Ήμασταν όλοι εδώ πριν;

Η Μεγάλη Έκρηξη θεωρείται συνήθως ως η αρχή των πάντων – ακόμα και του χώρου και του χρόνου. Αλλά οι νέες θεωρίες του χώρου και του χρόνου δείχνουν μια ριζικά διαφορετική εικόνα, στην οποία η Μεγάλη Έκρηξη ήταν πραγματικά μια Μεγάλη Αναπήδηση από ένα παλαιότερο σύμπαν. Ορισμένοι θεωρητικοί ισχυρίζονται ακόμη ότι μπορεί να είναι δυνατό να ερευνήσουμε πίσω πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, για να μάθουμε για το σύμπαν πριν από το δικό μας. Αυτοί οι ισχυρισμοί πρόκειται να δοκιμαστούν με την εκτόξευση του Planck, ενός παρατηρητηρίου σε τροχιά που μπορεί να ανιχνεύσει σημάδια ότι το Σύμπαν είναι απλώς το τελευταίο σε μια ατελείωτη σειρά κύκλων.
Τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη; Είναι μια ερώτηση τόσο μπερδεμένη, ακόμη και όπως ο Στίβεν Χόκινγκ, την έχουν απορρίψει ως αδιανόητη. Αλλά οι ανακαλύψεις στην κατανόησή μας για τη βασική φύση του χώρου και του χρόνου ωθούν τους θεωρητικούς να προτείνουν ότι μπορεί τώρα να είναι δυνατό να κοιτάξουμε στο παρελθόν και να εξετάσουμε την αρχή του Σύμπαντος – και ακόμη και πριν από αυτό.
Υπάρχει τώρα μια αυξανόμενη πεποίθηση ότι η Μεγάλη Έκρηξη δεν ήταν η στιγμή που ένα σύμπαν γεννήθηκε για πρώτη φορά – ήταν απλώς η τελευταία σε έναν ατελείωτο κύκλο κοσμικών γεννήσεων και θανάτων. Και αν υπήρχαν σύμπαντα πριν από το δικό μας, αυτό σημαίνει σίγουρα ότι η ζωή, σε κάποια μορφή, θα μπορούσε να υπάρχει επίσης.
Η θεωρία του «κυκλικού σύμπαντος» πρόκειται να δοκιμαστεί, με την εκτόξευση του Planck, ένα τροχιακό παρατηρητήριο που θα μελετήσει τις συνέπειες της Μεγάλης Έκρηξης με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια, αναζητώντας ενδείξεις για τη δημιουργία του σημερινού Σύμπαντος πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Πολλές ανατολικές θρησκείες έχουν από καιρό συμπεριλάβει την ιδέα ενός σύμπαντος στις αναφορές τους δημιουργία. Μόνο τώρα λαμβάνεται σοβαρά υπόψη από τους επιστήμονες, παρόλο που αποδείχθηκε ότι ήταν μια πιθανότητα πριν από σχεδόν έναν αιώνα. Όταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εφάρμοσε τη θεωρία του για τη βαρύτητα - που ονομάζεται Γενική Σχετικότητα (GR) - στο Σύμπαν, περίμενε ότι το διάστημα ήταν άπειρο, στατικό και αιώνιο. Αλλά οι εξισώσεις του αποκάλυψαν μια σειρά από πιθανά σύμπαντα – συμπεριλαμβανομένων αυτών που περνούν από ατελείωτους κύκλους.
Τέτοια σύμπαντα πρόσφεραν μια λύση στο μυστήριο του τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αλλά η ιδέα δέχτηκε ένα φαινομενικά θανατηφόρο πλήγμα τη δεκαετία του 1930 από τον Αμερικανό φυσικό Ρίτσαρντ Τόλμαν. Ισχυρίστηκε ότι η ποσότητα της ακτινοβολίας μέσα στο Σύμπαν θα αυξανόταν με κάθε κύκλο, κάνοντας τον κάθε κύκλο να διαρκέσει περισσότερο. Αλλά αν το Σύμπαν μας είναι απλώς το πιο πρόσφατο σε έναν άπειρο αριθμό, θα πρέπει μέχρι τώρα να περιέχει μια άπειρη ποσότητα ενέργειας – κάτι που σαφώς δεν έχει.
Το επιχείρημα του Τόλμαν, ωστόσο, περιέχει ένα κρίσιμο ελάττωμα. Υποθέτει ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν μπορούν να είναι αξιόπιστες τη στιγμή που ένα σύμπαν αναδύεται από ένα άλλο - και δεν μπορούν. Αντίθετα, παρασύρονται την ακριβή στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, προβλέποντας μια κατάσταση απείρως υψηλών θερμοκρασιών σε μηδενικό όγκο που ονομάζεται «ιδιαιτερότητα» – συνθήκες που είναι εξαιρετικά απίθανες. Επομένως, κανείς δεν μπορεί να είναι σίγουρος τι συνέβη με την ακτινοβολία μεταξύ κάθε κοσμικού κύκλου.
Οι θεωρίες
Δύο αντίπαλες ιδέες θα μπορούσαν να εξηγήσουν τα κυκλικά σύμπανταΜ-θεωρία
Οι προσπάθειες να δημιουργηθεί μια ενιαία, ενοποιημένη εξήγηση για όλες τις δυνάμεις και τα σωματίδια στον Κόσμο έχουν οδηγήσει στην πιθανότητα ότι το τετραδιάστατο Σύμπαν μας είναι μέρος μιας άπειρης, πολυδιάστατης «μεμβράνης» (εξ ου και το «Μ») – ή «brane» για συντομία. Σύμφωνα με αυτό, η Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι πλέον η στιγμή που ολόκληρος ο κόσμος στριμώχνεται σε ένα μόνο σημείο, γνωστό ως «μοναδικότητα» όταν οι συνθήκες επιτυγχάνουν άπειρες τιμές και οι τυπικές θεωρίες καταρρέουν. Αντίθετα, αυτή η στιγμή θεωρείται ότι είναι το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης μεταξύ δύο βράνων, απελευθερώνοντας την κολοσσιαία ποσότητα ενέργειας που ονομάζουμε Big Bang. Εκτός από την αποφυγή της προβληματικής μοναδικότητας, η θεωρία Μ υπονοεί ότι το ερώτημα του τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη ισοδυναμεί με το ερώτημα τι συνέβη πριν από τη σύγκρουση των βράνων. Και μια πιθανότητα είναι ότι υπήρξε άπειρος αριθμός προηγούμενων συγκρούσεων, καθεμία από τις οποίες πυροδότησε μια νέα Μεγάλη Έκρηξη.

Κβαντική βαρύτητα βρόχου (LQG)
Ένα άλλο αποτέλεσμα της προσπάθειας να ενοποιήσει την αντίληψη του Αϊνστάιν για τον χώρο, τον χρόνο και τη βαρύτητα με την κβαντική θεωρία, η Κβαντική Βαρύτητα βρόχου οδηγεί στην άποψη του χωροχρόνου ως ένα είδος υφάσματος που αποτελείται από υποατομικούς βρόχους που δρουν μαζί για να δημιουργήσουν αυτό που εμείς καλέστε τη «δύναμη» της βαρύτητας. Όπως και με τη θεωρία Μ, όταν εφαρμόζεται στη Μεγάλη Έκρηξη, το LQG δεν έχει πλέον την ενοχλητική ιδιομορφία που προκαλεί τη διάσπαση των συμβατικών όψεων της βαρύτητας. Σε αντίθεση με τη θεωρία Μ, ωστόσο, το LQG φαίνεται να δίνει μια πολύ πιο ξεκάθαρη περιγραφή του τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, με ελάχιστη ανάγκη για επιπλέον εικασίες για την αναγέννηση ενός προηγούμενου σύμπαντος. Σύμφωνα με την LQG, η Μεγάλη Έκρηξη ήταν στην πραγματικότητα μόνο το ένα ήμισυ μιας «Μεγάλης Αναπήδησης», στην οποία ένα προηγούμενο σύμπαν κατέρρευσε στον εαυτό του πριν επεκταθεί εκ νέου για να σχηματίσει ένα νέο σύμπαν. Αντί να καταρρεύσει σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας και θερμοκρασίας –όπως σε μια ιδιομορφία– φτάνει απλώς σε ένα μικρό αλλά πεπερασμένο μέγεθος και σε υψηλή αλλά πεπερασμένη θερμοκρασία και πυκνότητα.

Μια ιστορία δύο θεωριών

Αλλά τώρα οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι έχουν λύσει το πρόβλημα της μοναδικότητας και έχουν δώσει νέα πνοή στην ιδέα του κυκλικού σύμπαντος. Όλα οφείλονται σε ανακαλύψεις στην έρευνα που στοχεύουν στην επίλυση των προβλημάτων με τη θεωρία του Αϊνστάιν συνδυάζοντάς την με την κβαντική θεωρία - τους νόμους του υποατομικού κόσμου. Η επινόηση μιας τέτοιας «ενοποιημένης θεωρίας» έχει αποδειχθεί ότι δεν είναι καθόλου απλή, αλλά μέχρι σήμερα έχουν προκύψει δύο υποψήφιοι – η M-θεωρία και η Κβαντική Βαρύτητα Βρόχου (βλ. «Οι θεωρίες», αριστερά).
Η ανάσταση του κυκλικού μοντέλο ξεκίνησε το 1999, όταν οι θεωρητικοί καθηγητής Paul Steinhardt του Πανεπιστημίου του Πρίνστον και ο καθηγητής Neil Turok, τότε στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, πρότειναν ότι η Μεγάλη Έκρηξη είναι μόνο μία από μια ατελείωτη σειρά συγκρούσεων μεταξύ πολυδιάστατων αντικειμένων που προβλέπονται από τη θεωρία Μ που ονομάζεται «βράνες». Οι Steinhardt και Turok υπολόγισαν ότι κάθε «Μεγάλη Αναπήδηση» αποφεύγει την κατάσταση της μοναδικότητας και επίσης τη συσσώρευση ακτινοβολίας που κατέστρεψε προηγούμενες θεωρίες ενός κυκλικού σύμπαντος.
Ονόμασαν τη θεωρία τους Εκπυρωτικό Σύμπαν – από τα ελληνικά για «γεννήθηκε από Φωτιά'. Ωστόσο, παρά τα φαινομενικά ελκυστικά της, οι θεωρητικοί επεσήμαναν ότι η εξάρτηση της θεωρίας του Εκπυρωτικού Σύμπαντος στη θεωρία Μ, η οποία είναι ακόμη στα σπάργανα, την καθιστά εξαιρετικά εικαστική. "Υπάρχουν ορισμένα ανοιχτά ερωτήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν, όπως η καλύτερη κατανόηση των συνθηκών όταν οι βράνες συγκρούονται", λέει ο Δρ Parampreet Singh του Canada's Perimeter Institute.
Ο Singh είναι ένας από τους ηγέτες στην εξερεύνηση των μυστηρίων του το Big Bang με τον κύριο αντίπαλο της M-θεωρίας, γνωστή ως Loop Quantum Gravity (LQG). Αναπτύχθηκε τα τελευταία 20 χρόνια, το LQG είναι πιο αυστηρό μαθηματικά από τη θεωρία Μ, αλλά παράγει μια γενικά παρόμοια άποψη για τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι υπολογισμοί του Singh και των συνεργατών του αποκάλυψαν ότι το LQG παράγει επίσης ένα σύμπαν που διέρχεται από μια «Big Bounce» χωρίς ιδιαιτερότητες. Φαίνεται λοιπόν ότι η ιδέα ενός κυκλικού σύμπαντος δεν είναι απλώς κάποια παράξενη ιδιορρυθμία της M-θεωρίας.
Αλλά η μεγαλύτερη δύναμη του LQG του επιτρέπει να κάνει περισσότερα, ανοίγοντας τη δυνατότητα να δούμε τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Αναπήδηση. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τα αποτελέσματα μέχρι στιγμής παραμένουν πολύ αμφιλεγόμενα.

Αρχικά, οι θεωρητικοί ήλπιζαν ότι θα μπορούσαν να διερευνήσουν τις συνθήκες στο προηγούμενο σύμπαν με κάποια σιγουριά, αλλά τα υποατομικά ή «κβαντικά» φαινόμενα είναι εμφανώς δύσκολο να εντοπιστούν και θα ήταν σημαντικά όταν έλαβε χώρα η Μεγάλη Έκρηξη – κάνοντας προβλέψεις για το τι ακριβώς συνέβη γύρω από αυτό χρόνος σχεδόν αδύνατος. «Τα βίαια κβαντικά φαινόμενα κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη είναι σημαντικά και είναι πολύ πιο δύσκολο να αποφασίσουμε πώς μπορεί να συμπεριφερόταν το σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη», λέει ο θεωρητικός του LQG Martin Bojowald από το Πανεπιστήμιο Penn State στις ΗΠΑ.

Τους τελευταίους μήνες, νέοι υπολογισμοί από τον Singh και τους συναδέλφους τους έδωσαν στους θεωρητικούς ανανεωμένη ελπίδα, δείχνοντας ότι αυτά τα κβαντικά φαινόμενα θα ήταν σημαντικά μόνο εάν το Σύμπαν μας –και αυτό πριν από αυτό– ήταν απίστευτα μικρό. Και σαφώς το Σύμπαν μας δεν είναι μικρό. «Αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητό από την κοινή εργαστηριακή φυσική», λέει ο Singh. "Αν και υπάρχουν κβαντικά φαινόμενα, η συνάφειά τους είναι ασήμαντη."
Πώς ήταν λοιπόν το προηγούμενο σύμπαν; Αν οι υπολογισμοί του Singh και των συναδέλφων του είναι σωστοί, τότε μπορεί να ήταν αρκετά παρόμοιος με τον δικό μας, με γαλαξίες, πλανήτες και ίσως ακόμη και ζωή. Αλλά ο Bojowald απέχει πολύ από το να είναι πεπεισμένος ότι η θεωρία του LQG μπορεί να δώσει αξιόπιστες απαντήσεις και πιστεύει ότι το προηγούμενο σύμπαν θα μπορούσε να ήταν εντελώς διαφορετικό από το δικό μας.
Προς το παρόν, οι θεωρητικοί εστιάζουν στην οικοδόμηση εμπιστοσύνης στο LQG δείχνοντας ότι – όπως ο GR η ίδια – μπορεί να δημιουργήσει ένα σύμπαν που μοιάζει με το δικό μας. Και έχουν ενθαρρυνθεί από την ανακάλυψη ότι η θεωρία είναι συμβατή με αυτό που οι περισσότεροι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι είναι ένα από τα πιο κρίσιμα χαρακτηριστικά του δικού μας Σύμπαντος:ο κοσμικός πληθωρισμός.
Ο πληθωρισμός θεωρείται ευρέως ότι είναι η κινητήρια δύναμη του Μεγάλου Πάταγος. Ένα πεδίο υποατομικής δύναμης με ισχυρά αντιβαρυτικά αποτελέσματα, πιστεύεται ότι οδήγησε στη διαστολή του πρώιμου Σύμπαντος μετά τη γιγάντια έκρηξη. Η ύπαρξή του εξηγεί πολλά φαινόμενα που μπορούμε να δούμε στο σημερινό Σύμπαν.
Οι κοσμολόγοι είναι βαθιά καχύποπτοι με τις θεωρίες που δεν περιλαμβάνουν τον πληθωρισμό – εξ ου και η χαρά του Singh και των συναδέλφων του που κάνει η LQG. Και αυτό θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί ένα αποφασιστικό πλεονέκτημα έναντι της εκπυρωτικής έννοιας των Steinhardt και Turok, καθώς η θεωρία τους δεν το κάνει. Αντί για πληθωρισμό, η θεωρία τους προβλέπει μια σχετικά χαλαρή επέκταση μετά τη σύγκρουση μεταξύ των δύο βράνων. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα σύμπαν που μοιάζει σχεδόν πανομοιότυπο με αυτό που προβλέπεται από τον πληθωρισμό – σχεδόν, αλλά όχι εντελώς.

Άνοδος και πτώση Κυκλικά σύμπαντα:μια θεωρία που είχε κύκλους δημοτικότητας

c400AD
Οι ινδουιστικές αφηγήσεις για το Σύμπαν περιγράφουν έναν ατελείωτο κύκλο δημιουργίας, καταστροφής και αναγέννησης που πυροδοτήθηκε από το «παιχνίδι των θεών»1922
Ο Ρώσος μαθηματικός Alexander Friedman αποκαλύπτει ότι η πιθανότητα ύπαρξης ενός κυκλικού σύμπαντος υπάρχει στις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας, τη θεωρία της βαρύτητας του Albert Einstein

1934
Ο Αμερικανός φυσικός Richard Tolman προτείνει ότι οι νόμοι της θερμοδυναμικής εμποδίζουν τα ατελείωτα κυκλικά σύμπαντα καθώς καταλήγουν να γεμίζουν με άπειρη ποσότητα ακτινοβολίας

1999
Οι θεωρητικοί Paul Steinhardt και Neil Turok καταλήγουν στην ιδέα της σύγκρουσης πολυδιάστατων «βράνες» ως μέσο για να επιτραπεί ένας ατελείωτος κύκλος συμπάντων

2005
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State δείχνουν ότι η λεγόμενη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχου οδηγεί σε "Big Bounce" και όχι σε Big Bang

2008
Το αστεροσκοπείο Planck έχει προγραμματιστεί να αναζητήσει ενδείξεις για τις συνθήκες πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη στο CMB – τη θερμότητα που έμεινε από την έκρηξη

Συζήτηση Planck

Είναι αυτές οι διαφορές που πρόκειται να γίνουν το επίκεντρο της έντονης μελέτης, καθώς η αποστολή Planck αρχίζει να αναζητά ενδεικτικά σημάδια πληθωρισμού στην ακτινοβολία που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη (βλ. «Δοκιμή των θεωριών», σελ. 58). Γνωστή ως κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB), η ακτινοβολία είναι η εξασθενημένη θερμότητα αυτής της αρχέγονης έκρηξης, που εκτείνεται από δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής επέκτασης σε μικροκύματα.
Ο πληθωρισμός αφήνει στοιχεία με τη μορφή ενός σχεδίου θερμών και ψυχρών σημείων στο CMB μπορούμε να παρατηρήσουμε σήμερα. Το πρόβλημα είναι ότι η διαδικασία πληθωρισμού κάνει αυτό το μοτίβο πολύ παρόμοιο με αυτό που θα περιμέναμε από το εκπυρωτικό σύμπαν – και η διαφορά μεταξύ των δύο είναι τόσο λεπτή που θα είναι δύσκολο να λάβουμε μια οριστική απάντηση στο ερώτημα ποια θεωρία είναι σωστή .
Έτσι, ο Planck θα πρέπει να είναι σε θέση να πάρει εντυπωσιακά στοιχεία που τείνουν να υποστηρίζουν το ένα έναντι του άλλου. Ενώ τα όργανα του Planck είναι ικανά να αναλύουν τα ζεστά και κρύα σημεία, μπορούν να κάνουν πολύ περισσότερα. Η ακτινοβολία που ανιχνεύουν φέρει επίσης τα σημάδια της αναταραχής στον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου που πυροδοτήθηκε από τη Μεγάλη Έκρηξη. Γνωστά ως βαρυτικά κύματα, παραμένουν ανέπαφα για δισεκατομμύρια χρόνια και δίνουν άμεσες αποδείξεις για το τι συνέβη κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης.
Ο πληθωρισμός αναμένεται να δημιουργήσει βαρυτικά κύματα εντελώς διαφορετικά από αυτά που προκαλούνται από τις συγκρούσεις βράνων της εκπυρωτικής θεωρίας, κάνοντας Αυτοί οι κυματισμοί στο χωροχρόνο είναι καθοριστικοί για να αποφασίσουμε ποια από τις δύο θεωρίες έχει το περισσότερο νερό. Το μόνο ελαφρύ μειονέκτημα είναι ότι, μέχρι σήμερα, δεν έχουν βρεθεί στοιχεία για οποιοδήποτε είδος κοσμικών βαρυτικών κυμάτων.
Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει χάρη στον Planck, τα όργανα του οποίου μπορούν να ανιχνεύσουν τέτοια κύματα μέσω της επίδρασής τους στο CMB. Είναι μακρινό – και πολλοί θεωρητικοί συμφωνούν ότι η οριστική δοκιμή των αντίπαλων θεωριών χρειάζεται άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων χρησιμοποιώντας μελλοντικές αποστολές όπως το Big Bang Observer. Ακόμα κι έτσι, το γεγονός ότι και οι δύο αντίπαλες θεωρίες για το πρώιμο Σύμπαν υποδεικνύουν και οι δύο μια Μεγάλη Αναπήδηση και όχι μια Μεγάλη Έκρηξη υποδηλώνει ότι η έννοια του κυκλικού σύμπαντος πρέπει τώρα να ληφθεί σοβαρά υπόψη, αφού προηγουμένως είχε σε μεγάλο βαθμό αρνηθεί. Και αυτό απαιτεί μια ριζική επανεξέταση του κοσμικού παρελθόντος και του μέλλοντός μας.
Μέχρι τώρα, τα εγχειρίδια κοσμολογίας ισχυρίζονταν ότι ο κόσμος εμφανίστηκε από το πουθενά πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, διογκώθηκε και στη συνέχεια συνέχισε να επεκτείνεται για πάντα. Ζωγραφίζουν επίσης μια εικόνα όπου, τρισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον, η επέκταση θα αφήσει τον γαλαξία μας για πάντα απομονωμένο από κάθε άλλον και θα αφεθεί να υποστεί μια αργή, παρατεταμένη εξασθένηση.
Αλλά αν η θεωρία του κυκλικού σύμπαντος είναι σωστή , τα σχολικά βιβλία θα πρέπει να ξαναγραφτούν. Το σημερινό Σύμπαν θα είναι τότε απλώς το πιο πρόσφατο σε μια ατελείωτη σειρά, που θα τελειώνει σε μια άλλη Μεγάλη Αναπήδηση σε τρισεκατομμύρια χρόνια από τώρα και μια νέα αρχή. Ίσως λοιπόν το μέλλον να μην είναι τόσο βαρετό τελικά. Ποιος ξέρει – ίσως την επόμενη φορά θα μάθουμε να αξιοποιούμε τις δυνάμεις του σύμπαντος και να διαμορφώνουμε ένα πραγματικά αιώνιο σύμπαν που ταιριάζει στον εαυτό μας.

Ο Robert Matthews είναι επισκέπτης αναγνώστης στην επιστήμη στο Aston University

Δοκιμή των θεωριών

Δύο τρόποι για να διερευνήσετε την αλήθεια για τα κυκλικά σύμπαντα

Πλανκ
Ο δορυφόρος Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, που πρόκειται να εκτοξευτεί σε έναν πύραυλο Ariane 5 τον Οκτώβριο, έχει σχεδιαστεί για να παρατηρεί τη θερμότητα του παρασκηνίου που απομένει από τη Μεγάλη Έκρηξη με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια. Ορισμένες θεωρίες για τα κυκλικά σύμπαντα προβλέπουν την εμφάνιση μοτίβων σε αυτή τη θερμότητα υποβάθρου που προκαλείται από τα λεγόμενα φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας που ενεργοποιήθηκαν κατά και πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Υποδείξεις αυτών των επιπτώσεων έχουν ήδη παρατηρηθεί με επίγεια παρατηρητήρια, αλλά ο Planck χρειάζεται για να τις επιβεβαιώσει.

Η ακτινοβολία που απελευθερώνεται στη Μεγάλη Έκρηξη «τεντώνεται» από δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής διαστολής μέχρι να μετατραπεί σε μικροκύματα. Σταθμευμένος σε ένα βαρυτικά σταθερό σημείο 1,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη, ο Planck θα μελετήσει αυτά τα μικροκύματα, τα οποία προβλέπεται να αλληλεπιδράσουν με βαρυτικά κύματα - κυματισμοί στο ιστό του χωροχρόνου - προκαλώντας τους να δονούνται προς ορισμένες κατευθύνσεις, ένα φαινόμενο που ονομάζεται πόλωση. Η ανάλυση του σήματος πόλωσης που συγκεντρώθηκε κατά τη διάρκεια της 21μηνης αποστολής του Planck θα επιτρέψει στους θεωρητικούς να ελέγξουν τις ανταγωνιστικές θεωρίες για το τι συνέβη κατά και πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Παρατηρητής του Big Bang
Προβλεφθέντα από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν αλλά ποτέ δεν παρατηρήθηκαν άμεσα, τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στον ιστό του χώρου και του χρόνου με χαρακτηριστικά ικανά να δώσουν πληροφορίες για γεγονότα κατά και πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Επίγειοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων έχουν ήδη κατασκευαστεί, αλλά η θεωρία προτείνει ότι τα κύματα που δημιουργήθηκαν από τη Μεγάλη Έκρηξη θα είναι ανιχνεύσιμα μόνο χρησιμοποιώντας τεράστια διαστημικά παρατηρητήρια όπως το Big Bang Observer (BBO) που η NASA ελπίζει να κατασκευάσει κάποια στιγμή "επόμενες δεκαετίες".

Το BBO θα αποτελείται από τρία σετ τριών δορυφόρων διατεταγμένων σε ισόπλευρα τρίγωνα. Οι πλευρές θα εκτείνονται σε μήκος 50.000 km, κάθε σύνολο σχηματίζοντας ένα τρίγωνο σε ηλιακή τροχιά. Τα βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται από κοσμικά γεγονότα περνούν μέσα από το Ηλιακό Σύστημα, αλλάζοντας τον χωροχρόνο – και έτσι μεταβάλλοντας την απόσταση μεταξύ των δορυφόρων. Οι ακτίνες λέιζερ που περνούν μεταξύ των συνόλων των δορυφόρων ανιχνεύουν βαρυτικά κύματα μέσω των επιδράσεων της παρεμβολής, η οποία μετατοπίζει τα κύματα φωτός το ένα σε σχέση με το άλλο. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της αποστολής αναλύονται για να δούμε ποια εξήγηση του Big Bang ταιριάζει καλύτερα.

Υπέρ και κατά

Πρέπει να λάβουμε σοβαρά υπόψη τη θεωρία του κυκλικού σύμπαντος;

Ναι
Καθηγητής Martin Bojowald, Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, ΗΠΑ

«Το πρόβλημα με το τυπικό σενάριο της Μεγάλης Έκρηξης είναι ότι φαίνεται να προβλέπει μια «αρχή» κάποια στιγμή στο πεπερασμένο παρελθόν. Αυτή είναι μια εσφαλμένη ερμηνεία της θεωρίας του Αϊνστάιν, η οποία στην πραγματικότητα απλώς καταρρέει στη Μεγάλη Έκρηξη σε μια λεγόμενη μοναδικότητα και δεν μας λέει τίποτα για το τι συνέβη. Αυτό που χρειαζόμαστε πραγματικά είναι μια θεωρία που να είναι απαλλαγμένη από αυτή τη μοναδικότητα και η πιο απλή εναλλακτική είναι ένα κυκλικό σύμπαν, το οποίο απλώς αντιστρέφει την κατεύθυνση στο Big Bang – έτσι ένα σύμπαν που συρρικνωνόταν σε μέγεθος αναπηδά και αρχίζει να διαστέλλεται. «Υπάρχουν φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας που μπορούν να επιφέρουν αυτή την ανάκαμψη και επίσης να απαλλαγούν από το πρόβλημα της μοναδικότητας. Αλλά είναι ένα δίκοπο μαχαίρι, επειδή καταλήγουμε επίσης με αντιδιαισθητικά κβαντικά εφέ, όπως η απώλεια βεβαιότητας για το τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Η κατανόηση του σύμπαντος πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη περιλαμβάνει τολμηρές μεγάλες παρεκβολές. Και ενώ η θεωρία μπορεί να μας πει ότι υπήρχε ένα σύμπαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, τα πιο σημαντικά ερωτήματα σχετικά με τη συμπεριφορά του μένουν να εξεταστούν."

Περισσότερα σαν αυτό

Όχι Καθηγητής Andreas Albrecht, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, ΗΠΑ

«Το κύριο πρόβλημα τόσο με το κυκλικό σύμπαν όσο και με τα μοντέλα που βασίζονται στο Loop Quantum Gravity (LQG) είναι η έλλειψη γνώσης σχετικά με τις θεμελιώδεις εξισώσεις που θα πρέπει να χρησιμοποιούμε για να κατανοήσουμε τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Πολλοί άνθρωποι δεν είναι πεπεισμένοι ότι το LQG προσφέρει ένα συναρπαστικό θεωρητικό πλαίσιο για την αντιμετώπιση αυτών των ερωτημάτων. «Ούτε ενθουσιάζομαι με την αρχική εκπυρωτική ιδέα των Steinhardt και Turok, γιατί δεν επιτρέπει διαφορετικές πιθανές συνθήκες εκκίνησης για τις συγκρουόμενες βράνες να δημιουργήσουν ένα σύμπαν σαν αυτό που παρατηρούμε στην πραγματικότητα. Προσπάθησαν να το διορθώσουν στο κυκλικό τους μοντέλο, αλλά εξακολουθούν να βάζουν βασικά μέρη της εξήγησής τους στην εποχή πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη – και κανείς δεν ξέρει πώς να υπολογίσει αξιόπιστα τι συμβαίνει όταν το σύμπαν διέρχεται από αυτό το γεγονός. "Αλλά δοκιμάζοντας πράγματα όπως αυτό είναι ο τρόπος που μαθαίνουμε και η ελπίδα για νέες θεωρητικές γνώσεις και καλές δοκιμές παρατήρησης σίγουρα με κρατά ενθουσιασμένος για αυτό το πεδίο."

Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard