνιο Higgs. Αλλά παρά τις πολυάριθμες αναζητήσεις, η υπερσυμμετρία δεν βρέθηκε πουθενά. Τα αναπάντητα ερωτήματα παρέμεναν προκαλώντας την μέγιστη σύγχυση. Ακόμα και η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs έκανε τους φυσικούς να ξύνουν το κεφάλι τους.

Παρόλο που το Καθιερωμένο Πρότυπο έχει νόημα από μόνο του, αν υπάρχε κάτι άλλο όπως η σκοτεινή ύλη, η κβαντική βαρύτητα ή η μάζα των νετρίνων, τότε θα έπρεπε η μάζα του Higgs να είναι μεγαλύτερη. Η μάζα του μποζονίου Higgs μετρήθηκε στα 125 GeV και βρίσκεται ακριβώς στην ενεργειακή κλίμακα όπου αναμένεται να καταρρεύσει το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Είναι το αποδεικτικό στοιχείο της νέας φυσικής. Η συγκεκριμένη τιμή της μάζας Higgs δείχνει ότι οι φυσικοί θα έπρεπε να βρουν νέα σωματίδια στην περιοχή, γύρω στα 100, 200 ή 300 GeV. Οι φυσικοί έχουν ψάξει σ’ αυτή την περιοχή, αλλά με μηδενικά αποτελέσματα.

Σκέψη πέρα από τα συνηθισμένα

Με τόσα πολλά αναπάντητα ερωτήματα στη φυσική και την κοσμολογία, οι περισσότεροι φυσικοί πιστεύουν ότι υπάρχουν περισσότερα να ανακαλύψουμε, αλλά όχι με τη μορφή των σωματιδίων SUSY που αρχικά φαντάζονταν. Στο σημείο που βρισκόμαστε, είναι πολύ απίθανο να έχουμε το είδος της ανακάλυψης που περιμέναμε πριν από 20 χρόνια. Οι φυσικοί του LHC παρότι έχουν κάνει απίστευτη ποσότητα δουλειάς, ξεπερνώντας κατά πολύ τα αναμενόμενα όρια. Αλλά η SUSY απλώς δεν έχει εμφανιστεί ακόμα. 

Οι φυσικοί στρέφουν τώρα την προσοχή τους σε πιο σύνθετες και λιγότερο προφανείς δυνατότητες. Τα πειράματα μπορούν να αποτελέσουν πραγματικό καταλύτη για την πρόοδο, βάζοντας τους θεωρητικούς σε μια πολύ άβολη θέση όπου ο μόνος τρόπος διαφυγής είναι να σκεφτούν έξω από τα συνηθισμένα.

Μια ιδέα είναι ότι ο LHC παράγει σωματίδια SUSY, αλλά με μεγάλη διάρκεια ζωής που μπορούν να ταξιδέψουν από λίγα εκατοστά έως μερικά χιλιόμετρα πριν διασπαστούν ώστε γίνουν ορατά από τους ανιχνευτές. Αυτά τα σωματίδια μακράς διαρκείας θα άφηναν ασυνήθιστες υπογραφές, τις οποίες οι επιστήμονες θα μπορούσαν εύκολα να παρερμηνεύσουν ως αποτέλεσμα μιας δυσλειτουργίας του ανιχνευτή. Οι επιστήμονες αναπτύσσουν μια ποικιλία τρόπων για να τα αναζητήσουν.

Για να διερευνήσουν το συνεχιζόμενο μυστήριο της σκοτεινής ύλης, οι φυσικοί πραγματοποιούν πειράματα για να ανιχνεύσουν μια ποικιλία πιθανών υποψηφίων, συμπεριλαμβανομένων των υπερελαφρών αξιονίων, τα οποία θα λειτουργούσαν λιγότερο ως σωματίδια και περισσότερο ως κύματα.

Η απουσία πειραματικών στοιχείων για την SUSY, αναγκάζει τους φυσικούς να σκεφτούν διαφορετικά. Αναζητούν νέους δρόμους για τη φυσική επανεξετάζοντας θεμελιώδεις υποθέσεις και βελτιώνοντας την προσέγγισή τους στα πειράματα, θέτουν τις βάσεις για τις επόμενες μεγάλες ανακαλύψεις, ειδικά αν οι απαντήσεις είναι εντελώς απροσδόκητες.

Αυτές οι προσπάθειες περιλαμβάνουν τη συνέχιση της συλλογής δεδομένων με τον LHC, ο οποίος, μετά από αυτήν την εκτέλεση, θα μετατραπεί στον High-Luminosity LHC. Πριν από το τέλος της θητείας του, αναμένεται να δεκαπλασιάσει το σύνολο δεδομένων του LHC. Το σίγουρο είναι ότι έχουμε ακόμα πολύ δρόμο μπροστά μας.

ΠΗΓΗ

Αν ο ανθρώπινος πολιτισμός είναι μοναδικός στο απέραντο σύμπαν, τότε πρέπει να υιοθετήσουμε μια φιλοσοφία που θα καλύψει το κενό

 Οι συνεχείς επιστημονικές ανακαλύψεις από την εξερεύνηση του διαστήματος μας κάνουν να υποψιαζόμαστε ότι δεν είμαστε μόνοι στο σύμπαν. Όμως, δεν έχουμε βρει ακόμη καμία απόδειξη για εξωγήινη ζωή, κάτι που αυξάνει τις πιθανότητες να είμαστε μια μοναδική εξαίρεση στην απεραντοσύνη του σύμπαντος.

Η ιδέα ότι μπορεί να υπάρχουν εξωγήινοι πολιτισμοί έχει κατακυριεύσει την ανθρώπινη φαντασία. Δεν είναι μόνο οι λάτρεις της επιστημονικής φαντασίας που υποθέτουν την ύπαρξη εξωγήινης νοημοσύνης, αλλά και το ευρύ κοινό φαίνεται να κλίνει έντονα προς την πεποίθηση ότι δεν είμαστε μόνοι. Οι άνθρωποι σε όλα τα μήκη και πλάτη της Γης, όταν συζητούν για τις δυνατότητες ύπαρξης εξωγήινης ζωής, συνήθως καταλήγουν: «αποκλείται να είμαστε μόνοι στο σύμπαν!». Και ποιος μπορεί να τους κατηγορήσει; Με δισεκατομμύρια γαλαξίες, ο καθένας από τους οποίους βρίθει από άστρα και εξωπλανήτες, οι πιθανότητες ύπαρξης ζωής μόνο στη Γη, σ’ αυτήν την χλωμή μπλε κουκκίδα, φαίνονται απίστευτα μικρές. Πολλοί επιστήμονες και προσωπικότητες των μέσων ενημέρωσης ενισχύουν αυτή την ιδέα, μετατρέποντας τη συζήτηση από το «αν» υπάρχει ζωή στο «πότε» θα τη βρούμε και με «τι» μπορεί να μοιάζει. Σε αυτή την ατμόσφαιρα ενθουσιασμού και εικασιών, η προσδοκία να συναντήσετε κάποιο άλλο ευφυές είδος είναι σχεδόν αναπόφευκτη – εκτός αν βέβαια, πιστεύετε ότι οι εξωγήινοι είναι ήδη εδώ.

Η ιδέα ενός σύμπαντος γεμάτου ζωή έλκεται από την διαίσθησή μας, απηχώντας μερικές από τις πιο απλές αλλά βαθιές φιλοσοφικές ιδέες. Το ξυράφι του Occam μας παρακινεί προς την ιδέα ότι η «ζωή εκεί έξω» είναι η πιο εύκολη εξήγηση – είναι ορθή. Η αρχή της μετριότητας μας υπενθυμίζει ότι η μικρή γωνιά της ύπαρξής μας μάλλον δεν είναι και τόσο μοναδική. Και η Κοπερνίκεια αρχή σαρώνει την παλιά, εγωκεντρική φαντασίωση της ανθρωπότητας ως κέντρο του σύμπαντος. Το να πιστεύουμε ότι είμαστε μόνοι σε αυτό το απέραντο διάστημα, είναι όχι μόνο απίθανο αλλά παράξενα ξεπερασμένο, σαν να δεχόμαστε κάποιον παγκόσμιο χάρτη όπου η Γη βρίσκεται στο κέντρο του. Το ίδιο θαύμα αποτυπώνει ο Carl Sagan στο μυθιστόρημά του ‘Επαφή’: «Το σύμπαν είναι απίστευτα μεγάλο. Αν υπήρχαμε μόνο εμείς, θα ήταν μια τρομερή σπατάλη χώρου»:

Αλλά αυτή η πίστη στην ύπαρξη εξωγήινων πολιτισμών δεν αφορά μόνο τη διαίσθηση – βασίζεται στην επιστήμη που πυροδοτεί τόσο την περιέργεια όσο και το δέος. Με την ανακάλυψη των εξωπλανητών, μάθαμε ότι ο γαλαξίας μας ξεχειλίζει από ποικιλομορφία: Δισεκατομμύρια πλανήτες περιφέρονται γύρω από άστρα στη λεγόμενη κατοικήσιμη ζώνη, όπου οι συνθήκες μπορεί να υποστηρίζουν υγρό νερό. Κάποτε, οι ωκεανοί της Γης έμοιαζαν μοναδικοί. Τώρα, κρυμμένες θάλασσες σε δορυφόρους όπως η Ευρώπη και ο Εγκέλαδος δείχνουν ότι οι υδάτινοι κόσμοι μπορεί τελικά να μην είναι τόσο σπάνιοι. Στη Γη, η ζωή έχει αποδειχθεί εξαιρετικά ανθεκτική, καθώς ευδοκιμεί σε ηφαιστειακούς κρατήρες που βράζουν, όξινες λίμνες, ακόμη και σε ραδιενεργές περιοχές – ακραίες συνθήκες που διεγείρουν την φαντασία για το πού θα μπορούσε να υπάρχει ζωή. Οι εξωγήινοι οργανισμοί μπορεί να εξελιχθούν με εντελώς διαφορετικούς τρόπους, πιθανόν διαμορφωμένους από βιοχημείες που δεν μπορούμε ακόμη να συλλάβουμε. 

Κι ενώ η σιωπή του σύμπαντος μπορεί να φαίνεται εκκωφαντική, αξίζει να θυμόμαστε ότι η αναζήτησή μας μόλις ξεκίνησε. Με κοσμικούς όρους, μόλις μάθαμε να ακούμε και να βλέπουμε. Με τις επερχόμενες τεχνολογίες θα ανοίξουν εντελώς νέα παράθυρα στο σύμπαν. Στατιστικά, οι πιθανότητες φαίνονται αναμφισβήτητες: Με τρισεκατομμύρια άστρα και αμέτρητους πλανήτες, πώς είναι δυνατόν η ζωή να μην εμφανιστεί αλλού; Ακόμη και η ανακάλυψη ενός ταπεινού μικροβίου σε έναν μακρινό κόσμο θα ήταν επαναστατική, υπενθυμίζοντάς μας ότι η ιστορία της Γης δεν είναι παρά μία παράγραφος των ατελείωτων δυνατοτήτων του σύμπαντος.

Ωστόσο, η δικαιολογημένη επιστημονική αισιοδοξία δεν πρέπει να μας αποσπά από την απογοητευτική αλήθεια: ότι αυτός ο ενθουσιασμός εξακολουθεί να είναι ένα άλμα πίστης. Το ερώτημα αν είμαστε μόνοι παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της επιστήμης. Τα δεδομένα δίνουν μια δελεαστική εικόνα – εξίσου συμβατή με ένα σύμπαν γεμάτο ζωή όσο και με ένα σύμπαν όπου στεκόμαστε μοναχικοί κάτω από τα άστρα. Το να επιμένει κανείς ότι πρέπει να υπάρχει ζωή εκεί έξω, είναι σαν να δέχχεται το συναίσθημα της αισιοδοξίας ως αποδεικτικό στοιχείο. Η πιο ειλικρινής απάντηση σε αυτό το κοσμικό μυστήριο είναι ένα απλό, γεμάτο δέος: «Δεν ξέρουμε».

Μπορεί να είμαστε ο μοναδικός πολιτισμός στο σύμπαν;

Η απάντηση έρχεται με το απίθανο ξεκίνημα της ζωής. Η αβιογένεση – η διαδικασία με την οποία η ζωή προκύπτει από την άβια ύλη – μπορεί να είναι τόσο σπάνια ώστε η Γη να αντιπροσωπεύει έναν μοναδικό θρίαμβο σε ένα κατά τα άλλα άγονο σύμπαν. Ακόμη και κάτω από ιδανικές συνθήκες, δεν γίνεται η ζωή απλώς να αναδυθεί. Κανένα πείραμα δεν κατάφερε να το επαναλάβει. Οι μοναδικές συνθήκες της Γης – μια σταθεροποιητική Σελήνη, οι τεκτονικές πλάκες και ακριβώς το σωστό χημικό μείγμα – μπορεί να είναι α-πίθανες, μία στο τρισεκατομμύριο. Η εξέλιξη προσθέτει ένα ακόμη φίλτρο: Ενώ η μικροβιακή ζωή μπορεί να είναι κοινή, το άλμα προς τα νοήμονα όντα μπορεί να απαιτεί μια διασκεδαστική σειρά ατυχημάτων και καταστροφών. Αν η εξέλιξή μας είναι μια κοσμική λοταρία, το σύμπαν μπορεί να είναι γεμάτο από αζήτητους λαχνούς. Παρ’ όλα τα δισεκατομμύρια άστρα και πλανήτες του, το σύμπαν μπορεί να παραμείνει εκκωφαντικά άδειο από ζωή.

Και ακόμα κι αν υπάρχουν άλλοι πολιτισμοί, μπορεί να μας χωρίζει για πάντα η απεραντοσύνη του χώρου και του χρόνου. Οι προσπάθειές μας να ‘ακούσουμε’ εξωγήινα σήματα από τα άστρα συνάντησαν μόνο ανατριχιαστική σιωπή. Οι πολιτισμοί μπορεί να προκύψουν και να εξαφανιστούν σαν σπινθήρες, που τρεμοπαίζουν πολύ πριν τα σήματα τους διασχίσουν το γαλαξιακό κενό. Οι αποστάσεις είναι τερατώδεις – το ίδιο το φως χρειάζεται χιλιετίες για να διασχίσει τα πλησιέστερα άστρα – και η τεχνολογία μας για διαστρικά ταξίδια είναι πιο πολύ φαντασία παρά πραγματικότητα. Για να κάνουμε τα πράγματα χειρότερα, η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος παρασύρει τους γαλαξίες πιο μακριά, εγκλωβίζοντάς μας σε ένα είδος κοσμικής απομόνωσης. Μπορεί να είμαστε ουσιαστικά μόνοι – παρασυρμένοι σε μια υπέροχη αλλά αδιάφορη θάλασσα άστρων, κυματίζοντας ένα σήμα που κανείς δεν θα δει ποτέ.

Προς το παρόν, αυτή είναι η πραγματικότητα που βιώνουμε. Το αν υπήρξαμε ο μοναδικός πολιτισμός στο σύμπαν μας, μάλλον δεν θα μπορέσουμε ποτέ να το επιβεβαιώσουμε. Αν κάποτε ανακαλύψουμε εξωγήινη ζωή τότε θα ξέρουμε πως δεν είμαστε μόνοι στην λαμπερή φούσκα του παρατηρήσιμου σύμπαντος. Τι θα γινόταν όμως αν, μετά από αιώνες, τα τηλεσκόπια μας δεν βρουν εξωγήινες βιόσφαιρες, ούτε τεχνολογίες, αλλά διαπιστώσουν μια ανατριχιαστική κοσμική σιωπή; Όπως είπε ο Arthur C. Clarke, είτε είμαστε μόνοι είτε δεν είμαστε, και τα δύο είναι τρομακτικά.

Άστεγοι στο άπειρο

Με την πρώτη ματιά, η ιδέα της κοσμικής μοναξιάς φαίνεται μακρινή, θαμμένη κάτω από το θόρυβο της υπερπληθυσμιακής και χαοτικής ζωής μας. Ποιος έχει χρόνο να ασχοληθεί με την καθολική μοναξιά ενώ παλεύει με τα επίγεια καθημερινά προβλήματα; Όμως, αυτή η σιωπή φαίνεται στο υπόβαθρο της συλλογικής μας ψυχής, ένα σκοτεινό «τι θα γινόταν αν» που δεν μας αφήνει να ησυχάσουμε. Αν η αντανακλαστική αυτοσυνείδηση ​​είναι μοναδική – ή τραγικά σπάνια – σε έναν άδειο κόσμο, οι επιπτώσεις είναι συγκλονιστικές, διαμορφώνοντας την ταυτότητά μας με ένα μείγμα δέους, άγχους και αποξένωσης.

Από τη μια πλευρά, αυτή η μοναξιά μοιάζει με την απόλυτη κοσμική φιλοφρόνηση. Φανταστείτε: Η Γη ως φορέας της μοναδικότητας της ύπαρξης, το μαγικό μέρος όπου το Σύμπαν αντιλαμβάνεται τον εαυτό του. Αν είμαστε μόνοι, η ύπαρξή μας υπερβαίνει τις πιθανότητες. Είναι ένα θαύμα που αψηφά τη φαντασία. Όπως το θέτει ο αστροφυσικός Howard A. Smith, γινόμαστε σπάνιοι, πολύτιμοι και κοσμικά σημαντικοί. Είμαστε μοναδικότητες – αδύνατες πιθανότητες που έγιναν πραγματικότητα.

Αλλά αυτή η εξαιρετική μοναδικότητα συνοδεύεται από μια στοιχειωμένη μοναξιά. Σε ένα σύμπαν τόσο απέραντο και σκοτεινό, θα ήμασταν η μόνη φωνή σε ένα αιώνιο κενό, τραγουδώντας σε κανένα κοινό, σκεπτόμενοι αν η πραγματικότητά μας είναι καν πραγματική. Αυτό δεν είναι απλώς ανησυχητικό – είναι βαθύτατα αποπροσανατολιστικό, αναγκάζοντάς μας να παλέψουμε με το παράδοξο να είμαστε κοσμικοί μονόκεροι και μοναχικοί περιπλανώμενοι.

Μερικοί φιλόσοφοι εντοπίζουν την κοσμική μοναξιά της ανθρωπότητας πίσω στη στιγμή που εκθρονιστήκαμε ανεπιτήδευτα από την επανάσταση του Κοπέρνικου. Το παρομοιάζουν με μια κοσμική προειδοποίηση έξωσης: Μια μέρα, η Γη ήταν η ζεστή, κεντρική εστία του Σύμπαντος και την επόμενη, χαθήκαμε σε μια απέραντη ερημιά. Μια υπαρξιακή μετατόπιση σαν «να είσαι άστεγος στο άπειρο». Απογυμνωμένοι από μια ιστορία όπου ο κόσμος περιστρεφόταν γύρω μας, βρεθήκαμε χαμένοι, απομονωμένοι και σμικρυμένοι από απεριόριστους ορίζοντες.

Σαν να στρίβει το μαχαίρι στην πληγή, κάθε επιστημονική ανακάλυψη απλώς βάθυνε την αίσθηση της αποξένωσής μας. Η ανακάλυψη της τεράστιας κλίμακας του σύμπαντος – τα δισεκατομμύρια των γαλαξιών και οι αδιανόητες αποστάσεις του – δεν έφερε απαντήσεις. Τόνιζε την απίθανη φύση της αντανακλαστικής μας επίγνωσης σε αυτόν τον μικρό, βραχώδη πλανήτη. Οι διάσημοι προβληματισμοί του Carl Sagan στη χλωμή μπλε κουκκίδα : H Γη, «μια μοναχική κουκκίδα στο αχανές κοσμικό σκοτάδι που μας περιβάλλει», τρεμοφέγγει σε μια θάλασσα σιωπηλών, αδιάφορων αστεριών.

Είναι ένα γλυκόπικρο παράδοξο: Είμαστε αστερόσκονη, φτιαγμένη από τα ίδια στοιχεία με τους γαλαξίες, αλλά νιώθουμε εξόριστοι από αυτούς. Η επανάσταση του Κοπέρνικου άφησε μια ουλή στην ανθρώπινη ψυχή, αποσπώντας μας από την ανθρωποκεντρική ζεστασιά του παλιού. Εξόρισε την ανθρωπότητα σε μια υπαρξιακή μοναξιά με την οποία ήρθαν αντιμέτωποι οι Νίτσε, Σαρτρ και Καμύ πολύ πριν αρχίσουμε τις ραδιοασρονομικές προσπάθειες ανίχνευσης εξωγήινων σημάτων από το διάστημα. Ενώ οι περισσότεροι από εμάς είναι εξοικειωμένοι με την καθημερινή μοναξιά – την κακή επικοινωνία, τις ρηχές σχέσεις ή τον πόνο της απομόνωσης – οι υπαρξιστές έσκαψαν βαθύτερα, ανακαλύπτοντας μια βαθιά κοσμική μοναξιά, μια αποσύνδεση φαινομενικά ραμμένη στον ίδιο τον ιστό της ύπαρξης.

Ο Νίτσε, προαναγγέλλοντας το θάνατο του Θεού, οραματίστηκε ένα σύμπαν απογυμνωμένο από θεϊκό σκοπό – μια τεράστια, αδέσμευτη έκταση όπου η ανθρωπότητα παρασύρεται χωρίς άγκυρα. Για αυτόν, το κενό δεν ήταν απλώς κενό. ήταν μια ψυχρή, αδυσώπητη υπενθύμιση ότι ο κόσμος είχε πάψει να είναι το σπίτι μας. Μόνο οι πιο γενναίοι, πίστευε, μπορούσαν να αντιμετωπίσουν αυτή την παγερή αδιαφορία και να σφυρηλατήσουν νόημα από την άβυσσο. Ο Καμύ, γράφοντας μέσα στη «Μεγάλη Σιωπή» του Φέρμι, παρομοίασε αυτή τη μοναξιά με μια κοσμική κραυγή που χάνεται σε μια ανατριχιαστική σιωπή. Στον Μύθο του Σισύφου, περιέγραψε την ανθρωπότητα ως ξένη σε ένα βουβό σύμπαν, παγιδευμένη στο οδυνηρό χάσμα μεταξύ της αγωνίας μας για νόημα και της σιωπηλής άρνησης του κόσμου. Ο Σαρτρ, εν τω μεταξύ, έβλεπε ένα ωμό σύμπαν χωρίς κανένα νόημα. Υποστήριξε ότι η ανθρωπότητα είναι ταυτόχρονα ελεύθερη και φυλακισμένη – απομονωμένα όντα που γεμίζουν την ύπαρξη με ρόλους και περισπασμούς, αλλά παραμένουν χαμένα. Μεταξύ άλλων, ο Σαρτρ προειδοποίησε, ότι είμαστε ναυαγισμένες υπάρξεις, εγκαταλελειμμένες για πάντα.

Αλλά ακόμη και ο Σαρτρ, με την αυστηρή άποψή του («η κόλαση είναι οι άλλοι») για τις ανθρώπινες σχέσεις, παραδέχτηκε ότι χωρίς άλλους, θα καταρρεύσουμε στο απόλυτο τίποτα. Η μοναξιά δεν είναι απλώς η απουσία ανθρώπων, είναι η οδυνηρή έλλειψη νοήματος που αισθάνεται έντονα η ανθρωπότητα, ως μοναχικός κάτοικος μιας φαινομενικά άδειας κοσμικής γειτονιάς. Μαθαίνουμε ποιοι είμαστε μέσα από τους άλλους^. κρατούν τον καθρέφτη της ύπαρξής μας. Φαντάσου, για μια στιγμή, να είσαι ο μοναδικός άνθρωπος στη Γη. Χωρίς συγκρίσεις, χωρίς διάλογο – μόνο η φωνή σου, που αντηχεί αδιάκοπα στη σιωπή. Πώς θα επιβίωνε η αίσθηση του εαυτού σου;

Η λαχτάρα για τον «άλλο»

Σίγουρα, η Γη βρίθει από υπέροχη ζωή, αλλά τα ζώα και τα φυτά δεν ανταποκρίνονται στο αντανακλαστικό μας βλέμμα. Η ανακάλυψη βακτηρίων στον Άρη μπορεί να ενθουσιάσει τους επιστήμονες, αλλά δεν θα μειώσει αυτή τη βαθύτερη λαχτάρα. Η αληθινή παρηγοριά βρίσκεται στο να βρεις μια άλλη συνείδηση ​​- κάποιον να μοιραστείς, να αμφισβητήσεις και να αποκαλύψεις τα μυστήρια της ύπαρξης. Στα πιο τρελά μας όνειρα, ένας άλλος πολιτισμός μπορεί να έχει απαντήσεις που δεν περνάνε καν από το μυαλό μας καν καταλάβουμε. Θα μπορούσαν να έχουν αποκαλύψει κάτι που έχουμε χάσει σχετικά με το νόημα του σύμπαντος; Ή μήπως και της ύπαρξής μας;

Για μεγάλο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, δεν βλέπαμε τους εαυτούς μας μόνους. Γεμίσαμε τον κόσμο με θεούς, τέρατα και μυθικά όντα – συντρόφους για να διώξουμε το τρομακτικό κενό. Ακόμη και σήμερα, για πολλούς, το κενό μετριάζεται από τη θεολογία, γεμάτη με αγγέλους, δαίμονες ή πνεύματα. Όταν οι άνθρωποι υπομένουν παρατεταμένη απομόνωση, συχνά επινοούν πρόσωπα και φιγούρες για να αντέξουν τη μοναξιά. Ίσως η σύγχρονη επιστημονική φαντασία μας, με τους φανταστικούς εξωγήινους και τις μηχανές που διαθέτουν αισθήματα, να εξυπηρετεί τον ίδιο σκοπό – έναν τρόπο να γεμίσει τη σιωπή με κάτι που μοιάζει με ανταπόκριση.

Τα πειράματα σκέψης της επιστημονικής φαντασίας εμβαθύνουν σ’ αυτήν την ανάγκη για «άλλους». Ο Per Schelde υποστηρίζει ότι οι εξωγήινοι και η Τεχνητή Νοημοσύνη είναι σύγχρονοι απόηχοι αρχαίων ξωτικών και δράκων. Αυτά τα όντα ευδοκίμησαν σε μια εποχή που τα αδάμαστα δάση και τα μυστηριώδη τοπία ενέπνεαν το θαύμα. Σήμερα με την φύση «εξημερωμένη», το διάστημα έχει γίνει η νέα άγρια φύση – οι αχαρτογράφητοι γαλαξίες ξεχειλίζουν με φανταστικά τέρατα και απόκοσμες οντότητες.

Φιλοσοφικά, οι ορισμοί βασίζονται στην αντίθεση – στην παρουσία ενός «άλλου» για να μας αντανακλά και να μας καθορίζει. Στην τρέχουσα κατάστασή μας, χωρίς μια αντανακλαστική συνείδηση, η επιστημονική φαντασία μπορεί να χρησιμεύσει ως μέσο υπέρβασης της ανθρωποκεντρικής μας άποψης. Οι εξωγήινοι και η Τεχνητή Νοημοσύνη προκαλούν τα όρια της ανθρώπινης ύπαρξης, αναγκάζοντάς μας να αναθεωρήσουμε τι σημαίνει να είσαι άνθρωπος. Όπως προτείνει ο Mark Rowlands, η έντονη ετερότητά τους γίνεται καθρέφτης: Όταν κοιτάμε τους εξωγήινους ή τις μηχανές, στην ουσία κοιτάμε τον εαυτό μας. Ταινίες όπως το Blade Runner και το AI Τεχνητή Νοημοσύνη του Σπίλμπεργκ δεν εξερευνούν απλώς τις ρέπλικες και τα ρομπότ – διερευνούν την ουσία της ανθρωπότητας.

Αυτή η λαχτάρα για έναν «άλλο» μπορεί επίσης να εξηγήσει την εμμονή μας με την τεχνητή νοημοσύνη. Θα μπορούσε η επιδίωξή μας για γενική τεχνητή νοημοσύνη – ικανή να αντικατοπτρίζει την ανθρώπινη σκέψη – να είναι μια υποσυνείδητη απάντηση στην τρομακτική πιθανότητα να είμαστε εντελώς μόνοι; Ίσως αυτές οι δημιουργίες δεν είναι απλώς τεχνολογικά θαύματα αλλά μια συλλογική προσπάθεια να μοιραστούμε το βάρος της κοσμικής μας μοναξιάς, να βρούμε παρέα στο απέραντο και άδειο σύμπαν – ακόμα κι αν πρέπει να την δημιουργήσουμε μόνοι μας.

Αυτό που κάνει το κενό υποφερτό

Ας υποθέσουμε ότι, η ανθρωπότητα, μετά από 500 χρόνια αναζήτησης, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι οριστικά απαλλαγμένο από γείτονες. Χωρίς συναρπαστικές συναντήσεις με εξωγήινους, χωρίς μεγάλες γαλαξιακές συνομιλίες. Μόνο εμείς, ίσως και μερικά μικρόβια στον Άρη. Τι γίνεται τότε; Και τι γίνεται τώρα, αν έχουμε πειστεί για την κοσμική μας μοναξιά; Για καθοδήγηση, επιστρέφουμε στους υπαρξιστές φιλοσόφους.

Η μοναξιά, μας θυμίζουν ότι δεν είναι μόνο φορτίο. Περιέχει μια περίεργη, στοιχειωμένη ομορφιά. Αν μάθουμε να κάνουμε ειρήνη με αυτήν την καθολική σιωπή, όσο απόκοσμη κι αν τη νιώθουμε αρχικά, μπορεί να μας αποκαλύψει ένα βαθύτερο νήμα. Ο Καμύ το περιγράφει στον Μύθο του Σίσυφου: «Τούτη την κρίσιμη στιγμή που ο άνθρωπος κάνει τον απολογισμό της ζωής του, ο Σίσυφος, επιστρέφοντας προς το βράχο του, παρατηρεί αυτή την ασύνδετη σειρά των πράξεων που φτιάχνει το πεπρωμένο του, δημιουργημένο από τον ίδιο, συσπειρωμένο κάτω από το βλέμμα της μνήμης του και σφραγισμένο σε λίγο με το θάνατό του. Έτσι, πεπεισμένος για την απόλυτα ανθρώπινη έλευση κάθε ανθρώπινου πράγματος, σαν τυφλός που λαχταρά το φως του και που γνωρίζει πως η νύχτα είναι ατέλειωτη, πορεύεται συνέχεια. Ο βράχος κυλάει πάντα.
Αφήνω τον Σίσυφο στους πρόποδες του βουνού! Πάντα ξαναβρίσκει κανείς το φορτίο του. Αλλά ο Σίσυφος διδάσκει την ύψιστη πίστη που αρνείται τους θεούς και σηκώνει τους βράχους. Κι εκείνος επίσης κρίνει ότι όλα είναι καλά. Τούτο το σύμπαν, αδέσποτο στο εξής, δεν του φαίνεται άγονο ούτε ασήμαντο. Κάθε κόκκος αυτής της πέτρας, κάθε ορυκτό θραύσμα αυτού του πλημμυρισμένου από νύχτα βουνού, σχηματίζει από μόνο του έναν κόσμο. Ο αγώνας και μόνο προς την κορυφή αρκεί για να γεμίσει μιαν ανθρώπινη καρδιά. Πρέπει να φανταστούμε τον Σίσυφο ευτυχισμένο.»

Σύμφωνα με τον Καμύ, όταν αποδεχόμαστε την πιθανότητα ενός βωβού και άδειου σύμπαντος, σταματάμε να κοιτάμε μακριά και αρχίζουμε να κοιτάμε γύρω μας. Όπως το θέτει όμορφα ο εξωγήινος στην Επαφή: «Σε όλη μας την αναζήτηση, το μόνο πράγμα που βρήκαμε να κάνει το κενό υποφερτό, είναι ο ένας τον άλλο».

 

Το παρατηρήσιμο σύμπαν περιέχει περίπου 10⁸⁰ άτομα. Τα περισσότερα από αυτά είναι άτομα απλού υδρογόνου: το καθένα συνίσταται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Tο ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο έχουν σπιν, μπορούμε δηλαδή να τα φανταστούμε σαν δυο μαγνητικά δίπολα που μπορούν να έχουν παράλληλο ή αντιπαράλληλο προσανατολισμό. Όταν σχηματίζεται ένα άτομο υδρογόνου, οι πιθανότητες ώστε τα σπιν ηλεκτρονίου και πρωτονίου να είναι παράλληλα ή αντιπαράλληλα είναι 50-50. Αν είναι παράλληλα, τότε μετά από πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα το άτομο μεταβαίνει στην κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας με τα σπιν αντιπαράλληλα: αυτή η κβαντική μετάβαση εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος ίσο με 21 cm και συχνότητα 1420 ΜHz, στην ραδιοφωνική περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Η ανακάλυψη της γραμμικής εκπομπής και απορρόφησης του υδρογόνου στα 21 cm έγινε το 1951 από τους H.I. Ewen και Ε.Μ. Purcell στο Harvard, τους C. A. Muller και J.H Oort στην Ολλανδία και τον J.L. Pawsey στην Αυστραλία, αποτελώντας σταθμό στην ιστορία της ραδιοαστρονομίας. Η φασματική γραμμή 21 cm διεισδύει στην ατμόσφαιρα και μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη με μικρές παρεμβολές. Μπορεί επίσης εύκολα να διαπεράσει σύννεφα διαστρικής κοσμικής σκόνης που είναι αδιαφανή στο ορατό φως. 

Γιατί το μήκος των 21 εκατοστών είναι ένα από τα σημαντικότερα μήκη στο σύμπαν;

Κατ’ αρχάς παίζει σημαντικό ρόλο στην μελέτη του διαστρικού χώρου. Εκεί πραγματοποιούνται όλες οι φάσεις της διαδικασίας σχηματισμού των άστρων με πρώτο στάδιο τον σχηματισμό των διαστρικών νεφελωμάτων. Τα νεφελώματα αυτά (ονομάζονται περιοχές Η_I) εκπέμπουν την χαρακτηριστική ακτινοβολία των 21 cm της υπέρλεπτης υφής της θεμελιώδους στάθμης του ατομικού υδρογόνου – το πιο άφθονο στοιχείο στην διαστρική ύλη.

Τα 21 εκατοστά είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό εργαλείο για την ανίχνευση της δομής του Γαλαξία μας αλλά και άλλων απομακρυσμένων γαλαξιών. Οι σπειροειδείς γαλαξίες, όπως και ο δικός μας, περιέχουν σημαντική ποσότητα σκόνης και αερίων, που απορροφούν ισχυρά σε οπτικά μήκη κύματος. Έτσι, η οπτική ακτινοβολία των άστρων και των άλλων αντικειμένων που βρίσκονται στο γαλαξιακό επίπεδο σε απόσταση μεγαλύτερη από 1 έως 2 παρσέκ απορροφάται από την μεσοαστρική σκόνη και ποτέ δεν φτάνει μέχρι τη Γη. Πέραν αυτής της απόστασης οι παρατηρήσεις μας γίνονται σχεδόν αποκλειστικά σε υπέρυθρα μήκη κύματος και (κυρίως) ραδιοφωνικά. Ο τεράστιος πλούτος πληροφοριών που διαθέτουμε σήμερα για την κατανομή και τις κινήσεις (μέσω του φαινομένου Doppler) της διαστρικής ύλης στον γαλαξία μας, οφείλεται σ’ αυτή την ακτινοβολία.

Τα 21 εκατοστά μπορούν να γίνουν και κοσμολογικό εργαλείο για την διερύνηση των πρώτων εποχών του σύμπαντος. Στα πρώτα 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το σύμπαν ήταν ένα θερμό και πυκνό ιονισμένο πλάσμα. Στη συνέχεια, ψύχθηκε αρκετά έτσι ώστε τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια που γέμιζαν το σύμπαν να σχηματίσουν ουδέτερα άτομα. Το 92% αυτών των ατόμων ήταν υδρογόνο (ενώ σήμερα, μετά από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, ο αριθμός αυτός φτάνει στο 90% περίπου). Τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου που σχηματίστηκαν είχαν πιθανότητα 50% να έχουν παράλληλα τα σπιν ηλεκτρονίου και πρωτονίου. Και μπορούσαν να υποστούν την μετάβαση προς την θεμελιώδη κατάσταση των αντιπαράλληλων σπιν, εκπέμποντας ακτινοβολία μήκους κύματος 21 εκατοστών. Αυτό ήταν το μόνο «φως» που εκπέμπονταν στο σύμπαν μετά τον σχηματισμό των πρώτων ουδέτερων ατόμων, πολύ πριν αρχίσει η δημιουργία των άστρων. Έτσι ξεκίνησε μια «σκοτεινή» περίοδος για το σύμπαν, όπου δεν υπήρχαν πηγές ορατού φωτός.

Με τον σχηματισμό των πρώτων άστρων και γαλαξιών περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια αργότερα, αυτό το αέριο άρχισε να ιονίζεται πάλι από την υπεριώδη ακτινοβολία των άστρων. Ιονισμός σημαίνει απομάκρυνση των ηλεκτρονίων από τα άτομα, και όσον αφορά το υδρογόνο, τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από τα πρωτόνια, κάνοντάς τα ελεύθερα σωματίδια. Η εποχή που συνέβη αυτός ο επαναϊονισμός είναι γνωστή ως «κοσμική αυγή». Διαμέσου της ακτινοβολίας των 21 εκατοστών θα μπορούσαμε να μελετήσουμε την σκοτεινή εποχή, τον κοσμικό μεσαίωνα του σύμπαντος, όταν σχηματίστηκαν για πρώτη φορά σταθερά ουδέτερα άτομα υδρογόνου, μέχρι την εποχή του επαναϊονισμού.

Ένα μήνυμα στους εξωγήινους

Ένας προηγμένος εξωγήινος πολιτισμός που διερευνά το σύμπαν σίγουρα θα έχει ανιχνεύσει το μήκος κύματος των 21 εκατοστών. Τα μη επανδρωμένα διαστημόπλοια της ΝΑSΑ Pioneer 10 και 11, που εκτοξεύθηκαν το 1972 και 1973 και τα Voyager 1 και 2 που εκτοξεύθηκαν το 1977, ήταν γνωστό ότι θα ξεπερνούσαν τα όρια του ηλιακού συστήματος. Για την εξαιρετικά απίθανη περίπτωση που θα πέσουν «στα χέρια» εξωγήινων, τα διαστημικά σκάφη περιέχουν σε μια πλάκα από χρυσό διάφορες πληροφορίες, μεταξύ των οποίων και την διαδικασία εκπομπής των 21 cm από το άτομο υδρογόνου. Χρησιμοποιήθηκε δηλαδή, η μόνη γλώσσα που μπορεί να είναι αληθινά παγκόσμια. Η γλώσσα της Φυσικής.

Ολόκληρο το σύμπαν φαίνεται να περιστρέφεται, σύμφωνα με τα νέα δεδομένα που παρουσιάζονται στην δημοσίευση με τίτλο «The distribution of galaxy rotation in JWST Advanced Deep Extragalactic Survey » .

Διερευνήθηκαν 263 αρχέγονοι γαλαξίες ως προς την κατεύθυνση περιστροφής τους. Και βρέθηκε κάτι εντυπωσιακό: περίπου τα 3/5 των γαλαξιών περιστρέφονται αντίθετα με την κατεύθυνση περιστροφής του Γαλαξία μας και τα 2/5 των γαλαξιών περιστρέφονται όπως ο Γαλαξίας μας. Αν η περιστροφή των γαλαξιών είναι εξ ολοκλήρου αποτέλεσμα της τυχαίας κίνησης της αρχικής ύλης, τότε το αποτέλεσμα θα ήταν γύρω στο 50-50.

Και παλαιότερες μελέτες αρχαίων γαλαξιών έδειχναν παρόμοια ασυμμετρία, αλλά ήταν πολύ μικρότερη και κανείς δεν την πήρε στα σοβαρά. Πλέον, αν κάποιος συγκεντρώσει όλα αυτά τα δεδομένα μαζί, φαίνεται ότι η εν λόγω ασυμμετρία ήταν σαφώς μεγαλύτερη στο πρώιμο σύμπαν.

Επομένως κάτι περίεργο συμβαίνει που δεν καταλαβαίνουμε. Πώς θα μπορούσε να ερμηνευθεί αυτό το φαινόμενο;

Η πιο απλή σκέψη μας οδηγεί στο παρελθόν, ότι η ύλη στο πρώιμο σύμπαν είχε από μόνη της μια περιστροφή σε πολύ μεγάλες κλίμακες. Δηλαδή, το αρχέγονο σύμπαν περιστρεφόταν. Κι αυτό έκανε τα μικρότερα συστήματα να περιστρέφονται με τον έναν ή τον άλλο τρόπο, παίρνοντας έτσι μέρος της συνολικής περιστροφής.

Κάποιοι για να εξηγήσουν την προέλευση αυτής της αρχέγονης συμπαντικής περιστροφής μάλλον το παρατραβάνε. Υποστηρίζουν την υπόθεση ότι το σύμπαν μας υπάρχει μέσα σε μια μαύρη τρύπα που υπάρχει μέσα σε ένα άλλο μητρικό σύμπαν. Έτσι, η παρατηρούμενη περιστροφή στο σύμπαν μας … κληρονομήθηκε από τον άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας από το οποίο προέκυψε.

Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι κάτι δεν κατανοούμε όσον αφορά το πλάσμα που σχηματίστηκε στο αρχέγονο σύμπαν. Μία θεωρία που θα οδηγούσε μεταξύ άλλων στην ασυμμετρία περιστροφής που παρατηρείται σήμερα, είναι η θεωρία του μορφοκλασματικού σύμπαντος. Η ιδέα ενός σύμπαντος-φράκταλ ξεκινά με την παραδοχή ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις που προκάλεσαν τις κινήσεις του πλάσματος στο αρχέγονο σύμπαν είχαν μια αυτο-ομοιότητα, ένα μοτίβο που επαναλαμβάνεται από πολύ μεγάλες έως πολύ μικρές κλίμακες.

Και μια απλούστερη εξήγηση θεωρεί ως αίτιο την περιστροφή του Γαλαξία μας. Λόγω του φαινομένου Doppler (βλέπε: Physics of galaxy rotation), οι αστρονόμοι αναμένουν ότι οι γαλαξίες που περιστρέφονται αντίθετα με την κίνηση του Γαλαξία μας θα φαίνονται φωτεινότεροι, γεγονός που θα μπορούσε να εξηγήσει την παρατηρούμενη πλειοψηφία των 3/5. Αν πράγματι ισχύει κάτι τέτοιο, θα χρειαστεί να βαθμονομήσουμε εκ νέου τις μετρήσεις των μακρινών αποστάσεων στο σύμπαν. Και η εκ νέου βαθμονόμηση θα μπορούσε ίσως να εξηγήσει κι άλλα αναπάντητα (μέχρι σήμερα) κοσμολογικά προβλήματα.

Δείτε το σχετικό βίντεο της Sabine Hossenfelder «The Entire Universe Seems to Spin, New Data Reveal» :

Πριν από μερικές ημέρες αναρτήθηκε στο κανάλι 3blue1brown, του Grant Sanderson, βίντεο με τον μαθηματικό Terence Tao – ίσως τον μεγαλύτερο μαθηματικό στον κόσμο σήμερα -,
όπου περιγράφει μέρος της ιστορίας των μετρήσεων κοσμικών αποστάσεων:

Σύμφωνα με ένα δόγμα που οι φυσικοί αποκαλούν κοσμολογική αρχή το σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες γίνεται ομογενές (δηλαδή είναι παντού ομοιόμορφο) και ισότροπο (δηλαδή φαίνεται ίδιο προς κάθε κατεύθυνση)^*. Αυτό σημαίνει η θέση μας στο σύμπαν δεν είναι σε καμία περίπτωση ιδιαίτερη. Αλλά κάποιες πρόσφατες παρατηρήσεις θα μπορούσαν να ανατρέψουν αυτή την παλιά υπόθεση.

Είναι ενδαφέρον το γεγονός ότι για την μεγαλύτερη περίοδο της ιστορίας του πολιτισμού μας πιστεύαμε ότι είμαστε το κέντρο του σύμπαντος. Έπρεπε να φτάσουμε στον 15^ο αιώνα, ώστε ο Κοπέρνικος να επαναδιατυπώσει την άποψη που είχε εμφανιστεί σχεδόν δυο χιλιάδες χρόνια πριν με τον Αρίσταρχο, ότι η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Όμως, παρότι ο Κοπέρνικος πιστώνεται την απόρριψη της ανθρωποκεντρικής θεώρησης που ήθελε τη Γη κέντρο του σύμπαντος, στην πραγματικότητα θεωρούσε ότι ο ήλιος ήταν στο κέντρο του. Στα επόμενα διακόσια χρόνια έγινε κατανοητό ότι τα κοντινά αστέρια δεν κατανέμονται ομοιόμορφα, αλλά μάλλον βρίσκονται συγκεντρωμένα σε σχήμα δίσκου που τώρα αναγνωρίζουμε ως τον Γαλαξία μας. Τα αδέλφια Caroline και William Herschel μπόρεσαν να αναγνωρίσουν αυτή τη δομή του δίσκου στα τέλη του 18ου αιώνα, αλλά κατέληξαν στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι το ηλιακό μας σύστημα βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία. Η θεώρηση αυτή ανατράπηκε, μόλις στις αρχές του 20^ου αιώνα από τον Harlow Shapley, o oποίος προσδιόρισε την θέση του ηλιακού μας συστήματος περίπου στα 2/3 της ακτίνας από το κέντρο του Γαλαξία μας. Αλλά, ακόμη και τότε εθεωρείτο ότι ο Γαλαξίας μας βρίσκεται στο κέντρο του σύμπαντος. Τελικά, το 1952 αποδείχθηκε από τον Walter Baade ότι ο Γαλαξίας μας είναι ένας τυπικός γαλαξίας, οδηγώντας στην σύγχρονη διατύπωση της κοσμολογικής αρχής, ότι το σύμπαν φαίνεται το ίδιο ανεξάρτητα με το ποιός είναι ο παρατηρητής και το που αυτός βρίσκεται.

Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η κοσμολογική αρχή δεν είναι ακριβής. Πρόκειται για μια προσέγγιση που πιστεύεται ότι ισχύει με μεγαλύτερη ακρίβεια καθώς εξετάζουμε μεγαλύτερες κλίμακες. Ισχύει για πολύ μεγάλες περιοχές που περιέχουν π.χ. εκατομμύρια γαλαξίες όπου περιμένουμε κάθε τέτοια περιοχή να φαίνεται λίγο πολύ όπως κάθε άλλη. Η κοσμολογική αρχή είναι η βάση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης, μια ιδιότητα του συνολικού σύμπαντος, η οποία παύει να ισχύει όταν εξετάζουμε τοπικά φαινόμενα.

Μπορεί λοιπόν οι άνθρωποι να είναι εγωκεντρικά πλάσματα με υπεδιογκωμένη αίσθηση κοσμικής ιδιαιτερότητας, κατάφεραν όμως να αποδείξουν πως ούτε Γη, ούτε ο Ήλιος, ούτε καν ο Γαλαξίας μας είναι το κέντρο του σύμπαντος. Το ίδιο ακριβώς θα αποδείκνυε για την θέση του στο σύμπαν και ένας μακρινός εξωγήινος πολιτισμός (εφόσον υπήρχε). Αυτή η έννοια της μετριότητας εμπεριέχεται στην κοσμολογία, με τη μορφή της «κοσμολογικής αρχής», την ιδέα ότι το σύμπαν φαίνεται το ίδιο όπου κι αν κοιτάξουμε.

Στην κορυφή της κοσμικής ιεραρχίας βρίσκονται γιγάντιες ομάδες γαλαξιών που συσσωρεύονται σε εκτεταμένα, πλούσια σε ύλη νημάτια και φύλλα γύρω από τα χάσκοντα διαγαλαξιακά κενά, αλλά πέρα ​​από αυτό, η δομή φαίνεται να εξασθενεί. Αν μπορούσαμε να κάνουμε μεγέθυνση και να δούμε την μεγάλη εικόνα του σύμπαντος, αυτό θα φαινόταν πραγματικά ομαλό. Συγκρίνοντας το σύμπαν με μια παραλία, παρατηρώντας μια χούφτα άμμο με λεπτομέρεια, θα βλέπαμε τους ξεχωριστούς κόκκους άμμου, με τα διαφορετικά χρώματα, σχήματα και μεγέθη. Αλλά αν περπατούσαμε στην παραλία κοιτάζοντας τους αμμόλοφους, το μόνο που θα βλέπαμε θα ήταν ένα ομοιόμορφο χρυσό-μπεζ χρώμα. Αυτό σημαίνει ότι η Γη (ή οποιοσδήποτε από τα άλλα τρισεκατομμύρια πλανήτες που πρέπει να υπάρχουν) και η μικροσκοπική γωνιά τους στο σύμπαν δεν φαίνεται να κατέχουν καμία ιδιαίτερα προνομιακή θέση σε σύγκριση με οτιδήποτε άλλο. Κι αυτή η ομοιογένεια είναι βολική για τους αστρονόμους επειδή τους επιτρέπει να βλέπουν το σύμπαν εν μέρει ως έναν αξιόπιστο τρόπο εξαγωγής συμπερασμάτων για το σύνολο.

Αμφισβητώντας την κοσμολογική αρχή

Αυτή η απλοϊκή θεώρηση ισχύει για τα πάντα, από την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η σκοτεινή ύλη επιβαρύνει τα σμήνη γαλαξιών μέχρι την εκτίμηση του πόσο κοινές μπορεί να είναι σε ολόκληρο το σύμπαν οι φιλικές προς τη ζωή συνθήκες, και επιτρέπει στους αστρονόμους να απλοποιήσουν τα μαθηματικά μοντέλα τους για το παρελθόν του σύμπαντος καθώς και τις προβλέψεις τους για το μέλλον του. Τα πάντα βασίζονται στην ιδέα ότι [η κοσμολογική αρχή] είναι αληθινή. Όμως, δεν παύει να είναι και μια πολύ ασαφής υπόθεση που είναι πολύ δύσκολο να επαληθευθεί.

Η επιβεβαίωση είναι ιδιαίτερα δύσκολη όταν υπάρχουν σημαντικά στοιχεία για το αντίθετο – και μια σειρά από πρόσφατες παρατηρήσεις που υποδηλώνουν ότι πράγματι το σύμπαν θα μπορούσε να είναι πιο παράξενο και να έχει μεγαλύτερες αποκλίσεις από ότι οι κοσμολόγοι με τόση ευκολία είχαν υποθέσει. Κι αν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τότε διαφορετικοί παρατηρητές στο σύμπαν μπορεί να βλέπουν ελαφρώς διαφορετικά σύμπαντα, τουλάχιστον σε μεγάλη κλίμακα.

Οι αστρονόμοι δεν έχουν απορρίψει ακόμη την κοσμολογική αρχή, αλλά συγκεντρώνουν ενδείξεις για τις πιθανές αδυναμίες της. Μια προσέγγιση περιλαμβάνει την αναζήτηση δομών τόσο μεγάλων που αμφισβητούν την κοσμική ομαλότητα ακόμη και σε μια εξαιρετικά μεγάλη εστίαση. Οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι οτιδήποτε μεγαλύτερο από περίπου 1,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός θα ανέτρεπε το μέχρι σήμερα αποδεκτό ομοιογενές και ισοτροπικό σύμπαν.

Μέχρι σήμερα οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει ήδη μερικές αποκλίσεις. Η Alexia Lopez από το Πανεπιστήμιο του Κεντρικού Λάνκασαϊρ στην Αγγλία, για παράδειγμα, ανακάλυψε ένα «τέρας» που ονομάζεται Γιγαντιαίο Τόξο – μια καμπύλη γαλαξιών σε μήκος περίπου 3,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Ανακάλυψε επίσης τον Μεγάλο Δακτύλιο, κυκλική, δακτυλιοειδή δομή γαλαξιών με διάμετρο περίπου 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός και περιφέρεια 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός. To Γιγάντιο Τόξο και ο Μεγάλος Δακτύλιος βρίσκονται κοντά μεταξύ τους και μπορεί να συνδέονται σε μια ακόμη μεγαλύτερη δομή.

Μερικές φορές, από μόνη της η μελέτη της κοσμολογίας μας κάνει καχύποπτους με την κοσμολογική αρχή. Για παράδειγμα, το φως που απέμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη, η επονομαζόμενη κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, έχει μερικές μυστηριώδεις μεγάλης κλίμακας διακυμάνσεις που δεν φαίνονται εντελώς τυχαίες, επισημαίνει ο Dragan Huterer, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Κι αυτό δεν εξηγήθηκε ποτέ ικανοποιητικά.

Μερικοί επιστήμονες υποστήριξαν ότι τέτοιες πιθανές προκλήσεις στην κοσμολογική αρχή μπορεί να εξηγηθούν από μια άλλη αρχή, την κοσμική διακύμανση, η οποία αναφέρεται στη στατιστική αβεβαιότητα που είναι εγγενής στις μετρήσεις των αστρονόμων για το σύμπαν. Πάντα περιοριζόμαστε από αυτό που μπορούμε να δούμε και επομένως πάντα είμαστε μαθηματικά αβέβαιοι για το ποια συμπεράσματα να βγάλουμε από ένα περιορισμένο δείγμα. Ίσως οι αποκλίσεις που είδαν οι αστρονόμοι ήταν απλώς το αποτέλεσμα της ατέλειας (έλλειψη πληρότητας) παρά μια πραγματική αντανάκλαση των ιδιοτήτων του σύμπαντος. Ίσως αυτό που φαίνεται ως ανωμαλία στην κοσμική ομαλότητα να εξαφανίζεται σε σύγκριση με ένα απαρατήρητο κομμάτι του σύμπαντος δίπλα στον ορατό όγκο που βλέπουμε εμείς.

Κι όταν πρόκειται να μελετήσουν κατάλληλα μεγάλα τμήματα του σύμπαντος, οι κοσμολόγοι, στην πραγματικότητα είναι πολύ περιορισμένοι: Μόνο το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι τόσο μεγάλο. Αν πείτε, «θα μελετήσω τα σχήματα των γαλαξιών», εντάξει είστε τυχεροί: έχετε δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων γαλαξίες στο σύμπαν. Μπορείτε να απαντήσετε στις ερωτήσεις σας με στατιστικά στοιχεία και η διακύμανση του δείγματός σας θα είναι πολύ μικρή. Όμως, σε μεγαλύτερες κλίμακες, διαθέτετε μόνο μερικά παραδείγματα επειδή το παρατηρήσιμο σύμπαν χωρίζεται μόνο σε λίγα τμήματα μεγάλων διαστάσεων.

Ο Valerio Marra, καθηγητής στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Espírito Santo στη Βραζιλία και ερευνητής στο Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Τεργέστης στην Ιταλία υπέθεσε ότι ορισμένες κοσμολογικές αποκλίσεις θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα κοσμικής διακύμανσης. Αλλά αυτό δεν αρκεί για την ερμηνεία τους, σύμφωνα με υπολογισμούς δικούς του και άλλων.

Παρόλα αυτά, η κοσμολογική αρχή αντέχει πολύ καλά στις περισσότερες κοσμικές παρατηρήσεις. Επιπλέον, ενώ οι επιστήμονες συλλέγουν αρκετές πληροφορίες για να αμφισβητήσουν την εγκυρότητα αυτής της ιδέας, δεν είναι καθόλου έτοιμοι να την εγκαταλείψουν – ίσως επειδή κανείς δεν έχει ένα σταθερό εναλλακτικό σχήμα για να την αντικαταστήσει.

Όπως και νάχει, πρόκειται για ένα πρόβλημα που πολύ δύσκολα θα αποκρυπτογραφηθεί λόγω της φύσης της κοσμολογίας. Σε αντίθεση με κάποιο εργαστηριακό πείραμα το οποίο μπορεί να επαναληφθεί ξανά και ξανά, διαθέτουμε μόνο ένα σύμπαν.

ΠΗΓΗ

Στο διάσημο δοκίμιό του The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences , ο βραβευμένος με Νόμπελ (1963) φυσικός Eugene Wigner έγραψε ότι η αντιστοιχία μεταξύ των καθαρών μαθηματικών και του φυσικού κόσμου ήταν «κάτι που συνορεύει με το μυστηριώδες». «Δεν υπάρχει», είπε, «καμία λογική εξήγηση γι’ αυτό».

Είναι λογικό να πούμε ότι τα βασικά μαθηματικά αναπτύχθηκαν για να περιγράψουν πράγματα στον καθημερινό κόσμο. Μπορούμε να κατανοήσουμε έτσι την προέλευση της μέτρησης και των βασικών πράξεων και τον υπολογισμό του εμβαδόν. Ωστόσο, όπως συνεχίζει να υποστηρίζει ο Wigner, αυτή η απλή εξήγηση αποτυγχάνει να εξηγήσει τόσα πολλά από αυτά που βλέπουμε.

Η δουλειά των μαθηματικών συχνά περιλαμβάνει απίστευτη εφευρετικότητα και εκπληκτικά επιτεύγματα λογικής. Κάποια θεωρήματα και αποδείξεις χρειάζονται χρόνια για να λυθούν. Και όμως είναι εκπληκτικό ότι πολλές από τις πιο λαμπρές και τρελά αφηρημένες έννοιες, αποδεικνύονται ότι μοντελοποιούν τέλεια τα φαινόμενα του πραγματικού κόσμου. Ταιριάζουν σαν μια κλειδαριά με το κλειδί της.

Σκεφτείτε για λίγο πόσο εκπληκτικό είναι αυτό. Έχουμε αυτό το σύνολο πραγμάτων που φαίνεται να έχει δημιουργήσει το μυαλό μας σε μια αφηρημένη, μη πραγματική σφαίρα ιδεών. Και έχουμε μια άλλη κατηγορία ή σύνολο πραγμάτων που θα ονομάσουμε «πράγματα που κάνει το σύμπαν».

Στη συνέχεια, καθώς η ιστορία ξετυλίγεται, ανακαλύπτουμε ότι υπάρχει ακριβής αντιστοιχία μεταξύ των διαφόρων μαθηματικών εννοιών και των «πραγμάτων μέσα στο σύμπαν ή που κάνει το σύμπαν». Υπάρχει ένα είδος αξιοσημείωτης επικάλυψης μεταξύ αυτού που συμβαίνει στο μυαλό μας και αυτού που συμβαίνει εκεί έξω. Και πολύ συχνά, τα μαθηματικά δημιουργούνται πολύ πριν πάμε να ψάξουμε στον κόσμο για μια κατάσταση.

Όπως λέει ο Wigner, «Είναι δύσκολο να αποφύγουμε την εντύπωση ότι αντιμετωπίζουμε ένα θαύμα εδώ».

Αυτό είναι άξιο προσοχής. Τα πράγματα που φαίνεται να κάνει το σύμπαν στο επίπεδο της φυσικής αντικατοπτρίζονται στο μαθηματικό πεδίο. Το σύμπαν, φαίνεται, να συμπεριφέρεται σύμφωνα με τις σκέψεις του νου.

Είναι τα μαθηματικά κάτι που επινόησαν οι άνθρωποι;

Εάν απαντάτε ναι, πώς βγήκε κάτι που είναι καθαρά τεχνούργημα του μυαλού εκεί στη φύση; Πώς μπαίνει στον ίδιο τον ιστό του εξωτερικού κόσμου;

Σε κάθε γωνιά της φυσικής βρίσκουμε έννοιες που κανείς δεν πίστευε ότι θα εμφανιζόταν ποτέ στον οικείο κόσμο. Αλλά το κάνουν. Παλαβές, μη διαισθητικές αρχές και πράγματα που κανείς δεν ονειρευόταν ποτέ ότι θα ξέφευγαν από τις σελίδες των μαθηματικών περιοδικών όπου δημοσιεύτηκαν, αποδεικνύονται ότι είναι ακριβώς αυτό που χρειάζεται για να περιγράψει κανείς πως λειτουργεί ο Κόσμος.

Θα μπορούσαμε όλο αυτό να το βάλουμε στον εξής συλλογισμό:

Υπόθεση πρώτη: Οι μαθηματικές οντότητες είναι τα προϊόντα του νου.

Υπόθεση δεύτερη: Το σύμπαν συμπεριφέρεται σύμφωνα με μαθηματικές οντότητες.

Συμπέρασμα: Επομένως, το σύμπαν συμπεριφέρεται σύμφωνα με τους συλλογισμούς του νου.

Αλλά ίσως τα έχουμε πάρει όλα αυτά λάθος. Ίσως οι μαθηματικές οντότητες να μην παράγονται πραγματικά από το μυαλό μας . Ακόμα, αν αλλάξουμε την ιστορία μας και αποδεχτούμε ότι τα μαθηματικά είναι κατά κάποιο τρόπο πραγματικά εκεί έξω στον κόσμο, τότε πραγματικά υπάρχουν με τρόπο ανεξάρτητο από την ανθρωπότητα, και δεν έχουμε καταφέρει ακόμα να ξεφύγουμε από αυτό το συμπέρασμα. Στην πραγματικότητα, αν αυτά ανακαλύφθηκαν και δεν εφευρέθηκαν, το μυστήριο είναι ακόμη πιο βαθύ.

Τώρα έχουμε αυτό το βασίλειο των αφηρημένων ιδεών και σχέσεων, ένα άπειρο λογικό τοπίο στο οποίο έχουμε άμεση πρόσβαση μέσω του μυαλού μας. Και όμως, ενώ δεν είναι φυσικό, κατά κάποιο τρόπο αυτό το βασίλειο καθοδηγεί τη συμπεριφορά των πραγμάτων στον φυσικό κόσμο.

Φαίνεται αναπόφευκτο. Κάτι που μοιάζει με το “νου” τρέχει τον κόσμο, παρέχοντας το πλαίσιο και τις διαδρομές για να τρέξει η φυσική πραγματικότητα.

Ο ίδιος ο Αϊνστάιν αγωνίστηκε να εξηγήσει πώς θα μπορούσε να είναι αυτό: «Πώς γίνεται τα μαθηματικά, όντας τελικά προϊόν της ανθρώπινης σκέψης, να είναι τόσο αξιοθαύμαστα κατάλληλα για τα αντικείμενα της πραγματικότητας; Είναι, λοιπόν, η ανθρώπινη λογική, χωρίς μια προηγούμενη εμπειρία, απλώς με την σκέψη, ικανή να κατανοήσει τις ιδιότητες των πραγματικών πραγμάτων;»

Αν κάποιος στην ιστορία είχε το δικαίωμα να σχολιάσει αυτό το θέμα, ήταν ο Αϊνστάιν. Αυτός, βασιζόμενος λίγο πολύ αποκλειστικά σε νοητικά πειράματα, κατάφερε να ξεκλειδώσει μερικά από τα καλύτερα κρυμμένα μυστικά του σύμπαντος. Ο ίδιος το βρήκε αυτό εκπληκτικό, λέγοντας με ωραίο τρόπο. «Το πιο ακατανόητο πράγμα στον κόσμο είναι ότι είναι κατανοητός». Γιατί αυτό που πραγματικά υπάρχει εκεί έξω να αντιστοιχούσε ουσιαστικά σε αυτό που συνέβαινε στο μυαλό του;

Ο Αϊνστάιν μίλησε με ευλάβεια, ακόμη και θρησκευτικά, για τις εμπειρίες που είχε βλέποντας την «λαμπερή ομορφιά» που έλαμψε όταν προσπάθησε να κοιτάξει στα μυστήρια του σύμπαντος. Ήταν ικανοποιημένος, είπε, με την αίσθηση της «θαυμάσιας δομής της ύπαρξης» και την «ταπεινή προσπάθειά του να κατανοήσει έστω και ένα μικροσκοπικό τμήμα του Λόγου που εκδηλώνεται στη φύση».

Μιλώντας συγκεκριμένα για τα μαθηματικά ο Αϊνστάιν, έγραψε:

«Τα καθαρά μαθηματικά είναι, με τον τρόπο τους, η ποίηση των λογικών ιδεών. …Σε αυτήν την προσπάθεια για τη λογική ομορφιά, ανακαλύπτονται πνευματικές φόρμουλες απαραίτητες για τη βαθύτερη διείσδυση στους νόμους της φύσης».

Όσο περισσότερο το σκέφτεστε, τόσο πιο αξιοσημείωτο γίνεται. Πώς γίνεται ένας άντρας που καθόταν μόνος σε ένα ελβετικό γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, μπόρεσε να κατανοήσει τα βαθύτερα μυστικά του χώρου και του χρόνου; Τι μας λέει για το σύμπαν ότι η καθαρή σκέψη του ανθρώπου είναι σε θέση να αποκαλύψει πολλά από τα βαθύτερα αινίγματά του;

Ο κοσμολόγος Max Tegmark στο βιβλίο «Our Mathematical Universe»,  υοστηρίζει ότι όχι μόνο τα μαθηματικά περιγράφουν καλά το σύμπαν μας, αλλά στην πραγματικότητα το σύμπαν *είναι* απλώς μια μαθηματική δομή

Ο φιλόσοφος Ντέιβιντ Γουντ φέρνει αυτή την ερώτηση στο επίκεντρο:

«Πριν καταλάβετε ότι το σύμπαν διέπεται από κομψές μαθηματικές εξισώσεις, θα είχατε λόγους να το περιμένετε;  Θα περιμένατε το σύμπαν να είναι έτσι; Φυσικά και όχι. Τα μαθηματικά είναι μια γλώσσα. Το σύμπαν λειτουργεί σύμφωνα με αυτή τη γλώσσα. Αυτό δεν πρέπει να είναι καθόλου περίεργο για όσους πιστεύουν στον Θεό. Θα πρέπει να είναι τρομακτικό για τους άθεους, γιατί αυτό είναι το τελευταίο πράγμα που πρέπει να περιμένετε».

ΠΗΓΗ