Τόσο ο ιουδαϊκός όσο και ο χριστιανικός μύθος για τη δημιουργία του κόσμου ξεκινούν με ένα κενό: το άδειο σύμπαν. Η σύγχρονη θεωρία δεν πηγαίνει τόσο μακριά. Σύμφωνα με την εκδοχή των Andrei Linde του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ και Alexander Vilenkiτου Ταφτς, η δημιουργία ξεκινάει με κάτι λιγότερο από το τίποτα. Πρόκειται για μια ιδέα δύσκολη στη σύλληψή της, πολύ περισσότερο που απαιτεί το συνολικό άθροισμα του περιεχομένου του Διαστήματος να ισοδυναμεί με μηδέν. Εδώ όμως υπάρχει πρόβλημα, αφού το Διάστημα, αποδεδειγμένα, περιέχει αντικείμενα. Και όμως το εμπόδιο δεν είναι ανυπέρβλητο.
Διαχωρισμός του «τίποτα»
Υπάρχει μια πασίγνωστη εξίσωση στη φυσική: E=mc2, όπου το Ε συμβολίζει την ενέργεια, το m τη μάζα και το c την ταχύτητα του φωτός. Θεμελιωμένη από τον Αϊνστάιν, στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, η εξίσωση αυτή δείχνει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι διαφορετικές όψεις του ίδιου φαινομένου. Επηρεάζονται επιπλέον και τα δύο, όπως έδειξε η γενική θεωρία της σχετικότητας, από τη βαρύτητα. Επειδή κάθε τι στον κόσμο έλκεται από κάθε άλλο αντικείμενο, η βαρύτητα δρα στην πράξη ως αρνητική ενέργεια. Εάν λοιπόν προσθέσουμε την αρνητική ενέργεια της βαρύτητας και όλη τη θετική ενέργεια (μαζί με τη θετική ενέργεια της τριγύρω μας μάζας), το αποτέλεσμα θα είναι μηδέν. Τουλάχιστον, αυτό υποστηρίζουν οι δρες Linde και Vilerkin.
Το παράδοξο είναι ότι εάν δεχθούμε ότι το σύμπαν, στην πράξη, αποτελείται από «τίποτα», μπορούμε να εξηγήσουμε καλύτερα την ύπαρξή του. Ο διαχωρισμός αυτού του «τίποτα» σε ενέργεια και βαρύτητα είναι αποτέλεσμα της αρχής της απροσδιοριστίας.
Ενα από τα επακόλουθα αυτής της αρχής είναι το λεγόμενο κβαντικό πέρασμα του τούνελ. Στην προ-κβαντική φυσική ένα αντικείμενο έχει συγκεκριμένη θέση. Αντίθετα, σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας, η θέση ενός αντικειμένου είναι πρακτικά ακαθόριστη. Μπορεί να βρεθεί κάποιες στιγμές στην άλλη άκρη των ορίων. Να έχει διαπεράσει δηλαδή το τούνελ. Αυτό το αλλόκοτο φαινόμενο είναι καλά θεμελιωμένο πειραματικά και αξιοποιείται μάλιστα εμπορικά στα ηλεκτρονικά. Το «όριο» που θα διαπεραστεί δεν είναι ανάγκη να είναι φυσικό? μπορεί να είναι ένα όριο ενέργειας: όπως το να περνάς από το τίποτα, σε ένα μείγμα θετικής και αρνητικής ενέργειας. Η θεωρία του Linde και του Vilerkiστηρίζεται στην ιδέα ότι το σύμπαν απλά πέρασε μέσω ενός τέτοιου κβαντικού τούνελ στην ύπαρξή του.
Βέβαια, αυτή η κβαντική κοσμολογία είναι μυθολογική, τουλάχιστον για την ώρα. Κανείς δεν ξέρει πώς να την ελέγξει. Επίσης, το σύμπαν που προκύπτει από αυτήν τη θεωρία είναι μικρό και άχαρο, ενώ το πραγματικό σύμπαν είναι μεγάλο και ενδιαφέρον. Παρά όμως τα αρχικά προβλήματα που παρουσίασε, η κβαντική κοσμολογία δοκιμάσθηκε τα τελευταία χρόνια και μάλιστα έδωσε λογικές απαντήσεις.
Ενας… καλός πληθωρισμός
Το ότι το σύμπαν επεκτείνεται ανακαλύφθηκε το 1920 από τον EdwiHubble. Ο όρος «μεγάλη έκρηξη» εφευρέθηκε το 1940. Αλλά μόλις το 1980 οι άνθρωποι πραγματικά κατάλαβαν πόσο μεγάλη ήταν αυτή η έκρηξη. Ηταν τότε που ο AlaGuth, του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης, διατύπωσε την θεωρία του πληθωριστικού σύμπαντος: Το σύμπαν ήταν πολύ, μα πολύ μικρό, συμπυκνωμένο σε έναν μικροσκοπικό τόπο, αλλά μεγάλωσε τόσο γρήγορα που δεν υπάρχουν λέξεις για να το περιγράψεις.
Και όταν λέμε «πολύ, μα πολύ μικρό» μιλούμε για το πρώτο τρισεκατομμυριοστό του τρισεκατομμυριοστού του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου της ύπαρξης του σύμπαντος. Και όταν λέμε ότι «δεν υπάρχουν λέξεις για να το περιγράψεις», εννοούμε ότι το σύμπαν στον απειροελάχιστο αυτόν χρόνο πέρασε από ένα μέγεθος μικρότερο του ατόμου, σε αυτό ενός γκέιπφρουτ. Δεν σας εντυπωσιάζει; Σημαίνει ένα εκατομμύριο τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές μεγέθυνση!
Για να ερμηνεύσει αυτό το γεγονός, ο δρ Guth εφηύρε μία νέα φυσική δύναμη. Ενώ η βαρύτητα είναι γνωστή ως δύναμη έλξης, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, κάτω από ορισμένες συνθήκες μπορεί να μετατραπεί σε δύναμη απώθησης. Η «νέα δύναμη» του δρος Guth δεν είναι άλλη από τη βαρύτητα σε φυγόκεντρο ρόλο: Στην πρώτη του εμφάνιση το σύμπαν διαχωρίστηκε λόγω του ίδιου του πεδίου της βαρύτητάς του.
Οι τρεις γρίφοι
Αυτή η πρώτη περίοδος της επέκτασης μπορεί να απαντήσει σε μερικούς σημερινούς γρίφους.
Ο πρώτος γρίφος είναι ότι το σύμπαν είναι ενιαίο. Το υλικό από το οποίο συγκροτείται έχει την ίδια μορφή σε όλη του την έκταση. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι το πρώιμο σύμπαν ήταν πολύ καλά αναμιγμένο. Υπάρχουν όμως σημεία μέσα στο σύμπαν τόσο απομακρυσμένα, που το φως δεν προλαβαίνει να ταξιδέψει από το ένα σημείο στο άλλο από τη στιγμή της δημιουργίας. Αλλά καθώς τίποτα δεν κινείται γρηγορότερα από το φως, τα σημεία αυτά δεν μπορεί να είχαν καμμία επαφή μεταξύ τους. Αρα, καμία ανάμιξη δεν μπορεί να εξηγήσει την ομοιότητα της εμφάνισής τους.
Ο δεύτερος γρίφος είναι ότι το σύμπαν μοιάζει επίπεδο. Με αυτό τον όρο οι κοσμολόγοι εννοούν ότι οι παράλληλες δέσμες του φωτός δεν πρόκειται ούτε να συναντηθούν, αλλά ούτε και να αποκλίνουν όσο μακριά κι αν ταξιδέψουν. Αλλά πώς μπορεί να κατανοηθεί το σύμπαν εάν το θεωρήσουμε επίπεδο;
Ο τρίτος γρίφος αφορά το υλικό που υπήρχε στην αρχή της δημιουργίας. Από πού προήλθε η αρχική «σκόνη»; Αστέρια, γαλαξίες και όλα τα υπόλοιπα σχηματίσθηκαν από υλικό του διαστημικού περιβάλλοντος που τράβηξε η βαρύτητα. Αλλά αυτό απαιτεί την ύπαρξη μιας αρχικής συγκέντρωσης υλικού για να αντιδράσει στη βαρυτική «γέννηση». Χωρίς αυτήν τη γέννηση το σύμπαν δεν θα ήταν τίποτα περισσότερο από ένα ομοιόμορφο και κάπως αλλόκοτο αέριο.
Η θεωρία του πληθωριστικού σύμπαντος του δρος Guth επιλύει αυτά τα αινίγματα. Το πρόβλημα με τα πολύ απομακρυσμένα τμήματα του Διαστήματος απαντιέται από το ότι κάποτε όλα αυτά ήταν σε πολύ στενή επαφή. Μπορούσαν να διαχωριστούν μαζικά, πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός, γιατί στην πραγματικότητα δεν ταξίδεψαν διαμέσου του σύμπαντος. Ηταν το ίδιο το σύμπαν, το οποίο διαστελλόταν και μέσα σε αυτό και αυτά τα τμήματα…
Το πρόβλημα του επίπεδου σύμπαντος επίσης εξαφανίζεται, καθώς, σε πείσμα της αρχικής γεωμετρίας, μια αρκετά μεγάλη διαστολή σπρώχνει το σύμπαν να γίνει επίπεδο (ή τόσο κοντά στο να είναι επίπεδο που πρακτικά δεν έχει καμία διαφορά). Σκεφθείτε την επιφάνεια ενός μπαλονιού. Καθώς το μπαλόνι φουσκώνει, η καμπυλότητα της επιφάνειας μικραίνει. Εάν μπορούσαμε να φουσκώσουμε ένα μπαλόνι μέχρι το μέγεθος της Γης, η επιφάνειά του θα έδειχνε επίπεδη, ακριβώς όπως δείχνει σήμερα και η Γη στους περισσότερους ανθρώπους. Το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο από τη Γη, άρα δείχνει και πολύ πιο επίπεδο.
