Πώς ξεκίνησε το σύμπαν;

Οι νόμοι της φυσικής γενικά περιγράφουν το πώς εξελίσσεται ένα φυσικό σύστημα, δεδομένης της αρχικής του κατάστασης. Μια θεωρία όμως που θα εξηγεί την αρχή του σύμπαντος θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα εντελώς νέο είδος νόμου. Ο νόμος αυτός θα πρέπει να μπορεί να εξηγεί και την ίδια την αρχική κατάσταση. Εάν παρομοιάσουμε τους νόμους με οδικούς χάρτες που σου λένε πώς να φτάσεις απ’ το σημείο Α στο Β, οι νέοι νόμοι θα πρέπει να δικαιολογούν και γιατί ξεκινάς αρχικά απ’ το Α. Ως τώρα έχουν γίνει πολλές ενδιαφέρουσες προτάσεις προς αυτή την κατεύθυνση.

Το 1983, ο James B. Hartle του πανεπιστημίου της California στη Santa Barbara και ο Stephen Hawking του πανεπιστημίου του Cambridge χρησιμοποίησαν την κβαντομηχανική για να περιγράψουν το σύμπαν στο σύνολο του, κατασκευάζοντας

μια κοσμική κυματοσυνάρτηση ανάλογη με την κυματοσυνάρτηση για τα άτομα και τα στοιχειώδη σωμάτια. Η κυματοσυνάρτηση καθορίζει τις αρχικές συνθήκες του σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτή την προσέγγιση, η συνήθης διάκριση μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος παύει να υφίσταται στο πολύ πρώιμο σύμπαν, καθώς η διεύθυνση του χρόνου αποκτά τις ιδιότητες μίας χωρικής διεύθυνσης. Όπως ακριβώς δεν υπάρχει κάποιο όριο στο χώρο, έτσι δεν υπάρχει και κάποια αρχή στο χρόνο.

Κάνοντας μια εναλλακτική υπόθεση, ο Alexander Vilenkin του πανεπιστημίου Tufts πρότεινε την ύπαρξη κάποιου είδους φαινομένου σήραγγος στο οποίο μπορεί να υπολογιστεί η σχετική πιθανότητα για ένα σύμπαν με μηδενικό μέγεθος να μετατραπεί από μόνο του σε ένα πεπερασμένου μεγέθους σύμπαν.

Το 1998, ο Hawking μαζί με τον Neil Turok, επίσης στο Cambridge, πρότειναν την αυθόρμητη δημιουργία μιας φυσαλίδας, ίδιας με αυτή του ανοικτού πληθωρισμού, απ’ το τίποτα. Η νέα αυτή εκδοχή του ανοικτού πληθωρισμού παρακάμπτει την ανάγκη για την εισαγωγή της μετάπτωσης του ψευδοκενού.

Ωστόσο, ο Vilenkin και ο Andrei Linde του πανεπιστημίου του Stanford αμφισβήτησαν την εγκυρότητα των υποθέσεων που χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό. Ο Linde προσπάθησε να παρακάμψει το πρόβλημα των αρχικών συνθηκών αξιώνοντας ότι ο πληθωρισμός είναι μία διαδικασία χωρίς αρχή. Στην κλασική εικόνα, ο πληθωρισμός τερματίζεται καθώς το πεδίο inflaton (που δημιούργησε τον πληθωρισμό) φτάνει στο ελάχιστο του δυναμικού του. Λόγω όμως των κβαντικών διακυμάνσεων, το πεδίο μπορεί να κινηθεί και προς υψηλότερες ενέργειες.

Έτσι, υπάρχουν πάντα περιοχές στο σύμπαν – στην πραγματικότητα αυτές αποτελούντο μεγαλύτερο μέρος του όγκου του – που βρίσκονται στην πληθωριστική φάση. Αυτές περικλείουν θύλακες στους οποίους ο πληθωρισμός έχει σταματήσει και ένα σταθερό σύμπαν έχει αναπτυχθεί. Σε κάθε θύλακα, οι θεμελιώδεις φυσικές σταθερές έχουν ένα διαφορετικό σύνολο τιμών. Εμείς ζούμε σε εκείνον του οποίου οι τιμές των σταθερών επιτρέπουν την ύπαρξη μας. Το υπόλοιπο σύμπαν υφίστατο και θα υφίσταται πληθωρισμό για πάντα.

Όμως ο Vilenkin μαζί με τον Arvind Borde, επίσης στο Tufts, υποστήριξαν ότι αυτή η επέκταση της θεωρίας του πληθωρισμού δεν περιγραφεί πλήρως την προέλευση του σύμπαντος. Αν και ο πληθωρισμός μπορεί να είναι αιώνιος καθώς ο χρόνος κυλά προς τα εμπρός, τελικά απαιτείται να έχει μια αρχή.

Τέλος, οι J. Richard Gott III και Li-Xin Li του πανεπιστημίου του Princeton έκαναν πριν λίγα χρόνια την πρόταση ότι το σύμπαν είναι παγιδευμένο σε ένα συνεχή κύκλο, σαν κάποιο ταξιδιώτη στο χρόνο που γυρνά στο παρελθόν για να γίνει γονιός του εαυτού του. Για ένα τέτοιο πρόσωπο, δεν υπάρχει ανάγκη εξήγησης της προέλευσης του. Στην υπόθεση των Gott και Li, η φυσαλίδα μας διέφυγε απ’ αυτό το κυκλικό "πρωτοσύμπαν" και έτσι δε συμμετέχει στον αέναο κύκλο, αλλά αντιθέτως συνεχώς διαστέλλεται και ψύχεται.

Δυστυχώς, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο (ίσως όμως όχι αδύνατο) για τους αστρονόμους να ελέγξουν τις ιδέες αυτές. Ο πληθωρισμός εξάλειψε σχεδόν όλα τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά της κατάστασης που προηγήθηκε αυτού. Πολλοί φυσικοί υποψιάζονται ότι για μία πληρέστερη περιγραφή του προπληθωρισπκού σύμπαντος – και μία εξήγηση για την προέλευση των ίδιων των φυσικών νόμων – θα πρέπει να αναμένουμε μία πραγματικά θεμελιώδη φυσική θεωρία, ίσως τη θεωρία των χορδών.

Πριν περίπου 2.300 χρόνια ο φιλόσοφος Ζήνων ο Κιτιεύς από την Κύπρο, ιδρυτής της σχολής των Στωικών, είχε δώσει μιαν αρκετά διαφορετική εξήγηση για την κοσμογονία: «Κατά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα το Σύμπαν ολόκληρο εκπυρώνεται και ανασυντίθεται εκ νέου». Μια ανακύκλωση, δηλαδή, με εκπύρωση. Από αυτή την ιδέα οι θεμελιωτές της θεωρίας του ανακυκλούμενου Σύμπαντος βάφτισαν το ανασυσταθέν Σύμπαν «εκπυρωτικό». Στη θεωρία τους διαβλέπουν όντως μια αέναη αλυσίδα αναγεννήσεων, όμοια με αυτήν που διαπίστωσε μαθηματικά ο Ashtekar, από σύμπαντα που πορεύονται μέχρι θανάτου και ανασταίνονται διαστελλόμενα, για να ξαναρχίσει ο κύκλος της ζωής τους.

Ας περιμένουμε λοιπόν τη Θεωρία των Χορδών αν μπορέσει να λύσει το πρόβλημα των αρχικών συνθηκών στο Big Bang.

Από το physics4u

http://kalyterotera.blogspot.com