Μέχρι πριν από μία εβδομάδα ήταν μόνο μια τολμηρή αλλά ανεπιβεβαίωτη εικασία. Ομως, από ό,τι φαίνεται, το ειδικό τηλεσκόπιο BICEP2, που βρίσκεται στην Ανταρκτική, κατάφερε να ανιχνεύσει τα πρώτα βαρυτικά κύματα που παρήχθησαν από την εκρηκτική διαστολή του Σύμπαντος αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη.
Αν η ανίχνευση αυτών των πρωτογενών βαρυτικών κυμάτων επιβεβαιωθεί στο άμεσο μέλλον και από άλλες αστρονομικές παρατηρήσεις, τότε ενισχύεται η «πληθωριστική θεωρία» που διατείνεται ότι το νεογέννητο Σύμπαν, ενώ αρχικά ήταν ασύλληπτα πυκνό, πέρασε από μια φάση απότομης και πληθωριστικής διαστολής.
Αυτή η ιδιαίτερα προβεβλημένη από τα ΜΜΕ ανακάλυψη φαίνεται πως απαντά σε μερικά θεμελιώδη ερωτήματα της σύγχρονης Φυσικής και της Κοσμολογίας: όχι μόνο επιβεβαιώνει την «αυθαίρετη» επιλογή του Αϊνστάιν να εισαγάγει το 1916 στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας την «κοσμολογική σταθερά», αλλά ενδέχεται να μας αποκαλύψει τα βαθύτερα αίτια της «πληθωριστικής φάσης» στην εξέλιξη του πρώιμου Σύμπαντος, από την οποία εξαρτάται, όπως υποθέτουν οι ειδικοί, τόσο η σημερινή όσο και η μελλοντική του κατάσταση.
Γιατί η πρόσφατη ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων φαίνεται να επιβεβαιώνει το πληθωριστικό μοντέλο;
→Τα πρωτογενή βαρυτικά κύματα, αν και προβλέπονταν από τη θεωρία της σχετικότητας, παρέμεναν μέχρι πριν από μια εβδομάδα αόρατα. Κανείς δεν είχε καταφέρει ποτέ να τα απομονώσει από την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Η επίσημη ερμηνεία των νέων δεδομένων που προέκυψαν από το πείραμα «BICEP2» παρουσιάστηκε από τα ΜΜΕ ως η οριστική «απόδειξη» υπέρ του πληθωριστικού μοντέλου. Μέχρι όμως να επιβεβαιωθούν και από άλλα πειράματα, τίποτα δεν πρέπει να θεωρείται δεδομένο, πόσω δε μάλλον… αποδεδειγμένο
Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης
Η επίσημη ανακοίνωση έφτασε αργά το απόγευμα της προηγούμενης Δευτέρας (17 Μαρτίου). Στην κατάμεστη αίθουσα συνεντεύξεων του Κέντρου Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ στη Βοστόνη (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), ο Τζον Κόβατς (John Kovac) και ο Τσάο-Λιν Κουό (Chao-Lin Kuo), δύο επιφανείς Αμερικανοί αστροφυσικοί, έθεσαν τέλος στο όργιο παραπληροφόρησης που, πριν από τρεις ημέρες, είχε ξεσπάσει εξαιτίας μιας διαδικτυακής ανακοίνωσης σχετικά με μια συγκλονιστική αλλά ασαφή κοσμολογική ανακάλυψη, ίσως τη μεγαλύτερη ανακάλυψη του αιώνα.
«Εχουν συσσωρευτεί αποδείξεις ότι το Σύμπαν, πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, αμέσως μετά τη γέννησή του χάρη στη Μεγάλη Εκρηξη, υπέστη μια απότομη διαστολή, που αποκαλείται πληθωριστική, η οποία διήρκεσε μόνο ένα ελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου. Για πρώτη φορά, το σήμα αυτού του κοσμικού πληθωρισμού καταγράφτηκε χάρη σ’ ένα τηλεσκόπιο μικροκυμάτων που ονομάζεται BICEP2. Το ότι καταφέραμε να συλλέξουμε αυτό το σήμα αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της σύγχρονης Κοσμολογίας», όπως ανακοίνωσε περιχαρής ο Κόβατς.
