Μήπως το σύμπαν δεν έχει αρχή… και υπήρχε πάντα

Σύνταξη: ecozen.gr

Μια νέα θεωρία κβαντικής βαρύτητας έρχεται να ανατρέψει τα όσο η επιστήμη υποστήριζε για το σύμπαν μέχρι σήμερα. Έρχεται να αμφισβητήσει τη Μεγάλη Έκρηξη και να θέσει νέα δεδομένα.

Στην αρχή, υπήρχε… αλλά ίσως δεν υπήρχε αρχή. Ίσως το σύμπαν μας υπήρχε πάντα – και μια νέα θεωρία της κβαντικής βαρύτητας αποκαλύπτει πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει.

“Η πραγματικότητα έχει τόσα πολλά πράγματα που οι περισσότεροι θα συσχετίζαμε με επιστημονική φαντασία ή ακόμα και με φαντασία”, δήλωσε ο Μπρούνο Μπέντο, φυσικός που μελετά τη φύση του χρόνου στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ στο Ηνωμένο Βασίλειο

Μονάδα χωροχρόνου

Στο έργο του, χρησιμοποίησε μια νέα θεωρία για την κβαντική βαρύτητα, που ονομάζεται θεωρία αιτιώδους συνόλου, στην οποία ο χώρος και ο χρόνος διασπώνται σε διακριτά κομμάτια του χωροχρόνου. Σε κάποιο επίπεδο, υπάρχει μια θεμελιώδης μονάδα χωροχρόνου, σύμφωνα με αυτή τη θεωρία.

Ο Μπέντο και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αυτή την αιτιώδη προσέγγιση για να εξερευνήσουν την αρχή του σύμπαντος. Διαπίστωσαν ότι είναι πιθανό το σύμπαν να μην είχε αρχή – ότι πάντα υπήρχε στο άπειρο παρελθόν και μόλις πρόσφατα εξελίχθηκε σε αυτό που ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη.

Ένα κβάντο βαρύτητας

Η κβαντική βαρύτητα είναι ίσως το πιο εκνευριστικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη φυσική. Έχουμε δύο εξαιρετικά αποτελεσματικές θεωρίες για το σύμπαν: την κβαντική φυσική και τη γενική σχετικότητα. Η κβαντική φυσική παρήγαγε μια επιτυχημένη περιγραφή τριών από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης  (ηλεκτρομαγνητισμός, αδύναμη δύναμη και ισχυρή δύναμη) σε μικροσκοπικές κλίμακες. Η γενική σχετικότητα, από την άλλη πλευρά, είναι η πιο ισχυρή και πλήρης περιγραφή της βαρύτητας που επινοήθηκε ποτέ.

Αλλά παρά τα πλεονεκτήματά της , η γενική σχετικότητα είναι ελλιπής. Σε τουλάχιστον δύο συγκεκριμένα σημεία του σύμπαντος, τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας απλά καταρρέουν, αποτυγχάνοντας να παράγουν αξιόπιστα αποτελέσματα: στο κέντρο των μαύρων τρυπών και στην αρχή του σύμπαντος. Αυτές οι περιοχές ονομάζονται “ιδιαιτερότητες”, οι οποίες είναι σημεία στο χωροχρόνο όπου οι σημερινοί νόμοι της φυσικής μας καταρρέουν και είναι μαθηματικά προειδοποιητικά σημάδια ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας κάπου “δεν στέκει”. Και στις δύο αυτές ιδιαιτερότητες, η βαρύτητα γίνεται απίστευτα ισχυρή σε πολύ μικρές κλίμακες μήκους.

Ως εκ τούτου, για να λύσουν τα μυστήρια των ιδιαιτεροτήτων, οι φυσικοί χρειάζονται μια μικροσκοπική περιγραφή της ισχυρής βαρύτητας, που ονομάζεται επίσης κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας των χορδών και της κβαντικής βαρύτητας  βρόχου .

Υπάρχει επίσης και μια άλλη προσέγγιση που ξαναγράφει πλήρως την αντίληψή μας για το χώρο και το χρόνο.

Η θεωρία των αιτιωδών συνόλων

Σε όλες τις τρέχουσες θεωρίες της φυσικής, ο χώρος και ο χρόνος είναι συνεχείς. Σχηματίζουν έναν “λείο ύφασμα”ο που διέπει όλη την πραγματικότητα. Σε έναν τέτοιο συνεχή χωροχρόνο, δύο σημεία μπορούν να βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο κοντά το ένα στο άλλο στον χώρο, και δύο γεγονότα μπορούν να συμβαίνουν όσο το δυνατόν πιο κοντά το ένα στο άλλο στον χρόνο.

Μια άλλη προσέγγιση όμως, που ονομάζεται αιτιώδης θεωρία συνόλων,επαναπροσδιορίζει εκ νέου το χωροχρόνο ως μια σειρά διακριτών κομματιών ή χωροχρονικών “ατόμων”. Αυτή η θεωρία θα θέσει αυστηρά όρια στο πόσο κοντά μπορεί να είναι τα γεγονότα στο χώρο και στο χρόνο, αφού δεν μπορούν να είναι πιο κοντά από το μέγεθος του “ατόμου”.

Σαν εικονοστοιχεία

Για παράδειγμα, αν κοιτάζετε την οθόνη σας διαβάζοντας αυτό, όλα φαίνονται ομαλά και συνεχή. Αλλά αν κοιτάξετε την ίδια οθόνη μέσω μεγεθυντικού φακού, μπορεί να δείτε τα εικονοστοιχεία που χωρίζουν το χώρο και θα διαπιστώσετε ότι είναι αδύνατο να φέρετε δύο εικόνες στην οθόνη σας πιο κοντά από ένα εικονοστοιχείο.

Αυτή η θεωρία της φυσικής ενθουσίασε τον Μπέντο. «Ενθουσιάστηκα που βρήκα αυτή τη θεωρία, η οποία όχι μόνο προσπαθεί να γίνει όσο το δυνατόν πιο θεμελιώδης-είναι μια προσέγγιση στην κβαντική βαρύτητα και στην πραγματικότητα επανεξετάζοντας την έννοια του ίδιου του χωροχρόνου-αλλά που δίνει επίσης έναν κεντρικό ρόλο στον χρόνο και στο τι αυτό φυσικά σημαίνει ότι πρέπει να περάσει ο χρόνος, πόσο φυσικό είναι το παρελθόν σας και αν το μέλλον υπάρχει ήδη ή όχι », δήλωσε ο Μπέντο στο Live Science.

Για παράδειγμα, αν κοιτάτε την οθόνη σας διαβάζοντας αυτό το κείμενο, όλα φαίνονται ομαλά και συνεχή. Αλλά αν κοιτάζατε την ίδια οθόνη μέσα από έναν μεγεθυντικό φακό, θα μπορούσατε να δείτε τα εικονοστοιχεία που χωρίζουν τον χώρο και θα διαπιστώνατε ότι είναι αδύνατο να φέρετε δύο εικόνες στην οθόνη σας πιο κοντά από ένα μόνο εικονοστοιχείο.

Αυτή η θεωρία της φυσικής ενθουσίασε τον Μπέντο. «Ενθουσιάστηκα όταν βρήκα αυτή τη θεωρία, η οποία όχι μόνο προσπαθεί να είναι όσο το δυνατόν πιο θεμελιώδης αλλά δίνει και κεντρικό ρόλο στον χρόνο. Για παράδειγμα τι σημαίνει ότι περνάει ο χρόνος, πόσο φυσικό είναι πραγματικά το παρελθόν σας και αν το μέλλον υπάρχει ήδη ή όχι», δήλωσε ο ερευνητής στο Live Science.

Αρχή του χρόνου

Η θεωρία αυτή έχει σημαντικές συνέπειες για τη φύση του χρόνου.

«Ένα τεράστιο μέρος της θεωρίας αυτής είναι ότι το πέρασμα του χρόνου είναι κάτι φυσικό, ότι δεν πρέπει να αποδίδεται σε κάποιο αναδυόμενο είδος ψευδαίσθησης ή σε κάτι που συμβαίνει μέσα στον εγκέφαλό μας και μας κάνει να πιστεύουμε ότι ο χρόνος περνάει. Αυτό το πέρασμα είναι, από μόνο του, μια εκδήλωση της φυσικής θεωρίας», δήλωσε ο Μπέντο. «Έτσι, σύμφωνα με τη συγκεκριμένη θεωρία, ένα αιτιατό σύνολο θα μεγαλώνει κατά ένα “άτομο” κάθε φορά και θα γίνεται όλο και μεγαλύτερο».

Η προσέγγιση αυτή απομακρύνει επιδέξια το πρόβλημα της μοναδικότητας της Μεγάλης Έκρηξης, επειδή, στη θεωρία αυτή, δεν μπορούν να υπάρξουν μοναδικότητες. Είναι αδύνατο για την ύλη να συμπιεστεί σε απείρως μικροσκοπικά σημεία – δεν μπορούν να γίνουν μικρότερα από το μέγεθος ενός ατόμου του χωροχρόνου.

Έτσι, χωρίς τη μοναδικότητα της Μεγάλης Έκρηξης, πώς θα έμοιαζε η αρχή του σύμπαντός μας; Ο Μπέντο και ο συνεργάτης του, Σταβ Ζάλελ, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Imperial College του Λονδίνου, πήραν το νήμα, εξερευνώντας τι έχει να πει η θεωρία των αιτιωδών συνόλων για τις αρχικές στιγμές του σύμπαντος. Το έργο τους εμφανίζεται σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στις 24 Σεπτεμβρίου στη βάση δεδομένων εκτύπωσης arXiv . (Η εργασία δεν έχει ακόμη δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές.)

Η εργασία εξέτασε “εάν πρέπει να υπάρχει αρχή στην προσέγγιση της θεωρίας αιτιώδους συνόλου”, είπε ο Μπέντο. “Στην αρχική διατύπωση και τη δυναμική των αιτιωδών συνόλων, κλασικά, ένα αιτιώδες σύνολο αναπτύσσεται από το τίποτα στο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα. Στη μελέτη μας, αντίθετα, δεν θα υπήρχε η Μεγάλη Έκρηξη ως αρχή, καθώς το αιτιώδες σύνολο θα ήταν άπειρο για το παρελθόν, και έτσι υπάρχει πάντα κάτι πριν”.

Το σύμπαν απλώς υπήρχε πάντα;

Η εργασία τους υπονοεί ότι το σύμπαν μπορεί να μην είχε αρχή – ότι απλώς υπήρχε πάντα. Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να ήταν απλώς μια συγκεκριμένη στιγμή στην εξέλιξη αυτού του υπάρχοντος αιτιώδους συνόλου, όχι μια αληθινή αρχή.

Ωστόσο, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά να γίνει. Δεν είναι ακόμη σαφές εάν αυτή η αρχική αιτιολογική προσέγγιση μπορεί να επιτρέψει φυσικές θεωρίες με τις οποίες μπορούμε να εργαστούμε για να περιγράψουμε τη σύνθετη εξέλιξη του σύμπαντος κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης.

“Μπορεί κάποιος ακόμη να αναρωτηθεί αν αυτή η προσέγγιση του αιτιώδους συνόλου μπορεί να ερμηνευτεί με “λογικό τρόπο” ή τι σημαίνει φυσικά με μια ευρύτερη έννοια. Δείξαμε όμως ότι ένα πλαίσιο είναι πράγματι δυνατό», είπε χαρακτηριστικά ο Μπέντο. «Έτσι, τουλάχιστον μαθηματικά, αυτό μπορεί να γίνει».

Δημοσιεύτηκε στο Live Science.