Η δομή του Σύμπαντος και οι πρώτες στιγμές της δημιουργίας του.

 

Η Κόμη της Βερενίκης

 του Γιώργου Γραμματικάκη

 

Κεφάλαιο 3

Ύλη και δυνάμεις στο πρωτογενές Σύμπαν

 

v Οι θεμελιώδεις δυνάμεις του κοσμου.

Οι θεμελιώδεις δυνάμεις που ρυθμίζουν τα του Κόσμου είναι μόνο τέσσερις και αφού ασκούνται ανάμεσα στα σωματίδια ύλης και ενέργειας, ονομάζονται ακριβέστερα και αλληλεπιδράσεις.

 

1.  Η πιο οικεία είναι η βαρύτητα.

Αυτή κυριαρχεί στον μεγάκοσμο. Είναι αυτή που κρατάει σε ισορροπία τους πλανήτες στις σταθερές τροχιές τους περί τον Ήλιο κλπ.

Είναι πάντα ελκτική και ασκείται ανάμεσα σε όλα ανεξαιρέτως τα σώματα. Είναι μάλιστα ικανή να προκαλέσει καμπύλωση στο φως το ίδιο! Η καμπύλωση αυτή του φωτός απετέλεσε έναν θρίαμβο της γενικής θεωρίας της σχετικότητας.

Είναι η ασθενέστερη σε ένταση από τις τέσσερις. Στα φαινόμενα του μικρόκοσμου είναι σχεδόν αμελητέα.

 

2.  Η δεύτερη αλληλεπίδραση, η γνωστή από την καθημερινή εμπειρία, είναι η ηλεκτρομαγνητική.

Αυτή ενυπάρχει στη ρίζα κάθε τεχνολογικού επιτεύγματος του καιρού μας. Σε αντίθεση με τη βαρύτητα έχει ανάγκη τα ηλεκτρικά φορτία για να εκδηλωθεί• είναι δε άλλοτε ελκτική, άλλοτε απωστική.

Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη συγκρατεί τα ηλεκτρόνια στις τροχιές τους γύρω από τον πυρήνα και κυριαρχεί, συνεπώς, στο μοριακό και το βιολογικό επίπεδο.

 

Οι υπόλοιπες δύο από τις αλληλεπιδράσεις αφορούν κατά βάση τον υποατομικό κόσμο.

 

3.    Η ισχυρή αλληλεπίδραση, είναι η ισχυρότερη από όλες. Είναι αυτή που συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα των ατόμων, και προφανώς πολύ συνεκτικά.

Ανεπαίσθητη στην καθημερινή εμπειρία, η ισχυρή αλληλεπίδραση είναι όρος απαραίτητος για την ύπαρξη και τη σταθερότητα της ύλης.

 

4.    Η τέταρτη, τέλος, από τις αλληλεπιδράσεις του φυσικού κόσμου, η λεγόμενη ασθενής, δεν έχει εκ πρώτης όψεως προθέσεις αγαθές.

Διότι είναι αυτή που προκαλεί τη ραδιενεργό διάσπαση των πυρήνων. Συμμετέχει όμως στις πυρηνικές διαδικασίες στον Ήλιο, που έχουν σαν αποτέλεσμα την ευεργετική του ακτινοβολία.

 

Η επίδραση των τεσσάρων αυτών αλληλεπιδράσεων απλώνεται , σαν ένας τεράστιος ιστός, από τον μικρόκοσμο σε όλη την έκταση του Σύμπαντος. Είναι όμως ιδιαίτερα πυκνός στις ατομικές διαστάσεις. Εκεί διαπλέκονται οι τρεις αλληλεπιδράσεις. Η βαρύτητα αφήνεται μόνη της να δεσπόζει στον μεγάκοσμο. Και δεν είναι περίεργο ότι αυτή αποτελεί την κινητήρια δύναμη στον σχηματισμό των γαλαξιών και των αστέρων.

 

v Οι δομικοί λίθοι του Σύμπαντος

Πρώτος ο Δημόκριτος από τον 5^ο αιώνα π.Χ. μίλησε για το άτομο, το στοιχειώδες συστατικό της ύλης. Η διερεύνηση της δομής του ατόμου στις αρχές του 20ού αιώνα συμπέρανε ότι τα άτομα αποτελούνται από έναν συνεκτικότατο, βαρύ πυρήνα και από ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από αυτόν υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής δυνάμεως.

Αργότερα, διαπιστώθηκε ότι ο πυρήνας των ατόμων συνίσταται από πρωτόνια και νετρόνια. Αυτά τότε, μαζί με το ηλεκτρόνιο, αποτελούσαν τα στοιχειώδη συστατικά της ύλης.

Για την πληρότητα της εικόνας, έπρεπε απλώς στα στοιχειώδη σωματίδια να προστεθεί και η ελάχιστη δυνατή ποσότητα – το κβάντο – της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, δηλαδή το φωτόνιο. Τα αυστηρά όρια μεταξύ της ύλης και της ενέργειας είχαν καταργηθεί από την ειδική θεωρία της σχετικότητας.

Σύντομα, όμως, στις κοσμικές αχτίνες που φθάνουν στη Γη από το διάστημα και, στη συνέχεια, με την κατασκευή μεγάλων επιταχυντών, ανιχνεύτηκαν αρκετές εκατοντάδες καινούρια στοιχειώδη σωματίδια! Αυτά είχαν ποικίλες μάζες και ιδιότητες. Τα βαρύτερα αλληλεπιδρούσαν ισχυρά και επονομάστηκαν –από την αρχαία ελληνική λέξη «αδρός»- αδρόνια. Μια άλλη κατηγορία, τα λεπτόνια, είχαν μάζες πολύ μικρότερες, ήσαν λίγα στον αριθμό, και υπέκειντο στην ασθενή αλληλεπίδραση.

