Υπάρχει πράγματι το Πολυσύμπαν; (Α’)
2 Απριλίου 2014
Άρθρο, του γνωστού καθηγητή George Ellis, σχετικά με το Πολυσύμπαν δημοσίευσε το περιοδικό Scientific American. Το θέμα είναι πολύ επίκαιρο και διάφοροι επιστήμονες (και δημοσιογράφοι) γράφουν τις απόψεις τους σχετικώς. Με αφορμή λοιπόν το άρθρο αυτό, θα ήθελα να επισημάνω τα εξής ότι το ορατό μας Σύμπαν εκτείνεται μέχρι 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός περίπου, και τα όριά του διαστέλλονται με την ταχύτητα του φωτός. Όμως, δεν υπάρχει λόγος να τελειώνει εκεί ακριβώς το Σύμπαν. Οι πραγματικές του διαστάσεις μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερες, και ίσως είναι άπειρες.
Από τις πρώτες λύσεις των εξισώσεων πεδίου του Einstein, ορισμένες αναφέρονταν σε άπειρο Σύμπαν. Όπως είναι γνωστό, οι κοσμολογικές λύσεις των εξισώσεων του Einstein είναι τριών ειδών. (α) Σφαιρικό Σύμπαν, πεπερασμένο άνευ περάτων, (β) Υπερβολικό Σύμπαν άπειρο σε διαστάσεις, και (γ) Ευκλείδειο Σύμπαν, άπειρο και αυτό, στο όριο μεταξύ του σφαιρικού και του υπερβολικού Σύμπαντος. Επομένως η ιδέα ενός απείρου Σύμπαντος δεν είναι κάτι το καινούργιο. Υπήρχε σχεδόν από την αρχή της Γενικής Θεωρίας της Σχε- τικότητος (1916). Πράγματι, η λύση του de Sitter (1917) αναφέρεται σε ένα άπειρο Σύμπαν. Πάντως, θεωρείται αυτονόητο ότι σ’ ένα τέτοιο Σύμπαν ισχύουν οι ίδιοι φυσικοί νόμοι παντού.
Εν τούτοις την τελευταία δεκαετία διατυπώθηκε η άποψη ότι έξω από το Σύμπαν μας, σε τεράστιες αποστάσεις, υπάρχει ένας απεριόριστος αριθμός άλλων Συμπάντων, που το καθένα τους έχει διαφορετικούς φυσικούς νόμους που έχουν επιλεγεί κατά τυχαίο τρόπο. Το σύνολο των Συμπάντων αυτών αποτελεί το Πολυσύμπαν. Έτσι π.χ. ενώ στο δικό μας Σύμπαν η βαρύτης είναι 1040 φορές ασθενέστερη από τις ηλεκτρο- μαγνητικές δυνάμεις, σε άλλο Σύμπαν η βαρύτης μπορεί να είναι ισχυρότερη από τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, κ.ο.κ.
Η ιδέα του Πολυσύμπαντος στηρίχθηκε εν μέρει στη θεωρία των χορδών. Η θεωρία αυτή εμφανίζεται σε 5 παραλλαγές και αναφέρεται σε χώρους 10 ή 11 διαστάσεων. Τέσσερις διαστάσεις είναι ο συνήθης χωρόχρονος, ενώ οι υπόλοιπες διαστάσεις υποτίθεται ότι είναι συμπαγοποιημένες, δηλαδή περιβάλλουν κατά κάποιο τρόπο τις 4 διαστάσεις όπως ένας λεπτός σωλήνας περιβάλλει ένα καλώδιο στο κέντρο του. Αλλά η συμπαγοποίηση εξαρτάται από τις φυσικές σταθερές που ισχύουν στην κάθε περίπτωση. Έτσι υπολογίζεται ότι, αν πάρουμε αυθαίρετες τιμές των σταθερών αυτών, θα έχουμε και αντίστοιχες μορφές Συμπάντων.
Ο Ε. Witten έδειξε ότι οι 5 μορφές της θεωρίας των χορδών συνδέονται μεταξύ τους. Αυτό τον έκανε να υποθέσει ότι υπάρχει μία βαθύτερη θεωρία που την ονόμασε «Θεωρία Μ» (μαγική ή μυστηριώδης θεωρία ή θεωρία μεμβράνης), η οποία λαμβάνει 5 διαφορετικές μορφές σε διάφορες περιπτώσεις. Πολλοί προσπάθησαν να βρουν τη θεωρία Μ, χωρίς όμως επιτυχία. Έτσι ο Hawking (2010) είπε τελικά ότι η θεωρία Μ είναι το σύνολο των 5 αυτών θεωριών και τίποτε περισσότερο.
Αλλά η θεωρία Μ επιτρέπει έναν τεράστιο αριθμό διαφορετικών συμπαγοποιήσεων. Ο αριθμός αυτός είναι της τάξεως του 10500. Δηλαδή υπάρχουν τουλάχιστον 1 με 500 μηδενικά διαφορετικά Σύμπαντα, και κάθε Σύμπαν έχει διαφορετικούς φυσικούς νόμους. Δεν αποκλείεται μάλιστα ο αριθμός αυτός να είναι άπειρος.
Υπάρχουν όμως αυτά τα άλλα Σύμπαντα του Πολυσύμπαντος; Η απάντηση είναι «Γιατί όχι;» Αρκεί τα μαθηματικά του Πολυσύμπαντος να είναι αυτοσυνεπή. Μερικοί μάλιστα, όπως ο Tegmark, λένε ότι και τα μαθηματικά άλλων Συμπάντων μπορεί να είναι διαφορετικά από τα δικά μας.
Μερικοί έκαναν ορισμένους υπολογισμούς για το πόσο μακριά μπορεί να είναι τα άλλα Σύμπαντα πέρα από το δικό μας. Ο ορίζων του δικού μας Σύμπαντος απέχει 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αλλά το πλησιέστερο εξωτερικό Σύμπαν του Πολυσύμπαντος απέχει κάπου1010000000 έτη φωτός (1 με δέκα εκατομμύρια μηδενικά). Και ένα Σύμπαν παρόμοιο με το δικό μας απέχει τουλάχιστον 1010>100 έτη φωτός.
Αλλά τέτοια Σύμπαντα, που είναι πέρα από τον ορίζοντά μας, δεν μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε, ούτε να μας επηρεάσουν, αφού δεν υπάρχουν επιδράσεις που να μεταδίδονται με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός. Επομένως φαίνεται ότι είναι αδύνατο να μάθουμε αν υπάρχει το Πολυσύμπαν, ούτε τώρα, ούτε στο απώτερο μέλλον, έστω και μετά από πολλά δισεκατομμύρια έτη. Πράγματι, καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται όχι μόνον δεν αυξάνουμε τις πληροφορίες μας για τις μακρινές αποστάσεις, αλλά χάνουμε συνεχώς την επαφή με τους μακρινούς γαλαξίες του δικού μας Σύμπαντος. Υποστηρίζεται ότι μετά από 10116 έτη όλοι οι άλλοι γαλαξίες θα έχουν φύγει από το οπτικό μας πεδίο. Αλλά και οι αστέρες του γαλαξίου μας θα σκορπιστούν στα αχανές διάστημα, έξω από τα όρια του γαλαξίου μας, και θα μείνουν μόνο υπολείμματα του ηλιακού μας συστήματος (αφού ο ήλιος θα έχει σβήσει και είναι αμφίβολο αν η γη θα περιφέρεται γύρω από αυτόν).
Αλλά μετά από 10116 έτη υπολογίζεται ότι η ίδια η ύλη θα έχει χάσει τις συνήθεις ιδιότητές της. Υπολογίζεται θεωρητικά ότι τα πρωτόνια, που είναι τα πλέον ευσταθή σωμάτια της ύλης, θα αρχίσουν να διασπώνται μετά από 1033 έτη, και μετά από 10116 έτη υπολογίζεται ότι το Σύμπαν θα είναι μόνο ένα νέφος φωτονίων (μαζί ίσως με νετρίνα). Επομένως, δεν υπάρχει ελπίς ότι κάποτε θα έχουμε κάποια επικοινωνία που να μας πείσει για την ύπαρξη του Πολυσύμπαντος. Τότε ποια επιχειρήματα παρουσιάζουν οι υποστηρικτές του Πολυσύμπαντος για την ύπαρξη του;
Σημείωση: το παρόν άρθρο δημοσιεύεται σε συνεργασία με το περιοδικό Physics News -http://www.physicsnews.gr – και την Ένωση Ελλήνων Φυσικών