Για τους αρχαίους Έλληνες το Σύμπαν περιοριζόταν στην γειτονιά της Γης. Η άνθηση των επιστημών κατά την Αναγέννηση επεξέτεινε τον 'στενό' αυτόν κόσμο εκατοντάδες φορές, ως τα πέρατα του ηλιακού συστήματος. Κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα καταλάβαμε ότι ο κόσμος που ζούμε είναι στην πραγματικότητα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερος από το ηλιακό μας σύστημα: ο Ήλιος μας είναι μια ασήμαντη κουκκίδα στα δεκάδες δισεκατομμύρια αστέρια του Γαλαξία μα, ο οποίος με την σειρά του είναι μια ασήμαντη κουκκίδα στους δεκάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες που μπορούμε να παρατηρήσουμε. ’ραγε αυτό είναι τελικά το Σύμπαν ή μήπως υπάρχει κάτι άλλο που διαφεύγει σήμερα από τις αισθήσεις μας, όπως το τεράστιο Σύμπαν των γαλαξιών διέφευγε από την αντίληψη των αρχαίων Ελλήνων; Πολλοί αστρονόμοι και θεωρητικοί φυσικοί απαντούν σήμερα θετικά στο ερώτημα αυτό.
Η μελέτη του Σύμπαντος γίνεται σήμερα μέσα από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Στο πλαίσιο αυτής της θεωρίας μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση δύο γεγονότων στον χώρο και στον χρόνο, δεν μπορούμε όμως να πούμε τίποτε για το πώς είναι φτιαγμένο το ίδιο το Σύμπαν, αν δηλαδή αποτελείται από ένα ή περισσότερα επί μέρους κομμάτια, τα οποία συνδέονται ή δεν συνδέονται μεταξύ τους. Τα τελευταία χρόνια πολλοί αστροφυσικοί, προσπαθώντας να αντιμετωπίσουν μερικά από τα προβλήματα που θέτει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, έχουν διατυπώσει την άποψη ότι υπάρχουν άπειρα Σύμπαντα και περισσότερες από τρεις διαστάσεις. Φυσικά η άποψη αυτή βασίζεται σε θεωρίες πέρα από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, οι οποίες δεν έχουν γίνει ακόμη γενικά αποδεκτές. Προκαλούν όμως μεγάλο ενδιαφέρον, επειδή απαντούν με 'φυσικό' τρόπο σε μερικά από τα πιο βασικά ερωτήματα της σημερινής κοσμολογίας, όπως το πως δημιουργήθηκε η Μεγάλη Έκρηξη ή γιατί υπάρχει ζωή.
Η 'ανθρωπική αρχή'
Ένα από τα πιο 'ενοχλητικά' χαρακτηριστικά του Σύμπαντος στο οποίο ζούμε είναι ακριβώς ότι έχει ευνοήσει την εμφάνιση ζωής. Με σχετικά απλούς υπολογισμούς προκύπτει ότι αν οι νόμοι της φυσικής ή οι διάφορες φυσικές σταθερές, όπως π. χ. η ταχύτητα του φωτός, ήταν λίγο διαφορετικοί, τότε οι συνθήκες στο Σύμπαν δεν θα μπορούσαν να ευνοήσουν την εμφάνιση της ζωής. Για τον λόγο αυτόν έχει εισαχθεί στην κοσμολογία η λεγόμενη 'ανθρωπική αρχή', σύμφωνα με την οποία μόνο σε ένα Σύμπαν με συγκεκριμένους νόμους είναι δυνατόν να αναπτυχθούν λογικά όντα που να αναζητούν απαντήσεις σε παρόμοια ερωτήματα. Φυσικά αυτή η θεώρηση δεν φαίνεται καθόλου ικανοποιητική σε κάποιον που ζητάει από την επιστήμη καθαρές απαντήσεις, αφού μοιάζει να κάνει κύκλους. Ένα άλλο 'ενοχλητικό' ερώτημα είναι το πώς και το γιατί δημιουργήθηκε η Μεγάλη Έκρηξη. Υπάρχει άραγε τρόπος να βρούμε λύσεις στα παραπάνω προβλήματα;
Μια μεγάλη ομάδα αστροφυσικών, στην οποία συγκαταλέγεται και ο διάσημος Στίβεν Χόκινγκ δουλεύει στο πλαίσιο της κβαντομηχανικής. Το μεγάλο πρόβλημα σε αυτόν τον τρόπο αντιμετώπισης είναι ότι σήμερα η γενική θεωρία της σχετικότητας, που προβλέπει μονοσήμαντα ένα γεγονός, είναι ασύμβατη με την κβαντομηχανική, που δίνει μόνο την πιθανότητα να συμβεί αυτό το γεγονός. Ένας τρόπος για να ξεφύγει κανείς από αυτό το αδιέξοδο είναι να συνδέσει την κβαντομηχανική με την κοσμολογία μέσα από τη θεωρία των πολλαπλών Συμπάντων. Σύμφωνα με αυτή την θεωρία, κάθε φορά που η κβαντομηχανική δίνει την πιθανότητα να συμβεί ένα γεγονός το Σύμπαν χωρίζεται στα δύο: στο ένα μέρος το γεγονός και στο άλλο όχι.
Τα σύμπαντα - μητέρες
Με τον τρόπο αυτόν μπορεί να ερμηνεύσει κανείς γιατί ζούμε σε ένα Σύμπαν με 'κατάλληλους' νόμους, όχι όμως και το γιατί ή πως δημιουργήθηκε η Μεγάλη Έκρηξη. Αν θέλουμε να συμπεριλάβουμε και αυτό το φαινόμενο σε κάποια θεωρία, θα πρέπει να ακολουθήσουμε τον δρόμο που οδήγησε στη μεγάλη επιτυχία της παλαιότερης ερευνητικής δουλειάς του Χόκινγκ, δηλαδή στην αυθαίρετη εισαγωγή ορισμένων μόνο εννοιών της κβαντομηχανικής στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Στο πλαίσιο μιας τέτοιας θεωρίας είναι δυνατόν να υποθέσει κανείς ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε σαν μια 'κβαντική διακύμανση' ανάλογη με εκείνες που έχουμε δει πολλές φορές σε πειράματα να δημιουργούν σωματίδια από το 'τίποτε'! Επειδή τέτοιες διακυμάνσεις είναι συνηθισμένο φαινόμενο, είναι φανερό ότι θα έχουν δημιουργηθεί ή πρόκειται να δημιουργηθούν άπειρα Σύμπαντα. Επομένως λύνεται το πρόβλημα της εμφάνισης της ζωής αφού από άπειρα Σύμπαντα, με διαφορετικούς νόμους το καθένα, σίγουρα θα προκύψει και ένα κατάλληλο για την ανάπτυξη ζωής.
Οι διαδοχικές κβαντικές διακυμάνσεις είναι δυνατόν να είναι ανεξάρτητες η μια από την άλλη οπότε τα 'Σύμπαντα' που προκύπτουν είναι μεταξύ τους ανεξάρτητα. Είναι όμως δυνατόν να εμφανίζονται η καθεμιά σε ένα 'προϋπάρχον' Σύμπαν, οπότε έχουμε το ενδιαφέρον φαινόμενο όπου το κάθε Σύμπαν 'γεννάει' τα παιδιά του. Πολλοί ερευνητές μάλιστα συνδέουν αυτά τα γεννητούρια με την ύπαρξη των μελανών οπών, αφού στο εσωτερικό καθεμιάς από αυτές υπάρχει και μια 'ανωμαλία' του χώρου και του χρόνου, που μπορεί να θεωρηθεί αρχή και τέλος ενός ολόκληρου κόσμου!
Υπερχορδές και μεμβράνες
Μια άλλη ομάδα ερευνητών ξεκινάει από την πιο σύγχρονη θεωρία της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και προσπαθεί να την εφαρμόσει στην κοσμολογία. Με άλλα λόγια, ξεκινάει από την θεωρία του άπειρα μικρού για να ερμηνεύσει το άπειρα μεγάλο! Η θεωρία αυτή ονομάζεται θεωρία των υπερχορδών και βασίζεται στην υπόθεση ότι τα στοιχειώδη σωματίδια (π. χ. τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια) είναι μικρές χορδές και ότι ο χώρος στον οποίο ζούμε δεν έχει τρεις διαστάσεις αλλά εννέα! Με τον τρόπο αυτόν η ύπαρξη σωματιδίων με διαφορετικές ιδιότητες οφείλεται στους διαφορετικούς τρόπους που ταλαντώνονται οι χορδές. Φυσικά ο καθένας θα ρωτήσει πως γίνεται και εμείς αντιλαμβανόμαστε μόνο τρεις διαστάσεις, αν υπάρχουν στην πραγματικότητα εννέα. Η απάντηση που είχαν δώσει αρχικά οι θεωρητικοί φυσικοί είναι ότι οι έξι διαστάσεις έχουν καμπυλωθεί, από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης και καταλαμβάνουν τόσο μικρό χώρο ώστε δεν είναι παρατηρήσιμες. Οι μοντέρνοι κοσμολόγοι διόρθωσαν λίγο αυτή την ερμηνεία: αν οι καμπυλωμένες διαστάσεις δεν είναι έξι αλλά μόνο πέντε, τότε όχι μόνο ερμηνεύεται η ύπαρξη όλων των στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά επιπλέον εξηγείται η ύπαρξη απείρων Συμπάντων και η δημιουργία της Μεγάλης Έκρηξης! Αυτή είναι η θεωρία των μεμβρανών.
Σύμφωνα λοιπόν με αυτή την θεωρία, το Σύμπαν στο οποίο ζούμε και έχει τρεις χωρικές διαστάσεις είναι 'εμβαπτισμένο' σε ένα Υπερσύμπαν που έχει τέσσερις διαστάσεις. Η ονομασία της θεωρίας προήλθε ακριβώς από το γεγονός ότι το τρισδιάστατο Σύμπαν μας 'πλέει' μέσα στο τετραδιάστατο Υπερσύμπαν όπως ακριβώς μια δισδιάστατη μεμβράνη ή ένα φύλλο χαρτιού πλέει σε ένα κουβά με νερό! Μαζί όμως με το δικό μας Σύμπαν μέσα στο Υπερσύμπαν (στον ίδιο 'κουβά') πλέουν και άπειρα άλλα Σύμπαντα, το καθένα με τις δικές του ιδιότητες και νόμους! Κάθε φορά που δύο τέτοια Σύμπαντα συγκρούονται, εκλύεται ενέργεια και δημιουργείται ύλη, σύμφωνα με την γνωστή σχέση του Αϊνστάιν. E = m . c² Τότε τα 'όντα' που ζουν πάνω στη μεμβράνη θεωρούν ότι έγινε μια 'Μεγάλη Έκρηξη' και αρχίζουν να αναρωτιούνται ποια ήταν η αιτία της και πως εμφανίστηκε η ύλη από το τίποτε!
Η θεωρία των μεμβρανών ίσως να μοιάζει στην αρχή με το όραμα ενός προικισμένου επιστήμονα που δεν έχει σχέση με την πραγματικότητα και δεν είναι δυνατόν να επιβεβαιωθεί ή να απορριφθεί, αφού οι διάφορες μεμβράνες είναι απομονωμένες και δεν επικοινωνούν μεταξύ τους και τα όντα που ζουν στην μια δεν μπορούν να παρατηρήσουν την άλλη. Η αλήθεια όμως είναι λίγο διαφορετική. Η βαρύτητα μπορεί να 'διαρρέει' από την μια μεμβράνη στην άλλη, έτσι ώστε έστω και αν δεν την βλέπουμε, να νιώθουμε την παρουσία της. Η διαρροή αυτή είναι δυνατόν να εντοπιστεί πειραματικά και ο δρόμος για την επιβεβαίωση ή όχι αυτής της πρόβλεψης είναι ανοικτός για τους πειραματικούς φυσικούς.
! Ο Χάρης Βάρβογλης είναι αναπληρωτής καθηγητής του τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.
Το άρθρο έχει δημοσιευθεί στην εφημερίδα ' Το Βήμα της Κύριακής' τον Απρίλιο του 2002