Το αναποδογυρισμένο σύμπαν

Πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν; απορρίπτεται η αρχική μεγάλη έκρηξη (big bang); και τι συνέβαινε πριν; Ο ερευνητής Φυσικός Martin Bojowald (Μπόγιοβαλτ), Γερμανός στην καταγωγή που διδάσκει και ερευνά τώρα στο Pennsylvania State University/ΗΠΑ, εργάστηκε σε ένα μαθηματικό μοντέλο που υποκαθιστά την περίπου γενικά αποδεκτή ιδέα ενός big bang ως την αρχή του σύμπαντος και προσδιορίζει με υπολογισμούς το πέρασμα του σύμπαντος από την κατάσταση «πριν» στην κατάσταση «μετά». Το σύμπαν, στο οποίο βρισκόμαστε, δεν ξεκίνησε την τρέχουσα φάση του με μια έκρηξη αλλά με ένα αναποδογύρισμα, όπως μπορεί να γίνει με ένα μπαλόνι, όταν το φουσκώνουμε ανάποδα, το μέσα έξω. Η συνέντευξη που ακολουθεί με μικρές περικοπές, έγινε από το δημοσιογράφο Max Rauner για λογαριασμό της εβδομαδιαίας γερμανικής εφημερίδας «Die Zeit».

ZEIT: Κύριε Bojowald, πότε αρχίσατε να αμφιβάλλετε για την ορθότητα της «μεγάλης έκρηξης»;

Bojowald: Λίγο μετά το διδακτορικό μου. Εργαζόμουν πάνω σε μαθηματικές μεθόδους για την περιγραφή των διεργασιών στο σύμπαν. Σε μια από τις εξισώσεις ήταν δυνατόν να επιλέξουμε ελεύθερα το πρόσημο, συν ή πλην. Αντιλήφθηκα ότι το πλην αντιστοιχούσε στο χρόνο πριν από τη μεγάλη έκρηξη και το συν στο χρόνο μετά.

ZEIT: Πώς μπορούμε να φανταστούμε αυτή την «επιφοίτηση»; Καθόσαστε σε ένα μικρό γραφείο στο πανεπιστήμιο του Aachen με μολύβι και χαρτί…

Bojowald: Στη διάρκεια των υπολογισμών συγκεντρώνομαι στα Μαθηματικά. Οι καλές ιδέες έρχονται όταν αφήνομαι ελεύθερος.

ZEIT: Η ιδέα σας ότι υπάρχει μια «εποχή» πριν από το big bang δημοσιεύτηκε το έτος 2001 στο περιοδικό Physical Review Letters. Τότε ήσασταν 28 ετών και αμφισβητήσατε με 4 σελίδες το ιστορικό «δημιουργίας» που αποδέχεται η σύγχρονη Φυσική. Δεν θεώρησαν οι συνάδελφοί σας ότι η ενέργειά σας περιείχε θράσος;

Bojowald: Το μεγαλύτερο τμήμα του big bang, δηλαδή τη δημιουργία των στοιχειωδών σωματιδίων, των ατόμων και των γαλαξιών, δεν το αμφισβητώ καθόλου. Εγώ αναφέρομαι μόνο στη χρονική στιγμή μηδέν. Αν προσπαθήσετε να περιγράψετε αυτή τη χρονική στιγμή με τη βοήθεια της «Θεωρίας της Σχετικότητας», διαπιστώνετε ότι οι εξισώσεις δεν έχουν πια νόημα. Παίρνετε άπειρες θερμοκρασίες και ενεργειακές πυκνότητες. Οι Φυσικοί λέμε ότι πρόκειται για «ανωμαλία» (singularity). Με τη δική μας μέθοδο καταφέραμε να αποφύγουμε αυτή την ανωμαλία.

ZEIT: Σας έστειλε συγχαρητήρια ο Stephen Hawking;

Bojowald: Ο ίδιος όχι αλλά ένας πρώην συνεργάτης του.

ZEIT: Σύμφωνα με κάποιο μύθο, ο πάπας Ιωάννης Παύλος Β’ παρακάλεσε τον Stephen Hawking να μην ερευνήσει το χρόνο πριν από το Big bang. Εσείς είστε καθολικός;

Bojowald: Με βάφτισαν καθολικό.

ZEIT: Αισθάνεστε τώρα αιρετικός;

Bojowald: Ε, όχι! Αλλά όταν μιλάω δημόσια, αντιλαμβάνομαι από τις αντιδράσεις σε ποια χώρα βρίσκομαι. Στην Ευρώπη και στην Αμερική προκύπτουν μερικές φορές ερωτήσεις σ’ αυτή την κατεύθυνση. Στους Ινδούς είναι η ιδέα για μια αρχή του κόσμου μάλλον ξένη, βρίσκουν τα αποτελέσματά μου μάλλον κανονικά.

ZEIT: Ερωτήσεις για το χρόνο πριν από το big bang δεν έχουν νόημα, όπως δεν έχει νόημα και η ερώτηση τι είναι βορειότερα του βόρειου πόλου, είπε κάποτε ο Stephen Hawking.

Bojowald: Η σύγκριση είναι προβληματική. Στο βόρειο πόλο δεν συμβαίνει κάτι ιδιαίτερο, επικρατεί βέβαια πολύ κρύο, αλλά δεν υφίσταται καμιά «φυσική ανωμαλία», μόνο μαθηματική. Οι Γεωγράφοι έχουν επιλέξει έτσι τις συντεταγμένες, ώστε η ερώτηση για ένα βορειότερο σημείο να μην έχει νόημα. Στο big bang υπάρχει όμως πράγματι μια ανωμαλία και αυτή είναι πολύ σημαντικότερη!

ZEIT: Για ποιον σημαντικότερη;

Bojowald: Αν πηγαίναμε πίσω στο χρόνο, δεν θα φτάναμε ποτέ στη μεγάλη έκρηξη, επειδή θα επικρατούσαν πολύ υψηλές θερμοκρασίες και δυνάμεις στροβίλων. Αυτό σημαίνει ότι η αριστερή πλευρά του σώματος θα δεχόταν τελείως διαφορετικές δυνάμεις από αυτές της δεξιάς πλευράς. Κάθε τι που θα πέρναγε από εκεί θα διαλυόταν. Ακόμα και όργανα μέτρησης να στέλναμε, κάποια στιγμή θα διαλύονταν τα άτομα, ακόμα και οι πυρήνες τους.

ZEIT: Επειδή δεν μπορούμε να στείλουμε κάποιον ερευνητή στην περιοχή της μεγάλης έκρηξης, δεν σημαίνει ότι δεν έχει συμβεί αυτή!

Bojowald: Οι άπειρες πυκνότητες που προκύπτουν από τη «Θεωρία της Σχετικότητας» για τη χρονική στιγμή μηδέν, δεν έχουν φυσικό αντίκρισμα. Και αυτό ακριβώς είναι μια ένδειξη ότι η θεωρία σ’ αυτό το σημείο δεν ισχύει. Για τόσο μεγάλες ενεργειακές πυκνότητες πρέπει να συμπεριλάβουμε την Κβαντική Φυσική. Και αυτό ακριβώς κάνουμε με την Κβαντική Βαρύτητα Βρόχων (Loop Quantum Gravity, LQG).

ZEIT: Τι σημαίνει αυτό;

Bojowald: Από την Κβαντική Φυσική γνωρίζουμε ότι η ύλη απαρτίζεται από άτομα. Η Κβαντική Βαρύτητα Βρόχων υποδιαιρεί το χώρο και το χρόνο σε μικρά τμήματα, ας πούμε σε χωροχρονικά κβάντα. Αυτά είναι τόσο μικρά, ώστε να μην μπορεί κάποιος να τα παρακολουθήσει. Μιλάμε για βρόχους, αλλά δεν παίζει ρόλο το όνομα. Σημαντικό είναι ότι αυτές οι απειροελάχιστες υποδιαιρέσεις εμποδίζουν το σύμπαν να βρίσκεται τη στιγμή της έναρξης του big bang σε μηδενικό μέγεθος.

ZEIT: Τι ακριβώς συμβαίνει εκείνη τη στιγμή, σύμφωνα με τη θεωρία σας;

Bojowald: Ο όγκος του σύμπαντος μεταπηδάει από μείον σε συν, θα μπορούσαμε να το θεωρήσουμε σαν ένα αναποδογύρισμα.

ZEIT: Όπως γυρίζουμε σε μια φανέλα το μέσα έξω;

Bojowald: Μάλλον σαν ένα μπαλόνι, από το οποίο διαφεύγει ο αέρας και γίνεται όλο μικρότερο. Στο τέλος έχει χαλαρώσει τελείως η ελαστική επιφάνεια, ώστε να συνεχίσει να ξεφουσκώνει το μπαλόνι. Αν όμως σκεφτούμε ότι όλα τα σημεία της επιφάνειας του μπαλονιού τείνουν να προσεγγίσουν ένα μηδενικό σημείο, κάποια στιγμή γυρνάει το μέσα έξω και ξεκινάει ένα νέο φούσκωμα.

ZEIT: Και τι συνέβαινε πριν από τη μεγάλη έκρηξη;

Bojowald: Αρκετό χρόνο πριν από την έκρηξη υπήρχε ίσως ένα σύμπαν όπως το δικό μας. Όμως όχι επεκτεινόμενο αλλά συρρικνούμενο.

ZEIT: Υπήρχε ζωή σ’ αυτό;

Bojowald: Εξαρτάται από τυχαία γεγονότα, όπως και η ύπαρξη ζωής στο γαλαξία μας και ειδικότερα στο ηλιακό μας σύστημα, είναι αποτέλεσμα τυχαίων ενεργειακών ροών κατά τη διάρκεια της μεγάλης έκρηξης. Όπου υπήρχε περισσότερη ενέργεια, εκεί δημιουργήθηκαν αστέρια και γαλαξίες.

ZEIT: Το σύμπαν πριν από τη μεγάλη έκρηξη υπήρχε πάντα;

Bojowald: Είναι πιθανόν! Η θεωρία μας επιτρέπει όμως και άλλη μια δυνατότητα: ότι το σύμπαν περιοδικά διαστέλλεται και πάλι συστέλλεται. Αυτό οδηγεί στην αντίληψη του κυκλικού σύμπαντος.

ZEIT: Τι συμβαίνει ακριβώς με την Κοσμολογία; Μερικοί ερευνητές προσβλέπουν σε παράλληλα σύμπαντα, εσείς βλέπετε το κυκλικό ή αιώνιο σύμπαν, άλλοι υπερασπίζονται τη μεγάλη έκρηξη. Είναι σαν να βρισκόμαστε σε συνέλευση με πολλές γνώμες.

Bojowald: Κάπως έτσι, ίσως έπρεπε κάποια στιγμή να περάσουμε στην ψηφοφορία! Αλλά για να σοβαρευτούμε, μόλις πρόσφατα καταφέραμε να υπολογίσουμε παραμέτρους, όπως τη διεύρυνση του σύμπαντος ή την ηλικία του με σημαντική ακρίβεια. Ακόμα κι αυτές οι παρατηρήσεις επιτρέπουν αρκετά περιθώρια, ώστε να αναπτυχθούν διαφορετικά μοντέλα. Μιλάμε για το πρώτο νανοδευτερόλεπτο (10^-9 sec) μετά το big bang. Τα όργανα μέτρησης που διαθέτουμε δεν έχουν ακόμα την ακρίβεια ώστε να μετρήσουμε σήματα εκείνης της χρονικής στιγμής, όπως βαρυτικά κύματα.

ZEIT: Μερικές φορές ακούγεται ότι χρειαζόμαστε έναν καινούργιο Αϊνστάιν, μήπως είστε εσείς ο σωτήρας;

Bojowald: Εγώ απλά αξιοποίησα τη θεωρία βρόχων, την οποία ανέπτυξαν άλλοι παλαιότερα, περίπου 20 ερευνητές σε όλο τον κόσμο. Σήμερα είμαστε περισσότεροι. Ένας μόνος του δεν είναι σε θέση να κάνει κάτι τέτοιο!

ZEIT: Γράφετε ένα βιβλίο για το χρόνο πριν από τη μεγάλη έκρηξη. Γιατί;

Bojowald: Πολλοί άνθρωποι ενδιαφέρονται γι’ αυτά τα ζητήματα. Κι εμένα με βοηθάει να ξανασκεφτώ τα πράγματα, χωρίς να χρησιμοποιήσω Μαθηματικά, πίσω από τα οποία κρυβόμαστε πολύ συχνά.

ZEIT: Βλέπουμε ότι πολλοί Κοσμολόγοι στις ΗΠΑ και στη Μ. Βρετανία, οι οποίοι έχουν διατυπώσει μια νέα θεωρία, αμέσως συγγράφουν ένα βιβλίο. Δεν προκύπτει εκεί μια σύγκρουση συμφερόντων;

Bojowald: Για ποιο λόγο;

ZEIT: ότι καθένας χτενίζει κατάλληλα τη «θεωρία της δημιουργίας» που διατύπωσε, ώστε να πουλήσει αντίτυπα.

Bojowald: Στην περίπτωσή μου δεν συμβαίνει αυτό. Αρχικά ήθελα μόνο να ολοκληρώσω τη διδακτορική διατριβή μου, μετά ακολούθησαν δημοσιεύσεις. Το βιβλίο αποτελεί μια λογική συνέχεια αυτών.

ZEIT: Μετά από συνεντεύξεις παίρνουμε στην εφημερίδα πάντα επιστολές αναγνωστών, οι οποίοι υποστηρίζουν ότι βρήκαν ένα «παγκόσμιο τύπο» της Φυσικής. Πώς διαφοροποιείται η θεωρία σας από εσωτεριστικές αντιλήψεις;

Bojowald: Σε τελευταία ανάλυση πρέπει μια επιστημονική θεωρία να διατυπώνει προβλέψεις, οι οποίες είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθούν με παρατηρήσεις. Αυτός είναι και ο δικός μας σκοπός. Βέβαια, δεν μπορούμε να φτάσουμε στη μεγάλη έκρηξη, αλλά το κάνουμε αυτό έμμεσα. Σχετικά υπάρχουν στην Ιστορία της Φυσικής πολλά παραδείγματα. Όταν ο Αϊνστάιν μελετούσε το έτος 1905 την κίνηση Brown…

ZEIT: …είναι η μικροσκοπική κίνηση στα σταγονίδια των υγρών…

Bojowald: …κατέληξε στο συμπέρασμα για την ύπαρξη των ατόμων, τα οποία έδιναν στα σταγονίδια μικρές ωθήσεις. Αυτή ήταν μια έμμεση ένδειξη που έπεισε τους Φυσικούς της εποχής. Μετά από περίπου 50 χρόνια πήραμε εικόνες από τα πραγματικά άτομα. Ελπίζουμε ότι και για τα χωροχρονικά άτομα θα πάρουμε έμμεσες ενδείξεις.

ZEIT: Μπορείτε να φανταστείτε ότι η προσπάθεια να περιγραφεί το σύμπαν συνολικά, ξεπερνάει τις δυνατότητες της Φυσικής;

Bojowald: Ναι, αλλά δεν θα το ξέρουμε ποτέ με βεβαιότητα αυτό, γι’ αυτό και συνεχίζουμε την έρευνα.

Βλέπε επίσης εδώ κι εδώ!

(Στέλιος Φραγκόπουλος, Stelios Frangopoulos)