Για τη γένεση του φυσικού Σύμπαντος

Μέχρι τα τέλη του εικοστού αιώνα, η επιστήμη της Φυσικής θεωρούσε ότι ακόμη και το να αναρωτηθεί κανείς σχετικά με το τι προκάλεσε ή, έστω, τι υπήρχε πριν από το Big Bang, την κοσμογονική έκρηξη που δημιούργησε το ορατό Σύμπαν, αποτελούσε ένα σχεδόν «μεταφυσικό» ερώτημα, ανάξιο της σοβαρής επιστημονικής έρευνας. Αν, σύμφωνα με την επικρατέστερη, μέχρι σήμερα, κοσμολογική θεωρία, ο «χώρος» και ο «χρόνος» δημιουργήθηκαν από τη Μεγάλη Εκρηξη, τότε δεν έχει νόημα να ρωτάμε «πού» ή «πότε» δημιουργήθηκαν. Πράγματι, για την «ορθόδοξη» κοσμολογία το να διερωτάται κανείς τι υπήρχε πριν από το Big Bang αποτελεί μια σχεδόν αιρετική επιστημονική απορία.

Παραδόξως, μια ανάλογη –και εξίσου αιρετική– απορία είχε διατυπωθεί, από αρχαιοτάτων χρόνων, ενάντια στις διάφορες θεολογικές «εξηγήσεις» περί δημιουργίας: Αν ο Θεός δημιούργησε τα πάντα, τότε ποιος δημιούργησε τον Θεό; Ευτυχώς, στην ιστορία της επιστημονικής σκέψης τόσο οι ατεκμηρίωτες απαντήσεις όσο και οι δογματικές πρακτικές αποκλεισμού των ενοχλητικών ερωτημάτων σπανίως καταφέρνουν να ανακόψουν για πολύ την ανάπτυξη της έρευνας.

Το αισιόδοξο αυτό συμπέρασμα φαίνεται πως επιβεβαιώνεται και από τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στην Κοσμολογία, η οποία είναι σε θέση να ανασυγκροτήσει ικανοποιητικά την ιστορία της δημιουργίας του Σύμπαντος μέχρι ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου μετά από το Big Bang. Ομως, σύμφωνα με ολοένα και περισσότερους ειδικούς, αυτό το απειροελάχιστο κλάσμα του χρόνου που μας διαφεύγει γνωστικά αποτελεί το κλειδί για την κατανόηση τόσο της θεμελιώδους δομής όσο και της εξέλιξης του Σύμπαντος τα επόμενα 14 δισεκατομμύρια χρόνια!

Δυο χιλιετίες συστηματικής διερεύνησης της φύσης οδήγησαν, κατά τον εικοστό αιώνα, τους κοσμολόγους στο συμπέρασμα ότι τα πάντα στο Σύμπαν προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών σωματιδίων ύλης-ενέργειας, σύμφωνα με τις τέσσερεις θεμελιώδεις φυσικές δυνάμεις: της βαρύτητας, του ηλεκτρομαγνητισμού και της ασθενούς και ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Μεγάλο μέρος της ιστορίας της Φυσικής μπορεί να περιγραφεί ως η μεγαλειώδης προσπάθεια να ενοποιηθούν σε ένα ενιαίο εξηγητικό πρότυπο, δηλαδή σε μία ευρύτερη φυσική θεωρία, όλες οι δυνάμεις και όλα τα βασικά συστατικά τις ύλης.

Μετά την ενοποίηση –από τον Μάξγουελ– των μαγνητικών και ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων στην ενιαία ηλεκτρομαγνητική δύναμη, ακολούθησε ο Αϊνστάιν που κατάφερε να ενοποιήσει τη βαρύτητα με τον ηλεκτρομαγνητισμό, ενώ κατά τη δεκαετία του 1970 η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων κατάφερε να ενοποιήσει στο Καθιερωμένο Πρότυπο τις τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις. Μόνο η βαρύτητα αντιστέκεται πεισματικά στις προσπάθειες να ενταχθεί σε αυτό το πανίσχυρο εξηγητικό μοντέλο. Ετσι, το άπιαστο, μέχρι σήμερα, όνειρο μιας «θεωρίας των Πάντων» εξακολουθεί να τροφοδοτεί τις βασικές έρευνες στη Φυσική.

Ενα πληθωρικό και δημιουργικό Σύμπαν

Αυτές οι μεγάλες προσπάθειες θεωρητικής ενοποίησης δεν άφησαν ανεπηρέαστη την κοσμολογία, η οποία μάλιστα αποτελεί για τη θεωρητική φυσική ένα ιδανικό εργαστήριο όπου οι ερευνητές δοκιμάζουν τις πιο εξωφρενικές θεωρίες τους. Για παράδειγμα, η θεωρητική υπόθεση της «Μεγάλης Ενοποίησης» των μικροσκοπικών και των μακροσκοπικών φαινομένων, δεν θα είχε γίνει ποτέ αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα αν δεν υπήρχαν σοβαρές ενδείξεις από την «πραγματική» ιστορία του Σύμπαντος. Ετσι, το επικρατέστερο κοσμολογικό μοντέλο υποστηρίζει ότι μόλις έγινε το Big Bang, και στα αμέσως επόμενα στάδια, οι τέσσερεις, διαφορετικές, σήμερα, θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης ήταν τότε ενοποιημένες σε μια μοναδική και άκρως αινιγματική «υπερδύναμη», η οποία καθιστούσε συμμετρικό και σχεδόν ομοιόμορφο το αρχικό Σύμπαν.

Για κάποιο ανεξήγητο λόγο, αυτή η αρχική συμμετρία έσπασε πυροδοτώντας όλες τις μετέπειτα εξελίξεις: στα επόμενα πρώιμα στάδια το νεογέννητο και υπέρθερμο Σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται και να ψύχεται με έναν τρόπο «πληθωριστικό». Αρχικά αποσπάστηκε από αυτό η δύναμη της βαρύτητας, ενώ οι υπόλοιπες τρεις φυσικές δυνάμεις παρέμεναν ενωμένες. Αυτή η υπέρπυκνη φυσαλίδα του πρώιμου Σύμπαντος συνέχισε να διογκώνεται με εκρηκτικούς ρυθμούς, ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία του συνέχισε να πέφτει, ώσπου, κάποια στιγμή, αποσπάστηκε η ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τότε μόνο άρχισαν να σχηματίζονται, μέσα σε αυτή την «καυτή σούπα», όλα τα στοιχειώδη υποατομικά σωματίδια που, στα μετέπειτα στάδια, θα συγκροτήσουν τη συνολική ύλη-ενέργεια.

Σε αυτήν τη σκοτεινή φάση της ανάπτυξής του το νεογέννητο Σύμπαν ήταν απολύτως «αδιαφανές», επειδή το φως, για την ακρίβεια τα φωτόνια, απορροφούνταν αμέσως μόλις δημιουργούνταν. Μόλις όμως αποσπάστηκε η ασθενής πυρηνική δύναμη, άρχισε αυτομάτως και η σύνθεση των πρώτων ατομικών πυρήνων, ενώ τα φωτόνια έπαψαν να σκεδάζονται μέσα στην υπέρπυκνη κοσμική σούπα: το αρχέγονο φως διέφυγε επιτέλους και άρχισε να ταξιδεύει ελεύθερο. Στα επόμενα στάδια η περαιτέρω πτώση της θερμοκρασίας, σε συνδυασμό με την ακατάπαυστη πυρηνοσύνθεση και τη σύντηξη των νεογέννητων πυρήνων, θα δημιουργήσουν τις προϋποθέσεις για τη διαμόρφωση των άστρων, των γαλαξιών και των πλανητών.

Κάπως έτσι, η σύγχρονη Φυσική προσπαθεί να συνοψίσει σε ένα ενοποιημένο μοντέλο εξήγησης, το λεγόμενο «Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο», τις εκπληκτικές ανακαλύψεις της κοσμολογίας και της σωματιδιακής Φυσικής. Ωστόσο, παρά τις εκπληκτικές ανακαλύψεις που έχει να επιδείξει το «Καθιερωμένο Πρότυπο», δεν έλειψαν οι αντιρρήσεις κάποιων κορυφαίων, αλλά ανικανοποίητων κοσμολόγων, οι οποίοι έσπευσαν να επισημάνουν τα λογικά και επιστημονικά αδιέξοδα στα οποία οδηγεί η άκριτη αποδοχή αυτού του μοντέλου.

Η πρωταρχική ανωμαλία στο καθιερωμένο μοντέλο

Για μια ολοκληρωμένη εξήγηση της φυσικής διαδικασίας που επέτρεψε τη δημιουργία του Σύμπαντος, πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια, απαιτείται μια ολοκληρωμένη φυσική θεωρία που να μπορεί να ενοποιεί τη βαρύτητα με τις άλλες θεμελιώδεις φυσικές δυνάμεις, κάτι που, μέχρι τώρα, δεν έχει πετύχει η σύγχρονη φυσική

Γιατί κάποιοι διαπρεπείς κοσμολόγοι, και θεωρητικοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι, στην πραγματικότητα, η θεωρία του Bing Bang δεν εξηγεί τίποτα για τη φυσική διεργασία της ίδιας της Μεγάλης Εκρηξης; «Μολονότι αποκαλείται θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης, δεν μας λέει απολύτως τίποτα για το ίδιο το γεγονός της Μεγάλης Εκρηξης! Δεν εξηγεί τι ήταν αυτό που εξερράγη, ούτε τι προκάλεσε την έκρηξη· δεν μπορεί ούτε καν να περιγράψει τις συνθήκες αμέσως μετά την έκρηξη», όπως υποστηρίζει ο Αλαν Γκαθ, επιφανής θεωρητικός φυσικός του αμερικανικού MIT που πρότεινε την επαναστατική θεωρία ενός «Πληθωριστικού Σύμπαντος».

Αν μπορούσαμε να προβάλουμε την ταινία της δημιουργίας του Σύμπαντος προς τα πίσω, θα βλέπαμε το πρώιμο Σύμπαν να γίνεται ολοένα μικρότερο, πυκνότερο, και απίστευτα θερμότερο. Οσο πλησιάζουμε στο σημείο μηδέν του χρόνου, όταν δηλαδή υποτίθεται ότι τέθηκε σε λειτουργία και άρχισε να μετρά τον χρόνο το Κοσμικό Ρολόι, η θερμότητα του Σύμπαντος αυξάνει μέχρι που γίνεται δυνητικά άπειρη. Δυστυχώς, σε αυτές τις πολύ ακραίες συνθήκες οι εξισώσεις της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι άχρηστες, αφού καμιά επιστημονική θεωρία δεν μπορεί να περιγράψει τι συμβαίνει όταν οι φυσικές ποσότητες (π.χ. θερμότητα, μάζα) τείνουν να γίνουν άπειρες! Μήπως αυτή η πρωταρχική «ανωμαλία», από την οποία ξεκίνησαν τα πάντα, αποτελεί το ανυπέρβλητο όριο των επιστημονικών μας γνώσεων; Μήπως, χωρίς να το συνειδητοποιούμε, φτάσαμε στο τέρμα της κοσμολογικής επιστημονικής περιπέτειας;

Μήπως, οι εργώδεις προσπάθειες των φυσικών και των κοσμολόγων είναι τελικά μάταιες· αφού όλες ανεξαιρέτως απέτυχαν να υπερβούν το αξεπέραστο εμπόδιο της «πρωταρχικής ανωμαλίας» που έχει υψώσει η αποδοχή της θεωρίας του Big Bang από την επιστημονική κοινότητα των φυσικών. Απροσδόκητα, στα τέλη του 2001, δυο κορυφαίοι φυσικοί, ο Πολ Στάινχαρντ, καθηγητής Αστροφυσικής στο Πρίνστον, και ο Νιλ Τούροκ, καθηγητής στο Κέιμπριτζ, αποφάσισαν να ταράξουν τα λιμνάζοντα νερά επαναφέροντας μια αρχαιότατη και φαινομενικά «παλαβή» ιδέα.

Σκέφτηκαν, λοιπόν, να διερευνήσουν τις συνέπειες μιας αντισυμβατικής επιστημονικής εικασίας: μήπως το ορατό μας Σύμπαν δεν είναι παρά ένα μικρό μόνο τμήμα μιας πολύ μεγαλύτερης και αόρατης πραγματικότητας. Θα μπορούσαμε να το φανταστούμε σαν μια γιγάντια λεπτή επίπεδη «μεμβράνη», ή απλώς «Βράνη» τεσσάρων διαστάσεων –τριών για τον χώρο και μια για τον χρόνο– η οποία πάλλεται μέσα σε έναν όχι εμπειρικά, αλλά μαθηματικά περιγράψιμο υπερχώρο πέντε ή και περισσότερων διαστάσεων. Αυτή η πέμπτη διάσταση, ή και οι επιπλέον διαστάσεις, είναι αόρατες επειδή δεν αλληλεπιδρούν σχεδόν καθόλου με τον ορατό Κόσμο μας, παρά μόνο μέσω της δύναμης της βαρύτητας.

Την ιδέα ενός «Κόσμου-βράνη» την εμπνεύστηκαν από τη διάσημη θεωρία-Μ των υπερχορδών, η οποία υποθέτει την ύπαρξη ενός υπερ-χωροχρόνου μέχρι και 11 διαστάσεων. Σύμφωνα με τους δύο θεωρητικούς φυσικούς μόνο η δύναμη της βαρύτητας μπορεί να ταξιδεύει μέσα σε αυτόν τον πολυδιάστατο υπερχώρο όπου υπάρχουν τα παράλληλα σύμπαντα-βράνες. Διαπερνώντας, όμως, τον υπερχώρο η δύναμη της βαρύτητας δημιουργεί κάποια έλξη ανάμεσα σε δυο γειτονικούς Κόσμους-βράνες, τους ωθεί δηλαδή να πλησιάζουν ο ένας τον άλλο ολοένα και περισσότερο, καθιστώντας, αργά ή γρήγορα, τη σύγκρουσή τους αναπόφευκτη και εξαιρετικά δημιουργική.

Επομένως, η βαρύτητα έρχεται ως από μηχανής θεός για να «αναζωογονήσει» τις εξαντλημένες ενεργειακά βράνες, μετατρέποντας ένα μέρος της δικής της ενέργειας σε κινητική ενέργεια. Σύμφωνα με τη θεωρία των Στάινχαρντ και Τούροκ, το Big Bang δεν ήταν παρά το αποτέλεσμα της τιτάνιας σύγκρουσης ανάμεσα σε δυο τέτοιες κοσμικές βράνες, που κάθε μία τους φιλοξενεί ένα παράλληλο Σύμπαν. Η τεράστια ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται από αυτή τη σύγκρουση γεννά αυτό που συνήθως αποκαλούμε «Μεγάλη Εκρηξη». Και όπως διευκρίνισε, κατόπιν, ο Νιλ Τούροκ: «Η ύπαρξη των κοσμικών βρανών πριν από την πρωτογενή ανωμαλία σημαίνει ότι ο χρόνος υπήρχε ήδη πριν από το Big Bang»!

Αν πράγματι, το ορατό Σύμπαν προέκυψε από μια θεαματική σύγκρουση δυο παράλληλων Κόσμων-βρανών, τότε το τελευταίο Big Bang δεν ήταν καθόλου η αφετηρία του χρόνου αλλά το αποτέλεσμα αέναων διεργασιών αναγέννησης και καταστροφής που επαναλαμβάνονται κυκλικά –αλλά όχι και πανομοιότυπα!– μέσα στον χρόνο και τον χώρο της πέμπτης αόρατης διάστασης.

Αυτή τη θεωρία του αέναου κύκλου από μεγάλες εκρήξεις και μεγάλες συνθλίψεις Συμπάντων, οι επινοητές της την έχουν βαπτίσει με ένα ελληνικό όνομα: «Εκπυρωτικό Σύμπαν», μια έννοια που τη δανείστηκαν από τη στωική κοσμολογία. Δυστυχώς, το αίνιγμα της απαρχής αυτών των αιωνόβιων βρανών και του πολυδιάστατου υπερχώρου μέσα στον οποίο υπάρχουν, ή, ακόμη χειρότερα, η δημιουργία του ίδιου του Χρόνου παραμένουν και σε αυτή την περίπτωση ανεξήγητα.