ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Το Σκοτεινό Σύμπαν

to-skoteino-sympan-561396271

Στα τέλη του περασμένου μήνα μια μεγάλη κοινοπραξία 400 ερευνητών από επτά χώρες με την επωνυμία Επισκόπηση Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Survey – DES) ανακοίνωσε τα αποτελέσματα ενός μεγάλου τμήματος των ερευνών της. H κοινοπραξία DES, που έχει καλύψει ήδη το 12,5% του ουράνιου θόλου, παρουσίασε τα ευρήματά της σε 29 νέες εργασίες που δημοσιεύτηκαν ήδη. Οι εργασίες αυτές εξετάζουν με προσοχή την εξελικτική πορεία του Σύμπαντος τα τελευταία 7 δισεκατομμύρια χρόνια για να δώσουν απαντήσεις στα μεγάλα ερωτήματα που έχουμε σχετικά με τα συστατικά που αποτελούν το Σύμπαν, την κατανομή της ύλης σε αυτό, τον ρόλο που παίζουν σε όλα αυτά η επονομαζόμενη «σκοτεινή ύλη» και η «σκοτεινή ενέργεια», καθώς επίσης και τις λεπτομέρειες του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου που έχουμε για τη γέννηση και την εξέλιξή του.

Ηδη, εδώ και αρκετά χρόνια, έχουμε ανακαλύψει ότι όλη η υλοενέργεια που αναγνωρίζουμε στα άστρα και στα νεφελώματα που βρίσκουμε στις εκατοντάδες δισεκατομμύρια των γαλαξιών δεν αποτελούν παρά μόνο το 5% των συστατικών του Σύμπαντος, ενώ το υπόλοιπο 95% αποτελείται από ύλη και ενέργεια, που μας είναι άγνωστο ακόμη από τι αποτελούνται. Πάρτε για παράδειγμα το πρόβλημα της «σκοτεινής ύλης» που πρέπει να υπάρχει με κάποια μορφή και η οποία αποτελεί περίπου το 25% της υλοενέργειας του Σύμπαντος και παρόλο που δεν γνωρίζουμε από τι αποτελείται, βλέπουμε εντούτοις τη βαρυτική επίδραση που έχει στο περιβάλλον της. Παρ’ όλα αυτά, ακόμη κι αν στην ύλη που βλέπουμε προσθέσουμε και όλα τα υλικά της «σκοτεινής ύλης», πάλι φαίνεται ότι χρειαζόμαστε μια επιπλέον ποσότητα «υλικών» ή «ενέργειας» (αφού ύλη και ενέργεια αποτελούν δύο όψεις του ιδίου νομίσματος) ώστε να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις των κοσμολόγων που μας λένε ότι το Σύμπαν στο οποίο ζούμε είναι ένα «ανοιχτό» και «επίπεδο» Σύμπαν. Γεγονός που μας οδήγησε επίσης στη διαπίστωση ότι η διαστολή του Σύμπαντος δεν συμπεριφερόταν με τον τρόπο που νομίζαμε.

Αυτό που υπολογίζαμε μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1990 ήταν ότι με την πάροδο του χρόνου η διαστολή του Σύμπαντος θα έπρεπε να ελαττώνεται λόγω της βαρύτητας. Αντ’ αυτού, όμως, δύο ανεξάρτητες μεταξύ τους ερευνητικές ομάδες ανακοίνωσαν το 1998 ότι η διαστολή του Σύμπαντος, αντί να ελαττώνεται, φαίνεται ότι επιταχύνεται από τότε που το Σύμπαν είχε το ήμισυ της ηλικίας που έχει σήμερα. Γι’ αυτό στο καθιερωμένο μοντέλο που έχουμε για το Σύμπαν η επιτάχυνση αυτή αντιμετωπίστηκε έκτοτε ως μέρος της ιδιότητας που περιγράφεται από την κοσμολογική σταθερά της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Της έχουμε μάλιστα δώσει κι ένα ιδιαίτερα ευφάνταστο όνομα, αποκαλώντας τη «σκοτεινή ενέργεια». Η κοσμολογική δηλαδή σταθερά αντιμετωπίζεται σήμερα σαν μια πέμπτη δύναμη, ένα απωθητικό είδος «αντιβαρύτητας», που είναι συνδεδεμένη με την ενεργειακή πυκνότητα του κενού, ενώ η προσθήκη της θα μπορούσε να εξηγήσει πολλές από τις παρατηρήσεις μας.

Γι’ αυτό άλλωστε οι περισσότεροι κοσμολόγοι υποστηρίζουν σήμερα ότι η ενέργεια που προσδιορίζεται από την κοσμολογική σταθερά, τη σκοτεινή δηλαδή ενέργεια, μπορεί να συμβάλλει μέχρι και το 70% των συστατικών που χρειάζεται για να γίνει το Σύμπαν επίπεδο, όπως παρατηρείται ότι είναι. Η κοσμολογική σταθερά είναι η ποσότητα που εισήγαγε πρώτος ο Αϊνστάιν «αυθαίρετα» το 1917 στη Γενική Σχετικότητα για να υποστηρίξει την ύπαρξη ενός στατικού Σύμπαντος, αφού οι αρχικές εξισώσεις του προέβλεπαν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. Οταν όμως οι παρατηρήσεις του Εντουιν Χαμπλ (1889-1953) απέδειξαν ότι το Σύμπαν πράγματι διαστέλλεται, ο Αϊνστάιν απέσυρε τη σταθερά αυτή αποκαλώντας τη το «μεγαλύτερο λάθος της ζωής» του. Κι όμως, απ’ ό,τι φαίνεται δεν αποκλείεται τελικά να αποδειχθεί ότι η «μεγαλύτερη γκάφα της ζωής» του Αϊνστάιν δεν ήταν τόσο η εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς στις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας όσο αυτή ακριβώς η απόρριψή της.

Σήμερα το πρόβλημα των συστατικών του «Σκοτεινού Σύμπαντος» είναι από τα πιο πολύπλοκα και συνάμα ενδιαφέροντα θέματα που αντιμετωπίζουν οι σύγχρονοι κοσμολόγοι στη διαμόρφωση των κοσμολογικών τους μοντέλων. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν πολλά ερωτήματα που χρειάζεται να αποσαφηνιστούν ακόμη. Για παράδειγμα, γιατί η κοσμολογική σταθερά είναι τόσο πολύ μικρότερη απ’ ό,τι η κβαντική θεωρία υπολογίζει την ενέργεια του κενού; Είναι πράγματι σταθερά ή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου; Εχει άραγε η αρχική πληθωριστική διαστολή του Σύμπαντος και η μετέπειτα επιτάχυνση της διαστολής την ίδια φυσική προέλευση; Και τέλος, ποιος μπορεί να είναι ο πιο κατάλληλος υποψήφιος για να εξηγήσει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης; Και φυσικά δεν είναι μόνο αυτές, αλλά υπάρχουν κι άλλες ακόμη παρόμοιες κοσμολογικές ερωτήσεις που απαιτούν πιο λεπτομερείς και τεκμηριωμένες απαντήσεις για να πούμε ότι έχουμε φτάσει τελικά σε μια ικανοποιητική περιγραφή της εξελικτικής πορείας του Σύμπαντος.
 
* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.