Στα ίχνη βαρυτικών κυμάτων ή αναζήτηση φαντασμάτων;
Αν αυτές οι αστρονομικές παρατηρήσεις επιβεβαιωθούν, τότε οι κοσμολόγοι διαθέτουν, για πρώτη φορά, κάποια έμμεσα αλλά αρκετά ακριβή παρατηρησιακά δεδομένα για το τι ακριβώς συνέβη αμέσως μετά το Big Bang, τη Μεγάλη Εκρηξη που θεωρείται ως η πρώτη πράξη της δημιουργίας του Σύμπαντος.
Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων ήταν μία από τις προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, που διατυπώθηκε από τον Αϊνστάιν πριν από περίπου έναν αιώνα, το 1916. Και όπως υπέθεταν τότε, θα πρέπει να πρόκειται για ιδιαίτερα σπάνια αλλά αναμενόμενα φυσικά φαινόμενα που προκύπτουν όταν συγκρούονται στο Διάστημα δύο αστέρες νετρονίων ή δύο μαύρες τρύπες.
Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, όποτε συγκρούονται τέτοια τεράστιας μάζας κοσμικά αντικείμενα, παράγονται τοπικά πτυχώσεις ή «ρυτιδώσεις» στον χωρόχρονο («ripples in space-time»). Εκτοτε οι ειδικοί δεν έπαψαν να αναζητούν τέτοιες «ρυτιδώσεις» στη δομή του χωροχρόνου, χωρίς όμως σπουδαία αποτελέσματα, ίσως επειδή πρόκειται για εξαιρετικά σπάνια φαινόμενα: υπολογίζεται ότι σε κάθε γαλαξία συμβαίνουν μία φορά κάθε 10 χιλιάδες χρόνια! Οσο για τα ίδια τα βαρυτικά κύματα που παράγονται, αυτά είναι εξαιρετικά ασθενή, άρα απαιτούνται ειδικές και πολύ ευαίσθητες συσκευές παρατήρησης για την ανίχνευσή τους.
Εδώ και δεκαετίες, ήδη από τη δεκαετία του 1950, τα φευγαλέα βαρυτικά κύματα υπήρξαν αντικείμενο πολλών ερευνών. Ωστόσο, μόνο μετά την κατασκευή ισχυρών ανιχνευτικών τηλεσκοπίων, όπως το ευρωπαϊκό VIRGO και το αμερικανικό LIGO, άρχισε να διαφαίνεται κάποια ελπίδα για τον εντοπισμό τους.
To τηλεσκόπιο BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), ο πραγματικός πρωταγωνιστής της πρόσφατης εντυπωσιακής ανακάλυψης, σχεδιάστηκε με στόχο να ανιχνεύει την πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου κατά τη διάρκεια της λεγόμενης «πληθωριστικής φάσης» στην εξέλιξη του Σύμπαντος, με άλλα λόγια για να συλλέγουμε πληροφορίες σχετικά με το τι ακριβώς συνέβη στο Σύμπαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη.
Πράγματι, πριν από λίγες ημέρες, οι ερευνητές του τηλεσκόπιου BICEP2, που βρίσκεται στον αμερικανικό Σταθμό Αμουδσεν-Σκοτ στην Ανταρκτική, ανακοίνωσαν ότι, για πρώτη φορά, κατάφεραν να ανιχνεύσουν ίχνη των βαρυτικών κυμάτων αναλύοντας την πόλωση που αυτά προκαλούν στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (Cosmic Microwave Background ή CMB).
Ομως, τι ακριβώς κατάφεραν αυτοί οι αστροφυσικοί; Επί τρία χρόνια ανέλυαν τα μοτίβα της πόλωσης, δηλαδή τις μεταβολές στον προσανατολισμό των κυμάτων της ακτινοβολίας υποβάθρου, μεταβολές που εμφανίζονται ως «δίνες». Ετσι, με τη βοήθεια ισχυρών υπολογιστών, κατάφεραν να εντοπίσουν τα βαρυτικά κύματα, τα οποία έχοντας αλλάξει μοτίβο πόλωσης εμφανίζονταν ως «δίνες». Και αυτές οι «δίνες», που ονομάζονται «B-modes», θεωρείται ότι αποτελούν τα έμμεσα ίχνη, δηλαδή τα απομεινάρια ή, αν προτιμάτε, τα «φαντάσματα» των αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων που παρήχθησαν κατά την πληθωριστική φάση της εξέλιξης του Σύμπαντος.
Σημειωτέον ότι σήμερα είναι εφικτή μόνο η έμμεση επιβεβαίωση του πληθωριστικού μοντέλου. Η δυνατότητα μιας απευθείας πειραματικής επιβεβαίωσης είναι απίθανη εξαιτίας της περιορισμένης ευαισθησίας των διαθέσιμων μηχανών ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων. Για μια πιο άμεση επιβεβαίωση θα πρέπει να περιμένουμε την κατασκευή νέων ισχυρών τηλεσκοπίων-ανιχνευτών, όπως π.χ. η Διαστημική Κεραία Συμβολομετρίας (Laser Interferometer Space Antenna ή LISA).
Πληθωρισμός: από την οικονομία στην κοσμολογία
Τα πρωτογενή βαρυτικά κύματα, μολονότι προβλέπονταν από τη θεωρία της σχετικότητας (βλ. ειδικό πλαίσιο), παρέμεναν μέχρι πριν από μια εβδομάδα αόρατα για την επιστήμη. Κανείς δεν είχε καταφέρει να τα απομονώσει μέσα στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB) η οποία έχει απομείνει από τη Μεγάλη Εκρηξη και επί 14 δισεκατομμύρια χρόνια -τόσο υπολογίζεται η ηλικία του Σύμπαντος- διατρέχει τον χωρόχρονο.
Σαν ένα βαρυτικό τσουνάμι, αυτά τα βαρυτικά κύματα, που δημιουργήθηκαν μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, διέτρεξαν ομοιογενώς και αποτυπώθηκαν ανεξίτηλα στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Και τώρα οι ερευνητές στο BICEP2 ισχυρίζονται ότι κατάφεραν να ανιχνεύσουν τα έμμεσα ίχνη αυτής της αποτύπωσης των βαρυτικών κυμάτων!
Αν αυτό το πείραμα επαναληφθεί από διαφορετικά παρατηρητήρια και δώσει τα ίδια ακριβώς αποτελέσματα, τότε ενισχύεται η άποψη της πλειονότητας των ειδικών που, από καιρό, υποστηρίζει το πληθωριστικό μοντέλο εξέλιξης του Σύμπαντος. Καθώς και όσων ισχυρίζονται πως τα «Πάντα» δημιουργήθηκαν πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια, από μια εντελώς ανεξήγητη Μεγάλη Εκρηξη.
Στην ιστορία της Φυσικής αλλά και γενικότερα της επιστήμης, υπήρξαν πολλές θεμελιώδεις ανακαλύψεις που είτε προβλέπονται από την κυρίαρχη θεωρία είτε προέκυψαν απροσδόκητα ανατρέποντας το κυρίαρχο μέχρι τότε εξηγητικό μοντέλο. Στην προκειμένη περίπτωση, φαίνεται πως έχουμε να κάνουμε με την επιβεβαίωση του κυρίαρχου κοσμολογικού Παραδείγματος.
Το πληθωριστικό κοσμολογικό Παράδειγμα υποστηρίζει ότι κατά τη διάρκεια μιας πολύ πρώιμης και σύντομης περιόδου, το Σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται και να διογκώνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις και μάλιστα με εκθετικούς και απίστευτα γρήγορους ρυθμούς. Σε αντίθεση με τον οικονομικό πληθωρισμό, που είναι πάντα καταστροφικός για τις νεωτερικές κοινωνίες, ο κοσμολογικός πληθωρισμός θεωρείται η προϋπόθεση της διαμόρφωσης του Σύμπαντος όπως το γνωρίζουμε.
Παρά το ομοιόμορφο και ομοιότροπο της συμπαντικής διαστολής, το πληθωριστικό μοντέλο προβλέπει, όπως είδαμε, την ύπαρξη διακυμάνσεων στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Αυτές οι διακυμάνσεις συνιστούν τα κατάλοιπα ή, ακριβέστερα, ερμηνεύονται ως τα «αποτυπώματα» που προέκυψαν κατά τη φάση της πληθωριστικής διαστολής. Είναι όμως όλα αυτά τόσο απλά και αναμφισβήτητα όσο παρουσιάστηκαν από τα διεθνή και τα τοπικά ΜΜΕ;
Στην επιστήμη δεν υπάρχουν απόλυτες και οριστικές αλήθειες
Σύμφωνα λοιπόν με το πληθωριστικό μοντέλο, ακριβώς 10 εις την μείον 34 (10-34) δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, ο ασύλληπτα συμπιεσμένος, μέχρι τότε, χωροχρόνος υπέστη μια βίαιη και εκθετική διαστολή. Αυτή η πρώιμη εκρηκτική διαστολή του Σύμπαντος άρχισε κατόπιν να επιβραδύνεται μέχρι να φτάσει στους σημερινούς συγκριτικά πολύ πιο αργούς ρυθμούς διαστολής.
Και τα βαρυτικά κύματα, που ανιχνεύτηκαν από το BICEP2, θεωρούνται όχι μόνο ως μια ένδειξη αυτού του μοναδικού κοσμοϊστορικού συμβάντος αλλά ως η απόδειξη της αλήθειας του πληθωριστικού μοντέλου.
Οι περισσότεροι αστροφυσικοί και κοσμολόγοι υιοθέτησαν αμέσως το πληθωριστικό μοντέλο επειδή εξηγεί ικανοποιητικά γιατί το Σύμπαν εμφανίζεται παντού ομοιόμορφο και ομοιότροπο. Δυστυχώς όμως αυτό το μοντέλο δεν μπορεί ακόμη να εξηγήσει γιατί και κυρίως το πώς συνέβησαν όλα αυτά!
Οσον αφορά το πώς και το γιατί έλαβε χώρα αυτή η πληθωριστική εξέλιξη του Σύμπαντος, η επικρατέστερη επίσημη «εξήγηση», αν και ευφάνταστη, απέχει πολύ από το να θεωρείται ικανοποιητική. Και ο μηχανισμός που προτείνει, δηλαδή η αντιστροφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων από ελκτικές σε απωστικές, ουδέποτε επιβεβαιώθηκε από αστρονομικές ή πειραματικές παρατηρήσεις.
Ολοένα και περισσότεροι επιφανείς φυσικοί ασκούν κριτική και εκφράζουν σοβαρές αντιρρήσεις στη μόδα να υιοθετεί η επιστημονική κοινότητα με μεγάλη ευκολία θεωρίες ιδιαίτερα ευφάνταστες, οι οποίες όμως δεν μπορούν ούτε να επιβεβαιωθούν αλλά ούτε καν να διαψευστούν (π.χ. οι θεωρίες των Χορδών, των Πάντων κοκ). Και η πληθωριστική κοσμολογική θεωρία φαίνεται ότι πάσχει από το ίδιο πρόβλημα: δεν είναι διαψεύσιμη! Σύμφωνα μάλιστα με τους επικριτές, το πληθωριστικό μοντέλο θυμίζει περισσότερο τις επί τούτου κατασκευασμένες θρησκευτικές δοξασίες και τις κοινωνικές ιδεολογίες παρά μια αυστηρή φυσική θεωρία.
Πιο συγκεκριμένα, οι πρόσφατες παρατηρήσεις στο BICEP2 αποτελούν όντως μια σημαντική είδηση, που ωστόσο θα πρέπει να επιβεβαιωθεί από άλλα πειράματα. Κατόπιν, θα πρέπει η μικροφυσική υψηλών ενεργειών να προτείνει κάποιον κοινά αποδεκτό μηχανισμό εξήγησης αυτών των φαινομένων. Μόνο τότε η Φυσική θα μπορούσε να ερμηνεύσει αυτά τα νέα παρατηρησιακά δεδομένα καταφεύγοντας σε κάποια από τις επικρατέστερες κοσμολογικές θεωρίες. Η οποία ενδέχεται κάλλιστα να μην είναι η πληθωριστική θεωρία.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
Αϊνστάιν: ακόμη και το «μεγαλύτερο σφάλμα του» αποδεικνύεται σήμερα ορθό
Οταν, πριν από έναν αιώνα, ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της γενικής σχετικότητας, ήταν απολύτως βέβαιος ότι το Σύμπαν στο σύνολό του είναι στατικό, αφού διέπεται από αιώνιους και αμετάβλητους φυσικούς νόμους.
Η άκρως δελεαστική ιδέα ενός στατικού και αμετάβλητου στον χρόνο φυσικού κόσμου αντιμετωπίζει ωστόσο ένα σοβαρό πρόβλημα: κάποια χρονική στιγμή αυτό το στατικό Σύμπαν θα κατέρρεε υπό το ίδιο του το βάρος! Για να λύσει αυτόν τον γρίφο ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι η ελκτική δύναμη της βαρύτητας αντισταθμίζεται από την απωθητική δύναμη της αντιβαρύτητας.
Για να εκφράσει αυτήν την απωθητική δράση της αντιβαρύτητας εισήγαγε (αυθαίρετα ή από διαίσθηση;) την περίφημη «κοσμολογική σταθερά», γεγονός που εξασφάλιζε την προκατάληψή του περί ενός στατικού Σύμπαντος. Λίγα χρόνια αργότερα, όταν έμαθε για τις αστρονομικές παρατηρήσεις του Εντουιν Χαμπλ, που υποδείκνυαν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, ομολόγησε ότι η κοσμολογική σταθερά ήταν «η μεγαλύτερη γκάφα της ζωής του».
Και όλα έδειχναν ότι είχε δίκιο! Ωστόσο, το 1998 οι αστρονομικές παρατηρήσεις των σουπερνόβα (υπερκαινοφανών αστέρων) στους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες υποδήλωναν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται. Γι’ αυτόν τον λόγο οι φυσικοί εισήγαγαν την έννοια της «σκοτεινής ενέργειας»: μια σύγχρονη εκδοχή της κοσμολογικής σταθεράς του Αϊνστάιν!
Οπως παρατηρεί ο Λι Σμόλιν (Lee Smolin) στο ιδιαίτερα κατατοπιστικό βιβλίο του «Θεωρία χορδών: όλα ή τίποτα;» (κυκλοφορεί από τις εκδ. Τραυλός), «μπαίνουμε στον πειρασμό να πούμε ότι, αν ο Αϊνστάιν ήταν πράγματι ιδιοφυΐα, θα έπρεπε να είχε εμπιστευθεί τη θεωρία του περισσότερο από την προκατάληψή του και να είχε προβλέψει τη διαστολή του Σύμπαντος. Πιο γόνιμο ωστόσο θα ήταν να διδασκόμασταν από την ιστορία αυτή πόσο δύσκολο είναι, ακόμη και για τους τολμηρότερους διανοητές, να εγκαταλείψουν προαιώνιες πεποιθήσεις».
