Τι συνέβη πριν το big bang; βράνες και φυσαλίδες

Οι κοσμολόγοι Paul Steinhardt και Neil Turok παρομοιάζουν την πρώιμη ιστορία του σύμπαντος σαν ένα έργο στο οποίο οι πρωταγωνιστές – η ύλη και η ακτινοβολία – κινούνται πάνω στη σκηνή σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής. Οι αστρονόμοι είναι οι ηθοποιοί που έφθασαν όμως στην σκηνή αυτή μετά από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, πολύ πολύ αργά για να μάθουν τι συνέβη τότε.

Αν το σύμπαν βρίσκεται σε μια βράνη, που μοιάζει με ένα εκτεταμένο λεπτό φύλλο, η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να ήταν μόνο μία από μια σειρά συγκρούσεων, από τις οποίες μετά από μια «Μεγάλη Αναπήδηση» ανανεωνόταν ο Κόσμος.

Αλλά αυτό δεν σταμάτησε τους Steinhardt, Turok και άλλους ερευνητές να μελετήσουν αν το σύμπαν γεννήθηκε μέσα σε μια γιγαντιαία πύρινη βολίδα εκείνη τη στιγμή ή θα μπορούσε να υπήρχε και πριν από αυτήν.

Η σύγχρονη έννοια της ταραχώδους αρχής του Κόσμου – γνωστή ως Big Bang – έχει τις ρίζες της το 1929 όταν ο Edwin Hubble ανακάλυψε ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες οραματίζονταν ένα σύμπαν που σαν ένα βεγγαλικό, που πέταξε προς τα έξω από ένα μόνο σημείο στο χώρο και το χρόνο.

Αν και αυτή η απλή έκδοση του Big Bang δεν μπορεί να εξηγήσει πλήρως αυτό που οι άνθρωποι βλέπουν στον Κόσμο σήμερα, ο Alan Guth του MIT πρόσθεσε ένα νέο συστατικό το 1981. Στις απαρχές της ιστορίας του, το σύμπαν υποβλήθηκε σε μια πολύ σύντομη περίοδο διαστολής, με μια ταχύτητα πιο μεγάλη ακόμα και από το φως, γνωστή και ως πληθωρισμός, όπως πρότεινε ο Alan Guth. Από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά ο πληθωρισμός, έχει δώσει  άκρως ​​επιτυχείς εξηγήσεις για την δομή του σύμπαντος και τη διάταξη του γαλαξιών.

Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αν μπορεί συμβεί μία φορά ο πληθωρισμός, θα μπορούσε να συμβεί πολλές φορές – κάτι που υπαινίσσεται ένα σύμπαν ζωντανό που υπήρχε και πριν από το Big Bang του δικού μας σύμπαντος. Μάλιστα η ταχύτατη κοσμική διαστολή, σε αυτές τις ερμηνείες, δεν γίνεται μία μόνο φορά, σαν ένα μπαλόνι που επεκτείνεται. Αντιθέτως, πολύ μακρινά τμήματα του χώρου διατηρούν  τον πληθωρισμό, όπως ένα παιδί που συνεχώς κάνει τσιχλόφουσκες, λέει ο Alex Vilenkin του Πανεπιστημίου Tufts.

Κάθε διαστελλόμενο τμήμα γίνεται τότε ένα ξεχωριστό σύμπαν, με το δικό του αρχικό Big Bang. Σε αυτό το σενάριο του "αιώνιου πληθωρισμού", της πύρινης βολίδας που γέννησε το σημερινό σύμπαν προηγήθηκε ένα πλήθος άλλων συμπάντων, ενώ θα ακολουθήσουν κι άλλα σύμπαντα που θα ξεπηδήσουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και σε διάφορα μέρη του Κόσμου, εξηγεί ο Vilenkin.

Στην αρχή

Μπορεί να μη γνωρίζουν τι υπήρχε πριν από το Big Bang αυτό όμως δεν εμποδίζει τους φυσικούς από το να θεωρητικολογούν. Στο σενάριο του αιώνιου πληθωρισμού, το γνωστό σύμπαν ξεπηδάει από ένα μεγαλύτερο πολυσύμπαν.

Ένα άλλο μοντέλο δείχνει ότι το σύμπαν κάνει κύκλους μέσα από μια σειρά συστολών και αναπηδήσεων (σαν τη μπάλα που κτυπάει τον τοίχο και γυρίζει πίσω).

Όπως ακριβώς ο ήλιος μας είναι απλώς ένα από τα δισεκατομμύρια άστρα στον Γαλαξία μας, έτσι και το ορατό σύμπαν μπορεί να είναι ένα από τα αμέτρητα στο κοσμικό στερέωμα. Οι κοσμολόγοι αποκαλούν το σύνολο αυτών των Κόσμων, πολυσύμπαν.

Όχι μόνο θα μπορούσε να υπήρξε ένας μεγάλος αριθμός από σύμπαντα που αναδύθηκαν χωρίς να έρθουν ποτέ σε επαφή, αλλά το καθένα μπορεί να ήταν διαφορετικό από τα άλλα. Σε συνδυασμό του αιώνιου πληθωρισμού με τη θεωρία χορδών, μια ιδέα που έχει γίνει αρκετά δημοφιλής, διότι θα μπορούσε να βοηθήσει στην ενοποίηση των τεσσάρων γνωστών δυνάμεων στη φύση, κάθε διαστελλόμενο σύμπαν θα είχε το δικό του σύνολο από φυσικές ιδιότητες. Αν και το γνωστό σύμπαν είναι γεμάτο με γαλαξίες (στους οποίους η βαρύτητα παίζει κυρίαρχο ρόλο), για παράδειγμα, η βαρύτητα σε ένα άλλο σύμπαν θα μπορούσε να ήταν τόσο ασθενική ώστε να μην σχηματίζονται εκεί γαλαξίες.

Μεγάλη Αναπήδηση κι όχι Μεγάλη Έκρηξη

Η ίδια η θεωρία των χορδών – η οποία απαιτεί ένα χώρο με πολλές περιτυλιγμένες κρυμμένες διαστάσεις – μπορεί να υποδείξει έναν διαφορετικό τύπο της εικόνας πριν το Big Bang. Σε ένα μοντέλο που αναπτύχθηκε από τους Steinhardt, στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, και Turok,, διευθυντής του Ινστιτούτου Perimeter στον Καναδά, το Big Bang, αντικαθίσταται με ένα ατέλειωτο κύκλο συστολών και αναπηδήσεων. Τα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια της ηλικίας του Κόσμου μας αποτελεί απλώς το χρονικό διάστημα από την τελευταία "Μεγάλη Αναπήδηση."

Σε αυτήν την εικόνα το γνωστό σύμπαν βρίσκεται πάνω σε ένα τρισδιάστατο ‘φύλλο’, που ονομάζεται βράνη, και η οποία μπορεί να ταξιδέψει σε μία επιπλέον (εξτρά) διάσταση. Μια άλλη βράνη βρίσκεται σε μια μικρή απόσταση από αυτήν 1. Μια βράνη με παράξενη φυσική, διαφορετική από τη δική μας, ορίζει το ένα άκρο της 5ης διάστασης 2. Μια άλλη βράνη προορισμένη να γίνει το δικό μας σύμπαν, ορίζει το άλλο άκρο της 5ης διάστασης 3. Άλλες βράνες κινούνται κατά μήκος της 5ης διάστασης 4. Όταν μια βράνη κτυπά με δύναμη την δική "μας" βράνη, τότε γεννιέται το σύμπαν στο οποίο ζούμε

Σύμφωνα με την πιο πάνω εικόνα για την σύγκρουση των βρανών, όταν ήταν διαχωρισμένες ήταν χωρίς ‘ρυτιδώσεις’, που σημαίνει ένα σύμπαν σχεδόν χωρίς ύλη. Καθώς πλησίασαν κοντά οι δύο βράνες, αναπτύσσουν μικροσκοπικές ρυτιδώσεις. Οι ρυτιδώσεις είναι οι σπόροι των γαλαξιών. Όταν λοιπόν οι βράνες τελικά συγκρούονται και αναπηδούν μακριά η μία από την άλλη, θα ελευθερώσουν μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, ορισμένη εκ της οποίας μετατρέπεται σε ύλη και ακτινοβολία. Για έναν παρατηρητή σε μία από αυτές τις δύο βράνες, αυτή η Μεγάλη Αναπήδηση θα μοιάζει ακριβώς σαν να Big Bang.

Μόλις διαχωρίστηκαν οι βράνες, αυτές διαστέλλονται και εξομαλύνονται. Ο Κόσμος διαστέλλεται ακριβώς όπως κάνει σήμερα. Αλλά τελικά, οι δύο βράνες θα ξανασυναντηθούν για έναν ακόμη γύρο συγκρούσεων και αναπηδήσεων. Κάθε τέτοιος κύκλος μπορεί να διαρκέσει ακόμα και ένα τρισεκατομμύριο χρόνια ή και περισσότερο.

Στο μοντέλο της Μεγάλης Αναπήδησης (Big Bounce), το σύμπαν όχι μόνο υπήρχε πριν από το Big Bang, αλλά διατηρεί στη μνήμη του το τι υπήρχε πριν. Όλα τα άστρα, οι γαλαξίες, και οι μεγάλης κλίμακας δομές που παρατηρούμε τώρα η ύπαρξη τους οφείλεται στη σύνθεση του σύμπαντος κατά τον προηγούμενο κύκλο. Αν και κάποιες λεπτομέρειες μπορεί να είναι διαφορετικές, οι υποκείμενοι φυσικοί νόμοι, θα παραμείνουν ίδιοι.

Κοσμικές ενδείξεις

Αν η Μεγάλη Αναπήδηση ή το πολυσύμπαν αποτυπώνει την πραγματικότητα  παραμένει ένα μυστήριο. Μία παρατήρηση, όμως, θα μπορούσε να διακρίνει τη Μεγάλη Αναπήδηση και κάθε πληθωριστικό σενάριο, σημειώσει ο Steinhardt. Τα βαρυτικά κύματα, οι μικροσκοπικοί κυματισμοί στον ιστό του χωροχρόνου, δημιουργούνται κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου της Μεγάλης Αναπήδησης. Αλλά σε αυτό το σενάριο, τα κύματα θα ήταν πολύ αδύναμα για να ανιχνευθούν από τα όργανα μας. Ο πληθωρισμός, αντίθετα, θα παράγει ένα πολύ πιο ισχυρά βαρυτικά κύματα – αρκετά ισχυρά για να αφήσουν ένα αποτύπωμα αισθητό στην κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων, την ακτινοβολία που έχει απομείνει από το Big Bang.

Ήδη το διαστημόπλοιο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος ψάχνει για αυτά τα αποκαλυπτικά σημάδια των κυμάτων βαρύτητας, πάνω στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Αν το αποτύπωμα βρεθεί, "εδώ είμαστε", λέει ο Steinhardt.

Η Μεγάλη Αναπήδηση θα αποτύχει.

Το αν ο πληθωρισμός συνεπάγεται ένα πολυσύμπαν είναι μια άλλη ιστορία, όμως το Planck μπορεί να προσφέρει ενδείξεις και για αυτό, επίσης.

Καθώς τα σύμπαντα – φυσαλίδες διαστέλλονται, μπορούν να συγκρούονται μεταξύ τους. Αν ένα άλλο σύμπαν τύχη να κτυπήσει εκείνο στο οποίο κατοικούν οι άνθρωποι, τότε το Planck θα μπορούσε να είναι σε θέση να εντοπίσει ένα συγκεκριμένο μοτίβο καυτών (πιο πάνω από το μέσον όρο) και ψυχρών (κάτω από τη μέση θερμοκρασία) σημείων στο μικροκυματικό υπόβαθρο.

Βέβαια, ακόμη και αν δεν υπάρχουν ενδείξεις για τη σύγκρουση μεταξύ δύο συμπάντων μπορεί, όμως, να επισημανθούν άλλα σύμπαντα φυσαλίδες που υπάρχουν ακόμα. Οι συγκρούσεις μπορεί να είναι τόσο σπάνιες που οι παρατηρητές θα πρέπει να περιμένουν ακόμα και μία χιλιετία για να βρουν τούτο το μοτίβο.

Αν αυτή η παρατεταμένη αβεβαιότητα σχετικά με την κοσμική Γένεση ακούγεται κάπως σαν το καθαρτήριο της κόλασης, ας δούμε τα λόγια ενός ανώνυμου άνδρα που αναφέρεται στις Εξομολογήσεις του Αγίου Αυγουστίνου. Όταν ρωτήθηκε τι έκανε ο Θεός πριν από την δημιουργία του ουρανού και της Γης, ο Αυγουστίνος απάντησε: "Προετοίμαζε την κόλαση για εκείνους που εξέταζαν τα πράγματα πολύ βαθιά."

Πηγή: sciencenews.org, http://blog.physics4u.gr/?p=3315