Η κυκλική κοσμολογία, ή το big bounce, είναι η ιδέα ότι το σύμπαν κάποια στιγμή θα συρρικνωθεί ξανά και στη συνέχεια θα περάσει μέσα από ένα νέο μεγάλο μπαμ. Όπως σημειώνει η Leah Crane, η ιδέα αυτή επιστρέφει, όπως αρμόζει, στο προσκήνιο.
Το μεγαλύτερο τρισδιάστατο μοντέλο του σύμπαντός μας μέχρι σήμερα, με τη Γη στο κέντρο και κάθε σημείο να δείχνει έναν γαλαξία.
Συνεργασία DESI και KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
Το σύμπαν είναι νεκρό· ζήτω το σύμπαν.
Όχι ακριβώς αυτή τη στιγμή, όχι ακόμη. Όμως κάποια μέρα όλα όσα γνωρίζουμε θα έχουν χαθεί. Οι πόλεις που χτίζουμε, οι λίμνες όπου κολυμπάμε, ο πλανήτης στον οποίο ζούμε, το ηλιακό σύστημα που κατοικούμε, το άστρο γύρω από το οποίο περιφερόμαστε και κάθε άστρο που δεν βλέπουμε – όλα κινούνται προς ένα αναπόφευκτο τέλος.
Στο τέλος όλων, τι θα συμβεί; Κάποιοι λένε ότι το σύμπαν μας, που διαστέλλεται διαρκώς, θα επιβραδυνθεί και κάποια μέρα θα κάνει μια κοσμική αναστροφή, αναιρώντας όλη την ανάπτυξη που έχει συντελεστεί από το big bang. Τελικά, τα πάντα θα συμπιεστούν στο μικρότερο δυνατό σημείο και μετά θα εκραγούν ξανά σε μια έκρηξη αναγέννησης – αυτή είναι η ιδέα που ονομάζουμε κυκλική κοσμολογία, ή big bounce. Υπάρχει εδώ και πολύ καιρό και η ίδια η πορεία της θυμίζει το περιεχόμενό της. Ήταν για λίγο δημοφιλής στα μέσα του 20ού αιώνα, έπεσε σε δυσμένεια και τώρα ίσως επιστρέφει χάρη σε νέα δεδομένα από τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος που έχει δημιουργηθεί ποτέ, από το Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).
Στην ίδια εκδήλωση, ο Adam Riess, που κέρδισε Νόμπελ για τη δική του και των συνεργατών του ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, ανέφερε έναν από τους πιο συγκεκριμένους λόγους για τους οποίους πολλοί κοσμολόγοι δείχνουν συμπάθεια στην ιδέα. «Μας αρέσει επειδή λέει ότι αυτή δεν είναι μια ξεχωριστή εποχή στην οποία ζούμε ή ένα σύμπαν μίας μόνο φοράς», είπε. Με άλλα λόγια, σε ένα κυκλικό σύμπαν δεν θα ήταν τόσο απίστευτη σύμπτωση το ότι βρισκόμαστε εδώ για να τα σκεφτόμαστε όλα αυτά. Προσωπικά, δεν νομίζω ότι το γεγονός πως τέτοιες εποχές συμβαίνουν ξανά και ξανά –ίσως όχι σε κάθε κύκλο, αλλά σίγουρα σε περισσότερους από έναν– με όλες τις σωστές συνθήκες για ζωή, δέντρα και πυραύλους προς τη Σελήνη, τις κάνει λιγότερο ξεχωριστές. Αλλά ας μην το παρακάνω. Ίσως αυτό είναι περισσότερο μια ανθρωποκεντρική, συναισθηματική στάση παρά μια στάση που βασίζεται στους νόμους της φυσικής.
Για καιρό, η κυκλική κοσμολογία βγήκε από το προσκήνιο, εν μέρει εξαιτίας της δουλειάς του Riess, που έδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται με ολοένα και πιο γρήγορο ρυθμό. Αν ο χώρος ανάμεσα στα άστρα μεγαλώνει όλο και πιο γρήγορα, μοιάζει απίθανο να ξανασυρρικνωθεί κάποτε σε τίποτα. Η βαρύτητα απλώς δεν είναι αρκετά ισχυρή για να αντισταθμίσει τη σκοτεινή ενέργεια. «Δυστυχώς, όλες οι μετρήσεις που κάνουμε μάς λένε ότι απλώς δεν υπάρχει αρκετή μάζα στο σύμπαν για να το ξανατραβήξει μαζί», είπε η Heymans. «Αυτή τη στιγμή, τα στοιχεία δείχνουν προς έναν πολύ ψυχρό, θλιβερό και άδειο θάνατο για το σύμπαν μας». Αυτή η ιδέα, γνωστή ως θερμικός θάνατος, είναι σήμερα η πιο αποδεκτή εκδοχή για το τι θα ακολουθήσει.
Υπάρχουν και άλλοι λόγοι για τους οποίους το big bounce έχασε τη θέση του στο περιθώριο, κυρίως επειδή προκύπτουν προβλήματα όταν προσπαθεί κανείς να εξηγήσει πώς η ύλη, η ενέργεια και η εντροπία θα μπορούσαν να ανακυκλωθούν ή να εξαλειφθούν στη στιγμή ανάμεσα στους κύκλους.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής είναι ένα βασικό εμπόδιο: λέει ότι η αταξία, ή εντροπία, σε ένα κλειστό σύστημα (όπως είναι το σύμπαν, όσο ξέρουμε) δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί. Με ένα διαστελλόμενο σύμπαν, αυτό είναι εύκολο να συμβιβαστεί κανείς μαζί του – θα βλέπαμε απλώς μια συνεχόμενη, αργή αύξηση της εντροπίας σε όλη τη διάρκεια ζωής του κόσμου. Αν όμως το σύμπαν άρχιζε να συστέλλεται ξανά, τότε η εντροπία θα έπρεπε αντίστοιχα να αρχίσει να μειώνεται. Υπάρχουν τρόποι να παρακάμψει κανείς το πρόβλημα, συνήθως μεταφέροντάς το στην επόμενη φάση διαστολής και συστολής. Αν το σύμπαν γίνεται μεγαλύτερο σε κάθε κύκλο, η εντροπία εξακολουθεί να αυξάνεται συνολικά. Όμως, αν προεκτείνει κανείς αρκετά προς τα πίσω ή προς τα μπρος τον χρόνο, καταλήγει στην ίδια κατάσταση όπως πριν. Ακόμη ξεκινάμε με ένα big bang στην αρχή του σύμπαντος και έναν τελικό θερμικό θάνατο στο τέλος· απλώς η διαδρομή ανάμεσα στα δύο είναι πιο σύνθετη και βηματική.
Ένας άλλος τρόπος να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της εντροπίας έγινε δημοφιλής στη δεκαετία του 2010 από τον θρυλικό θεωρητικό φυσικό Roger Penrose, γνωστό και από το Penrose triangle. Το μοντέλο του ονομάζεται conformal cyclic cosmology και θα έμοιαζε ακριβώς με ένα σύμπαν που συνεχίζει να διαστέλλεται… μέχρι το πολύ τέλος. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται και τα πάντα απομακρύνονται όλο και περισσότερο από τα πάντα, η ύλη θα διασπαστεί στα συστατικά της μέρη και, τελικά, όλα θα μείνουν ως υπολείμματα φωτονίων που θα αιωρούνται στο κενό. Αυτό δεν είναι ιδιαίτερα αμφιλεγόμενο. Αλλά το επόμενο βήμα που πρότεινε ο Penrose είναι. Η ιδέα του είναι ότι η ακραία κενότητα και η ομοιομορφία του χωροχρόνου στο τέλος ενός κύκλου, ή aeon, είναι το ίδιο με τη δομή που θα περιμέναμε στην αρχή ενός νέου aeon. Η βασική ιδέα της conformal cyclic cosmology είναι ότι, χάρη σε αυτή τη λειτουργικά ίδια δομή –και σε κάποια πολύ περίπλοκα μαθηματικά–, ένα νέο, διαστελλόμενο σύμπαν μπορεί να ξεκινήσει από τα παγωμένα απομεινάρια του προηγούμενου.
Η ιδέα είναι εξειδικευμένη και δύσκολη, στα όρια του αδύνατου να ελεγχθεί. Ο Penrose έχει προτείνει ορισμένα πιθανά μετρήσιμα στοιχεία υπέρ της, όμως συνολικά οι κοσμολόγοι τα θεωρούν μη πειστικά. Παρ’ όλα αυτά, δεν έχει διαψευστεί. Και το γεγονός ότι καταφέρνει να παρακάμπτει το πρόβλημα της εντροπίας σημαίνει ότι δεν πρέπει να απορρίπτεται απλώς, ακόμη κι αν αντιμετωπίζεται ευρέως με σκεπτικισμό. Έτσι, μένουμε χωρίς πολλά μέσα για να εφαρμόσουμε αυτές τις ιδέες στο πραγματικό σύμπαν στο οποίο ζούμε.
Το τηλεσκόπιο Mayall 4 μέτρων στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak, το οποίο χρησιμοποιείται από το DESI για την αποτύπωση των άστρων.
DESI Collaboration/DOE/KPNO/NOIR
Το τηλεσκόπιο Mayall 4 μέτρων στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak, το οποίο χρησιμοποιείται από το DESI για την αποτύπωση των άστρων.
DESI Collaboration/DOE/KPNO/NOIR
Και εδώ μπαίνει το DESI. Ο τεράστιος χάρτης του σύμπαντος που δημιούργησε έδειξε ότι η σκοτεινή ενέργεια, η οποία μέχρι πρόσφατα έμοιαζε να αυξάνει τη δύναμή της για πάντα, φαίνεται να εξασθενεί. Δηλαδή, η προς τα έξω επιτάχυνση του σύμπαντος φαίνεται να επιβραδύνεται. Όπως τόνισε η Heymans κατά τη διάρκεια της εκδήλωσης, αυτό δεν σημαίνει ότι το σύμπαν ξαναμαζεύεται – εξακολουθεί να επιταχύνεται η διαστολή του, απλώς όχι τόσο γρήγορα. Ωστόσο, πρόκειται για μια ριζική αλλαγή στην κατανόησή μας για τη σκοτεινή ενέργεια και θα μπορούσε να ανοίξει μια νέα εποχή θεωριών για τον τρόπο με τον οποίο το σύμπαν μας θα περάσει τις τελευταίες του μέρες.
Και ανάμεσα σε αυτές τις νέες θεωρίες, οι κυκλικές κοσμολογίες φαίνεται να επιστρέφουν. «Το τι μπορεί να προκαλεί την αλλαγή της σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσε να σημαίνει ότι σε άλλα 10 δισεκατομμύρια χρόνια η σκοτεινή ενέργεια εξασθενεί τόσο πολύ, ώστε να αντιστραφεί και να αρχίσει να τραβά τα πάντα ξανά προς τα μέσα, κάτι που θα ήταν υπέροχο», είπε η Heymans.
Το πρόβλημα με το να ξέρουμε τι σημαίνουν όλα αυτά είναι ότι δεν καταλαβαίνουμε ένα τεράστιο μέρος του σύμπαντος. Η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί σχεδόν το 70% όλης της ύλης και της ενέργειας στο σύμπαν· καθορίζει την τελική μοίρα των πάντων και, όμως, δεν έχουμε ιδέα τι είναι ή πώς λειτουργεί. Σε κοσμολογικές χρονικές κλίμακες, μόλις τη γνωρίσαμε – ο Riess και οι συνεργάτες του την ταυτοποίησαν πριν από λιγότερα από 30 χρόνια.
«Χωρίς να κατανοήσουμε τη φύση της σκοτεινής ενέργειας που οδηγεί τη σημερινή επιτάχυνση, είναι πολύ δύσκολο να την προεκτείνουμε στο μέλλον. Θα εξασθενήσει;» είπε ο Riess. «Θα έλεγα ότι όλα τα ενδεχόμενα είναι ανοιχτά για το μέλλον». Το πιο λογικό στοίχημα ίσως παραμένει ένας ψυχρός και άδειος τέλος για το σύμπαν, όμως, για πρώτη φορά εδώ και έναν αιώνα, ίσως αξίζει και ένα μακρινό στοίχημα υπέρ του big bounce.
Το σύμπαν θα μπορούσε να εξαφανιστεί ανά πάσα στιγμή – γιατί δεν έχει συμβεί;
Λάβετε κάθε εβδομάδα μια δόση ανακάλυψης στο inbox σας. Θα σας κρατάμε επίσης ενήμερους για τις εκδηλώσεις και τις ειδικές προσφορές του New Scientist.
