Από τι είναι φτιαγμένο το σύμπαν;



Από τι αποτελείται ο κόσμος; Ρίξε μια ματιά στο περιβάλλον σου. Θα δεις αντικείμενα που φαινομενικά δεν έχουν τίποτα κοινό. Έμβια και άβια όντα. Θα μπορούσες να πεις πως ο κόσμος αποτελείται από εσένα, εμένα, τη συσκευή ανάμεσά μας, εκείνη την πέτρα, εκείνη την άλλη πέτρα, εκείνο τον τύπο που μοιάζει με τον Πλιάτσικα κ.ο.κ. Η ποικιλία των αντικειμένων που υπάρχουν όμως είναι πρακτικά ατελείωτη. Μια λίστα για το σύμπαν θα περιλαμβάνει την κάθε πέτρα και τον κάθε Πλιάτσικα του κάθε πλανήτη και φυσικά ακόμα και τη λίστα την ίδια. Αν θέλουμε να απαντήσουμε ουσιαστικά στην αρχική ερώτηση πρέπει με κάποιον τρόπο να απλοποιήσουμε την προσέγγισή μας. Πρέπει να βρούμε τι κοινό έχει ένα φυτό, ένα ερπετό κι ένα γλυπτό. Και όχι, δεν πρόκειται για κάποιου είδους ανέκδοτο.

Ορισμένοι αρχαίοι πολιτισμοί είχαν τη σωστή ιδέα. Υπέθεσαν πως ο κόσμος αποτελείται από τέσσερα ή πέντε στοιχεία: Γη, νερό, αέρας, φωτιά, αιθέρας. Η υπόθεσή τους ήταν εντελώς λάθος αλλά ήταν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση. 1

Έπειτα από εκατοντάδες χρόνια συλλογικής ανθρώπινης προσπάθειας και σκέψης αναπτύξαμε το «Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής».




Η ύλη αποτελείται από άτομα και κάθε άτομο έχει έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ένα νέφος ηλεκτρονίων. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από «κάτω» και «άνω» κουάρκ. 2




Συνολικά έχουμε ανακαλύψει 17 στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία χωρίζονται στα κουάρκ, στα λεπτόνια και στα μποζόνια.

Τα μποζόνια είναι τα σωματίδια-φορείς των τριών εκ των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης… και το μποζόνιο του Higgs, το οποίο δεν κάλεσε κανείς αλλά ήρθε να κάτσει εδώ με τη νεολαία! Τα κουάρκ και τα λεπτόνια είναι τα σωματίδια της ύλης και χωρίζονται σε τρεις γενιές. Όλη η ύλη που μπορείς να δεις, οτιδήποτε έχεις ακουμπήσει, γευτεί ή μυρίσει αποτελείται από τρία σωματίδια της πρώτης γενιάς: Τα άνω και κάτω κουάρκ, που φτιάχνουν τα πρωτόνια και νετρόνια, και τα ηλεκτρόνια.

Αν χρειαζόμαστε μόνο τρία σωματίδια για να φτιάξουμε την ύλη τι ρόλο βαράνε τα υπόλοιπα εννιά; Δεν έχουμε ιδέα!Γνωρίζουμε πολύ καλά πώς τα σωματίδια συνδυάζονται για να φτιάξουν την ύλη, δεν γνωρίζουμε όμως το γιατί. Γιατί τα σωματίδια συνδυάζονται μ’ αυτόν τον τρόπο και όχι με κάποιον άλλο; Υπάρχει άραγε κάποιο παράλληλο σύμπαν που θα μπορούσαν να συνδυάζονται αλλιώς; Μήπως αυτά τα σωματίδια δεν είναι τα πραγματικά στοιχειώδη αντικείμενα που υπάρχουν; Μήπως είναι φτιαγμένα από πιο απλά σωματίδια που δεν έχουμε ακόμα ανακαλύψει; Οι σωματιδιακοί φυσικοί στα ερευνητικά κέντρα όπως το CERN αναζητούν αυτές τις απαντήσεις.

Ο θρίαμβος του Καθιερωμένου Προτύπου είναι πως περιγράφει οτιδήποτε έχουμε ποτέ συναντήσει σύμφωνα με έναν μικρό αριθμό βασικών δομικών συστατικών. Αποκαλύπτει πως το σύμπαν λειτουργεί κατά βάση όπως τα Lego. Με το ίδιο σετ στοιχειωδών σωματιδίων, σε διαφορετικές ποσότητες, μπορείς να φτιάξεις ένα φυτό, ένα ερπετό ή ένα γλυπτό.

Παρ’ όλα αυτά η περιγραφή μας για το σύμπαν εξακολουθεί να είναι ελλιπής. Η «συνηθισμένη» ύλη, η ύλη δηλαδή που μπορούμε να δούμε, δεν αποτελεί παρά το 5% της συνολικής ύλης και ενέργειας του σύμπαντος. Υπό αυτή την έννοια, η ύλη που βλέπουμε δεν είναι καθόλου συνηθισμένη – αντίθετα μάλλον είναι αρκετά σπάνια.

Το υπόλοιπο 95% του σύμπαντος είναι 27% «σκοτεινή» ύλη και 68% «σκοτεινή» ενέργεια. Ας ξεκινήσουμε με τη σκοτεινή ύλη. 3




Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Η σκοτεινή ύλη είναι… παντού. Πολύ πιθανόν αυτή τη στιγμή να κολυμπάς μέσα της. Όταν μελετήσαμε τη δομή των γαλαξιών συνειδητοποιήσαμε πως η βαρύτητα της κανονικής ύλης δεν επαρκεί για να σχηματίσει γαλαξίες. Αν υπήρχε μόνο η ύλη που βλέπουμε τα αστέρια θα ήταν σκορπισμένα παντού στον χώρο. Η σκοτεινή ύλη λοιπόν είναι εκείνη που θα μπορούσε να καθιστά εφικτή την ύπαρξη γαλαξιών. 4

Την ονομάζουμε «σκοτεινή» γιατί κρύβει ένα σκοτεινό μυστικό… και βασικά γιατί δεν μπορούμε να τη δούμε: Δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Αλληλεπιδρά όμως με τη βαρύτητα. Μπορούμε να δούμε τη βαρυτική της επίδραση όταν περιοχές με μεγάλη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης καμπυλώνουν το φως που περνάει από κοντά τους. 5




Έχουμε λοιπόν ισχυρές ενδείξεις πως υπάρχει, ξέρουμε πόση υπάρχει και χοντρικά πού βρίσκεται. Δε γνωρίζουμε όμως καθόλου από τι αποτελείται. Η πιο απλή ιδέα είναι πως η σκοτεινή ύλη είναι κάποιο άγνωστο σωματίδιο. Ελπίζουμε πως, εκτός από βαρυτικά, αλληλεπιδρά με την ύλη και μέσω κάποιας άλλης δύναμης, ίσως ακόμα και κάποιας νέας δύναμης που αγνοούμε. 6

Δεν είναι απαραίτητο όμως να αποτελείται από ένα μόνο σωματίδιο. Είναι σίγουρα πιθανό η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από πολλά σκοτεινά σωματίδια όπως και η κανονική ύλη. Αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν μέχρι και να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, οδηγώντας σε σκοτεινή φυσική, σκοτεινή χημεία, ή ίσως ακόμα και σκοτεινή βιολογία, σκοτεινή ζωή και σκοτεινούς Πλιάτσικες. 7

Ή μπορεί η σκοτεινή ύλη να μην είναι σωματίδια. Το σύμπαν ακολουθεί τους κανόνες της κβαντικής όσον αφορά την υπόλοιπη ύλη, οπότε λογικά υποθέτουμε πως και η σκοτεινή θα συμπεριφέρεται παρόμοια. Ο συλλογισμός αυτός όμως έχει περιορισμούς. Τα πάντα φαίνεται να ακολουθούν τους κανόνες μέχρι να εμφανιστεί κάτι που δεν τους ακολουθεί.

Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια;

Ακόμα και το μυστήριο της σκοτεινής ύλης ωχριά μπροστά στη σκοτεινή ενέργεια, η οποία είναι το μεγαλύτερο κομμάτι της πραγματικότητας και δεν ξέρουμε γι’ αυτή σχεδόν τίποτα.

Η υπόθεση περί της ύπαρξής της προέκυψε εντελώς τυχαία. Μιας και η βαρύτητα είναι μια δύναμη ελκτική, οι επιστήμονες πίστευαν πως οι μακρινοί γαλαξίες κάποια στιγμή θα σταματήσουν να απομακρύνονται και θα πάρουν τον δρόμο της επιστροφής. Αυτό που ανακάλυψαν όμως ήταν το ακριβώς αντίθετο: Με κάθε λεπτό που περνάει το σύμπαν διαστέλλεται όλο και ταχύτερα. Πρέπει λοιπόν να υπάρχει κάτι που αντιτίθεται στην έλξη της βαρύτητας. Κάτι που δεν μπορούμε να δούμε αλλά που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Αυτό το κάτι είναι η σκοτεινή ενέργεια και έχουμε κάποιες ιδέες για το τι μπορεί να είναι. 3

Μια πρώτη ιδέα είναι η κοσμολογική σταθερά, η οποία λέει πως η σκοτεινή ενέργεια είναι μια εγγενής ιδιότητα του χώρου. Αυτό που ονομάζουμε κενό στην πραγματικότητα δεν είναι τίποτα. Ο χώρος είναι κάτι. Αν η σκοτεινή ενέργεια προκαλεί τη δημιουργία νέου χώρου τότε περισσότερος χώρος σημαίνει περισσότερη σκοτεινή ενέργεια και ταχύτερη δημιουργία κι άλλου χώρου. Ίσως αυτός να είναι ο λόγος που το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενα.

Μια άλλη ιδέα είναι η πεμπτουσία, κάποιου είδους πεδίο που διαπερνά όλο το σύμπαν κι έχει το αντίθετο αποτέλεσμα της βαρύτητας. Υπάρχουν διάφορες εκδοχές αυτής της υπόθεσης αλλά όλες έχουν το εξής κοινό: Είναι πολύ δύσκολο να ελεγχθούν. Κανείς δε μας εγγυάται πως το υποτιθέμενο πεδίο αλληλεπιδρά με τα σωματίδια που γνωρίζουμε. Η διαφορά του πεδίου με την κοσμολογική σταθερά είναι πως δεν είναι χωρικά και χρονικά σταθερό, το οποίο ίσως θα δικαιολογούσε γιατί η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος ξεκίνησε πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Και τέλος, δε θα μπορούσαμε να παραβλέψουμε την πιθανότητα τίποτα από τα προηγούμενα να μην ισχύει και να χρειαζόμαστε μια καινούργια θεωρία για τη βαρύτητα. Ίσως η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας να είναι ελλιπής. Ίσως μια νέα θεωρία να μπορεί να εξηγήσει τα φαινόμενα χωρίς την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας και ύλης. Μέχρι στιγμής όμως δεν υπάρχει κάποια υποψήφια τέτοια θεωρία που να είναι ελκυστική στους φυσικούς.

Το συναρπαστικό με αυτά τα μεγάλα επιστημονικά μυστήρια είναι πως έχουν πραγματικές, αδιαμφισβήτητες απαντήσεις. Απλά δεν τις γνωρίζουμε ακόμα. Αυτό που χρειαζόμαστε είναι περισσότερη έρευνα και περισσότερα και καλύτερα δεδομένα. Η σκοτεινή ύλη και ενέργεια, αν υπάρχουν, αποτελούν το 95% του σύμπαντος, το 95% της πραγματικότητας. Η κατανόηση του σύμπαντος δεν είναι εύκολη υπόθεση. Έχουμε πολύ δρόμο μπροστά μας και το μέλλον μας επιφυλάσσει σίγουρα ορισμένες συναρπαστικές ανακαλύψεις. Γι’ αυτό χαλάρωσε και απόλαυσε το ταξίδι.




Σου αρέσει η Καθημερινή Φυσική; Εγγράψου στο newsletter για να παίρνεις ειδοποίηση με κάθε νέα ανάρτηση (1-2 φορές τον μήνα). Μην ξεχάσεις το email επιβεβαίωσης!
Email:
Θέλεις να βοηθήσεις; Τέλεια! Πήγαινε στη σελίδα Υποστήριξη για να μάθεις πώς.


Δείτε το σχετικό βίντεο


Διαβάστε επίσης


Περισσότερες πληροφορίες