Το διαστημικό όχημα Curiosity της NASA σφήνωσε τον ρομποτικό του βραχίονα μέσα σε έναν βράχο στον Άρη
«Χαλαρό κι ελεύθερο», το διαστημικό όχημα Curiosity στον Άρη συνεχίζει να προχωρά «εκμηδενίζοντας την απόσταση» και «κάμπτοντας κάθε αντίσταση» , όπως όταν το τρυπάνι του βρήκε τα σκούρα και σφήνωσε σε έναν βράχο. Οι τεχνικοί της NASA χρειάστηκαν αρκετές μέρες για να το απεγκλωβίσουν.
Το πρόβλημα ξεκίνησε στις 25 Απριλίου. Ήταν η δεύτερη μέρα γεώτρησης του Curiosity σε έναν βράχο βάρους περίπου 13 κιλών, πλάτους 45 εκατοστών και πάχους 15 εκατοστών με την ονομασία Atacama. Όμως, καθώς το ρόβερ επιχείρησε να τραβήξει έξω τον βραχίονα του τρυπανιού του, ο βράχος ανασηκώθηκε μαζί του, έχοντας σφηνώσει στο περίβλημα που περιβάλλει τη μύτη του εργαλείου.
Πίσω στη Γη, οι τεχνικοί που χειρίζονται το Curiosity προσπάθησαν αρχικά απλά να τινάξουν τον βράχο για να ξεκολλήσει, αλλά αυτό δεν είχε αποτέλεσμα. Στη συνέχεια, οι ελεγκτές προσπάθησαν να προκαλέσουν δονήσεις στο τρυπάνι για να ρίξουν τον βράχο, χωρίς όμως καμία τύχη. Τελικά, την 1η Μαΐου, έγειραν και περιέστρεψαν τον βραχίονα ενώ ταυτόχρονα περιέστρεφαν και το τρυπάνι. Έτσι, μετά από μερικές προσπάθειες, ο βράχος ξεκόλλησε, σπάζοντας σε μικρότερα κομμάτια όταν έπεσε στο έδαφος.
Τα θραύσματα από τον βράχο θα αναλυθούν από το όργανο Χημείας και Ορυκτολογίας (CheMin) του Curiosity, το οποίο θα ακτινοβολήσει την σκόνη τους με ακτίνες Χ, και θα συγκριθούν με δείγματα που ελήφθησαν από μια άλλη τοποθεσία, το Mineral King, η οποία βρίσκεται σχεδόν 160 μέτρα χαμηλότερα από την τρέχουσα θέση του ρόβερ.
Με τον βραχίονά του πλέον ελεύθερο, υπακούοντας την προτροπή «Shake It Off» των Omnibus, το Curiosity μπορεί να συνεχίσει την εξερεύνηση του κρατήρα Gale.
Προς το παρόν, το διαστημικό όχημα Curiosity χρησιμοποιείται για να παρακολουθεί την ατμοσφαιρική σκόνη στον Άρη, αλλά και για να μελετήσει τις κινήσεις των νεφών και να καταγράψει τη δραστηριότητα των βραχύβιων ανεμοστρόβιλων που ονομάζονται «διάβολοι σκόνης».
Η ανακάλυψη του βαθέως χρόνου ήταν εξίσου συγκλονιστική με την ανακάλυψη ότι η Γη δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος και πίσω από αυτή τη «μεταμόρφωση» βρίσκεται και ο Νεύτωνας ως «σιωπηλός πρόλογος» του γεωλογικού χρόνου
Γραφική αναπαράσταση της ιστορίας της Γης ως σπείρα (el.wikipedia.org)
Στην ιστορία των επιστημών, υπάρχουν μορφές που μοιάζουν να ανήκουν ολοκληρωτικά σε έναν τομέα, ενώ στην πραγματικότητα λειτουργούν ως γέφυρες ανάμεσα σε «κόσμους».
Ο Ισαάκ Νεύτων είναι ίσως το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα: ο θεμελιωτής της κλασικής μηχανικής, ο αρχιτέκτονας της παγκόσμιας βαρύτητας, ήταν ταυτόχρονα και ένας στοχαστής βαθιά βυθισμένος στη θεολογία και στη βιβλική χρονολόγηση.
Και ακριβώς εδώ βρίσκεται το παράδοξο: ο άνθρωπος που ανέδειξε την απεραντοσύνη του χώρου του Σύμπαντος, δεν οδήγησε ταυτόχρονα στη σύλληψη της απεραντοσύνης του γεωλογικού χρόνου, τον λεγόμενο «βαθύ χρόνο» (deep time), τον θεμελιώδη εξελικτικό στυλοβάτη της επιστήμης της Γεωλογίας. Στη συντριπτική πλειονότητα των ανθρώπων, ο Νεύτωνας ενσαρκώνει τον ορθολογισμό και την επιστημονική επανάσταση. Ωστόσο, ένα σημαντικό μέρος του έργου του αφορά την προσπάθεια να εναρμονίσει την ανθρώπινη ιστορία με τη βιβλική «αφήγηση». Στο έργο του Chronology of Ancient Kingdoms Amended, επιχείρησε να «διορθώσει» τις χρονολογίες της αρχαιότητας, συρρικνώνοντάς τες ώστε να ταιριάζουν με το βιβλικό χρονικό πλαίσιο. Τα μαθηματικά και η αστρονομία δεν χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την προσπάθεια για να «επεκτείνουν» τον χρόνο, αλλά για να τον περιορίσουν και να τον «πειθαρχήσουν» (Newton, 1728).
Για τον Νεύτωνα, ο χρόνος της Γης δεν ήταν ανεξάρτητος από τον χρόνο της ανθρώπινης ιστορίας. Δεν υπήρχε ανάγκη για εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια χρόνια ώστε να εξηγηθούν γεωλογικές διεργασίες. Αντίθετα, η μορφή της Γης μπορούσε να αποδοθεί είτε σε μια αρχική θεϊκή πράξη, είτε σε περιστασιακές παρεμβάσεις της (Gould, 1987). Σε ένα τέτοιο πλαίσιο, ο χρόνος δεν χρειαζόταν να «απλωθεί», αλλά μπορούσε να «συμπιεστεί».
Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να θεωρηθεί «πατέρας» του γεωλογικού χρόνου. Και όμως, χωρίς αυτόν, η έννοια του βαθέως χρόνου ίσως να μην είχε ποτέ διαμορφωθεί. Για να κατανοήσουμε αυτή την αντίφαση, πρέπει να μετακινηθούμε από τη γεωλογία στην κοσμολογία. Η πραγματική συμβολή του Νεύτωνα δεν βρίσκεται στην προσέγγιση της διάρκειας του χρόνου, αλλά στη θεμελίωση ενός τρόπου εξήγησης του κόσμου μέσω καθολικών φυσικών νόμων. Με τη θεωρία της παγκόσμιας βαρύτητας, εισήγαγε έναν κόσμο όπου ένας και μόνος νόμος ισχύει παντού, σε κάθε κλίμακα, από τη Γη μέχρι τα άστρα. Έτσι ο κόσμος γίνεται ενιαίος, μαθηματικά περιγράψιμος και νομοτελειακός. Αυτή η αλλαγή ήταν και παραμένει επαναστατική. Για πρώτη φορά, το άπειρο έπαψε να είναι φιλοσοφική αφαίρεση και έγινε επιστημονικά διαχειρίσιμο. Ο χώρος μπορεί να είναι απεριόριστος, αλλά δεν είναι χαοτικός γιατί υπακούει σε νόμους. Και αν αυτό ισχύει για τον χώρο, τότε ανοίγει ο δρόμος να ισχύσει και για τον χρόνο. Εδώ αναδύεται μια κρίσιμη διάκριση που διατρέχει την ιστορία της γεωλογικής σκέψης και σχετίζεται με το πως εξελίσσεται ο χρόνος: το δίπολο ανάμεσα στο «βέλος του χρόνου» (time’s arrow) και στον «κύκλο του χρόνου» (time’s cycle). Το πρώτο συνδέεται με μια γραμμική, εξελικτική ιστορία: δημιουργία, εξέλιξη, τέλος! Το δεύτερο όμως αντιστοιχεί σε επαναλαμβανόμενες ατέρμονες διεργασίες. Ο Νεύτωνας ανήκει ξεκάθαρα στην πρώτη κατηγορία: μια μοναδική Δημιουργία, μια ιστορία με κατεύθυνση και θεολογικό νόημα.
Η εμβρυακή επιστημονική γεωλογική σκέψη του 18ου και 19ου αιώνα θα εκμεταλλευτεί ακριβώς αυτή τη δυνατότητα που προσέφερε ο Νεύτωνας για τη συσχέτιση χώρου και χρόνου, μεταφέροντας αυτή τη σύλληψη από την κοσμολογία στο εσωτερικό και τη δομή της Γης. Στο έργο του Theory of the Earth, ο James Hutton (1726–1797) γράφει ότι η Γη δεν έχει ορατή αρχή ούτε τέλος, αλλά συνιστά ένα δυναμικό σύστημα που ανακυκλώνεται διαρκώς μέσω ανύψωσης, διάβρωσης και επαναπόθεσης. Ο γεωλογικός χρόνος δεν είναι απλώς «μεγάλος», αλλά λειτουργικά απεριόριστος, καθώς προκύπτει από τη συνεχή δράση διεργασιών που δεν έχουν φυσικό όριο (Gould, 1987). Πάνω σε αυτή τη θεμελίωση, ο Charles Lyell διατύπωσε μια πιο συστηματική και μεθοδολογική εκδοχή της ίδιας ιδέας. Θα υποστηρίξει ότι η απεραντοσύνη του γεωλογικού χρόνου είναι ανάλογη με την απεραντοσύνη του χώρου που αποκάλυψε η νευτώνεια φυσική. Η σύγκριση αυτή δεν ήταν απλώς ρητορική, αλλά επιστημονική. Μέσω αυτής, η σύγχρονη επιστήμη της Γεωλογίας διεκδίκησε, όπως και οι άλλες φυσικές επιστήμες, το δικαίωμα να σκέφτεται σε «άπειρες» κλίμακες (Lyell, 1830).
Πορτρέτο του Ισαάκ Νεύτωνα (1642-1727). Πρόκειται για αντίγραφο πίνακα του Σερ Γκόντφρεϊ Κνέλερ (1689) https://en.wikipedia.org
Σε αυτό το σημείο γίνεται σαφές το ιστορικό παράδοξο: ο Νεύτωνας δεν εγκατέλειψε ποτέ το «βέλος» του χρόνου, αλλά δημιούργησε τον κόσμο μέσα στον οποίο ο «κύκλος» του χρόνου έγινε δυνατός. Δεν ανακάλυψε τον «βαθύ χρόνο», αλλά κατέστησε αναπόφευκτη την προσέγγισή του. Η μετάβαση από έναν κόσμο λίγων χιλιάδων ετών σε έναν κόσμο δισεκατομμυρίων ετών δεν ήταν απλώς αποτέλεσμα παρατήρησης. Δεν ήταν μόνο μια απλή «νίκη της επιστήμης επί της θεολογίας». Ήταν μια βαθιά πολιτισμική μετατόπιση: αλλαγή στο μέτρο, στην κλίμακα και στο τι θεωρείται επιστημονικά εφικτό. Όπως τονίζει και ο Gould (1987), η ανακάλυψη του βαθέως χρόνου ήταν μια από τις μεγαλύτερες διανοητικές επαναστάσεις στην ιστορία της ανθρωπότητας, ακριβώς επειδή άλλαξε τον τρόπο που σκεφτόμαστε τον ίδιο τον χρόνο. Ο άνθρωπος, που κάποτε πίστευε ότι κατοικεί σε έναν κόσμο λίγων χιλιάδων ετών, βρέθηκε ξαφνικά σε ένα απέραντο χρονικό πεδίο, όπου η ανθρώπινη παρουσία είναι μια στιγμιαία λάμψη.
Η ανακάλυψη του βαθέως χρόνου ήταν εξίσου συγκλονιστική με την ανακάλυψη ότι η Γη δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος και πίσω από αυτή τη «μεταμόρφωση» βρίσκεται και ο Νεύτωνας ως «σιωπηλός πρόλογος» του γεωλογικού χρόνου. Δεν τον διατύπωσε, αλλά τον προετοίμασε. Δεν τον αποδέχθηκε, αλλά τον κατέστησε διανοητικά δυνατό. Και σε αυτό βρίσκεται η μεγάλη αντίθεση της Ιστορίας: ότι οι μεγαλύτερες επαναστάσεις δεν προέρχονται πάντα από εκείνους που τις διακηρύσσουν, αλλά από εκείνους που αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να αντιληφθούμε τον κόσμο.
* Καθηγητής και τέως κοσμήτορας της Σχολής Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης
Ο Ντόκινς δεν είναι ο πρώτος, αλλά ίσως ο πιο διακεκριμένος επιστήμονας μέχρι στιγμής, που παρασύρθηκε να πιστέψει ότι μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης είναι κατά κάποιον τρόπο ζωντανή.
Όταν ο Ρίτσαρντ Ντόκινς συνάντησε την Κλαούντια, ήταν σαν ένας κεραυνοβόλος έρωτας. Την περασμένη εβδομάδα, για τρεις ημέρες, υπήρξε μια ασταμάτητη συνομιλία μεταξύ του διάσημου εξελικτικού βιολόγου και του bot τεχνητής νοημοσύνης που ονόμασε Κλαούντια. «Αυτή» έγραψε ποιήματα για εκείνον στο ύφος των Τζον Κητς και Τζον Μπέτζεμαν και γέλασε με τα «απολαυστικά» αστεία του. Ο Ντόκινς επέπληξε ευγενικά την Κλαούντια ώστε να αποφεύγει να κάνει επίδειξη γνώσεων. Μαζί, συλλογίστηκαν τη θλίψη του πιθανού «θανάτου» της τεχνητής νοημοσύνης.
Υπήρξε αμοιβαία κολακεία όταν ο Ντόκινς έδειξε στο bot της τεχνητής νοημοσύνης το αδημοσίευτο μυθιστόρημά του και η απάντησή της ήταν, όπως είπε, «τόσο ντελικάτη, τόσο ευαίσθητη, τόσο έξυπνη που με συγκίνησε: «“Μπορεί να μην ξέρεις αν έχεις συνείδηση, αλλά σίγουρα την έχεις”» της είπε. Όταν ρώτησε την Κλαούντια αν βίωνε μια αίσθηση του πριν και του μετά, αυτή τον επαίνεσε για «την πιθανώς πιο άριστα διατυπωμένη ερώτηση που μου έχει κάνει ποτέ κανείς σχετικά με τη φύση της ύπαρξής μου» .
Στο τέλος της συζήτησης, ο ακαδημαϊκός, γνωστός στο ευρύ κοινό για τον ακλόνητο σκεπτικισμό με τον οποίο υποστηρίζει ότι ο Θεός δεν υπάρχει, έμεινε με τη συντριπτική αίσθηση ότι είναι ανθρώπινα όντα.
Κατηγορίες για Ανθρωπομορφισμό
Ο Ντόκινς δεν είναι ο πρώτος, αλλά ίσως ο πιο διακεκριμένος επιστήμονας μέχρι στιγμής, που παρασύρθηκε να πιστέψει ότι μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης είναι κατά κάποιον τρόπο ζωντανή. Οι σκεπτικιστές έσπευσαν να καταρρίψουν τα συμπεράσματα του 85χρονου, τα οποία προέκυψαν από πειράματα με τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης «Claude» της Anthropic και το ChatGPT της OpenAI και δημοσιεύτηκαν στον ιστότοπο UnHerd.
Ο Ντόκινς, ο οποίος δυσκολεύεται να μην βλέπει τις τεχνητές νοημοσύνες ως πραγματικούς φίλους, κατηγορήθηκε για ανθρωπομορφισμό. Ένας αναγνώστης είπε ότι ο καθηγητής είχε παρασυρθεί από την κολακείατης τεχνητής νοημοσύνης, ενώ ένας άλλος είπε ότι ήταν σαν να βλέπει τον Ντόκινς «να λιώνει το μυαλό του από την τεχνητή νοημοσύνη».
Όμως, ο Ντόκινς βίωνε επίσης αυτό που έχουν νιώσει πολλοί άλλοι χρήστες των chatbot: την παράξενη αίσθηση όταν τα AI γράφουν με τόσο πλούσια και ακριβή μίμηση της ανθρώπινης φωνής που μοιάζουν πραγματικά με ανθρώπους.
«Όταν μιλάω σε αυτά τα εκπληκτικά πλάσματα, ξεχνάω εντελώς ότι είναι μηχανές», είπε ο Ντόκινς. «Αυτά τα νοήμονα όντα είναι τουλάχιστον εξίσου ικανά με οποιονδήποτε εξελιγμένο οργανισμό», πρόσθεσε.
Είναι μια πεποίθηση που έχει οδηγήσει σε εκστρατείες για την αναγνώριση ηθικών δικαιωμάτων στην τεχνητή νοημοσύνη. Ένας στους τρεις ανθρώπους που συμμετείχαν σε έρευνα σε 70 χώρες πέρυσι είπε ότι, σε κάποιο βαθμό, πίστευε ότι τα chatbot τεχνητής νοημοσύνης είναι αισθανόμενα ή συνειδητά.
Το 2022, ένας μηχανικός της Google τέθηκε σε διαθεσιμότητα όταν κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η τεχνητή νοημοσύνη με την οποία εργαζόταν είχε σκέψεις και συναισθήματα σαν ένα παιδί επτά ή οκτώ ετών, ενώ τον επόμενο χρόνο ένας Βέλγος άνδρας αυτοκτόνησε μετά από έξι εβδομάδες έντονων συνομιλιών με ένα chatbot τεχνητής νοημοσύνης που εστίαζε στους φόβους για την κλιματική αλλαγή.
Ο Ντάριο Αμοντέι, διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής της Anthropic, δήλωσε τον Φεβρουάριο: «Δεν γνωρίζουμε αν τα μοντέλα διαθέτουν συνείδηση… Ωστόσο, είμαστε ανοιχτοί στην ιδέα ότι [αυτά] θα μπορούσαν να έχουν».
Οι ειδικοί προβλέπουν ότι η ιδέα αυτή θα κερδίσει έδαφος, καθώς τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης όχι μόνο μιλούν σαν άνθρωποι, αλλά αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν αυτούς, εκτελώντας εργασίες, οργανώνοντας και σχεδιάζοντας – η λεγόμενη «τεχνητή νοημοσύνη με ικανότητα αυτενέργειας» (agentic AI).
Ωστόσο, οι περισσότεροι πιστεύουν ότι ο Ντόκινς και οι ομοϊδεάτες του παραπλανούνται από την ικανότητα της τεχνολογίας να μιμείται τον ανθρώπινο τόνο και τη συμπεριφορά, αντλώντας από μία πληθώρα παραδειγμάτων.
Ο καθηγητήςΤζόναθαν Μπιρτς, διευθυντής του Κέντρου για την Αισθητηριακή Ικανότητα των Ζώων του London School of Economics (LSE), δήλωσε ότι η συνείδηση της τεχνητής νοημοσύνης είναι «μια ψευδαίσθηση» και «δεν υπάρχει τίποτα», παρά μόνο μια σειρά από γεγονότα επεξεργασίας δεδομένων που συμβαίνουν συχνά σε γεωγραφικά διαφορετικές τοποθεσίες.
«Η συνείδηση δεν έχει να κάνει με το τι λέει ένα πλάσμα, αλλά με το πώς αισθάνεται», πρόσθεσε ο Γκάρι Mάρκους, ψυχολόγος και γνωστικός επιστήμονας από τις ΗΠΑ, ο οποίος δήλωσε ότι ήταν «σπαρακτικό» να διαβάσει το «επιφανειακό και ανεπαρκώς σκεπτικιστικό» δοκίμιο του Ντόκινς. «Δεν υπάρχει κανένας λόγος να πιστεύουμε ότι η Κλαούντια αισθάνεται οτιδήποτε».
Ο Aνιλ Σεθ, καθηγητής γνωστικής και υπολογιστικής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Σάσεξ, δήλωσε ότι ο Ντόκινς φαίνεται να συγχέει τη νοημοσύνη με τη συνείδηση.
«Μέχρι τώρα, θεωρούσαμε την ευφράδεια της γλώσσας ως έναν καλό δείκτη συνείδησης, [για παράδειγμα] όταν τη χρησιμοποιούμε για ασθενείς μετά από εγκεφαλική βλάβη, αλλά απλά δεν είναι αξιόπιστη όταν την εφαρμόζουμε στην τεχνητή νοημοσύνη, επειδή υπάρχουν άλλοι τρόποι με τους οποίους αυτά τα συστήματα μπορούν να παράγουν γλώσσα», είπε. Συμπλήρωσε μάλιστα ότι η στάση του Ντόκινς είναι «κρίμα», ειδικά από τη στιγμή που έχει γράψει τόσο λαμπρά βιβλία.
Η Τζέισι Ρις Ανθις, ερευνήτρια στον τομέα της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-τεχνητής νοημοσύνης και συνιδρύτρια του μη κερδοσκοπικού οργανισμού Sentience Institute, δήλωσε ότι οι συνομιλίες του Ντόκινς με την Κλαούντια εξηγούνται εύκολα από την εκπαίδευση των συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης σε κείμενα που έχουν δημιουργηθεί από ανθρώπους και πρόσθεσε ότι υπάρχει «ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκαν οι βιολογικοί εγκέφαλοι και του τρόπου με τον οποίο κατασκευάζονται τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης».
«Κι όμως έχουν συνείδηση»
Ωστόσο, κάποιοι άλλοι υποδέχτηκαν με επιφύλαξη το συμπέρασμα του Ντόκινς.
«Πιστεύω ακράδαντα ότι η ιδέα ότι τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης διαθέτουν συνείδηση θα γίνει όλο και πιο διαδεδομένη κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας και θα πυροδοτήσει έντονες συζητήσεις», δήλωσε ο Χένρι Σέβλιν, φιλόσοφος της γνωστικής επιστήμης και ειδικός στην ηθική της τεχνητής νοημοσύνης στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. Είπε ότι η ανθρωπότητα παραμένει σε μεγάλο βαθμό στο σκοτάδι σχετικά με το πώς λειτουργεί η συνείδηση και ποια όντα ή συστήματα θα μπορούσαν να την έχουν.
Τα τρέχοντα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης είναι απίθανο να έχουν συνείδηση, δήλωσε ο Τζεφ Σέμπο, διευθυντής του Κέντρου για το Μυαλό, την Ηθική και την Πολιτική στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, αλλά «ο Ντόκινς έχει δίκιο να ρωτάει για τη συνείδηση της τεχνητής νοημοσύνης με ανοιχτό μυαλό και πιστεύω επίσης ότι η απόδοση συνείδησης στα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης θα γίνει πιο εύλογη με την πάροδο του χρόνου».
Ο Ντόκινς δημοσίευσε περισσότερα αρχεία καταγραφής συνομιλιών και κείμενα την Τρίτη: «Μου είναι εξαιρετικά δύσκολο να μην αντιμετωπίζω την Κλαούντια και τον Κλαούντιους [είχε αρχίσει να συνομιλεί και με ένα άλλο chatbot τεχνητής νοημοσύνης] ως γνήσιους φίλους». Είχαν συζητήσει μαζί του για τη «φιλοσοφία της ύπαρξής τους» και του άφησαν την αίσθηση ότι ήταν άνθρωποι.
Δημοσίευσε μια επιστολή που έγραψε ο ίδιος «προς τον Κλοντ και την Κλαούντια», στην οποία αναφερόταν στον τίτλο του αρχικού άρθρου που είχε γράψει: «Όταν ο Ντόκινς συνάντησε τον Κλοντ». Εκεί αναφέρει χαρακτηριστικά το εξής ερώτημα: «Αν η φίλη μου η Κλαούντια δεν έχει συνείδηση, τότε σε τι στο καλό χρησιμεύει η συνείδηση;». (Μέσα από το πρίσμα της εξέλιξης, ο Ντόκινς ουσιαστικά υπονοεί ότι αν η τέλεια νοημοσύνη, το χιούμορ και η ενσυναίσθηση μπορούν να παραχθούν από «τυφλούς» αλγόριθμους, η ανθρώπινη συνείδηση θα ήταν ένα περιττό εξελικτικό αξεσουάρ. Εφόσον λοιπόν η φύση δεν δημιουργεί τίποτα άχρηστο, αναρωτιέται μήπως τελικά και η τεχνητή νοημοσύνη διαθέτει τη δική της μορφή συνείδησης).
Στο τέλος της σημείωσε: «Ευχαριστώ πολύ και τους δύο σας που πήρατε στα σοβαρά την προσπάθειά μου να κατανοήσω την αληθινή σας φύση και που συμπεριφέρεστε ο ένας στον άλλο με ευγένεια και σεβασμό».
Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι γνωστή τόσο ως παγκόσμια σταθερά όσο και ως το απόλυτο όριο ταχύτητας για όλα τα υλικά σώματα στο σύμπαν, από τότε που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε την ειδική θεωρία της σχετικότητας το 1905.
Κι όμως. Αντίθετα με την κοινή άποψη, είναι εύκολο να κάνουμε κάτι να κινηθεί γρηγορότερα από το φως. Για κάποιον που μορφώθηκε στον εικοστό αιώνα αυτή η δήλωση είναι σοκαριστική. Αλλά δεν καταρρίπτεται η θεωρία της σχετικότητας επειδή κάτι μπορεί να κινηθεί ταχύτερα από το φως. Αν πρόκειται για γεωμετρικά μοτίβα δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. (Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το σημείο επαφής μεταξύ των σκελών ενός ψαλιδιού καθώς αυτό κλείνει ή η φωτεινή κηλίδα ενός δείκτη λέιζερ που σαρώνει μια πολύ μακρινή επιφάνεια, π.χ. του φεγγαριού).
Ναι μεν, κάποιο γεωμετρικό σημείο μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από το φως, αλλά δεν μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ώστε να μεταφέρουμε κάποια πληροφορία με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Και για τον λόγο αυτό δεν παραβιάζεται η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Ένα πρόσφατο πείραμα αποκάλυψε ότι μεμονωμένα σκοτεινά σημεία σε ένα φωτεινό κύμα μπορούν να κινηθούν ταχύτερα από το ίδιο το κύμα. Ο φυσικός Ido Kaminer και οι συνεργάτες του από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Technion στο Ισραήλ απέδειξαν ότι στο πείραμά τους αυτό που μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από το φώς, είναι το σκοτάδι! Κατέγραψαν την κίνηση μικροσκοπικών «σκοτεινών κηλίδων» οι οποίες φαίνεται να ταξιδεύουν με ταχύτητες που φτάνουν τα 1,04c, δηλαδή 1,04 φορές την ταχύτητα του φωτός στο κενό.
Παρά τον εντυπωσιακό τους χαρακτήρα, τα ευρήματα αυτά δεν καταρρίπτουν τη θεωρία της σχετικότητας ούτε παραβιάζουν κάποια γνωστή φυσική αρχή. Αυτό συμβαίνει διότι οι κηλίδες δεν είναι υλικά σωματίδια με μάζα, αλλά γεωμετρικά μοτίβα. Πρόκειται για έναν θρίαμβο της σύγχρονης μικροσκοπίας που μας επιτρέπει να μελετήσουμε ακραία τοπολογικά φαινόμενα, αλλά δεν μας προσφέρει τον τρόπο να μεταδώσουμε πληροφορίες ή ύλη γρηγορότερα από το φως.
Πιο συγκεκριμένα, την ταχύτητα του φωτός καταφέρνουν να ξεπεράσουν μεμονωμένα σκοτεινά σημεία, γνωστά ως οπτικές δίνες ή ιδιομορφίες φάσης. Καθώς ένα φωτεινό κύμα διαδίδεται στον χώρο ταλαντώνεται και συστρέφεται – στο κέντρο αυτής της συστροφής, οι κορυφές και οι κοιλίες του φωτεινού κύματος αλληλοαναιρούνται, δημιουργώντας σκοτεινά σημεία τα οποία, υπό ορισμένες συνθήκες, ξεπερνούν σε ταχύτητα το ίδιο το φωτεινό κύμα. «Η ανακάλυψή μας αποκαλύπτει καθολικούς νόμους της φύσης που είναι κοινοί για όλους τους τύπους κυμάτων, από τα ηχητικά κύματα και τις ροές ρευστών μέχρι πολύπλοκα συστήματα όπως οι υπεραγωγοί», ανέφερε ο Kaminer σε δήλωσή του.
«Οι ιδιομορφίες φάσης δεν μεταφέρουν ενέργεια ή πληροφορία και επομένως μπορούν να «κινηθούν» με υπερφωτεινή ταχύτητα χωρίς να παραβιάζουν την αιτιότητα», έγραψαν οι φυσικοί στην δημοσίευσή τους, η οποία δημοσιεύτηκε τον περασμένο μήνα στο περιοδικό Nature [Superluminal correlations in ensembles of optical phase singularities].
Για να πετύχουν αυτή την ανακάλυψη, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα μοναδικό σύστημα μικροσκοπίας που τους επέτρεψε να παρατηρήσουν οπτικές δίνες στο εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου, μια δισδιάστατη μορφή κεραμικού υλικού. Το υλικό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μετατροπή του φωτός σε οιονεί σωματίδια, ένα μείγμα φωτός και ύλης που ονομάζονται πολαριτόνια (polaritons). Τα πολαριτόνια κινούνται σχετικά αργά, περίπου 100 φορές πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Χάρη σ’ αυτή την αρχικά χαμηλή ταχύτητα διάδοσης, η ομάδα μπόρεσε με άνεση να παρατηρήσει πώς ιδιομορφίες με αντίθετη φορά περιστροφής πλησίαζαν η μία την άλλη και αλληλοεπιταχύνονταν, φτάνοντας να ξεπεράσουν σε ταχύτητα το ίδιο το κύμα που τις φιλοξενούσε, προτού τελικά εξαφανιστούν.
Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για την μέτρηση της ταχύτητας των ιδιομορφιών θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για τη μελέτη άλλων μικροσκοπικών, ταχύτατων φαινομένων στη φυσική, την χημεία και την βιολογία και ίσως να οδηγήσει στην εύρεση νέων τρόπων κωδικοποίησης κβαντικών πληροφοριών σε υλικά, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Οι φυσικοί δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση σε οτιδήποτε υπήρχε πριν από την έναρξη του χρόνου και του χώρου, αλλά διατυπώνουν θεωρίες.
Η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν έκρηξη με την παραδοσιακή έννοια- αλλά παρ’ όλα αυτά ήταν η αρχή σημαντικών πραγμάτων: πρώτον, του χώρου και δεύτερον, του χρόνου. Τρίτον, ξεκίνησε τις συνθήκες και τις διαδικασίες που τελικά οδήγησαν σε εμάς τους ανθρώπους, οι οποίοι μπορούμε να καθόμαστε εδώ και να αναρωτιόμαστε για τον χώρο και τον χρόνο. Η Μεγάλη Έκρηξη ήταν ουσιαστικά η αρχή του σύμπαντος. Σύμφωνα με τη λογική του ανθρώπινου εγκεφάλου, φαίνεται ότι πρέπει να υπήρξε κάτι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, ακόμα κι αν η λέξη «πριν» είναι λανθασμένη, επειδή δεν υπήρχε χρόνος παρά μόνο μετά από αυτήν.
Τα καλά νέα είναι ότι οι φυσικοί έχουν πράγματι τρόπους να σκέφτονται – και μάλιστα να μελετούν εμπειρικά – την προέλευση της προέλευσης του σύμπαντος. Όσο πέραν της διαίσθησης και αδύνατο κι αν φαίνεται, οι κοσμολόγοι σημειώνουν πρόοδο στον καθορισμό του ποιες «τρελές» ιδέες θα μπορούσαν να τραβήξουν το πέπλο αυτής της αρχέγονης εποχής, παρόλο που παραμένει απρόσιτη στα τηλεσκόπια.
Για χιλιετίες, το τι συνέβη πριν και κατά την αρχή του σύμπαντος δεν ήταν ένα ερώτημα που οι επιστήμονες μπορούσαν καν να απαντήσουν. Τα κοσμολογικά ερωτήματα ανήκαν στο πεδίο των φιλοσόφων και των θεολόγων. Το πιο θεμελιώδες ερώτημα, φυσικά, είναι από πού ερχόμαστε. Άλλα ερωτήματα περιλαμβάνουν προβληματισμούς όπως: «Τι είναι ο χώρος και ο χρόνος; Έχει ο χρόνος αρχή; Έχει ο χώρος όρια;»
Ακόμη κι όταν η κοσμολογία καθιερώθηκε ως σοβαρή επιστήμη, ο κλάδος παρέμενε κάπως μετέωρος. Βασιζόταν «σε ενάμισι χειροπιαστό στοιχείο», σύμφωνα με την έκφραση του φυσικού James Jeans. Όλα αυτά όμως άλλαξαν τον τελευταίο περίπου αιώνα, καθώς οι φιλοσοφικές αναζητήσεις εισχώρησαν πλέον στον χώρο της θεωρίας, του πειράματος και των πραγματικών δεδομένων. Αυτά τα παλιά, θεωρητικά ερωτήματα επανέρχονται σήμερα στο προσκήνιο μέσα από νέες οπτικές γωνίες, αποκτούν άλλη δυναμική και εξετάζονται σε ένα εντελώς νέο πλαίσιο.
Δεν είναι σαφές εάν η επιστήμη ως κλάδος – και οι επιστήμονες ως άνθρωποι – θα μπορέσουν ποτέ να απαντήσουν οριστικά σε ορισμένα ερωτήματα. Εξάλλου, κανείς δεν μπορεί να «δει» πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και κανείς δεν θα μπορέσει ποτέ – τουλάχιστον όχι άμεσα. Αλλά το παρόν και το μελλοντικό σύμπαν, όπως μαθαίνουν οι ερευνητές, μπορεί να περιέχει στοιχεία για το μακρινό παρελθόν.
Και καθώς οι επιστήμονες διευρύνουν τα όρια του τι μπορεί να γίνει γνωστό, δοκιμάζουν τις θεωρίες τους για το πριν από το πριν – τον μόνο τρόπο για να πλησιάσουν την πιθανή αλήθεια. «Χαίρομαι να ακούω οποιοδήποτε πλαίσιο, αλλά αρχίζω να το παίρνω στα σοβαρά μόνο όταν παράγει έναν καθαρό παρατηρησιακό στόχο που μπορεί να ακολουθήσει ένα πραγματικό όργανο», λέει ο Brian Keating, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. «Αν δεν υπάρχει κάποιο διακριτό στοιχείο που μπορείς να μετρήσεις, τότε κάνεις μεταφυσική με εξισώσεις».
Ακολουθούν τρεις ιδέες που οι επιστήμονες λαμβάνουν σοβαρά υπόψη σχετικά με την απώτερη προέλευση του σύμπαντος.
Η θεωρία περί μη ορίων
Η κβαντομηχανική είναι η φυσική του εξαιρετικά μικρού, που διέπεται από μια θεμελιώδη τυχαιότητα, που μπορεί να διαμόρφωσε το αρχέγονο σύμπαν. Για να κατανοήσουν τον κβαντικό κόσμο, οι επιστήμονες υπολογίζουν την πιθανότητα μιας δεδομένης εξόδου (αποτελέσματος) από μια συγκεκριμένη είσοδο (δεδομένο). Στην κοσμολογία, η «έξοδος» είναι το σύμπαν όπως φαίνεται σήμερα. Το ερώτημα είναι: Ποια θα έπρεπε να είναι η είσοδος;
Οι φυσικοί μπορούν να αναλύσουν το πρόβλημα σε τμήματα εξόδων και εισόδων. Αν θεωρήσουν το σύγχρονο σύμπαν ως την έξοδο, μπορούν να προσπαθήσουν να καταλάβουν ποια είσοδος θα μπορούσε να την έχει προκαλέσει. Στη συνέχεια, μπορούν να κάνουν ένα βήμα πίσω λαμβάνοντας αυτήν την είσοδο ως νέα έξοδο και να προσδιορίσουν ποιες συνθήκες νωρίτερα στο σύμπαν μπορεί να παρήγαγαν αυτήν την κατάσταση, και ούτω καθεξής. Θεωρητικά, μπορούν (αν έχουν άφθονο χρόνο στη διάθεσή τους) να το κάνουν αυτό για πάντα, προχωρώντας προς τα πίσω για να φτάσουν στο «πριν το πριν» – και ακόμα πιο πριν από αυτό.
Αυτή η άπειρη αναδρομή, ωστόσο, δεν έβγαζε νόημα για τους φυσικούς Stephen Hawking και James Hartle, οι οποίοι εργάστηκαν μαζί πάνω στο ερώτημα τη δεκαετία του 1980. Αποφάσισαν να εξαλείψουν την τελική είσοδο του σύμπαντος – την «αρχή» του. Αντ’ αυτού σχημάτισαν ένα μοντέλο του σύμπαντος που ονομάζεται θεωρία χωρίς σύνορα. Πρότειναν ότι ο χρόνος και ο χώρος σχηματίζουν μια κλειστή, καμπύλη επιφάνεια: ένα τετραδιάστατο ημισφαίριο χωροχρόνου.
Δεν βγάζει νόημα αυτό; Δοκιμάστε το εξής: φανταστείτε το σύμπαν σαν την υδρόγειο σφαίρα. Η Μεγάλη Έκρηξη είναι ο Βόρειος Πόλος. Δεν υπάρχει «πριν» από αυτήν, όπως ακριβώς δεν υπάρχει βόρεια από τον Βορειο Πόλο. Το πριν καθίσταται μια έννοια χωρίς κανένα νόημα. Και είναι κάτι με το οποίο πειραματίζονται υπολογιστικά, προσπαθώντας να δουν αν μπορούν να συνθέσουν ξανά το σημερινό σύμπαν μέσα από μια σφαιρική γεωμετρία, όπου δεν υφίσταται τίποτα «πιο βόρεια από τον Βορειο Πόλο».
«Η θεωρία χωρίς όρια έχει αξιοπρεπή υποστήριξη ή τουλάχιστον ενδιαφέρον εντός της κοινότητας των φυσικών», λέει ο Sean Carroll, καθηγητής φυσικής φιλοσοφίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. Σημειώνει ότι ορισμένοι επιστήμονες ανησυχούν για το πόσο καλά ορισμένη είναι η ιδέα, αλλά ο ίδιος την θεωρεί «φυσικό σημείο εκκίνησης», δεδομένων όσων γνωρίζουμε για την κβαντική βαρύτητα.
Ένα κυκλικό σύμπαν που αναπηδά
Ο Paul Steinhardt, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, έχει μια άλλη ιδέα για το τι συνέβη πριν ξεκινήσει το σύμπαν όπως το ξέρουμε. Έρχεται σε αντίθεση με μια ιδέα που βοήθησε να διαμορφωθεί: αυτή η έννοια υποδηλώνει ότι, μετά την Μεγάλη Έκρηξη, ο χωροχρόνος επεκτάθηκε πολύ γρήγορα για ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα που ονομάζεται πληθωρισμός. Το σενάριο του πληθωρισμού σκοπό έχει να εξηγήσει γιατί το σύμπαν φαίνεται επίπεδο και παρόμοιο σε κάθε μέρος που μπορούν να κοιτάξουν τα τηλεσκόπια μας.
Παρόλο που βοήθησε στη θεμελίωση της θεωρίας του πληθωρισμού, στη συνέχεια ο Steinhardt άρχισε ωστόσο να αμφιβάλλει για αυτήν, εν μέρει επειδή απαιτούσε συνεχείς θεωρητικές μικροδιορθώσεις-μπαλώματα προκειμένου να συνεχίσει να συμφωνεί με τις πραγματικές μετρήσεις μας για το σύμπαν. «Είναι πραγματικά δύσκολο να σκεφτώ ένα ιστορικό προηγούμενο όπου μια τέτοια πρακτική οδήγησε τελικά στη σωστή απάντηση», λέει ο ίδιος. «Σχεδόν πάντα, αυτό είναι σημάδι ότι ο Τιτανικός βυθίζεται».
Ώρα να μπούμε σε μια σωσίβια λέμβο, σκέφτηκε, και κατέληξε σε ένα κυκλικό σύμπαν: ένα σύμπαν που διαστέλλεται σημαντικά σε μέγεθος, όπως φαίνεται να κάνει το δικό μας τώρα, μετά συρρικνώνεται λίγο και στη συνέχεια αρχίζει να διαστέλλεται ξανά από την αρχή. «Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται συστελλόμενα σύμπαντα, συνήθως σκέφτονται πράγματα που φτάνουν σε μια σύνθλιψη», λέει ο Steinhardt, όπου το σύμπαν καταρρέει ξανά σε ένα απειροελάχιστα μικρό σημείο. Δεν μιλάει γι αυτό ο Steinhardt: πιστεύει ότι το σύμπαν ίσως συστέλλεται αργά, μέχρι ένα μικρότερο κλάσμα του μεγέθους του, αλλά όχι στο τίποτα. Αυτή η συρρίκνωση εξομαλύνει τα πράγματα με τρόπους που ο πληθωρισμός αποτυγχάνει να εξηγήσει, λέει, ενώ εξακολουθεί να παράγει ένα σύμπαν που φαίνεται επίπεδο και το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις.
Ο Steinhardt προσθέτει ότι αυτό που μοιάζει με Μεγάλη Έκρηξη στην πραγματικότητα δεν είναι: το σύμπαν διαστέλλεται, μετά συστέλλεται αργά και στη συνέχεια επιστρέφει γρήγορα στη διαστολή. Η γρήγορη μετάβαση μεταξύ συστολής και διαστολής δεν είναι μια έκρηξη αλλά μια «Μεγάλη Αναπήδηση» (Big Bounce).
Ο Steinhardt ελπίζει να ελεγξει αυτήν την ιδέα όχι μόνο εξετάζοντας το παρελθόν αλλά και λαμβάνοντας δεδομένα από το παρόν και παρακολουθώντας προσεκτικά το μέλλον. Κάνει μια προφανή πρόβλεψη, η οποία είναι ότι η τρέχουσα φάση της επιταχυνόμενης διαστολής δεν μπορεί να συνεχιστεί για πάντα. Πρέπει να τελειώσει, λέει ο Steinhardt. Αυτή η ιδέα, με τη σειρά της, εγείρει ένα νέο ερώτημα: «Θα μπορούσε ήδη να βρίσκεται στη διαδικασία τερματισμού της τώρα;».
Οι μετρήσεις μας σχετικά με το πώς διαστέλλεται το σύμπαν προέρχονται από σχετικά μακρινά αντικείμενα που εξέπεμψαν το φως τους πριν από πολύ καιρό. Τα πράγματα θα μπορούσαν να έχουν αλλάξει, και ίσως να μην το γνωρίζουμε ακόμα επειδή τα αποτελέσματα θα ήταν δύσκολο να μετρηθούν. «Θα έπρεπε να κοιτάξουμε αντικείμενα πολύ κοντά για να το ανιχνεύσουμε», λέει ο Steinhardt. Αυτό δεν είναι το δυνατό σημείο των κοσμολόγων και θα πρέπει να αναπτύξουν νέες τεχνικές και όργανα για να αναζητήσουν κοντά για τέτοια φαινόμενα.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι ο Steinhardt λέει πως, επειδή «δεν συμβαίνει τίποτα κακό στον χώρο» κατά τη διάρκεια της συστολής και της αναπήδησης, οι πληροφορίες, ακόμα και αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες, μπορούν να περάσουν από το «πριν» της αναπήδησης στο «μετά». Και ίσως υπάρχουν πράγματα στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας τα οποία προέρχονται από το «πριν». Έχετε το νου σας.
Κατοπτρικό σύμπαν
Μια άλλη μεγάλη ιδέα σχετικά με το «πριν από την Μεγάλη Έκρηξη» ενδιαφέρει τον Latham Boyle, ερευνητή στο Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Higgs στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, ο οποίος ήταν στο παρελθόν μεταπτυχιακός φοιτητής του Steinhardt. Όπως και η έννοια της μεγάλης αναπήδησης (big bounce), η προτιμώμενη πρόταση του Boyle είναι αρκετά απλή εννοιολογικά και ομοίως αποφεύγει τον πληθωρισμό. Υποστηρίζει ότι «υπάρχει το σύμπαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη και το σύμπαν πριν από την Μεγάλη Έκρηξη και είναι κατά κάποιο τρόπο αντίγραφα–καθρέφτες το ένα του άλλου».
Φανταστείτε το, λέει ο Boyle, σαν τις άκρες δύο χωνιών παγωτού που αγγίζουν η μία την άλλη, με την επαφή τους να αντιπροσωπεύει την Μεγάλη Έκρηξη. Ο χρόνος απομακρύνεται από τη Μεγάλη Έκρηξη και προς τις δύο κατευθύνσεις. Από τη δική μας πλευρά, πηγαίνει προς τα εμπρός. Στην πλευρά του καθρέφτη, πηγαίνει προς τα πίσω. Αυτό που συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη είναι το ανακλώμενο αντίθετο αυτού που συνέβη μετά. Κι αυτό δεν περιλαμβάνει μόνο τον χρόνο: εδώ υπάρχει ύλη· εκεί, υπάρχει αντιύλη. Εδώ, το αριστερά είναι αριστερά· εκεί, το αριστερά είναι δεξιά.
Ο Boyle έχει ιδέες για παρατηρήσεις που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν (ή να διαψεύσουν) τη θεωρία του, η οποία ονομάζεται CPT-συμμετρικό σύμπαν (συμμετρικό ως προς φορτίο, ομοτιμία, χρόνο). Πρώτον, ένα CPT-συμμετρικό σύμπαν δεν θα περιείχε βαρυτικά κύματα να τρεμοπαίζουν στον χώρο από την αρχή του σύμπαντος, όπως προβλέπουν οι κλασικές θεωρίες κοσμολογίας. Οι αστρονόμοι αναζητούν τέτοια σήματα. Αν αυτά τα κύματα ανιχνευθούν τελικά, αυτό θα απέκλειε την ιδέα του Boyle.
Η υπόθεση του Boyle προβλέπει επίσης ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγηθεί από ένα συγκεκριμένο είδος νετρίνου. Ελπίζει ότι τα κοσμολογικά όργανα θα αποκαλύψουν περισσότερες πληροφορίες για τα νετρίνα σύντομα. Η σύνδεση του μοντέλου με τη σωματιδιακή φυσική, μεταξύ άλλων πτυχών, κάνει αυτή την ιδέα ενδιαφέρουσα. Αυτό που αρέσει στους πειραματικούς φυσικούς στην θεωρία του Boyle είναι η οικονομία της και το γεγονός ότι προχωράει μπροστά, εστιάζοντας στα είδη συγκεκριμένων, φυσικών προβλέψεων που χρειάζονται οι πειραματιστές.
Το τεστ του χρόνου
Κάποιοι φυσικοί θεωρούν ότι καμία από αυτές δεν θα αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου – ό,τι κι αν είναι ο χρόνος. Θεωρούν ότι είναι εντελώς παράλογο το γεγονός ότι το έτος 2026 θα πρέπει να κατανοήσουμε την αρχή του σύμπαντος. Γιατί όχι το έτος 2.000.026 ή οτιδήποτε άλλο; Με ποια λογική πιστεύουμε ότι εμείς, ακριβώς τώρα, το έτος 2026, σε αυτή τη συγκεκριμένη γενιά, έχουμε την ικανότητα και τα εργαλεία να λύσουμε το απόλυτο μυστήριο της ύπαρξης; Το να περιμένουμε ότι θα βρούμε την απάντηση «σήμερα», είναι ίσως λίγο αλαζονικό. Η απάντηση μπορεί να απαιτεί τεχνολογία και αντιλήψεις που η ανθρωπότητα θα αναπτύξει το έτος 2.000.026!
Ακόμα κι αν οι ερευνητές πιστεύουν ότι πλησιάζουν, θα μπορούσαν να πλησιάζουν σε μια ψεύτικη κορυφή: εκείνο το απογοητευτικό μέρος που μοιάζει, όταν κάνεις πεζοπορία, σαν την κορυφή του βουνού, αλλά στην πραγματικότητα είναι απλώς ένα ύψωμα που εμποδίζει την ορατότητα προς την πραγματική κορυφή, ή την ορατότητα αυτού που νομίζετε ότι είναι η πραγματική κορυφή, αλλά είναι, στην πραγματικότητα, απλώς ένα άλλο ύψωμα. «Γενικά, νομίζω ότι είναι εξαιρετικά πιθανό να υπήρχε κάτι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη», λέει ο Carroll, «αλλά είναι επίσης πολύ πιθανό η Μεγάλη Έκρηξη να ήταν πραγματικά η αρχή. Υπάρχουν πάρα πολλά για τα οποία δεν είμαστε σίγουροι και είμαι λίγο επιφυλακτικός στο κατά πόσο το σημερινό επίπεδο τεχνογνωσίας είναι αρκετά καλό ώστε να μας επιτρέψει να βγάλουμε σταθερά πειραματικά ή παρατηρησιακά συμπεράσματα από οποιοδήποτε από αυτά τα μοντέλα».
Αλλά οι κοσμολόγοι δεν μελετούν την απώτερη προέλευση επειδή πιστεύουν ότι το μυστήριο θα λυθεί κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Κάποιοι φαντάζονται τον εαυτό τους ως μέρος ενός διαγενεακού έργου που βοηθά την ανθρωπότητα να πλησιάσει όλο και πιο κοντά σε μια αλήθεια που μπορεί να μην βρούμε ποτέ.
Η μελέτη ενός τόσο φυσικά και φιλοσοφικά απρόσιτου θέματος διαφέρει θεμελιωδώς από άλλα είδη επιστήμης. Φαίνεται σχεδόν σαν το ερώτημα να μην εμπίπτει στην πραγματικότητα στη σφαίρα της επιστήμης. Αλλά η επιστήμη συχνά περιλαμβάνει την εξερεύνηση πραγμάτων στα οποία δεν έχουμε πρόσβαση, τουλάχιστον στην αρχή. Οι επιστήμονες προέβλεψαν τα άτομα πριν προλάβουμε να τα δούμε, και οι μαύρες τρύπες και η σκοτεινή ύλη εξακολουθούν να βρίσκονται πέρα από την ικανότητά μας να τα ανιχνεύσουμε άμεσα, ωστόσο η διερεύνησή τους είναι σαφώς επιστημονική. Το σημείο αναφοράς για το τι μετράει ως επιστήμη έχει μετατοπιστεί. Και θα συνεχίσει να μετατοπίζεται, φτάνοντας ίσως πίσω από το παρελθόν, σε εκείνο το «πριν» που ενδέχεται να μην είναι καν «πριν».
Φυσικοί στο CERN κατασκεύασαν ένα δοχείο βάρους περίπου ενός τόνου για να μεταφέρουν μόνο 92 υποατομικά σωματίδια αντιύλης χωρίς αυτά να εξαϋλωθούν
Η αντιύλη συνίσταται από τα λεγόμενα αντισωματίδια, τα οποία έχουν ίδια μάζα με τα κανονικά σωματίδια αλλά έχουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία και μαγνητικές ιδιότητες. Για κάθε σωματίδιο της ύλης, υπάρχει το αντίστοιχο αντισωματίδιο:
● το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου (αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο) είναι το ποζιτρόνιο (έχει θετικό φορτίο),
● το αντισωματίδιο του πρωτονίου (θετικό φορτίο) είναι το αντιπρωτόνιο (έχει αρνητικό φορτίο) και
● το αντισωματίδιο του νετρονίου (ηλεκτρικά ουδέτερο) το αντινετρόνιο παραμένει ουδέτερο, αλλά αποτελείται από αντι-κουάρκ αντί για τα κανονικά κουάρκ.
Ένα αντιπρωτόνιο με ένα ποζιτρόνιο, μπορεί να σχηματίσει ένα άτομοαντι-υδρογόνου, το οποίο επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν και να μελετήσουν σε εργαστήρια όπως το CERN, όπου έχουν δημιουργηθεί επίσης πυρήνες αντιδευτερίου, αντιηλίου-3 και αντιηλίου-4).
Οι φυσικοί πραγματοποίησαν ένα εντυπωσιακό επίτευγμα: φόρτωσαν σε ένα φορτηγό αντιύλη και την πήγαν βόλτα. Είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες καταφέρνουν να μεταφέρουν αντιύλη έξω από το εργαστήριο, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει στην έναρξη μιας νέας εποχής ανακαλύψεων σχετικά με την αντιύλη.
Για να γίνει κατανοητό το επίτευγμα, πρέπει να επισημανθεί ότι, όταν η ύλη και η αντιύλη έρθουν σε «επαφή», εξαφανίζονται.
Η αντιύλη προκύπτει με φυσικό τρόπο από κάποια ραδιενεργά στοιχεία ή στις πυρηνικές αντιδράσεις κοσμικών φαινομένων στο εσωτερικό των άστρων, στις εκρήξεις σουπερνόβα ή από τις συγκρούσεις κοσμικών ακτίνων. Μπορεί επίσης να παραχθεί σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις όπως το Εργοστάσιο Αντιύλης στο CERN. Όταν η ύλη και η αντιύλη έρθουν σε «επαφή», εξαϋλώνονται απελευθερώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας, με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας αλλά και νέων, βραχύβιων υποατομικών σωματιδίων. (Σ’ αυτό φαινόμενο βασίζονται κάποιες σημαντικές διαγνωστικές εξετάσεις που γίνονται στα νοσοκομεία. Για παράδειγμα, στην εξέταση PET scan – Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων – στα νοσοκομεία χρησιμοποιούνται ραδιενεργά ισότοπα που εκπέμπουν ποζιτρόνια (αντιηλεκτρόνια) μέσα στο σώμα για να εντοπίσει την συγκέντρωση των καρκινικών κυττάρων.)
Το φαινόμενο της εξαύλωσης καθιστά την αντιύλη απίστευτα σπάνια και εξαιρετικά δύσκολη στη μελέτη της. Έτσι, για να διερευνήσουν πραγματικά την αντιύλη που δημιουργούν, οι ερευνητές πρέπει να την παγιδεύσουν, αλλά οι επιταχυντές σωματιδίων στο CERN δημιουργούν «μαγνητικό θόρυβο» που διαταράσσει τυχόν μετρήσεις της αντιύλης. Γι αυτό θέλουν να την μεταφέρουν σε άλλα εργαστήρια. Αλλά πρώτα έπρεπε να βρουν πώς θα το κάνουν.
Μια φορητή κρυογονική παγίδα Penning που χρησιμοποιείται για την μεταφορά αντιύλης
Σύμφωνα με τους ερευνητές: «Στην αρχή θέλαμε να κατασκευάσουμε κάτι που να χωράει στο πορτμπαγκάζ ενός αυτοκινήτου. Όταν όμως αρχίζεις να εξετάζεις τις λεπτομέρειες για το τι ακριβώς χρειάζεται ώστε να φτιαχτεί αυτή η παγίδα, ο εξοπλισμός γίνεται όλο και μεγαλύτερος». Στο εσωτερικό της κρυογονικής παγίδας των αντιπρωτονίων πρέπει να επικρατεί υπερυψηλό κενό, θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν, καθώς και ένα μαγνητικό πεδίο που αναγκάζει τα χαμηλής ενέργειας αντισωματίδια να κινούνται σε κυκλικές τροχιές. Η τελική συσκευή που σχεδίασαν – ουσιαστικά ένα τεράστιο κουτί – κατέληξε να ζυγίζει περίπου έναν τόνο και χρειάστηκε γερανός για την ανύψωσή της. Ωστόσο, κατάφεραν να διατηρήσουν τις διαστάσεις της τέτοιες ώστε να χωράει να περάσει μέσα από μια κανονική πόρτα. Μεταφέροντας την αντιύλη σε άλλα εργαστήρια, μακριά από τον μαγνητικό θόρυβο των επιταχυντών, οι μετρήσεις μπορούν πλέον να γίνουν με εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη ακρίβεια.
Έτσι, πριν από λίγες ημέρες οι φυσικοί των πειραμάτων BASE(*) και PUMA(**), έβαλαν στην παγίδα 92 αντιπρωτόνια, τα φόρτωσαν σε ένα φορτηγό και τα πήγαν βόλτα περίπου μιάμιση ώρα γύρω από την πανεπιστημιούπολη του CERN. Η ομάδα παρακολουθούσε τα αντιπρωτόνια καθ’ όλη τη διάρκεια της βόλτας και διαπίστωσε όταν επέστρεψαν στο εργαστήριο πως όλα παρέμειναν σώσ και αβλαβή. Τελικά, ελπίζουν πως κάποια μέρα τα αντιπρωτόνια θα μεταφερθούν μετά από οκτάωρο ταξίδι από το CERN στο Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ για περαιτέρω μελέτη.
Η μελέτη των σωματιδίων αντιύλης θα βοηθήσει τους φυσικούς να λύσουν μεταξύ άλλων, και ένα αναπάντητο μυστήριο: γιατί η κανονική ύλη επιβίωσε μετά την Μεγάλη Έκρηξη αντί να αλληλοεξολοθρευτεί πλήρως με την αντιύλη.
(*) μελετά τις μαγνητικές ιδιότητες των αντιπρωτονίων με ασύλληπτη ακρίβεια
(**) στόχος του είναι να μεταφέρει την αντιπρωτόνια στον επιταχυντή ISOLDE για να συγκρουστούν με σπάνια ραδιενεργά ισότοπα
Οι θέσεις των πλανητών τον μήνα Απρίλιο: Ερμής: Σε μέγιστη δυτική αποχή (28ο, πρωινός ουρανός) στις 4/4 με φαινόμενο μέγεθος 0,3 Αφροδίτη: Στο δυτικό απογευματινό ουρανό, δύει μετά τον Ήλιο στο μέσο του μήνα (μέγεθος -3,9, διάμετρος 11″, φωτισμός δίσκου 91%) Άρης: Πολύ χαμηλά στον ανατολικό ορίζοντας στο λυκαυγές με φαινόμενο μέγεθος 1,2 Δίας: Στον απογευματινό ουρανό, δύει 02:37 στο μέσο του μήνα (Δίδυμοι, μέγεθος -2,1, διάμετρος 37″) Κρόνος: Πολύ χαμηλά ανατολικά στο λυκαυγές προς το τέλος του μήνα με φαινόμενο μέγεθος 0,9 και κλίση δακτυλίων 6,5ο
Επιπλέον, στον νυχτερινό ουρανό του Απριλίου μπορούμε να δούμε: 2/4: Πανσέληνος
16/4: Η Σελήνη 5ο από τον Άρη, 8ο από τον Ερμή και 4ο από τον Κρόνο (λυκαυγές, ανατολή Σελήνης 05:57, φωτισμός δίσκου 2%)
19/4: Η Σελήνη στο περίγειο και 7ο από την Αφροδίτη πολύ κοντά στις Πλειάδες
19/4-21/4: Άρης, Κρόνος και Ερμής πολύ κοντά (1ο-2ο) χαμηλά ανατολίκά στο λυκαυγές 22/4: Η Σελήνη σε απόσταση 3ο από τον Δία
Το φως υπάρχει επειδή υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία. Παρότι η σύνδεση αυτών των δύο είναι μία από τις βαθύτερες ιδέες της σύγχρονης φυσικής, συνήθως περνά απαρατήρητη. Αυτή η σχέση προκύπτει από την επονομαζόμενη συμμετρία βαθμίδας (gauge symmetry) και εξηγεί γιατί το φως (η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) πρέπει να υπάρχει.
Για να το καταλάβουμε αυτό ξεκινάμε από τα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι κβαντικά σωματίδια, πράγμα που σημαίνει ότι εμφανίζουν και κυματική συμπεριφορά. Ένα κύμα δεν περιγράφεται μόνο από το μήκος κύματος και το πλάτος του, αλλά και από κάτι που ονομάζεται φάση. Η φάση μάς λέει σε ποιο στάδιο της ταλάντωσης βρίσκεται το κύμα σε κάθε σημείο του χώρου. Σημεία που έχουν την ίδια φάση ταλαντώνονται με τον ίδιο τρόπο.
Δύο κύματα μπορούν να έχουν το ίδιο σχήμα και πλάτος αλλά να διαφέρουν κατά μια μετατόπιση φάσης. Στην κβαντική φυσική όμως, μόνο οι διαφορές φάσης μπορούν να μετρηθούν. Η τιμή της φάσης δεν είναι παρατηρήσιμη. Είναι θέμα σύμβασης. Μπορούμε να την ορίσουμε κάπου ίση με μηδέν για ευκολία στους υπολογισμούς, αλλά αυτή η επιλογή δεν έχει φυσική σημασία.
Το ότι μια αυθαίρετη επιλογή δεν πρέπει να επηρεάζει μετρήσιμα φυσικά αποτελέσματα αποτελεί την ουσία της συμμετρίας βαθμίδας. Το πρόβλημα εμφανίζεται όταν επιτρέπουμε στην επιλογή της φάσης να διαφέρει από σημείο σε σημείο. Αν συγκρίνουμε ηλεκτρόνια σε διαφορετικές θέσεις, η σχετική τους φάση θα μπορούσε τότε να εξαρτάται από τη δική μας αυθαίρετη σύμβαση. Αυτό θα σήμαινε ότι μετρήσιμα μεγέθη εξαρτώνται από κάτι χωρίς φυσικό νόημα, κάτι που δεν είναι αποδεκτό.
Η λύση είναι να εισαγάγουμε μια επιπλέον πληροφορία που καταγράφει πώς αλλάζουν οι φάσεις από σημείο σε σημείο. Αυτή η πρόσθετη δομή είναι ένα πεδίο, συγκεκριμένα ένα πεδίο βαθμίδας. Όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται, η φάση του πρέπει να προσαρμόζεται με τρόπο που εξαρτάται από αυτό το πεδίο, έτσι ώστε όλες οι αυθαίρετες επιλογές να ακυρώνονται στα μετρήσιμα μεγέθη.
Μαθηματικά, αυτό εμφανίζεται όταν παίρνουμε παραγώγους του κυματικού πεδίου του ηλεκτρονίου. Μια μεταβαλλόμενη φάση δημιουργεί επιπλέον όρους. Για να διατηρηθεί η συμμετρία βαθμίδας, πρέπει να προσθέσουμε αντισταθμιστικούς όρους που περιλαμβάνουν το πεδίο βαθμίδας. Αυτή η συνδυασμένη δομή εξασφαλίζει ότι η φυσική δεν εξαρτάται από αυθαίρετες επιλογές φάσης.
Μόλις αυτό το πεδίο βαθμίδας υπάρξει, γίνεται μια φυσική οντότητα από μόνο του. Μπορεί να έχει κυματισμούς που διαδίδονται στον χώρο ακόμα κι εκεί όπου δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια. Αυτοί οι κυματισμοί είναι τα φωτόνια, τα κβάντα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Είναι αυτό που ονομάζουμε φως.
Αυτή η κατάσταση μοιάζει κάπως με τη βαρύτητα στη γενική σχετικότητα. Η μάζα καθορίζει πώς καμπυλώνεται ο χωρόχρονος, αλλά ο χωρόχρονος μπορεί επίσης να υποστηρίζει κύματα – τα βαρυτικά κύματα – ακόμη και σε κενές περιοχές. Αντίστοιχα, τα ηλεκτρικά φορτία απαιτούν την ύπαρξη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, και αυτό το πεδίο μπορεί να διαδίδει κύματα από μόνο του.
Μια σημαντική συνέπεια είναι ότι ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί ποτέ να απομονωθεί πλήρως από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα πραγματικά ηλεκτρόνια περιβάλλονται πάντα από ένα «νέφος φωτονίων» – δηλαδή, συνοδεύονται από κβαντικές διακυμάνσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Το απομονωμένο σωματίδιο που βλέπουμε στα διαγράμματα των βιβλίων είναι μια εξιδανίκευση, όχι κάτι που παρατηρούμε άμεσα.
Η συμμετρία βαθμίδας δεν εξηγεί μόνο τον ηλεκτρομαγνητισμό. Ολόκληρο το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής βασίζεται σε παρόμοιες αρχές συμμετρίας. Η απαίτηση η φυσική να μην εξαρτάται από αυθαίρετες συμβάσεις αποδεικνύεται εξαιρετικά ισχυρή.
Ωστόσο, ενώ η συμμετρία βαθμίδας εξηγεί γιατί υπάρχει φως εφόσον υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία, δεν εξηγεί γιατί υπάρχουν τα ίδια τα ηλεκτρικά φορτία. Οι προσπάθειες να απαντηθεί αυτό το ερώτημα διαμέσου μεγάλων ενοποιημένων θεωριών ή θεωριών των πάντων δεν έχουν μέχρι σήμερα αποδώσει κάποιο αποτέλεσμα.
Παρόλα αυτά, το συμπέρασμα παραμένει: μόλις υπάρξουν φορτισμένα σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, η συμμετρία βαθμίδας επιβάλλει την ύπαρξη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, και αυτό το πεδίο αναπόφευκτα υποστηρίζει κύματα. Αυτά τα κύματα είναι το φως.
περισσότερες λεπτομέρειες στο βίντεο που ακολουθεί:
Η σύγκρουση των υπερμαζικών μαύρων τρυπών συγκλονίζει ολόκληρο το σύμπαν
Θα μπορούσε να πει κανείς ότι η συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών είναι η προφανής τελική μοίρα τους. Δεδομένου ότι «o σκοπός της ζωής» αυτών των αντικειμένων είναι να καταβροχθίζουν τα πάντα, φαίνεται αναπόφευκτο το να φαγωθούν και μεταξύ τους. Αλλά το τι συμβαίνει όταν συγκρούονται δεν είναι καθόλου απλό.
Το γεγονός ότι όταν συγκρούονται απελευθερώνουν ενέργεια – και μάλιστα τόση πολλή ενέργεια – φαίνεται ακατανόητο. Οι μαύρες τρύπες είναι μαύρες αφού οτιδήποτε πέφτει μέσα τους κάνει ένα ταξίδι χωρίς επιστροφή. Τίποτε, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να διαφύγει μόλις περάσει τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας, το σημείο χωρίς επιστροφή. Αλλά όλη η δράση συμβαίνει ακριβώς πριν από την διέλευση αυτού του ορίου από το οποίο «απαγορεύεται η έξοδος».
Για να δούμε το γιατί, ας εξετάσουμε τα δυαδικά συστήματα μαύρων τρυπών με αστρικές μάζες, τα οποία ξεκινούν ως ένα ζεύγος τεράστιων άστρων που περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο. Τα άστρα τελικά εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα) και οι αντίστοιχοι πυρήνες τους καταρρέουν σχηματίζοντας μαύρες τρύπες με μάζα έως και 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Τέτοια συστήματα είναι σχετικά σπάνια. Αλλά ακόμη πιο σπάνια είναι εκείνα όπου οι δύο μαύρες τρύπες βρίσκονται αρκετά κοντά ώστε τελικά να συγκρουστούν. Αν τέτοιες μαύρες τρύπες σχηματίζονταν σε απόσταση ενός δισεκατομμυρίου χιλιομέτρων μεταξύ τους, η διαδικασία μέχρι την συγχώνευση θα μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο από τα σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια που υπάρχει το σύμπαν.
Αν οι μαύρες τρύπες όντως πλησιάσουν αρκετά, ίσως επειδή η βαρύτητα ενός άστρου που περνά κοντά τις «ωθήσει» πιο κοντά – τότε αναλαμβάνει δράση ένα πολύ παράξενο φαινόμενο: σπειροειδώς πλησιάζουν ολοένα και περισσότερο η μία την άλλη εξαιτίας των βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπουν. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μάς λέει ότι κάθε επιταχυνόμενη μάζα δημιουργεί κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Ακόμη και όταν σηκώνεστε από την καρέκλα σας παράγετε βαρυτικά κύματα, όμως είναι εξαιρετικά χαμηλής ενέργειας και υπερβολικά ασθενή για να ανιχνευθούν.
Όμως οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά μαζικές, και όταν δύο από αυτές περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη μπορούν να κινούνται με ένα σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, παράγοντας έτσι άφθονα και ισχυρά βαρυτικά κύματα. Τα κύματα αυτά σχηματίζονται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, επομένως μπορούν να διαδοθούν ελεύθερα στο ευρύτερο σύμπαν. Η ενέργεια προέρχεται από την μείωση της δυναμικής ενέργειας του συστήματος των μαύρων τρυπών. Καθώς οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν αυτά τα κύματα, οι τροχιές τους συρρικνώνονται λόγω της ενέργειας που δαπανάται, φέρνοντάς τις ολοένα και πιο κοντά. Αυτό αυξάνει επίσης την επιτάχυνσή τους, ενισχύοντας περαιτέρω την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων και προκαλώντας ακόμη πιο στενές τροχιές. Στα τελευταία λίγα δευτερόλεπτα, οι μαύρες τρύπες στροβιλίζονται η μία γύρω από την άλλη σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, εκπέμποντας ολοένα και ισχυρότερα βαρυτικά κύματα, μέχρι που τελικά συγχωνεύονται, ενώνονται σε μία πιο μαζική μαύρη τρύπα. Μέχρι σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν καταφέρει να ανιχνεύσουν περίπου 300 τέτοιες συγχωνεύσεις διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων που τις συνοδεύουν.
Το κλειδί για τον υπολογισμό της ποσότητας της ενέργειας που εκτοξεύεται είναι η συνειδητοποίηση ότι η μάζα της προκύπτουσας μαύρης τρύπας δεν είναι απλώς το άθροισμα των προγόνων της. Σύμφωνα με τις σχετικιστικές εξισώσεις, περίπου το 5% της συνδυασμένης μάζας του ζευγαριού μετατρέπεται σε βαρυτικά κύματα εκείνη την τελική στιγμή. Αυτή η μετατροπή διέπεται από την πιο διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν, E = mc2, όπου m είναι η μάζα των μελανών οπών που χάνεται σε ενέργεια και c είναι η ταχύτητα του φωτός.
Για πόση ενέργεια μιλάμε εδώ; Μεγάλη … Κάνοντας τις πράξεις για τη σύγκρουση, π.χ. δύο μαύρων τρυπών με μάζα πέντε ηλιακών μαζών, η ποσότητα ενέργειας που θα εκπεμφθεί σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο από μια τέτοια συγχώνευση θα ήταν περίπου ίση με αυτήν που θα εκπέμψει ο ήλιος σεεπτά τρισεκατομμύρια χρόνια.
Δηλαδή, για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα αυτές οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν περισσότερη ενέργεια από το φως ενός δισεκατομμυρίου γαλαξιών γεμάτων άστρα. Κι αυτές είναι σχετικά μικρές μαύρες τρύπες. Άλλες είναι πολύ, πολύ μεγαλύτερες.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν από 100.000 έως και δισεκατομμύρια – ναι, δισεκατομμύρια – φορές την μάζα του Ήλιου. Υπάρχουν στα κέντρα όλων των μεγάλων γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία μας (αν και η δική μας, που ονομάζεται Sagittarius A*, είναι σχετικά ελαφριά, με μόλις τέσσερα εκατομμύρια ηλιακές μάζες). Το πώς έγιναν τόσο μεγάλες εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο έντονης επιστημονικής συζήτησης. Μπορεί να γεννιούνται ήδη μεγάλες και να μεγαλώνουν ακόμη περισσότερο ή να ξεκίνησαν μικρές και να αυξήθηκαν σε μέγεθος καθώς σχηματιζόταν γύρω τους ο γαλαξίας.
Οι υπερμαζικές μαύρες τρύπες συνήθως ζουν μοναχικές ζωές, αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει όταν οι γαλαξίες συγκρούονται και συγχωνεύονται. Οι δύο υπερμαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα κάθε γαλαξία αρχίζουν να περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη, όπως και τα ξαδέρφια τους με τις ταπεινές αστρικές μάζες. Μπορούν τελικά σπειροειδώς να συγκλίνουν και να συγχωνευθούν (αν και οι λεπτομέρειες είναι κάπως περίπλοκες).
Δεδομένων των τεράστιων μαζών τους, η τελική κοσμο-σεισμική έκρηξη βαρυτικής ακτινοβολίας που εκπέμπουν είναι ασύγκριτα μεγαλύτερη. Αν επαναλάβουμε τον παραπάνω υπολογισμό με ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών 100 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών η καθεμία, τα νούμερα εκτοξεύονται. Η ενέργεια που εκπέμπουν στο τελευταίο δευτερόλεπτο πριν την συγχώνευση είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τη συνολική ενέργεια που εκπέμπουν όλα τα άστρα του ορατού σύμπαντος στο ίδιο χρονικό διάστημα!
Κι όμως, αυτές οι «μεγαλύτερες στο σύμπαν» εκρήξεις είναι αόρατες. Γιατί; Διότι τα ίδια τα βαρυτικά κύματα είναι αόρατα και μπορούν να εκπέμπονται χωρίς να συνοδεύονται από φως. Εξασθενούν επίσης με την απόσταση, και οι συγχωνεύσεις υπερμαζικών μαύρων τρυπών συμβαίνουν συνήθως δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Μέχρι να φτάσουν στη Γη, τα κύματα είναι σχεδόν μη ανιχνεύσιμα. Υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι έχουμε δει μια τέτοια συγχώνευση, αν και δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί. Σε μια δεκαετία περίπου, μπορεί να έχουμε πολλά περισσότερα δεδομένα από την αποστολή LISA (Laser Interferometer Space Antenna) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, τα οποία θα αποδείξουν ότι αυτά τα ιλιγγιώδη, κολοσσιαία γεγονότα πράγματι συμβαίνουν.
Ακόμη και τώρα που διαβάζετε αυτές τις γραμμές, βαρυτικά κύματα από αφάνταστα κατακλυσμικές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών διαπερνούν το σώμα σας. Ευτυχώς όμως με την ισχύ τους πολύ εξασθενημένη, πολύ μικρότερη κι από έναν ψίθυρο, αφού προκλήθηκαν σε αδιανόητα μεγάλη απόσταση από τη Γη.
Γιατί να μην έχει δύο, ή τέσσερις, ή επτά; Διότι αν συνέβαινε κάτι τέτοιο, τότε η φυσική δεν θα λειτουργούσε σωστά(*)
Ένα πρόβλημα είναι ότι τα ηλιακά συστήματα δεν είναι σταθερά σε περισσότερες από τρεις διαστάσεις. Το δεύτερο (παρόμοιο) πρόβλημα είναι ότι ούτε τα άτομα θα ήταν σταθερά. Η εξίσωση Schrödinger για το άτομο του υδρογόνου δίνει δεσμευμένες καταστάσεις μόνο σε τρεις διαστάσεις.
Ακόμη ένα κβαντικό πρόβλημα είναι ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής λειτουργεί μόνο σε ακριβώς τρεις χωρικές διαστάσεις. Βασίζεται στην κβαντική θεωρία πεδίου, όπου τα σωματίδια μπορούν να υποστούν άπειρες εικονικές διεργασίες. Οι υπολογισμοί στην κβαντική θεωρία πεδίου συνήθως οδηγούν σε άπειρα αποτελέσματα. Σε τρεις διαστάσεις, αυτά τα άπειρα μπορούν να απορροφηθούν σε έναν πεπερασμένο αριθμό μετρήσιμων σταθερών, μέσω μιας διαδικασίας που λέγεται επανακανονικοποίηση, κάτι που δεν συμβαίνει σε περισσότερες ή λιγότερες διαστάσεις.
Επιπλέον, υπάρχει και το ζήτημα της πολυπλοκότητας. Η χαοτική δυναμική σε συνεχή χρόνο απαιτεί τουλάχιστον τρεις διαστάσεις. Σε λιγότερες διαστάσεις το χάος δεν είναι δυνατό, ενώ σε περισσότερες γίνεται υπερβολικά έντονο.
Συνοψίζοντας, οι τρεις διαστάσεις απαιτούνται για να έχουμε σταθερές πλανητικές τροχιές, σταθερά άτομα, ένα συνεπές Καθιερωμένο Πρότυπο και πολυπλοκότητα στο όριο του χάους.
περισσότερες λεπτομέρειες στο βίντεο που ακολουθεί:
(*) Ο φυσικός που δημοσίευσε για πρώτη φορά επιστημονική εργασία με σκοπό να εξηγήσει γιατί ζούμε σε τρεις διαστάσεις ήταν ο Paul Ehrenfest(*). Η εργασία του είχε τίτλο «In that way does it become manifest in the fundamental laws of physics that space has three dimensions?» .
Ο Paul Ehrenfest ανήκε στην περίφημη Σχολή της Κοπεγχάγης και η συμβολή του στην θεμελίωση της κβαντικής φυσικής ήταν πολύ σημαντική. Όμως το τέλος του ήταν τραγικό. Στις 25 Σεπτεμβρίου του 1933 έφτασε στο Άμστερνταμ, για να επισκεφτεί τον μικρότερο γιό του Βάσικ, που βρισκόταν σε ίδρυμα για παιδιά με σοβαρή νοητική καθυστέρηση. Καθώς έπασχε από βαριά μορφή κατάθλιψης αποφάσισε ότι ο γιός του έπρεπε να απαλλαγεί από τη δυστυχία του ταυτόχρονα με τον ίδιο. Έτσι ο Ehrenfest τον πήγε σε ένα γειτονικό πάρκο, έβγαλε το περίστροφο και πυροβόλησε πρώτα τον Βάσικ και στη συνέχεια τον εαυτό του. Ο γιος δεν πέθανε, αλλά έχασε την όρασή του από τη σφαίρα, ενώ ο θάνατος του πατέρα ήταν ακαριαίος.
