2/14/12

Περιστρεφόμενο Σύμπαν



Μια από τις πιο συναρπαστικές και σχετικά πρόσφατες ανακαλύψεις στο χώρο της κοσμολογίας είναι η διαστολή του σύμπαντος. Δηλαδή, ότι το σύμπαν όχι μόνο επεκτείνεται αλλά ότι αυτή η επέκταση γίνεται με ένα επιταχυνόμενο ρυθμό. Αν η διαστολή του σύμπαντος γινόταν με σταθερή ταχύτητα, αυτό απλά θα σήμαινε ότι από τη στιγμή του λεγόμενου Big Bang μέχρι σήμερα το σύμπαν θα είχε συνεχίσει να επεκτείνεται λόγω της ίδιας της αδράνειάς του, όπως για παράδειγμα τα υπολείμματα ενός μπαλονιού που σκάει (αγνοώντας τη βαρυτική έλξη). Όμως, το γεγονός ότι η διαστολή του σύμπαντος γίνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό υπονοεί μια δύναμη η οποία κάνει τα επιμέρους τμήματα του σύμπαντος να απομακρύνονται μεταξύ τους με έναν ολοένα και αυξανόμενο ρυθμό. Αυτό το γεγονός είναι πράγματι παράξενο. Πρώτον, γιατί αυτή η δύναμη μοιάζει εξωτική, καθώς έχει τα χαρακτηριστικά «αντιβαρύτητας.» Δεύτερον, γιατί η διαστολή αυξάνει όλο και περισσότερο καθώς απομακρυνόμαστε από την αρχή, που σημαίνει ότι αυτή η δύναμη θα έχει έναν μη τοπικό χαρακτήρα καθώς μοιάζει να είναι πανταχού παρούσα.

Αυτού του είδους η συμπαντική διαστολή αποτελεί έναν από τους θεμελιώδεις άλυτους γρίφους της σύγχρονης φυσικής και έχει συσχετιστεί με τη λεγόμενη «σκοτεινή» ενέργεια (ή ενέργεια κενού), ότι και αν σημαίνει ο όρος. Μαθηματικά περιγράφεται μέσα από τις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας του Einstein, και συμβολίζεται με το γράμμα Λ. Ο ίδιος ο Einstein στην αρχή απέρριψε το Λ από τις λύσεις του θεωρώντας ένα στατικό σύμπαν, θεώρηση που αργότερα χαρακτήρισε ως ένα από τα μεγαλύτερα σφάλματά του.

Μια ακόμη μακροσκοπική παρατήρηση σχετικά με το σύμπαν είναι η ομοιογένειά του. Με άλλα λόγια το σύμπαν μοιάζει το ίδιο προς οποιαδήποτε κατεύθυνση κι αν το κοιτάξουμε, σε κοσμολογική κλίμακα. Αυτή η ομοιογένεια ερμηνεύεται μέσω της επιταχυνόμενης διαστολής που συνέβηκε σε ένα στάδιο στην ιστορία του σύμπαντος μετά το Big Bang, και πριν το σύμπαν κρυώσει όταν δημιουργήθηκαν οι διάφοροι γαλαξίες, ήλιοι και πλανήτες. Πώς είναι όμως δυνατό το σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό αν δεν υπάρχει κάποιο «κέντρο αντιβαρύτητας,» αντίστοιχο με την έννοια ενός βαρυτικού κέντρου. Γιατί αν δεν υπάρχει ένα τέτοιο κέντρο, τότε το κάθε σημείο του σύμπαντος θα πρέπει ακαριαία να γνωρίσει με τι ρυθμό θα πρέπει να διασταλεί.

Έτσι δημιουργήθηκε η έννοια ενός περιστρεφόμενου σύμπαντος. Ο πρώτος που μαθηματικοποίησε ένα τέτοιο μοντέλο ήταν ο Kurt Gödel (1949), λύνοντας τις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας του Einstein με ανάλογο τρόπο (θεωρώντας μια ομογενή κατανομή περιστρεφόμενης ύλης και μια μη μηδενική κοσμολογική σταθερή). Η λύση του Gödel έχει απορριφθεί λόγω της παρατηρηθείσας ομοιογένειας που επικρατεί μέσα στο ορατό σύμπαν. Μήπως όμως αυτή η παρατηρούμενη ομοιογένεια είναι τελικά αποτέλεσμα της συμπαντικής περιστροφής; Ίσως ναι, ίσως όχι. Το γεγονός είναι πάντως ότι η έννοια της περιστροφής απλοποιεί πολύ τα πράγματα, καθώς αν η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος οφείλεται σε μια φυγόκεντρη δύναμη, λόγω της περιστροφής του, τότε δεν χρειάζεται καμία «σκοτεινή ενέργεια» για την ερμηνεία αυτής της διαστολής. Επιπλέον, δίνει ένα κεντρικό σημείο αναφοράς, έναν άξονα περιστροφής, παρότι ακόμα κι αν αυτός υπάρχει είναι προς το παρόν δύσκολο αν όχι ακατόρθωτο να βρεθεί.

Το περιστρεφόμενο σύμπαν του Gödel περιέχει εκτός από την έννοια του απόλυτου χώρου- χρόνου και ένα ακόμα παράδοξο: τις κλειστές χρονοειδείς καμπύλες. Αυτές είναι κοσμικές γραμμές στο χώρο-χρόνο τέτοιες ώστε ένα αντικείμενο που τις ακολουθεί να επιστρέφει πίσω στο σημείο απ’ όπου ξεκίνησε. Επειδή αυτές οι γραμμές δεν είναι μόνο χωρικές αλλά και χρονικές, είναι σαν να γυρνάει κάποιος πίσω στο παρελθόν του. Παρά τα παράδοξα που εγείρονται, όπως το γνωστό παράδοξο του παππού (grandfather paradox) έχουν προταθεί διάφοροι τρόποι «παράκαμψης» από αυτά τα παράδοξα χωρίς να επέρχεται παραβίαση της αιτιότητας. Επίσης, βασισμένες στις κλειστές χρονοειδείς γραμμές είναι και οι σκουληκότρυπες καθώς και ο κύλινδρος του Tippler:

Ο κύλινδρος του Tippler είναι μια υποθετική κατασκευή μεγάλης πυκνότητας και απείρου μήκους, που περιστρέφεται γύρω από τον επιμήκη άξονα. Αυτό το υποθετικό αντικείμενο θεωρείται ότι μπορεί να επιτρέψει το ταξίδι στο χρόνο και για αυτό έχει ονομαστεί χρονομηχανή του Tippler, καθώς αυτός ήταν ο πρώτος που συνειδητοποίησε τη συγκεκριμένη χρησιμότητα αυτού του αντικειμένου (1974). Ο Stephen Hawking πάντως σε κείμενό του (1992) πιστεύει ότι κλειστές χρονοειδείς γραμμές δεν μπορούν να δημιουργηθούν, και έτσι ο κύλινδρος του Tippler δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ταξίδι στο χρόνο. Ίσως βέβαια τελικά να αποδειχθεί ότι, κάτω από κάποιες συνθήκες, μπορεί.

Η δυνατότητα ύπαρξης σκουληκότρυπων στη γενική σχετικότητα αποδείχθηκε πρώτα από τους Kip Thorne και Mike Morris (1988), ενώ στη συνέχεια θεωρήθηκαν και άλλα είδη τέτοιων κατασκευών. Το χαρακτηριστικό ενός τέτοιου αντικειμένου είναι ότι συνδέει δύο απόμακρα, κατά τ’ άλλα, σημεία στο σύμπαν αποκαθιστώντας μια γρήγορη μεταξύ τους επικοινωνία. Επίσης συνδέει δυο διαφορετικά σημεία στο χρόνο, έτσι ώστε θεωρητικά μια σκουληκότρυπα θα μπορούσε να αποτελέσει μια χρονομηχανή. Παρά τον πολλά υποσχόμενο χαρακτήρα τους, οι σκουληκότρυπες αποτελούν προς το παρόν άκρως εξωτικά αντικείμενα, καθώς τα ποσά ενέργειας που απαιτούνται για να «ανοίξουν» και να παραμείνουν ανοιχτές είναι τεράστια, κάνοντας την οποιαδήποτε ελπίδα για επαλήθευση της δυνατότητας ενός ταξιδιού στο χρόνο πολύ μακρινή. Εντούτοις, θα μπορούσαν να υπάρχουν έτοιμες σκουληκότρυπες στο σύμπαν από τη δημιουργία του. Σε αυτήν την περίπτωση θα πρέπει βέβαια πρώτα να ανακαλυφθούν.

Η πιθανότητα ενός περιστρεφόμενου σύμπαντος θέτει και άλλα ερωτήματα όπως αυτό που σχετίζεται με την αρχή του Mach: Ενώ η κίνηση με σταθερή ταχύτητα είναι σχετική, η κίνηση με επιτάχυνση (όπως στην περίπτωση της περιστροφής) είναι απόλυτη. Αυτό σημαίνει ότι ένας επιταχυνόμενος παρατηρητής ξέρει ότι επιταχύνεται μετρώντας με τα όργανά του τις μη αδρανειακές δυνάμεις που αναπτύσσονται πάνω του. Κατά αυτόν τον τρόπο δημιουργείται η έννοια ενός απόλυτου χώρου και χρόνου, κάτι που παρότι θα έβρισκε σύμφωνο τον Νεύτωνα, θα έκανε τον Mach να εξοργιστεί: «Απόλυτος χώρος και χρόνος ως προς τι; Ως προς το κέντρο περιστροφής του σύμπαντος; Αφού κάτι τέτοιο δεν υπάρχει,» θα μονολογούσε. Ή μήπως τελικά υπάρχει; Μήπως στην αρχή του χρόνου (και του χρόνου) υπάρχει ένα «κεντρικό σημείο,» ίσως μια υπερ- γιγάντια μαύρη τρύπα, από την οποία το σύμπαν ξεκίνησε, το κρατάει σε συνοχή, ενώ αυτό περιστρέφεται; Ή τίποτε από αυτά δεν ισχύει και το σύμπαν απλώς διαστέλλεται και συστέλλεται κατά περιόδους; Επίσης, εκτός από την ύπαρξη κάποιου κέντρου μέσα στο σύμπαν, και επομένως ενός απόλυτου συστήματος αναφοράς, τίθεται και το ζήτημα των κλειστών χρονοειδών καμπυλών. Αυτές θα επέτρεπαν τα ταξίδια στο χρόνο, με όλα τα λογικά παράδοξα τα οποία συνεπάγονται. Γιατί οι τρόποι που αυτήν τη στιγμή διαθέτουμε για να ξεπεραστούν αυτά τα παράδοξα, όπως για παράδειγμα η ερμηνεία των πολλών κόσμων του Everett, δημιουργούν περισσότερα παράδοξα από εκείνα που ήθελαν να λύσουν.



Περαιτέρω


Επίσης (από την Wikipedia)


No comments:

Post a Comment