Πολυσύμπαν, το απρόσιτο σύνορο της κοσμολογίας

Το πολυσύμπαν ξεπερνά τα όρια της επιστημονικής μεθόδου αφού δεν μπορούμε να αποδείξουμε την ύπαρξή του

● Μια απώτερη προσπάθεια για την κατανόηση του κόσμου μας είναι να σκεφτούμε ότι το σύμπαν μας αποτελεί μέρος κάτι μεγαλύτερου, μιας νοητικής συλλογής συμπάντων που ονομάζεται πολυσύμπαν.
● Η ιδέα του πολυσύμπαντος προκύπτει από τις θεωρίες φυσικής υψηλών ενεργειών όταν επιχειρούν να περιγράψουν τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.
● Το πρόβλημα είναι ότι, για να μάθουμε με βεβαιότητα αν το σύμπαν μας ανήκει ή όχι σε ένα πολυσύμπαν θα πρέπει να παραβιάσουμε τους νόμους της φυσικής.

Ωστόσο, πάντα κάτι μαθαίνουμε καθώς προσπαθούμε να υπερβούμε τα όρια της γνώσης μας.

Το σύμπαν, εξ ορισμού, αντιπροσωπεύει την ορατή έκταση του χώρου και όλα όσα υπάρχουν μέσα σε αυτό, γνωστά και άγνωστα. Με άλλα λόγια, το «σύμπαν» αντιπροσωπεύει τα πάντα μέσα στον κοσμικό μας ορίζοντα, που ορίζεται από την απόσταση που έχει διανύσει το φως από τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο κοσμικός ορίζοντας είναι ο ‘θόλος’ των πληροφοριών μας. Θα μπορούσε να υπάρχει ένα μεγαλύτερο σύμπαν εκεί έξω, πέρα από αυτό που μπορούμε να μετρήσουμε. Αλλά δεν θα μπορέσουμε ποτέ να το μάθουμε με βεβαιότητα, αφού για να γνωρίζουμε κάτι, πρέπει να αποκωδικοποιήσουμε τις πληροφορίες από την εμπειρία μας για το τι υπάρχει. Όταν κάτι είναι πέρα από το φράγμα του φωτός, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ότι υπάρχει. Μπορούμε μόνο να υποθέσουμε ότι μπορεί να υπάρχει.

Σε τέτοιες εικασίες μας οδηγούν οι σύγχρονες θεωρίες της φυσικής που επιχειρούν να περιγράψουν την Μεγάλη Έκρηξη και τις πολύ πρώτες στιγμές της. Αμφισβητούν τα παραδοσιακά όρια της επιστημονικής μεθόδου – δηλαδή, την ιδέα ότι οι υποθέσεις πρέπει να είναι επαληθεύσιμες για να γίνουν αποδεκτές. Οι κοσμολόγοι που κινούνται σ’ αυτά τα όρια προτείνουν ότι το σύμπαν μας δεν είναι παρά ένα από μια τεράστια συλλογή συμπάντων, το καθένα με τους δικούς του νόμους φυσικής! Αυτό θα μπορούσε να συμβαίνει εφόσον η πληθωριστική υπόθεση της ταχύτατης διαστολής του αρχέγονου σύμπαντος είναι σωστή ή εφόσον το τοπίο (landscape) της θεωρίας των υπερχορδών είναι σωστό.

Είδαμε στο χρονικό διάστημα των τελευταίων δεκαετιών, ότι η σύγχρονη κοσμολογία μας δίδαξε περισσότερα από όσα πιστεύαμε ότι μπορούμε να μάθουμε για το σύμπαν μας. Φθάσαμε στα όρια που θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν οι επιστημονικές μας γνώσεις. Η πιο προκλητική ιδέα της σύγχρονης κοσμολογίας είναι το πολυσύμπαν.

H έννοια του πολυσύμπαντος είναι εκπληκτικά κοντά σε αυτήν της θρησκευτικής πίστης. Αυτό δεν είναι απαραίτητα κακό. Tέτοιες προσεγγίσεις αν και υπερβαίνουν την σφαίρα της φυσικής επιστήμης, συνεισφέρουν στην προσέγγιση της φυσικής με την φιλοσοφία επεκτείνοντας το εύρος της γνωσιοθεωρίας. Αλλά η ιδέα είναι καινούργια και χρειάζεται λίγη ανάλυση.

Πρώτον, πώς αρχίζει να αποκτά νόημα κάτι τέτοιο όπως μια συλλογή διαφορετικών συμπάντων, μερικά από αυτά πιθανώς άπειρα; Είναι καλύτερο να οπτικοποιήσετε την ιδέα χρησιμοποιώντας δύο χωρικές διαστάσεις. Φανταστείτε μια επίπεδη επιφάνεια που την τεντώνετε προς όλες τις κατευθύνσεις. Αν τεντώνεται συνεχώς επ’ άπειρον, η επιφάνεια γίνεται ένας επίπεδος, άπειρος χώρος. Μικρά, δισδιάστατα πλάσματα που μοιάζουν με αμοιβάδες θα μπορούσαν να ζουν σε αυτό το άπειρο δισδιάστατο σύμπαν.

Σκεφτείτε τώρα δύο τέτοιες επίπεδες επιφάνειες, που είναι παράλληλες μεταξύ τους – χωρίς κανένα κοινό σημείο. Η δεύτερη επίπεδη επιφάνεια είναι επίσης άπειρη προς τις δύο διαστάσεις της, και άλλα είδη πλασμάτων ζουν εκεί. Τέλος, φανταστείτε ότι ένα στενό τούνελ συνδέει κάπου τους δύο επίπεδους χώρους.

Χωρίς πρόσβαση στο τούνελ, τα πλάσματα που κατοικούν σε κάθε χώρο πιστεύουν ότι ζουν σε ένα ενιαίο, άπειρο σύμπαν. Αυτό ισχύει ειδικά αν η σήραγγα βρίσκεται έξω από τον κοσμικό τους ορίζοντα. Δεν θα μάθουν ποτέ ότι τα σύμπαντά τους είναι μέρος μιας μεγαλύτερης δομής, ενός δισδιάστατου πολυσύμπαντος. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς έναν άπειρο αριθμό δισδιάστατων επίπεδων χώρων στοιβαγμένoι o ένας πάνω στον άλλο, ο καθένας συνδεδεμένος με το επόμενο με ένα παρόμοιο τούνελ και κάθε σήραγγα απρόσιτη στους κατοίκους του κάθε ‘σύμπαντος’.

Το πολυσύμπαν δεν είναι απαραίτητα τόσο απλό. Τα σύμπαντα μπορεί να είναι καμπύλα και πεπερασμένα, που φυτρώνουν σε ένα άπειρο μητρικό σύμπαν. Τα σύμπαντα που αναπτύσσονται μπορεί από μόνα τους να είναι άπειρα. Σκεφτείτε τα ως διαστελλόμενες τσιχλόφουσκες. Οι μικρές θα συρρικνωθούν, ενώ οι μεγαλύτερες μπορεί να συνεχίσουν να μεγαλώνουν.

Αν μια φούσκα αρχίσει να αναπτύσσεται σε μια πυκνοκατοικημένη περιοχή επίπεδου χώρου, ορισμένοι από τους κατοίκους θα μεταφερθούν σε αυτήν. Άλλοι θα παραμείνουν έξω και τρομοκρατημένοι θα βλέπουν τους φίλους τους να εξαφανίζονται. Τα πλάσματα που επιβιώνουν στην αναπτυσσόμενη φούσκα αρχίζουν να εξερευνούν τον νέο τους κόσμο. Περνούν γενιές και γενιές. Οι επιστήμονές τους μετρούν την καμπυλότητα του χώρου και βλέπουν ότι το σύμπαν τους είναι κλειστό, όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας. Δεδομένου ότι η φούσκα συνέχισε να μεγαλώνει, το άνοιγμα που μοιάζει με τούνελ προς το αρχικό σύμπαν είναι πολύ πέρα από τον κοσμικό τους ορίζοντα. Αυτά τα πλάσματα ζουν σε ένα κλειστό, διαστελλόμενο σύμπαν, χωρίς να γνωρίζουν τη σύνδεσή τους με έναν επίπεδο, άπειρο χώρο. Εν τω μεταξύ, τα πλάσματα στον αρχικό χώρο έβλεπαν το άνοιγμα προς το σύμπαν των φυσαλίδων να κλείνει όλο και περισσότερο μέχρι που έγινε πολύ στενό για να το διασχίσουν. Το μόνο που τους έχει απομείνει είναι μια ‘ουλή’ στο διάστημα που σηματοδοτεί το ξεχασμένο γεγονός της γέννας. Το σύμπαν της φυσαλίδας είναι απομονωμένο από το μητρικό του σύμπαν.

Θα μπορέσουμε κάποτε να επαληθεύσουμε την ύπαρξη του πολυσύμπαντος;

Είναι πιθανό κάθε ένα από αυτά τα σύμπαντα να έχει τους δικούς του φυσικούς νόμους ή τουλάχιστον διαφορετικές τιμές για τις σταθερές που χρησιμοποιούμε για να γράψουμε εξισώσεις όπως, η ταχύτητα του φωτός, η σταθερά της βαρύτητας και η μάζα του ηλεκτρονίου. Οι θεωρητικοί του πολυσύμπαντος υποστηρίζουν ότι απλώς ζούμε στο σύμπαν όπου οι σταθερές της φύσης επιτρέπουν να σχηματιστούν άστρα, πλανήτες και η σωστή χημεία, έτσι ώστε να υπάρχουμε και να προσπαθούμε να κατανοήσουμε τον κόσμο.

Αλλά αν ζούμε σε ένα πολυσύμπαν, θα μπορέσουμε κάποτε να το μάθουμε; Μπορεί να παρατηρηθεί το πολυσύμπαν; Είναι το πολυσύμπαν μια ελεγχόμενη επιστημονική υπόθεση ή είναι απλώς μάταιες εικασίες που προκαλούν ένα επικίνδυνο σχίσμα στην κοινότητα της φυσικής; Επί της ουσίας: Είναι επαληθεύσιμο το πολυσύμπαν; Αν υπάρχουν άλλα σύμπαντα έξω από τον κοσμικό μας ορίζοντα, δεν θα μπορέσουμε ποτέ να επικοινωνήσουμε μαζί τους. Είναι απρόσιτα για εμάς και για τους ανιχνευτές μας. Δεν θα μπορέσουμε ποτέ να τα δούμε ή να τα επισκεφτούμε, ούτε να μας δει ή να μας επισκεφτεί κάποιος που μπορεί να ζει σ’ αυτά.

Έτσι, με την αυστηρή επιστημονική έννοια, η ύπαρξη του πολυσύμπαντος δεν θα μπορέσει ποτέ να επιβεβαιωθεί άμεσα. Ωστόσο, υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να συμπεράνουμε ότι κάτι υπάρχει, ακόμα κι αν δεν μπορούμε ποτέ να το δούμε ή να το αγγίξουμε. Οι αστροφυσικοί καταλήγουν σε παρόμοιο συμπέρασμα όταν υποθέτουν την ύπαρξη μιας τεράστιας μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας από την κίνηση των κοντινών άστρων και επεκτείνουν αυτό το συμπέρασμα σε άλλους γαλαξίες. Οι φυσικοί των σωματιδίων κάνουν το ίδιο όταν διαπιστώνουν τις ιδιότητες ενός σωματιδίου από τα ίχνη που αφήνει σε έναν ανιχνευτή. Κανείς δεν μπορεί να δει ένα ηλεκτρόνιο με τα μάτια του. Γνωρίζουμε ότι τα ηλεκτρόνια υπάρχουν από τις ενδείξεις που αποτυπώνουν σε ανιχνευτές και επιταχυντές σωματιδίων.

Αν δεν μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα δούμε ένα γειτονικό σύμπαν, τουλάχιστον υπάρχει τρόπος να ανιχνεύσουμε την παρουσία του έμμεσα στον κοσμικό μας ορίζοντα; Μια τέτοια μέθοδος δεν θα αποδείκνυε την ύπαρξη του πολυσύμπαντος – θα μπορούσε να χρησιμεύσει μόνο για να δείξει την δυνατότητα ύπαρξης γειτονικών συμπάντων – αλλά σίγουρα θα πρόσφερε μια κάποια υποστήριξη στην ιδέα.

Η διαφορά μεταξύ της εύρεσης παρατηρησιακών υπογραφών γειτονικών συμπάντων και της εύρεσης υπογραφών ενός πλήρους φυσικού πολυσύμπαντος είναι πολύ σημαντική, όμως συχνά αυτά τα δύο συγχέονται. Ακόμη κι αν μπορούσαν να βρεθούν πειστικές παρατηρησιακές υπογραφές γειτονικών συμπάντων στον κοσμικό μας ορίζοντα, δεν θα επιβεβαίωναν την ύπαρξη του πολυσύμπαντος. Κι αυτό γιατί οι επικρατούσες θεωρίες για το πολυσύμπαν υπολογίζουν τεράστιο αριθμό συμπάντων – της τάξης του 10⁵⁰⁰ στην περίπτωση της θεωρίας χορδών. Αυτό είναι αδύνατο να αποδειχθεί πειραματικά. Η ύπαρξη ενός πολυσύμπαντος, έστω και πεπερασμένης έκτασης, θα παραμείνει άδηλη.

Αυτό το εννοιολογικό φράγμα δεν ρίχνει την ιδέα του πολυσύμπαντος στο καλάθι των αχρήστων. Το αντίθετο μάλιστα. Καθώς διερευνούμε τα όρια του δυνατού, μαθαίνουμε πάντα κάτι, ακόμα κι αν δεν είναι ακριβώς αυτό που περιμέναμε. Η ιστορία της επιστήμης έχει αποδείξει επανειλημμένα ότι κάθε φορά που εργαζόμαστε για να επεκτείνουμε τις γνώσεις μας για τον κόσμο, το απροσδόκητο είναι ένας από τους καλύτερους φίλους μας. Για να βρεις κάτι, πρέπει πρώτα να ψάξεις.

διαβάστε περισότερες λεπτομέρειες: The multiverse is cosmology’s unreachable frontier

https://physicsgg.me/2023/06/28/%cf%80%ce%bf%ce%bb%cf%85%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1%ce%bd-%cf%84%ce%bf-%ce%b1%cf%80%cf%81%cf%8c%cf%83%ce%b9%cf%84%ce%bf-%cf%83%cf%8d%ce%bd%ce%bf%cf%81%ce%bf-%cf%84%ce%b7%cf%82-%ce%ba%ce%bf%cf%83/