Έτσι η φυσική είχε βρεθεί μπροστά σε ένα χάος σωματιδίων!

Ως δε αυτό να μην ήταν αρκετό, το χάος έμελλε να διπλασιαστεί.

Μια σπουδαία θεωρητική πρόβλεψη, ότι στο κάθε σωματίδιο αντιστοιχούσε ένα αντισωματίδιο, ίδιο και απαράλλακτο ως προς τη μάζα, αλλά με ηλεκτρικό φορτίο αντίθετο, επιβεβαιώθηκε πανηγυρικά από τα πειράματα. Στην ύλη, με λίγα λόγια, αντιστοιχούσε η αντιύλη.

Όμως, αποδείχτηκε πειραματικά ότι το πρωτόνιο και το νετρόνιο, καθώς και τα εκατοντάδες άλλα αδρόνια που παρήγοντο στους επιταχυντές, δεν ήσαν θεμελιώδη• ήσαν και αυτά σύνθετα σωμάτια.

Θεμελιώδη, «άτμητα» και πάλι, ήσαν μόνο 6 σωματίδια• και βέβαια τα 6 αντισωματίδιά τους. Από ένα μυθιστόρημα του James Joyce, τα θεμελιώδη αυτά σωματίδια ονομάστηκαν κουάρκ (quarks) λέξη παράξενη και χωρίς κανένα νόημα!

Καθώς τα κουάρκ, όμως, δεν έχουν ελεύθερη κατάσταση, αρκετοί όταν αναφέρονται σε στοιχειώδη σωμάτια εννοούν και τα αδρονία. Όχι με την έννοια ότι δεν έχουν δομή, αλλά με την έννοια ότι δεν μπορούν να χωριστούν στα συστατικά τους.

Από συνδυασμούς τριών κουάρκ ή ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ συντίθενται όλα τα γνωστά αδρόνια, όπως από συνδυασμούς ατόμων δημιουργούνται τα μόρια. Η συνηθισμένη μάλιστα ύλη χρησιμοποιεί μόνο δύο από τα έξι κουάρκ. Μια τριάδα κουάρκ αρκεί για να συνθέσει το πρωτόνιο, μια άλλη τριάδα το νετρόνιο. Μέχρι στιγμής, όμως, κουάρκ ελεύθερα στο Σύμπαν δεν έχουν βρεθεί. Είναι εγκλωβισμένα μέσα στα πρωτόνια ή τα νετρόνια. Αν έζησαν ελεύθερα ήταν για απειροελάχιστες στιγμές αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σήμερα είναι αδύνατον να αποχωριστούν από την τριαδική τους δομή.

Τα λεπτόνια, ωστόσο, είναι πράγματι θεμελιώδη σωματίδια. Εσωτερική σύσταση δεν έχουν και υπάρχουν 6 λεπτόνια, σε απόλυτη συμμετρική αντιστοιχία με τα κουάρκ. Το ηλεκτρόνιο είναι το πιο σπουδαίο από τα λεπτόνια, μια και είναι το μόνο που συμμετέχει στην ατομική δομή.

Το νετρίνο, σωματίδιο με μηδενική ή σχεδόν μηδενική μάζα –καταδικασμένο άρα να ταξιδεύει πάντα με την ταχύτητα του φωτός- και χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, είναι και αυτό λεπτόνιο. Πρέπει να αφθονεί στο Σύμπαν και να έπαιξε σπουδαίο ρόλο στην εξέλιξή του. Ωστόσο, λόγω της πολύ ασθενικής του αλληλεπιδράσεως με την ύλη, είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευτεί. Υπολογίζεται ότι αυτή τη στιγμή περνούν από το κεφάλι μας περί τα 10 στην 12η νετρίνα, που ανεμπόδιστα εξέρχονται από το άλλο άκρο της Γης!

 

Τα θεμελιώδη, λοιπόν, συστατικά της ύλης είναι λίγα τον αριθμό: έξι κουάρκ και 6 λεπτόνια.

Και ακόμη λιγότερα –δύο από τα κουάρκ και το ηλεκτρόνιο- αυτά που η συνηθισμένη ύλη χρησιμοποιεί για τη δόμησή της.

Εκείνο που απομένει για την κατανόηση το σύμπαντος είναι ο τρόπος που αλληλεπιδρούν τα σωματίδια αυτά της ύλης μεταξύ τους και με τις 4 δυνάμεις.

Όπως πιστεύουμε σήμερα αυτό γίνεται μέσω των λεγόμενων φορέων, που είναι κι αυτά σωματίδια ύλης ή ενέργειας.

Σε κάθε αλληλεπίδραση αντιστοιχεί ένας φορέας.

Έτσι το φωτόνιο είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.

 Η βαρύτητα έχει ως φορέα το βαρυτόνιο• έτσι η Γη έλκεται από τον Ήλιο, επειδή βαρυτόνια, ανταλλάσσονται ανάμεσα στα στοιχειώδη σωματίδια που, σε ασύλληπτο αριθμό, συνιστούν τα σώματα αυτά.

Τα θεμελιώδη συστατικά της ύλης, λοιπόν, είναι 6 κουάρκ και 6 λεπτόνια.

Από δύο από τα κουάρκ και ένα λεπτόνιο (το ηλεκτρόνιο), φτιάχνεται η ύλη.

 

 

v Οι πρώτες στιγμές της κοσμογονίας

Ένα όνειρο της φυσικής, που εν πολλοίς φαίνεται αδικαιολόγητο, υπήρξε πάντα η ενοποίηση των τεσσάρων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων.

Αυτό έχει ένα προηγούμενο: ενώ ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι διαφορετικά φαινόμενα, εν τούτοις συνιστούν μία και μόνη αλληλεπίδραση• και περιγράφονται με απόλυτη ακρίβεια με βάση τις εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell.

Σε υψηλότερες ενέργειες από του σημερινού Σύμπαντος, οι φορείς των αλληλεπιδράσεων αποκτούν την ίδια ισχύ και μπορούν να περιγραφούν με την ίδια μαθηματική γλώσσα. Το 1982 καθιερώθηκε πανηγυρικά η «ηλεκτρασθενής» αλληλεπίδραση.

Σύντομα, οι επίμονες θεωρητικές αναζητήσεις οδήγησαν στη διατύπωση των Μεγάλων Ενοποιητικών Θεωριών (Grand Unified Theories), που ενοποιούν την ηλεκτρασθενή πλέον δύναμη με την ισχυρή. Όχι όμως και τη βαρυτική.

Η ενοποίηση ωστόσο, προβλέπεται να συμβαίνει όταν τα σωματίδια αποκτούν ενέργεια 10 στην 13η φορές μεγαλύτερη από όση παρέχουν σήμερα οι επιταχυντές.

Με τις Μεγάλες Ενοποιητικές Θεωρίες, η κοσμολογική έρευνα ενισχύθηκε αναπάντεχα ως προς το διαμετρικό της αντίθετο, τη φυσική του μικρόκοσμού.

Το απώτατο λοιπόν παρελθόν του Σύμπαντος, που εκτείνεται σε ένα μόλις εκατοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, κυριαρχείται από τις αλληλεπιδράσεις των θεμελιωδών σωματιδίων.

·         Από τη χρονική στιγμή μηδέν μέχρι το απειροελάχιστο 10 στην μείον 43η sec, ονομάζεται «η εποχή της κβαντικής βαρύτητας».

Η θερμοκρασία από άπειρη που ήταν, πέφτει στα 10 στην 32α Κ.

Επειδή η ενέργεια που αντιστοιχεί σ’ αυτήν τη θερμοκρασία είναι κολοσσιαία, οι αλληλεπιδράσεις πρέπει να ήσαν ενοποιημένες. Τα της δημιουργίας, δηλαδή, ρυθμίζει μία και μόνη δύναμη• και υπήρχε ένα είδος σωματίου. Επειδή όμως δεν έχει διαμορφωθεί ακόμα η πλήρης ενοποιητική θεωρία – η βαρύτητα δεν έχει ενταχθεί σ’ αυτήν- δεν γνωρίζουμε τι ακριβώς συνέβη. Σαφής πάντως διάκριση του χώρου και του χρόνου δεν υπήρχε• και είναι πιθανόν ότι το Σύμπαν μόλις υπερέβαινε το μέγεθος ενός ατόμου.

 

·         Η αμέσως επόμενη περίοδος, από 10 στην μείον 43τη έως 10 στην μείον 35η sec, είναι η εποχή της μεγάλης ενοποιήσεως.

Η βαρύτητα έχει αποχωριστεί από τις τρεις άλλες δυνάμεις.

Βαριά αρχέγονα σωματίδια –κάποια κοινή πιθανόν μορφή των κουάρκ και των λεπτονίων- με ίσο αριθμό αντισωματιδίων τους, κι ακόμη φωτόνια και νετρίνα, συνιστούν το κοσμικό ρευστό.

Οι αλληλεπιδράσεις στο ρευστό αυτό έχουν ένα ρυθμό φρενιτιώδη.

 

·         Ένα σημαντικό γεγονός σφραγίζει την περίοδο που ακολουθεί, από 10 στην μείον 35η έως 10 στην μείον 12η sec.

Είναι η εποχή εξαφανίσεως της αντιύλης.

 Ότι η αντιύλη δεν υπάρχει πουθενά στο σημερινό Σύμπαν είναι γεγονός αναμφισβήτητο όσο και παράδοξο. Διότι, αν υπήρχε, τότε μεγάλες ποσότητες ακτινοβολίας θα πρόδιδαν τις συγκρούσεις σωματιδίων με τα αντισωματίδιά τους και την αναπόφευκτη εξαΰλωσή τους.

Την πιθανότητα, βέβαια, ύπαρξης ενός ολόκληρου γαλαξία –ή και ενός άλλου Σύμπαντος!- από αντιύλη δεν μπορεί να την αποκλείσει κανείς. Οπτικά πάντως αυτός ο γαλαξίας δεν θα διέφερε από έναν «κανονικό» γαλαξία, αρκεί να μην υπήρχαν κοινές περιοχές ύλης-αντιύλης.

 

Κατά την περίοδο λίγο μετά την εποχή της κβαντικής βαρύτητας, οι Μεγάλες Ενοποιητικές Θεωρίες προβλέπουν ότι η αρχική συμμετρία ύλης-αντιύλης διαταράσσεται ελαφρά, προς όφελος της ύλης.

Έτσι, ενώ τα περισσότερα κουάρκ, καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται και ψύχεται, εξαϋλώνονται συγκρουόμενα με αντικουάρκ, όσα δεν έχουν εκρηκτικό σύντροφο θα παραμείνουν εν ζωή. Είναι αυτά ακριβώς που θα αποτελέσουν, ύστερα από επίμονες διαδικασίες στον χώρο και τον χρόνο, την ύλη του σημερινού Σύμπαντος: τα άστρα, τους πλανήτες και μας τους ίδιους.

 

Το φως σε όλη την έκταση του φάσματός του, αποτελεί την άλλη βασική συνιστώσα του Σύμπαντος.

Στην υπέρθερμη περίοδο των πρώτων εκατοντάδων χρόνων, η ενέργεια, υπό μορφήν ακτινοβολίας, είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που περικλείεται στην ύλη. Το Σύμπαν διανύει μια περίοδο φωτοκρατίας , «έν άρχῆ ἦν το Φῶς».

Καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται και η θερμοκρασία διαρκώς πέφτει, η ασθενής δύναμη αποχωρίζεται από την ηλεκτρομαγνητική. Και οι τέσσερις δυνάμεις είναι πλέον διακριτές και αναλαμβάνει η κάθε μία τον ειδικό ρόλο της στο Σύμπαν.

Τα κουάρκ, και για το πρώτο δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου από την έκρηξη, είναι ακόμη ελεύθερα, ενώ τα φωτόνια και λεπτόνια διαρκώς αλληλεπιδρούν με την ύλη.

Ο μετασχηματισμός των φωτονίων σε ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια (τα αντισωμάτια των ηλεκτρονίων) είναι κοινός τόπος. Το ότι το φως γίνεται ύλη και αντίστροφα , όσο παράξενο κι αν ακούγεται,  αποτελεί, ωστόσο, μια καθημερινή πραγματικότητα στα πειραματικά εργαστήρια.

Στο τέλος του πρώτου δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τα κουάρκ έχουν εγκλωβιστεί σε αδρόνια• δηλαδή κυρίως σε πρωτόνια και νετρόνια. Εκεί θα παραμείνουν φυλακισμένα για πάντα, αδιάσπαστα και αμετάβλητα. Τα κουαρκ που ενυπάρχουν στο σώμα μας –στους πυρήνες των ατόμων που το αποτελούν- σχηματίστηκαν, συνεπώς, κατά το πρώτο δευτερόλεπτο της κοσμογονίας. Παρ’ όλο δε που στον μακροχρόνιο βίο τους έχουν αλλάξει ή και θα αλλάξουν πολλές φορές περιβάλλοντα χώρο, τα κουάρκ φαίνονται αποφασισμένα να υπάρχουν, όσο το Σύμπαν υπάρχει.

Σε ένα δευτερόλεπτο, λοιπόν, από τη Μεγάλη Έκρηξη, οι βασικές συνιστώσες και τα υλικά για την εξέλιξη του Σύμπαντος έχουν ήδη δημιουργηθεί: τα αδρόνια, τα λεπτόνια και οι τέσσερις αλληλεπιδράσεις.

Έπρεπε να περάσουν εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια για να υπάρξουν τα πρώτα ουδέτερα άτομα.

 Από την προϊστορία, το Σύμπαν εισέρχεται, τώρα, στην ιστορία του. Διότι μια και το φως δεν αλληλοεπιδρά πια με την ύλη, από αυτήν την περίοδο και μετά είναι δυνατόν να έχουμε απευθείας παρατηρήσεις.

Έτσι το Σύμπαν, από την κυριαρχία της ακτινοβολίας, περνά στην κυριαρχία της ύλης. Τούτο γίνεται διότι καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται, τα φωτόνια ψύχονται και συνεχώς χάνουν ενέργεια. Σήμερα το Σύμπαν περικλείει πολύ περισσότερη ενέργεια υπό μορφήν ύλης, απ’ όσον υπό μορφήν ακτινοβολίας.

Η βαρύτητα σιγά-σιγά κυριαρχεί στον μεγάκοσμο ενώ οι άλλες τρεις δυνάμεις περιορίζονται στον μικρόκοσμο. Για την εξέλιξη του Σύμπαντος προς τη σημερινή μορφή του, αλλά και ίσως και για το μέλλον του, αποκλειστικά υπεύθυνη είναι η βαρύτητα.

Η γνώση των αλληλεπιδράσεων, λοιπόν, του φυσικού κόσμου και, κυρίως, η προβλεπόμενη σύγκλισή τους σε υψηλές ενέργειες, παρέχουν πολλές πληροφορίες για τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας.

Απομένει μόνο να κατανοηθεί το απειροελάχιστο χρονικό διάστημα κοντά στην κοσμογονική αρχή, οπότε η βαρύτητα ενοποιείται με τις άλλες τρεις δυνάμεις.

 

 

 

 

 

 

 

 

The Big Bang

 

Η ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΡΗΞΗ

Το φαινόμενο Doppler. Σύμφωνα με αυτό το φαινόμενο, η συχνότητα ενός ήχου που ακούμε μεταβάλλεται σε συνάρτηση με την κίνηση της πηγής που τον εκπέμπει. Για παράδειγμα, ο ήχος ενός αυτοκινήτου ή ενός τρένου, γίνεται οξύτερος ή  βαρύτερος, ανάλογα με το αν πλησιάζουν ή απομακρύνονται από μας.

Με ανάλογο τρόπο συμπεριφέρεται και το φως. Αν η πηγή κινείται, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα φτάνει στον παρατηρητή με διαφορετική συχνότητα• και, συνεπώς με διαφορετικό μήκος κύματος από αυτό που εκπέμπεται. Έτσι αν ένα άστρο πλησιάζει προς τη Γη, το φως του θα μετατοπιστεί προς την κυανή περιοχή του φάσματος• αν απομακρύνεται, το φως που δεχόμαστε θα μετατοπιστεί προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, δηλαδή προς το ερυθρό.

Στηριγμένος σ’ αυτό το απλό φαινόμενο –«ίσως το φως θα είναι μια νέα τυραννία, ποιος ξέρει τι καινούρια πράγματα θα δείξει»- ο αστρονόμος Hubble έφτασε το 1929, σε μια επαναστατική διαπίστωση για το Σύμπαν: ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται!

Πράγματι: οι χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές στις οποίες το φως ενός άστρου αναλύεται, παρουσίαζαν μια διαρκή και αναμφισβήτητη μετατόπιση προς το ερυθρό. Μετατόπιση μάλιστα τόσο μεγαλύτερη όσο η απόσταση του γαλαξία στον οποίο ανήκε το άστρο ήταν μεγαλύτερη.

 Από πού όμως απομακρύνονται οι γαλαξίες; Ο αθεράπευτος εγωισμός μας θα έδιδε την απάντηση ότι απομακρύνονται από μας, από τον δικό μας Γαλαξία. Αυτό ωστόσο αντιφάσκει με μια γενικά παραδεκτή κοσμολογική αρχή, που δέχεται την ομοιογένεια του Σύμπαντος και δεν αποδίδει καμιά ιδιαίτερη σημασία στον Γαλαξία μας. Έτσι οι πιθανοί κάτοικοι οποιουδήποτε γαλαξία θα έβλεπαν και αυτοί τους άλλους γαλαξίες να απομακρύνονται και μάλιστα με τον ίδιο απλό νόμο που διατύπωσε ο Hubble. Με ταχύτητα, δηλαδή, απομακρύνσεως ανάλογη προς την απόστασή τους. Όσο μακρύτερα είναι ο γαλαξίας , τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα φυγής του.

Κέντρο στο Σύμπαν δεν υπάρχει

Ο Επιμενίδης ο Κρης είχε πει κάτι παρόμοιο: Δεν υπάρχει κέντρο -«ομφαλός»- ούτε στη γη ούτε στη θάλασσα, γιατί αν υπήρχε θα ήταν ορατό από τους θεούς, αφανές όμως στους θνητούς.

 Το συμπέρασμα, πάντως, από την απομάκρυνση των γαλαξιών, είναι συγκλονιστικό.

Ζούμε σ’ ένα Σύμπαν που διαστέλλεται! Το Σύμπαν δεν είναι στατικό, αλλά διαστέλλεται δημιουργώντας διαρκώς καινούριο χώρο γύρω του. Ο ίδιος ο χώρος μεγαλώνει!

Ερωτήσεις, γράφει ο Γραμματικάκης, όπως «τι υπάρχει πέρα από το Σύμπαν» ή «σε τι διαστέλλεται το Σύμπαν» είναι χωρίς νόημα.

Είναι λοιπόν αναμφισβήτητο ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται, τούτο όμως οδηγεί σε μια παραδοχή αναπότρεπτη. Ότι κάποια στιγμή στο μακρινό παρελθόν, οι γαλαξίες είχαν μια κοινή εκκίνηση. Όλη, δηλαδή, η ύλη και η ενέργεια του Σύμπαντος- η φωτεινή ακτινοβολία, οι γαλαξίες, οι πλανήτες, η αρχέγονη ύλη του σώματός μας- ήταν συγκεντρωμένα σε ένα σημείο! Ένα σημείο, την αρχή του παντός, που είχε άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία.

Στο σημείο αυτό, κάποια στιγμή και για λόγους που δεν γνωρίζουμε, έγινε μια τρομακτική έκρηξη. Από αυτήν την έκρηξη, το Big Bang, προήλθε το σημερινό Σύμπαν. Η φυγή των γαλαξιών οφείλεται στην τεράστια ορμή που απέκτησε η αρχέγονη ύλη κατά την έκρηξη• και που, ακόμη και σήμερα, είναι ικανή να υπερνικά τις δυνάμεις έλξεως ανάμεσα στους γαλαξίες.

Συγκεκριμένο σημείο όπου έγινε η έκρηξη δεν μπορεί να νοηθεί.

 

Ο ίδιος ο χώρος και ο χρόνος δημιουργούνται τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης.

 Αυτή η βασική αρχή, που συνάγεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, μας απαλλάσσει από ενοχλητικές ερωτήσεις για το τι έγινε ή τι υπήρχε «πριν». Τίποτα δεν υπήρχε και τίποτα δεν έγινε πριν, αφού ο χρόνος και ο χώρος δεν ήταν υπάρχουσες οντότητες.

 

Όπως υπολογίζεται εύκολα από τον νόμο του Hubble και από πρόσφατες παρατηρήσεις, η Μεγάλη Έκρηξη πρέπει να έλαβε χώρα πριν από 14 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή είναι η χρονική στιγμή μηδέν.

 

Ένα δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η θερμοκρασία από άπειρη που ήταν, πέφτει στα 10 δισεκατομμύρια βαθμούς. Στη θερμοκρασία αυτή τα αρχέγονα υλικά σωματίδια –το γενικόλογο υποδηλώνει και την άγνοιά μας- έχουν ήδη διασπαστεί σε πρωτόνια και νετρόνια.

Το νεαρό Σύμπαν περιέχει επίσης ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, που διαρκώς συγκρούονται και εξαϋλώνονται σε φως.

 Αντίστροφα η φωτεινή ακτινοβολία διαρκώς μετατρέπεται σε ύλη.

 Οι πυρήνες του δευτερίου και του ηλίου σχηματίζονται από πρωτόνια και νετρόνια.

 Στην ηλικία των 400.000 χρόνων η θερμοκρασία του Σύμπαντος πέφτει στους 3.000 βαθμούς και τότε σχηματίζονται τα πρωταρχικά άτομα• προς τούτο τα ηλεκτρόνια συλλαμβάνονται σε καθορισμένες τροχιές γύρω από τους πυρήνες και κάνουν την εμφάνισή τους τα άτομα του υδρογόνου και του  ηλίου, που από τότε δεσπόζουν στη σύσταση του Σύμπαντος.

Τα άτομα όμως είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, και έτσι οι αλληλεπιδράσεις του φωτός με την ύλη γίνονται πολύ δύσκολες.

Το φως αποδεσμεύεται από την ύλη και αρχίζει τη μοναχική του περιπλάνηση στο Σύμπαν.

 Είναι το ίδιο που φτάνει ως εμάς σήμερα, αποτελώντας έναν αψευδή μάρτυρα της Μεγάλης Έκρηξης.

 

Τρία δισεκατομμύρια χρόνια μετά την Έκρηξη σχηματίζονται οι κβάζαρ, που παρατηρούνται σήμερα στις εσχατιές του Σύμπαντος με ισχυρά τηλεσκόπια• είναι οι αρχέγονοι γαλαξίες.

 

 Ο δικός μας και οι άλλοι γαλαξίες σχηματίζονται υπό την επίδραση του βαρυτικού πεδίου, 7 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

 

Τέλος, πριν από 5 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα και ενώ το Σύμπαν έχει ήδη την υπολογίσιμη ηλικία των 10 δισεκατομμυρίων ετών, από κάποια τοπική συγκέντρωση ύλης στον Γαλαξία μας  γεννιέται με αργή διαδικασία ο Ήλιος.

 

 Από το ίδιο νεφέλωμα που σχημάτισε τον ήλιο αποσπώνται, λίγο αργότερα, κομμάτια ύλης που θα εξελιχτούν στους πλανήτες. Ένας από αυτούς, η Γη, θα αναδειχθεί ικανός να φιλοξενήσει το φαινόμενο της ζωής.

 

Γιατί πιστεύουμε στη Μεγάλη Έκρηξη

 

Στην πολύ μεγάλη πλειονότητά τους, οι επιστήμονες πιστεύουν στη Μεγάλη Έκρηξη (the Big Bang).

Η απομάκρυνση των γαλαξιών είναι μια πολύ σοβαρή ένδειξη για την ορθότητα της θεωρίας αυτής• αλλά δεν είναι αρκετή.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας, με την οποία περιγράφηκε η δομή του κόσμου από τη μεγαλοφυΐα του Αϊνστάιν ταυτίζεται και αυτή  με το σημείο μηδέν της Μεγάλης Έκρηξης.

Εκτός όμως από αυτά, υπάρχουν και δύο σοβαρές πειραματικές ενδείξεις που υποστηρίζουν τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης.

Η πρώτη αναφέρεται στην περίοδο της πυρηνοσύνθεσης, που οδήγησε στον σχηματισμό των πρώτων στοιχείων του περιοδικού συστήματος. Και έχει ως βάση το εντυπωσιακό γεγονός ότι, παρά τη φαινομενική ποικιλία της, η ύλη στο σημερινό Σύμπαν αποτελείται κατά 75% από υδρογόνο• το ήλιο συνιστά το 22-23 %, ενώ βαρύτερα στοιχεία (π.χ. οξυγόνο, άζωτο ή ο σίδηρος), τα οποία είναι τόσο οικεία στην ανθρώπινη ζωή, δεν συνιστούν πάνω από 2-3% της ύλης του Σύμπαντος.

Οι πυρήνες όμως του ηλίου σχηματίστηκαν από την ένωση δύο πρωτονίων και δύο νετρονίων, τα πρώτα 15 λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τότε και μόνο τότε ήταν ευνοϊκές οι ενεργειακές συνθήκες γι’ αυτήν την πυρηνική διαδικασία. Με βάση τους νόμους της πυρηνικής φυσικής είναι δυνατόν να υπολογιστεί το ποσοστό του ηλίου που παρήχθη μ’ αυτόν τον τρόπο. Οι υπολογισμοί, ως εκ θαύματος, συμφωνούν με την πραγματική τιμή που ανευρίσκεται σήμερα στο Σύμπαν.

 

Το δεύτερο «πειραματικό» στήριγμα στο θεωρητικό πρότυπο, (στη Μεγάλη Έκρηξη), αναφέρεται σε μια άλλη ανακάλυψη από τις εντυπωσιακότερες στην ιστορία της επιστήμης.

Ο θεωρητικός φυσικός Gamow και οι συνεργάτες του υπολόγισαν ότι η φωτεινή ακτινοβολία που υπήρχε στο βάθος του διαστήματος από την ηλικία του Σύμπαντος των 400.000 ετών, πρέπει να έχει σήμερα μια θερμοκρασία περίπου 3 βαθμών Κέλβιν• λίγο δηλαδή πάνω από το απόλυτο μηδέν. Οι υπολογισμοί του πέρασαν σχεδόν απαρατήρητοι, επειδή τότε λίγοι πίστευαν στη δημιουργία του Σύμπαντος από μια αρχική υπέρθερμη σφαίρα.

 

 Η ιστορική ανακάλυψη ήρθε τυχαία, όπως γίνεται συχνά στη φυσική.

 

Το 1965, ανακάλυψαν μια ανεξήγητη ακτινοβολία. Η σωστή ερμηνεία δόθηκε γρήγορα και ήταν συγκλονιστική: η ακτινοβολία αυτή είναι το φως που αποδεσμεύτηκε από την ύλη, δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Είναι μια ακτινοβολία μικροκυμάτων, με θερμοκρασία 3 Κ. Όπως η ζέστη σ’ ένα σβησμένο τζάκι, η ασθενική ακτινοβολία μικροκυμάτων πιστοποιεί την ύπαρξη μιας λαμπρότατης φωτιάς στο παρελθόν.

 

Το 1989 εκτοξεύτηκε στο διάστημα ο δορυφόρος COBE, o οποίος επιβεβαίωσε ότι η κοσμική ακτινοβολία ερχόταν πράγματι από όλα τα σημεία του ουρανού και δεν άφηνε αμφιβολία για την κοσμογονική της προέλευση.

Μια άλλη όμως ανακάλυψη του COBE συντάραξε την επιστημονική κοινότητα όσο και την κοινή γνώμη.

 

 Αφορούσε τον σχηματισμό των γαλαξιών.

 

Την εμφάνιση δηλαδή, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, κάποιων πρώιμων συγκεντρώσεων ύλης. Έμοιαζαν με ανεπαίσθητους κυματισμούς

(ripples) σε έναν απέραντο και ομοιόμορφο ωκεανό.

 

Με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια μελετήθηκε η ακτινοβολία μικροκυμάτων από τον δορυφόρο WMAP, που στάλθηκε στο διάστημα στις αρχές του 2000.

Με βάση τα αποτελέσματά του, η ηλικία του Σύμπαντος μειώθηκε από τα 15 δισεκατομμύρια στα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

 

 

RIPPLES IN THE COSMOS

 

by Michael Rowan – Robinson

 

Ο Μάικλ Ρόουαν Ρόμπινσον ( 1942), είναι αστρονόμος, αστροφυσικός και καθηγητής αστροφυσικής στο Imperial College of London.

Έγραψε αυτό το βιβλίο το 1993, εγώ το αγόρασα το 1994 και ήρθε η σειρά του να το διαβάσω το 2025!!!

Φυσικά σε έναν επιστημονικό τομέα, όπως η αστρονομία, το βιβλίο θεωρείται παρωχημένο. Έτσι, το άνοιξα τυχαία και άρχισα να διαβάζω από περιέργεια.

 Ήταν τόσο προσιτός ο γραπτός λόγος του και τόσο ενδιαφέροντα αυτά που γράφει, απευθυνόμενος σε ένα μη επιστημονικό κοινό, που το συνέχισα και το απόλαυσα. Μου θύμισε τον λόγο του δικού μας του Γιώργου Γραμματικάκη, του φυσικού, (να μας μαγεύει τις νύχτες στον Ψηλορείτη μιλώντας για τα αστέρια), το βιβλίο του οποίου, « Η Κόμη της Βερενίκης» έρχεται σε επόμενη παρουσίαση.

Το κεντρικό θέμα του βιβλίου είναι, όπως γράφει ο ίδιος ο συγγραφέας του, η αναζήτηση μιας εξήγησης σχετικά με τον σχηματισμό των γαλαξιών, συμπλεγμάτων γαλαξιών και ακόμα μεγαλύτερων δομών μέσα σε ένα σύμπαν το οποίο αρχικά ήταν απίστευτα ομαλό και ενιαίο.

Από το 1965, οπότε και οι επιστήμονες ανακάλυψαν την ακτινοβολία μικροκυμάτων στο βάθος του σύμπαντος, έψαχναν να βρουν αυτούς τους κυματισμούς (ripples).

Ανακαλύπτωντάς τους, στις 23 Απριλίου του 1992, με το διαστημικό τηλεσκόπιο COBE (Cosmic Background Explorer), είχαν ένα στιγμιότυπο του σύμπαντος 300.000 χρόνια μετά το Big Bang, όταν η φάση της πύρινης σφαίρας τελειώνει και η ύλη διαχωρίζεται από την ακτινοβολία.

 

 On Page 62 of this interesting book we find a chapter with the title

“The Big Bang Universe”.

·         In 1929, (the year of the Great Depression!) Edwin Hubble discovered that the galaxies are receding from us, at a rate that increases with distance, which means that we live in an expanding universe.

Extrapolating the expansion backwards in time, points to the Big Bang. But it was the discovery of the microwave background radiation, in 1965 that showed, the universe really did have its origin in a Big Bang and the early phases of the universe were dominated by radiation.

The universe was, in fact, born in a blaze of light.

Among other evidence that convinced astronomers of the Big Bang model, was the abundances of the light elements, helium, deuterium and lithium, which cannot be explained by stellar processes.

The microwave background radiation we detect today in the universe, was last emitted by matter, a few hundred thousand years after the Big Bang (very early, if we consider that the Big Bang happened 10 to 15 billion years ago ) and it is characterized by an impressive smoothness and isotropy ( it looks the same whichever direction you look in the sky).

 But the galaxies, the stars and we our-selves demonstrate that the universe today is far from being uniform. So how did the universe evolve from a state of almost perfect uniformity to the vast contrast of densities we see today?

This is a central question of the cosmological debate.

 

·         In this book the author focuses on two discoveries that led the problem a little forward, and both involved telescopes in orbit around the Earth.

The IRAS (Infrared Astronomical satellite), which mapped the distribution of galaxies in the universe,

and

The COBE (Cosmic Background Explorer), with its detection of minute “ripples” in the microwave background radiation.

 

·         Ο  IRAS – ήταν το πρώτο διαστημικό τηλεσκόπιο, που εκτοξεύθηκε το 1983 και πραγματοποίησε έρευνα του νυχτερινού ουρανού, σε μήκη κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας, επί δέκα μήνες, με ευρήματα εντυπωσιακά για την εποχή. Σήμερα βρίσκεται ακόμα σε τροχιά γύρω από τη Γη.

 

·         Much of the light radiated by stars, over 99% in some galaxies, is absorbed by interstellar dust.

 The dust grains re-radiate the energy they have absorbed at far infrared wavelengths.

 The typical size of these grains is of two kinds, like very fine sand and like soot.

The problem is that the far infrared wavelengths where the dust grains radiate, are inaccessible from the ground, because of the strong absorption of the earth’s atmosphere, mainly due to water vapour and carbon dioxide. So, the space telescope IRAS was built to do this job, by the Dutch, the Americans and the British, in 1983.

·         The deeper meaning of the discovery of the ripples is that we now understand the evolution of the universe from a time 300,000 years after the Big Bang until today, 13 billion years, or so, later with lots of details to be filled in.

Our understanding of the origin of the light elements shows that we can safely extrapolate this picture back to a time one second after the Big Bang.

As some particle physicists are saying, the COBE ripples prove that inflation occurred.

 In his last, very interesting, chapter Rowan-Robinson deals with the question:

 

WHAT IS SCIENCE?

 

He gives the answers of the two philosophers of science, Karl Popper and Thomas Kuhn, with Popper saying that science consists of theories proposed by imaginative conjecture, together with attempts to refute these by means of carefully designed experiments and Kuhn focusing on the sociology of science.

Then he gives his own scientific vision, a holistic, as he says, view of science which “you have to experience to understand it”.

Modern scientists can understand fully a small part of the vision, as astronomers, for example, know almost nothing of biology and physicists of the very early universe, know little of the rest of the astronomical universe, and so on, across the whole of science.

 

·         In his Pensées, Blaise Pascal, the contemporary of Newton and Descartes, talks for the first time about the feelings of a human being adrift in the universe, brought to birth by the Newtonian revolution.

 

The eternal silence of those infinite spaces strikes me with terror.

When I consider the short extent of my life, swallowed up in the eternity before and after, the small space that I fill or even see, engulfed in the infinite immensity of spaces unknown to me and which know me not, I am terrified and astounded to find myself here and not there.

 

Rowan – Robinson ends this last chapter by saying, that scientists who engage in debates with clerics about the existence of God are wasting their time, because, on the one hand, science does not have anything to say about such questions and on the other hand, clerics who claim they have special insight, which allows them to criticize scientific theories, are equally mistaken.

In the Tractatus, Wittgenstein makes a sharp demarcation between what can be said by logic and by science and what can not. All questions of meaning, ethics and value “…..we must consign to silence”.

 

Envoi (conclusion)

 

The lumpiness seen in the IRAS galaxy surveys and the ripples seen in the microwave background radiation by COBE confirm, that the universe is dominated by dark matter and that this dark matter plays an essential role in the formation of the galaxies and all other structures in the universe.

These discoveries lead to the theory of inflation when the nuclear and electromagnetic forces were bound into a single unified force in the very early universe.

 

 “ In this book”, he continues, “ I have stressed, however, that there is no direct evidence either for this first single force or for inflation”.

Theoreticians like Stephen Hawking claim the microwave background ‘ripples’ are direct evidence for inflation.

 

 But in spite of the immense effort being put by the theoreticians, the writer of the book says the inflationary universe remains a fascinating but rather metaphysical speculation.

 

“The ripples show, however, that we have the right general ideas about the history of the Big Bang and how galaxies have formed, even if the details turn out to be different in the future.

 This is a remarkable achievement of twentieth century cosmology.”

 

 

Η ΚΑΤΑΓΩΓΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ, του Κάρολου Δαρβίνου, Κεφάλαια 3 & 4

Σύγκριση των νοητικών ικανοτήτων του ανθρώπου με τις νοητικές ικανότητες των ζώων.

Δεν χωράει αμφιβολία πως υπάρχει τεράστια διαφορά ανάμεσα στη νοημοσύνη ακόμα και του κατώτερου ανθρώπου και τη νοημοσύνη ακόμα και του ανώτερου ζώου.

·         Η ιδέα του ανθρώπου να κατεργαστεί μια πέτρα και να την κάνει εργαλείο, είναι μια απόδειξη.

·         Ούτε και  πέρασε από το μυαλό των πιθήκων να εκφράσουν συγκεκριμένες ιδέες με συγκεκριμένους ήχους, με ελάχιστες εξαιρέσεις που έχουν να κάνουν με την επιβίωσή τους.

·         Η αφιλοκερδής αγάπη για κάθε τι ζωντανό και όχι μόνο για το είδος τους, είναι επίσης χαρακτηριστικό μόνο των ανθρώπων.

Παρόλα αυτά, όσο σημαντική κι αν είναι η διαφορά ανάμεσα στο πνεύμα του ανθρώπου και αυτό του ανώτερου ζώου, πρόκειται για διαφορά ποσοτική και όχι ποιοτική. Συναισθήματα, διαισθήσεις, συγκινήσεις, διάφορες ικανότητες, όπως η προσοχή, η περιέργεια, η μίμηση, ο λογισμός κλπ μπορούν να βρίσκονται «εν τη γενέσει» ή καμιά φορά αρκετά ανεπτυγμένες και στα κατώτερα ζώα. Είναι, ακόμα, ενδεικτικά κάποιας κληρονομικής βελτίωσης, όπως μαρτυρεί η σύγκριση του κατοικίδιου σκύλου με τον λύκο.

Δεν είναι καθόλου απίθανο, ο σχηματισμός γενικών εννοιών όπως η αυτοσυνειδησία κλπ που προσιδιάζουν αποκλειστικά στον άνθρωπο, να είναι δευτερογενή αποτελέσματα άλλων, πολύ ανεπτυγμένων διανοητικών ικανοτήτων, που κι αυτές πάλι είναι το αποτέλεσμα, προπαντός, της αδιάκοπης χρήσης μιας τέλειας γλώσσας. Σε ποια ηλικία το νεογέννητο παιδί αποκτά την ικανότητα της αφαίρεσης; Σε ποια ηλικία αποκτά αυτοσυνειδησία και την ικανότητα να στοχάζεται γύρω από την ύπαρξή του; Δεν μπορούμε να απαντήσουμε, όπως δεν μπορούμε να εξηγήσουμε και την ανιούσα οργανική κλίμακα. Η γλώσσα φέρει ακόμα τα σημάδια της βαθμιαίας εξέλιξής της.

Η ηθική συναίσθηση, η συνείδηση, συνιστά ίσως την πιο ξεκάθαρη οροθετική γραμμή ανάμεσα στον άνθρωπο και τα κατώτερα ζώα.