Άπειρο Σύμπαν: Η Διαστολή του [videos]

Το σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς, αλλά πώς αντιλαμβάνονται οι επιστήμονες σε τι και πως διαστέλλεται;

Όταν βάζετε ζύμη σε ένα ταψί καθώς ψήνεται στο φούρνο, απλώνεται στο ταψί αλλά τα τοιχώματά του είναι το όριο. Η διαστολή του σύμπαντος είναι, κατά κάποιο τρόπο, παρόμοια. Αλλά αυτή η αναλογία κάνει ένα πράγμα λάθος – ενώ η ζύμη επεκτείνεται στο ταψί, το σύμπαν δεν έχει σε τίποτα να επεκταθεί. Απλώς επεκτείνεται στον εαυτό του.

Το σύμπαν θεωρείται τα πάντα μέσα στο σύμπαν. Στο διαστελλόμενο σύμπαν, δεν υπάρχει ταψί. Μόνο ζύμη. Ακόμα κι αν υπήρχε ένα ταψί, θα ήταν μέρος του σύμπαντος και επομένως θα επεκτείνονταν με το ίδιο τρόπο.

Ακόμη και για μένα, μια καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας που έχω μελετήσει το σύμπαν για χρόνια, αυτές οι ιδέες είναι δύσκολο να κατανοηθούν. Δεν βιώνεις κάτι τέτοιο στην καθημερινότητά σου. Είναι σαν να ρωτάς ποια κατεύθυνση είναι πιο βόρεια του Βόρειου Πόλου.

Ένας άλλος τρόπος να σκεφτούμε τη διαστολή του σύμπαντος είναι να σκεφτόμαστε πώς άλλοι γαλαξίες απομακρύνονται από τον Γαλαξία μας. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται επειδή μπορούν να παρακολουθούν άλλους γαλαξίες καθώς απομακρύνονται από τον δικό μας. Ορίζουν την διαστολή χρησιμοποιώντας τον ρυθμό που άλλοι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς. Αυτός ο ορισμός τους επιτρέπει να φανταστούν την επέκταση χωρίς να χρειάζονται κάτι για να επεκταθούν.

Το διαστελλόμενο σύμπαν

Το σύμπαν ξεκίνησε με τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Το Big Bang περιγράφει την προέλευση του σύμπαντος ως μια εξαιρετικά πυκνή, καυτή ιδιομορφία. Αυτό το μικροσκοπικό σημείο ξαφνικά πέρασε από μια ταχεία επέκταση που ονομάζεται πληθωρισμός, όπου κάθε μέρος στο σύμπαν επεκτεινόταν προς τα έξω. Αλλά το όνομα Big Bang είναι παραπλανητικό. Δεν ήταν μια γιγάντια έκρηξη, όπως υποδηλώνει το όνομα, αλλά μια εποχή όπου το σύμπαν επεκτάθηκε γρήγορα.

Το σύμπαν τότε γρήγορα συμπυκνώθηκε και ψύχθηκε, και άρχισε να φτιάχνει ύλη και φως. Τελικά, εξελίχθηκε σε αυτό που γνωρίζουμε σήμερα ως το σύμπαν μας.

Η ιδέα ότι το σύμπαν μας δεν ήταν στατικό και μπορούσε να διαστέλλεται ή να συστέλλεται δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά από τον φυσικό Alexander Friedman το 1922. Επιβεβαίωσε μαθηματικά ότι το σύμπαν διαστέλλεται.

Ενώ ο Friedman απέδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται, τουλάχιστον σε ορισμένα σημεία, ήταν ο Edwin Hubble που κοίταξε βαθύτερα τον ρυθμό διαστολής. Πολλοί άλλοι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι άλλοι γαλαξίες απομακρύνονται από τον Γαλαξία μας, αλλά το 1929, το Hubble δημοσίευσε τη διάσημη εργασία του που επιβεβαίωσε ότι ολόκληρο το σύμπαν διαστέλλεται και ότι ο ρυθμός με τον οποίο διαστέλλεται αυξάνεται.

Αυτή η ανακάλυψη συνεχίζει να προβληματίζει τους αστροφυσικούς. Ποιο φαινόμενο επιτρέπει στο σύμπαν να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας κρατώντας το ενωμένο ενώ ταυτόχρονα διαστέλλεται τραβώντας αντικείμενα στο σύμπαν ξεχωριστά; Και πάνω από όλα αυτά, ο ρυθμός επέκτασής του επιταχύνεται με την πάροδο του χρόνου.

Πολλοί επιστήμονες χρησιμοποιούν μια μέθοδο που ονομάζεται χοάνη διαστολής για να περιγράψουν πώς έχει επιταχυνθεί η διαστολή του σύμπαντος από τη Μεγάλη Έκρηξη. Φανταστείτε ένα βαθύ χωνί με φαρδύ γείσο. Η αριστερή πλευρά του χωνιού -το στενό άκρο- αντιπροσωπεύει την αρχή του σύμπαντος. Καθώς κινείστε προς τα δεξιά, προχωράτε μπροστά στο χρόνο. Η διεύρυνση του κώνου αντιπροσωπεύει τη διαστολή του σύμπαντος.

Οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να μετρήσουν άμεσα από πού προέρχεται η ενέργεια που προκαλεί αυτήν την επιταχυνόμενη διαστολή. Δεν κατάφεραν να το εντοπίσουν ή να το μετρήσουν. Επειδή δεν μπορούν να δουν ή να μετρήσουν απευθείας αυτό το είδος ενέργειας, το αποκαλούν σκοτεινή ενέργεια.

Σύμφωνα με τα μοντέλα των ερευνητών, η σκοτεινή ενέργεια πρέπει να είναι η πιο κοινή μορφή ενέργειας στο σύμπαν, αποτελώντας περίπου το 68% της συνολικής ενέργειας στο σύμπαν. Η ενέργεια από την καθημερινή ύλη, που αποτελείται από τη Γη, τον Ήλιο και όλα όσα μπορούμε να δούμε, αντιπροσωπεύει μόνο το 5% περίπου της συνολικής ενέργειας.

Έξω από το χωνί επέκτασης

Λοιπόν, τι υπάρχει έξω από το χωνί επέκτασης;

Οι επιστήμονες δεν έχουν στοιχεία για κάτι πέρα από το γνωστό μας σύμπαν. Ωστόσο, ορισμένοι προβλέπουν ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν πολλά σύμπαντα. Ένα μοντέλο που περιλαμβάνει πολλαπλά σύμπαντα θα μπορούσε να διορθώσει μερικά από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες με τα τρέχοντα μοντέλα του σύμπαντος μας.

Ένα σημαντικό πρόβλημα με την τρέχουσα φυσική μας είναι ότι οι ερευνητές δεν μπορούν να ενσωματώσουν την κβαντική μηχανική, η οποία περιγράφει πώς λειτουργεί η φυσική σε πολύ μικρή κλίμακα, και τη βαρύτητα, η οποία διέπει τη φυσική μεγάλης κλίμακας.

Οι κανόνες για το πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε μικρή κλίμακα εξαρτώνται από την πιθανότητα και τις κβαντισμένες, ή σταθερές, ποσότητες ενέργειας. Σε αυτή την κλίμακα, τα αντικείμενα μπορούν να εισέλθουν και να εξαφανιστούν. Η ύλη μπορεί να συμπεριφέρεται ως κύμα. Ο κβαντικός κόσμος είναι πολύ διαφορετικός από το πώς βλέπουμε τον κόσμο.

Σε μεγάλες κλίμακες, που οι φυσικοί αποκαλούν κλασική μηχανική, τα αντικείμενα συμπεριφέρονται όπως περιμένουμε να συμπεριφέρονται σε καθημερινή βάση. Τα αντικείμενα δεν είναι κβαντισμένα και μπορούν να έχουν συνεχείς ποσότητες ενέργειας. Τα αντικείμενα δεν μπαίνουν και δεν βγαίνουν από την ύπαρξη.

Ο κβαντικός κόσμος συμπεριφέρεται κάπως σαν διακόπτης φωτός, όπου η ενέργεια έχει μόνο μια επιλογή on-off. Ο κόσμος που βλέπουμε και με τον οποίο αλληλεπιδρούμε συμπεριφέρεται σαν διακόπτης dimmer, επιτρέποντας όλα τα επίπεδα ενέργειας.

Αλλά οι ερευνητές αντιμετωπίζουν προβλήματα όταν προσπαθούν να μελετήσουν τη βαρύτητα σε κβαντικό επίπεδο. Σε μικρή κλίμακα, οι φυσικοί θα έπρεπε να υποθέσουν ότι η βαρύτητα είναι κβαντισμένη. Αλλά η έρευνα που έχουν πραγματοποιήσει πολλοί από αυτούς δεν υποστηρίζει αυτή την ιδέα.

Ένας τρόπος για να συνεργαστούν αυτές οι θεωρίες είναι η θεωρία του πολυσύμπαντος. Υπάρχουν πολλές θεωρίες που κοιτάζουν πέρα από το σημερινό μας σύμπαν για να εξηγήσουν πώς η βαρύτητα και ο κβαντικός κόσμος συνεργάζονται. Μερικές από τις κορυφαίες θεωρίες περιλαμβάνουν τη θεωρία χορδών, την κοσμολογία βράνων, την κβαντική θεωρία βρόχου και πολλές άλλες.

Ανεξάρτητα από αυτό, το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται, με την απόσταση μεταξύ του Γαλαξία και των περισσότερων άλλων γαλαξιών να μεγαλώνει με την πάροδο του χρόνου.

Με πληροφορίες από LiveScience, Nicole Granucci

Αυτό το επεξεργασμένο άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation