Ο Γκαμιπριέλε Βενετσιάνο ξεκίνησε τη μελέτη του στα « προ Big Bang » κοσμολογικά μοντέλα στις αρχές της δεκαετίας του ’90 με τον συνάδερφό του Μαουρίτσιο Γκασπερίνι, ο οποίος εργαζόταν τότε στο πανεπιστήμιο του Τορίνο. Δεν ξεκίνησαν από το μηδέν, αλλά βασίστηκαν στην εξαιρετικά δημοφιλή θεωρία των Υπερχορδών (Superstring Theory). Με τη βοήθεια της έχουν κατασκευαστεί μοντέλα που περιγράφουν με αρκετό ικανοποιητικό τρόπο όλες τις πτυχές της Πραγματικότητας, από το ξεκίνημα του Κόσμου μέχρι σήμερα. Το «μόνο» που λείπει είναι η πειραματική επιβεβαίωοη, πρακτικώς αδύνατη με τα σημερινά, πενιχρά μας μέσα. Ένα « πείραμα » πιστής αναπαραγωγής Του Big Bang, αλλά και ολόκληρης της μετέπειτα ιστορίας του Σύμπαντος μόνο ο ίδιος ο θεός θα μπορούσε να το επαναλάβει. Ή έστω .. κάποιος που θα είχε στη διάθεση του την κατάλληλη τεχνολογία. Σε καθαρά μαθηματικό επίπεδο, όμως, η θεωρία των Υπερχορδών δείχνει απόλυτα σωστή. Σύμφωνα μι- το βασικό μοντέλο, εκτός από τον τρισδιάστατο κόσμο που αντιλαμβανόμαστε , υπάρχουν (τουλάχιστον) έξι ακόμη διαστάσεις, «διπλωμένες» η μια μέσα στην άλλη σε χώρο μικρότερο από εκείνον που καταλαμβάνει ένα άτομο ύλης! Δύσκολα το χωράει ο νους του ανθρώπου, όμως οι ειδικοί διαβεβαιώνουν πως δεν έχουμε στην διάθεση μας τίποτε καλύτερο-κι αυτό είναι ήδη αρκετά καλό. Ο Βενετσιάνο δεν ασχολήθηκε με την « προ Big Bang εποχή » μόνο από καθαρή περιέργεια, αλλά και από ανάγκη! Στο σημείο αυτό είναι αναγκαίο να ανοίξουμε κι εμείς μια παρένθεση: Ο μεγάλος πονοκέφαλος των κοσμολόγων παραμένει το πρώτο τεσσαρακοντάκις τρίτο δευτερόλεπτο του Σύμπαντος (10-43 ή … 0, 0000000000000000000000000000000000000000001 δευτερόλεπτα μετα το Big Bang). Αν μπορούσαμε να καταλάβουμε τι έγινε από το χρονικό σημείο «μηδέν» μέχρι εκείνη τη στιγμή πιθανότατα θα καταλαβαίναμε όλα τα μυστικά του Σύμπαντος. Και αυτό επειδή στο απειροελάχιστο αυτό χρονικό διάστημα όλες οι δύναμης του σημερινού Κόσμου (ηλεκτρομαγνητισμός, ασθενής πυρηνική, ισχυρή πυρηνική και βαρύτητα) ήταν ενωμένες σε μια. Τις πρώτες δεκαετίες τον: 20ού αιώνα, με τις θεωρίες της κβαντικής μηχανικής και της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής «ενοποιήσαμε» τις τρεις πρώτες δυνάμεις χάρη στον μικρόκοσμο (άτομα και υποατομικά σωματίδια} όσο και στον μακρόκοσμο (ύλη στα δικά μας μέτρα, αλλά και άστρα, γαλαξίες κλπ). Όμως η μυστηριώδης βαρύτητα εξακολουθεί να μην «κολλάει» στο πάζλ. Στην προσπάθεια να σχηματίσει μια ολοκληρωμένη θεωρία για το Big Bang, ο Βενετσιάνο έκανε χρονικό άλμα προς τα πίσω, ξεπερνώντας έστω και με αυτόν τον ανορθόδοξο τρόπο τις « παραξενιές » της « εποχής Planck ». Προς μεγάλη του έκπληξη, διαπίστωσε ότι εφαρμόζοντας τη θεωρία των Υπερχορδών οι συνθήκες « μοναδικότητας » του πρώτου τεσσαράκοντα τρις δευτερόλεπτου παύουν να αποτελούν πρόβλημα!
Στην κλασσική θεωρία του Big Bang η « μοναδικότητα » είναι πράγματι αδιαπέραστο τείχος. Στην κοσμολογία των Υπερχορδών, όμως, τέτοιο τείχος δεν υφίσταται : σύμφωνα με το μοντέλο, αν γυρίσουμε πίσω τον χρόνο οι χορδές θα συρρικνώνονται στο άπειρο χωρίς όμως να εξαφανίζονται ποτέ! Αυτό σημαίνει ότι πριν από την Μεγάλη Έκρηξη δεν υπήρχε το «Απόλυτο Τίποτα» αλλά ένα εξωτικό, απειροελάχιστο « Κάτι », το οποίο μόλις αρχίσαμε να ψηλαφούμε. Μελετώντας τη διαστολή του πρώιμου Σύμπαντος, ο Βενετσιάνο πραγματοποίησε μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα διαπίστωση: παρά το γεγονός ότι στην « εποχή Planck » όλο το Σύμπαν χωρούσε μέσα σε 1 χιλιοστό, το φως είχε διασχίσει εξαιρετικά μικρότερη απόσταση (για την ακρίβεια 10-3 χιλιοστά). Αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα , ότι το μικροσκοπικό Σύμπαν δεν ήταν ομοιογενές όπως το σημερινό. Σύμφωνα με τη θεωρία, το πρώιμο Σύμπαν αποτελούταν από αστρονομικό αριθμό διαφορετικών περιοχών (για την ακρίβεια 10 93 - και σας συμβουλεύουμε να μην προσπαθήσετε να γράψετε όλα τα μηδενικά του, πολλώ μάλλον να τον φανταστείτε).Αρχικά οι περιοχές αυτές ήταν είτε εντελώς χωρισμένες μεταξύ τους (δηλαδή η μια «αγνοούσε» την ύπαρξη της άλλης) είτε επικοινωνούσαν με εντελώς τυχαίο τρόπο. Το Big Bang σηματοδότησε την «ένωση» όλων των αναρίθμητων περιοχών της αρχαίας πραγματικότητας μεταφέροντας από την μια στην άλλη «πληροφορίες» μέσω του φωτός και με την ταχύτητα του.Στο ερώτημα «πώς το Σύμπαν απέκτησε την σημερινή του ομοιογένεια στην πυκνότατα της ύλης, η οποία είναι ουσιαστικά παντού η ίδια, αλλά και την ομοιογένεια στην θερμοκρασία της κοσμικής ακτινοβολίας-κατάλοιπο του Big Bang, η οποία επίσης είναι η ίδια σε όλο το Σύμπαν» μπορεί να απαντήσει μόνο η.. προϊστορία του Σύμπαντος. « Η προϊστορία είναι ο μοναδικός προφανής τρόπος για να ομογενοποιήσουμε το Σύμπαν », τονίζει ο Βενετσιάνο και αυτό επιτυγχάνεται με τη θεωρία των Υπερχορδών.
Με τι μπορεί να έμοιαζε η «προ Big Bang » εποχή; Ο Βενετσιάνο υποστηρίζει ότι θα ανακαλύψουμε ενδείξεις-κλειδί, που θα μας οδηγήσουν στην απάντηση αν κοιτάξουμε την συμμετρία του Σύμπαντος. Οι τυπικές κοσμολογικές λύσεις των εξισώσεων γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν εμφανίζουν μια πολύ απλή συμμετρία. Αυτό σημαίνει ότι δίνουν την ίδια λύση ακόμη κι αν αντιστρέψουμε το πρόσημο: με άλλα λόγια αν πάρουμε τη λύση της εξίσωσης και αντικαταστήσουμε τον χρόνο με «μείον χρόνο» θα πάρουμε την ίδια λύση αντεστραμμένη. Αντί για ένα Σύμπαν που επεκτείνεται μετά την Μεγάλη Έκρηξη θα έχουμε ένα Σύμπαν, που συρρικνώνεται προς τη Μεγάλη Σύνθλιψη (Big Crunch). Στη θεωρία των χορδών η συμμετρία εξακολουθεί να υπάρχει και μάλιστα ενισχυμένη. Αντέχει όχι μόνο στην αντιστροφή του χρόνου, αλλά επεκτείνεται και σε αλλαγές κλίμακας. « Για κάθε λύση του Big Bang προκύπτει μια λύση στην οποία ο χώρος αυξάνεται πληθωριστικά από το χρονικό σημείο « μείον άπειρο » (t=- ) προς το χρονικό σημείο « μηδέν » (t=0) δηλαδή προς το ίδιο το Big Bang», λέει ο Βενετσιάνο. Η θεωρία των χορδών προβλέπει, ότι το Σύμπαν πέρασε μια φάση επιταχυνόμενης επέκτασης από το χρονικό σημείο «μείον άπειρο» μέχρι το κατώφλι του « μηδέν ». Αμέσως μετά το «μηδέν» πέρασε στην φάση της πιο επιβραδυνόμενης επέκτασης, που προβλέπουν τα μοντέλα της γενικής σχετικότητας. Σ ήμερα αντιμετωπίζουμε το Big Bang από ένα νέο πρίσμα: Δεν ήταν ακριβώς «η αρχή των πάντων», αλλά η μετάβαση από την πληθωριστική επέκταση στην επέκταση, που βλέπουμε γύρω μας σήμερα, καθώς οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο.« Τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης το Σύμπαν είχε τη μέγιστη καμπυλότητα, τον μέγιστο ρυθμό επέκτασης και την μέγιστη θερμοκρασία », λέει ο Βενετσιάνο υπογραμμίζοντας ένα-ένα τα λόγια του: « Επομένως το Big Bang προκύπτει όχι ως ξεκίνημα, αλλά ως ένα σημαντικό σημείο καμπής στην ιστορία του Σύμπαντος ». Όπως είναι φυσικό, άλλοι από τους συναδέλφους του ιταλού επιστήμονα είναι πρόθυμοι να συμφωνήσουν με την επαναστατική άποψη κι άλλοι εκφράζουν σοβαρές διαφωνίες. Ο Γκόρντον Κέιν, καθηγητής της σωματιδιακής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν βρίσκει« πολύ πιθανό» το Big Bang να αποτελεί μεταγενέστερη φάση του Σύμπαντος. Πέραν των άλλων η εκδοχή αυτή.. βολεύει αφάνταστα για τις μαθηματικές εξισώσεις: μια ανεξέλεγκτα πληθωριστική «προ Big Bang εποχή» σε συνδυασμό με άπειρο χρόνο εξηγούν απολύτως την ομοιογένεια πυκνότητας και θερμοκρασίας ο το Σύμπαν του σήμερα. Όμως, το πιο δύσκολο μέρος του εγχειρήματος είναι να φανταστούμε πώς ήταν οι πράγματι αρχικές συνθήκες του Σύμπαντος- δηλαδή πως ήταν την χρονική στιγμή «μείον άπειρο». Στο κλασικό μοντέλο του Big Bang το Σύμπαν ξεκινά από μια μοναδική, σπάνια κατάσταση, όπου η θερμοκρασία και η πυκνότητα έχουν πλέον «συντονιστεί» και έχουν ακριβώς την ίδια τιμή και στις 1.093 χωριστές περιοχές. Το ένστικτο του επιστήμονα λέει ότι πριν από αυτή τη μοναδική κατάσταση τα πράγματα ήταν μάλλον ατάκτως ερριμμένα, πιθανώς χαοτικά. Μπορούμε να καταλάβουμε τι περίπου σημαίνει αυτό ανατρέχοντας στο παρελθόν ενός κρυστάλλου. Τα μόρια του, που Βλέπουμε τόσο θαυμάσια τακτοποιημένα, κάποια εποχή Βρίσκονταν σε άμορφη κατάσταση, πιθανώς υγρή. Ο κύκνος είχε προϋπάρξει ασχημόπαπο! « Κατά τον ίδιο τρόπο το Σύμπαν πρέπει να προέκυψε από την απλούστερη, την πιο συνηθισμένη κατάσταση, που μπορούμε να φανταστούμε », υποστηρίξει o φυσικός του CERN.
Σύμφωνα με τον Γκαμπριέλε Βενετσιάνο το «απλούστερο δυνατό Σύμπαν» είναι άπειρο σε έκταση, άδειο από ύλη, κρύο και « επίπεδο ».(Αυτό το τελευταίο υποδηλώνει πολύ μικρή καμπυλότητα)….
Ο Βενετσιάνο και οι συνάδερφοι του Αλεσάντρα Μπουονάτο (πανεπιστήμιο Caltech, California) και Τιμπό Νταμούρ ( Ινστιτούτο Προηγμένων Επιστημονικών Μελετών IHES, Παρίσι ) αποκαλούν αυτή την κατάσταση «ασυμπτωτική παρελθοντική κοινοτοπία » ( asymptotic past triviality).Ο όρος « κοινοτοπία » λύνει πολλά προβλήματα σχετικά με τις αρχικές συνθήκες του Σύμπαντος, όμως δεν δίνει πλήρη και ικανοποιητική απάντηση για την φύση τους. Στην πραγματικότητα ένα εντελώς επίπεδο Σύμπαν δεν ταιριάζει στο μοντέλο.« Αν το Σύμπαν ήταν εντελώς επίπεδο θα ήταν κοινότοπο με έναν πολύ ειδικό τρόπο», λέει ο Βενετσιάνο
[παρένθεση :Για να λύσουν τις σχετικες εξισωσεις οι επιστημονες καταφευγουν σε μια χαοτική θάλασσα βαρυτικών κυμάτων (τυχαίες ταλαντώσεις στην καμπυλότητα του χώρου).]
Το σίγουρο είναι πως το Σύμπαν δεν έμεινε αιωνίως κοινότοπο (σ.σ. ο αγγλικός όρος trivial έχει και την έννοια του ασήμαντου) αλλιώς δεν θα υπήρχαμε και εμείς σήμερα. Καθώς ο καιρός περνούσε και περνούσε (μιλάμε κυριολεκτικά για …άπειρο χρόνο) οι τυχαίες ταλαντώσεις είχαν..όλο το χρόνο στην διάθεσή τους να δημιουργήσουν περιοχές με υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας από τον μέσο όρο.
Όπως περίπου συμβαίνει και στο σημερινό Σύμπαν, αυτές οι ταλαντώσεις έγιναν τόσο ισχυρές ώστε δημιούργησαν μαύρες τρύπες.
Στο σημείο αυτό ακριβώς γεννιέται το Σύμπαν που ξέρουμε σήμερα. Ο Βενετσιάνο υποστηρίζει ότι η εφαρμογή της θεωρίας των υπερχορδών στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας είναι ακριβώς η ίδια με την επιταχυνόμενη επέκταση, που προβλέπει η ίδια θεωρία για την προ-Big Bang εποχή.« Το Σύμπαν μας είναι ένα μικρό κομμάτι στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας» λέει ο Βενετσιάνο. Πράγματι τρομακτικό, αν το σκεφτεί κανείς.
Σύμφωνα με τον ιταλό επιστήμονα τα γνωστά σωματίδια ύλης και αντιύλης (ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, φωτόνια) δημιουργήθηκαν από ταλαντώσεις στην γεωμετρία του χώρου. Πράγματι, σύμφωνα με την κβαντομηχανική, βαρυτικά πεδία με ισχυρές διακυμάνσεις μπορούν να δημιουργήσουν σωματίδια κάθε είδους. Επιπλέον τα σωματίδια γεννιούνται με μεγάλη ποσότητα κινητικής ενέργειας κι έτσι εξηγείται η σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας.
alitoteam