Η απάντηση στο πρόβλημα της αρχικής ύλης είναι πιο περίπλοκη. Αμέσως μετά το πρώτο πέρασμα του σύμπαντος στην ύπαρξη, ήταν -σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας- τόσο μικρό για να δημιουργήσει μια συνεχή διακύμανση πυκνότητας στο εσωτερικό του. Οταν είχε διασταλεί από την αρχή σε ένα επίπεδο 70 κιλών ανά μέγκα πάρσεκ (ένα πάρσεκ ισούται με 3,26 έτη φωτός) τέτοιες ανωμαλίες είχαν παραμείνει μικρές. Η μεγάλη όμως διαστολή τις ανατίναξε σε μεγάλες διαστάσεις και βγάζοντάς τις έξω από την κβαντική κυριαρχία τις «πάγωσε» σε μια μόνιμη κατάσταση.
Είναι μια ωραία ιδέα? μόνο που στην επιστήμη δεν αρκούν οι ωραίες ιδέες. Δεν είχε δοκιμαστεί, ώστε να φανεί εάν είναι σωστή. Ξαφνικά όμως η θεωρία του φουσκώματος δοκιμάστηκε και όλα πήγαν μια χαρά.
Το παγωμένο χνάρι της δημιουργίας
Ο έλεγχος βασίζεται στις μικροδιακυμάνσεις του κοσμικού υπόβαθρου ακτινοβολίας μικροκυμάτων (ΚΥΑΜ). Στο ηλεκτρονικο-μαγνητικό φάσμα η ακτινοβολία μικροκυμάτων εκτείνεται μεταξύ των ραδιοκυμάτων και του υπέρυθρου φωτός. Το Διάστημα είναι γεμάτο απ’ αυτό. Η ανακάλυψη του ΚΥΑΜ, τη δεκαετία του ’60, ήταν η δεύτερη μαρτυρία για τη μεγάλη έκρηξη έπειτα από την ανακάλυψη του Hubble για τη διαστολή του Διαστήματος. Η κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι στην πραγματικότητα ακτινοβολία, απομεινάρι της ίδιας της έκρηξης. Μεταφέρει εγγεγραμμένες πληροφορίες του πρώιμου σύμπαντος, μαζί με «παγωμένες» κβαντικές διακυμάνσεις.
Το 1992 ένας αμερικανικός δορυφόρος, ο COBE, κατάφερε να κάνει έναν χάρτη των κοσμικών διακυμάνσεων. Αν και σχετικά πρωτόλεια εφαρμογή, αυτός ο χάρτης έδειχνε ότι οι διακυμάνσεις ακόμα υπάρχουν και θα μπορούσαν να είχαν σχηματίσει τους πυρήνες της αρχικής σκόνης. Η ανάλυση των στοιχείων του COBE έδωσε απάντηση και στο ερώτημα του επίπεδου σύμπαντος. Και να πώς: Υπολογίζοντας τις συχνότητες διακύμανσης της ακτινοβολίας μπορούμε να εκτιμήσουμε εάν αυτές έχουν φτάσει ώς τις μέρες μας χωρίς να διαστραφούν -κάτι που μαρτυρεί επίπεδο σύμπαν- ή εάν έχουν επηρεαστεί, αποτέλεσμα ενός κυρτού σύμπαντος. Οι μετρήσεις, μέχρι τώρα έδειξαν ότι οι συχνότητες είναι απεηρεάστες, αν και ένας νέος δορυφόρος, ο MAP, έχει αναλάβει να κάνει μια πιο λεπτομερειακή αποτύπωση.
Η βαρύτητα των κυμάτων ώθησε το αρχικό αέριο να σχηματίσει μικρά συμπλέγματα από βαριά αστέρια. Αυτά συγχωνεύθηκαν σε γαλαξίες, οι οποίοι με τη σειρά τους συνενώθηκαν σε ομάδες γαλαξιών και έπειτα σε υπερ-ομάδες. Εν τω μεταξύ, όταν σχηματίσθηκαν οι γαλαξίες, αναδύθηκαν από το εσωτερικό τους σαν βαρυτικές ανωμαλίες οι αστέρες και οι πλανήτες που τους συντροφεύουν και προχωρώντας -η δημιουργία- σε όλο και πιο μικρές κλίμακες, δημιουργούσε τα όλο και μικρότερα αντικείμενα, που αποτελούν αυτή τη στιγμή τον κόσμο μας.