Έχουν αρχή τα σύμπαντα που “αναπηδούν”;

Νέα

Στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν τη φύση του σύμπαντος, ορισμένοι θεωρητικοί φυσικοί προτείνουν ότι αυτό διαστέλλεται και συστέλλεται, εκτελώντας ατελείωτους τέτοιους κύκλους.

Επειδή υποτίθεται ότι αυτή η συμπεριφορά είναι αέναη, το σύμπαν δεν θα πρέπει να έχει αρχή και τέλος· μόνο αιώνιους κύκλους ανάπτυξης και συρρίκνωσης, οι οποίοι εκτείνονται για πάντα στο μέλλον και για πάντα στο παρελθόν.

Αποτελεί μια ελκυστική ιδέα, εν μέρει επειδή καταργεί την ανάγκη για μια κατάσταση που ονομάζεται ιδιομορφία (singularity) η οποία -σε άλλα μοντέλα- αντιστοιχεί στην “αρχή του χρόνου”.

Μια νέα μελέτη, όμως, από τους φυσικούς Will Kinney και Nina Stein του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο, τονίζει ένα σημείο στο οποίο αποτυγχάνουν οι κυκλικές κοσμολογίες ή κοσμολογίες “αναπήδησης”.

Η έρευνα δείχνει ότι η πρόσφατη διατυπώση της θεωρίας αυτής -που αφορά ένα κυκλικό μοντέλο, το οποίο επιλύει μακρόχρονους προβληματισμούς σχετικά με την εντροπία- εισάγει ένα νέο πρόβλημα (ή μάλλον, επιστρέφει σε ένα παλιό). Οι Kinney και Stein συμπεραίνουν πως τα κυκλικά σύμπαντα που περιγράφονται από αυτό το μοντέλο πρέπει να έχουν μια αρχή.

«Τα σύμπαντα “αναπήδησης” προτάθηκαν για να κάνουν το σύμπαν παρελθοντικά άπειρο, αλλά αυτό που εμείς δείχνουμε είναι ότι ένας από τους νεότερους τύπους αυτών των μοντέλων δεν δουλεύει», λέει ο Kinney, καθηγητής φυσικής στο “UB College of Arts and Sciences”. «Σε αυτόν τον νέο τύπο μοντέλου, το οποίο διαχειρίζεται τα προβλήματα με την εντροπία, το σύμπαν πρέπει να έχει μια αρχή, ακόμα και εάν εκτελεί κύκλους.»

«Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους μπορεί κάποιος να είναι περίεργος για το πρώιμο σύμπαν, αλλά νομίζω ότι ο αγαπημένος μου είναι η φυσική τάση του ανθρώπου να θέλει να μάθει τι προηγήθηκε», λέει σχετικά με τη σημασία της έρευνας η Stein, διαδακτορική φοιτήτρια φυσικής του UB. «Σε όλους τους πολιτισμούς της Ιστορίας, οι άνθρωποι έχουν πει ιστορίες για τη δημιουργία, ιστορίες για το “εν αρχή”. Θέλουμε πάντα να ξέρουμε από πού ήρθαμε.»

Η μελέτη, που χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο στο “Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”. Η εργασία τιτλοφορείται “Cyclic cosmology and geodesic completeness.”

Αν το σύμπαν είχε αρχή, τότε πώς ξεκίνησε;

Ο Kinney είναι ο συγγραφέας ενός βιβλίου του 2022 με τίτλο “An Infinity of Worlds”, το οποίο αφηγείται την επική ιστορία του κοσμικού πληθωρισμού, μια ανταγωνιστική θεωρία για την προέλευση του σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το πρώιμο σύμπαν χαρακτηρίστηκε από μια περίοδο ταχείας διαστολής από μία ιδιομορφία -ακολουθούμενη από το υπέρθερμο Big Bang- η οποία σφυρηλάτησε τα αρχέγονα στοιχεία που στην συνέχεια έφτιαξαν γαλαξίες, αστέρια και πλανήτες, καθώς και τα άτομα στο σώμα μας και όλα τα έμβια όντα.

Ο κοσμικός πληθωρισμός αποτελεί κυρίαρχη θεωρία. Εστιάζει, όμως, στο τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια και μετά το πέρας της ταχείας διαστολής. Δεν εξηγεί τι προηγήθηκε και δεν περιγράφει τις συνθήκες της αρχικής ιδιομορφίας.

Ένα πραγματικά κυκλικό σύμπαν θα παρέκαμπτε αυτά τα προβλήματα: Εάν το σύμπαν εμπλέκεται σε ατελείωτους κύκλους διαστολής και συστολής, δεν χρειάζεται να έχει αρχή. Αλλά όπως σημειώνει ο Kinney, τα μοντέλα αυτά της “αναπήδησης” εγείρουν την δική τους ακολουθία αναπάντητων ερωτημάτων.

«Δυστυχώς, είναι γνωστό εδώ και σχεδόν 100 χρόνια ότι αυτά τα κυκλικά μοντέλα δεν λειτουργούν, επειδή η αταξία -ή η εντροπία- συσσωρεύεται στο σύμπαν με την πάροδο του χρόνου, και επομένως κάθε κύκλος είναι διαφορετικός από τον προηγούμενο. Δεν είναι πραγματικά κυκλικό», δηλώνει ο Kinney. «Ένα πρόσφατο κυκλικό μοντέλο ξεπερνά αυτό το πρόβλημα συσσώρευσης εντροπίας, προτείνοντας ότι το σύμπαν διαστέλλεται πάρα πολύ με κάθε κύκλο, αραιώνοντας έτσι την εντροπία. Ξεχειλώνουμε τα πάντα για να απαλλαχθούμε από κοσμικές δομές όπως οι μαύρες τρύπες, γυρίζοντας έτσι το σύμπαν στην αρχική του ομογενή κατάσταση, πριν ξεκινήσει μια άλλη αναπήδηση.»

«Αλλά», προσθέτει, «συνοπτικά, δείξαμε ότι λύνοντας το πρόβλημα της εντροπίας, δημιουργείς μια κατάσταση όπου το σύμπαν θα έπρεπε να έχει μια αρχή. Η απόδειξή μας γενικά δείχνει ότι κάθε κυκλικό μοντέλο που αφαιρεί την εντροπία μέσω διαστολής πρέπει να έχει μια αρχή.»

«Η ιδέα ότι υπήρξε ένα χρονικό σημείο πριν από το οποίο δεν υπήρχε τίποτα, καθόλου χρόνος, μας απασχολεί και θέλουμε να μάθουμε τι υπήρχε πριν από αυτό —των επιστημόνων συμπεριλαμβανομένων», λέει η Stein. «Αλλά από όσο μπορούμε να πούμε, πρέπει να υπήρξε μια “Αρχή”. Υπάρχει ένα σημείο για το οποίο δεν υπάρχει απάντηση στην ερώτηση, “Τι προηγήθηκε;”»

Και, φυσικά, υπάρχουν ερωτήματα για περαιτέρω έρευνα, συμπληρώνει ο Kinney: «Η απόδειξή μας δεν ισχύει για ένα κυκλικό μοντέλο, το οποίο προτάθηκε από τον Roger Penrose, όπου το σύμπαν διαστέλλεται απείρως σε κάθε κύκλο. Εργαζόμαστε πάνω σε αυτό.»

Παραπομπές:

William H. Kinney et al, Cyclic cosmology and geodesic completeness, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2022). DOI: 10.1088/1475-7516/2022/06/011

Πηγή:
https://phys.org/

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *