Πού βρίσκεται το κέντρο του σύμπαντος;

Πριν από περίπου έναν αιώνα, οι επιστήμονες αγωνίζονταν να συμβιβάσουν αυτό που φαινόταν σαν αντίφαση στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Δημοσιεύτηκε το 1915 και ήταν ήδη ευρέως αποδεκτή παγκοσμίως από φυσικούς και μαθηματικούς, η θεωρία υπέθετε ότι το σύμπαν ήταν στατικό - αμετάβλητο, ακίνητο και αμετάβλητο. 

Με λίγα λόγια, ο Αϊνστάιν πίστευε ότι το μέγεθος και το σχήμα του σύμπαντος σήμερα ήταν - λίγο πολύ - το ίδιο μέγεθος και σχήμα που ήταν πάντα. Αλλά όταν οι αστρονόμοι κοίταξαν τον νυχτερινό ουρανό σε μακρινούς γαλαξίες με ισχυρά τηλεσκόπια, είδαν ενδείξεις ότι το σύμπαν ήταν οτιδήποτε άλλο εκτός από αυτό. 

Αυτές οι νέες παρατηρήσεις υποδήλωναν το αντίθετο - ότι αντίθετα, επεκτεινόταν. Οι επιστήμονες σύντομα συνειδητοποίησαν ότι η θεωρία του Αϊνστάιν δεν έλεγε στην πραγματικότητα ότι το σύμπαν έπρεπε να είναι στατικό. Η θεωρία θα μπορούσε επίσης να υποστηρίξει ένα διαστελλόμενο σύμπαν. 

Πράγματι, χρησιμοποιώντας τα ίδια μαθηματικά εργαλεία που παρείχε η θεωρία του Αϊνστάιν, οι επιστήμονες δημιούργησαν νέα μοντέλα που έδειξαν ότι το σύμπαν ήταν -στην πραγματικότητα- δυναμικό και εξελισσόμενο. Έχω περάσει δεκαετίες προσπαθώντας να κατανοήσω τη γενική σχετικότητα, συμπεριλαμβανομένης της τρέχουσας εργασίας μου ως καθηγητής φυσικής διδάσκοντας μαθήματα σχετικά με το θέμα. 

Ξέρω ότι το να κατανοήσεις την ιδέα ενός διαρκώς διαστελλόμενου σύμπαντος μπορεί να σου φαίνεται τρομακτικό - και μέρος της πρόκλησης είναι να παρακάμψεις τη φυσική σου διαίσθηση για το πώς λειτουργούν τα πράγματα. Για παράδειγμα, είναι δύσκολο να φανταστείς κάτι τόσο μεγάλο όσο το σύμπαν να μην έχει καθόλου κέντρο, αλλά η φυσική λέει ότι αυτή είναι η πραγματικότητα. 

Ο χώρος μεταξύ των γαλαξιών 

Πρώτον, ας ορίσουμε τι εννοούμε με τον όρο «διαστολή». Στη Γη, «διαστολή» σημαίνει ότι κάτι γίνεται μεγαλύτερο. Και όσον αφορά το σύμπαν, αυτό είναι αλήθεια, κατά κάποιο τρόπο. Η διαστολή μπορεί επίσης να σημαίνει «όλα απομακρύνονται από εμάς», κάτι που ισχύει και όσον αφορά το σύμπαν. Στρέψτε ένα τηλεσκόπιο σε μακρινούς γαλαξίες και όλοι φαίνονται να απομακρύνονται από εμάς. 

Επιπλέον, όσο πιο μακριά βρίσκονται, τόσο πιο γρήγορα φαίνονται να κινούνται. Αυτοί οι γαλαξίες φαίνεται επίσης να απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον. Επομένως, είναι πιο ακριβές να πούμε ότι όλα στο σύμπαν απομακρύνονται από όλα τα άλλα, όλα ταυτόχρονα. Αυτή η ιδέα είναι λεπτή αλλά κρίσιμη. 

Είναι εύκολο να σκεφτούμε τη δημιουργία του σύμπαντος σαν πυροτεχνήματα που εκρήγνυνται: Ξεκινήστε με μια Μεγάλη Έκρηξη και στη συνέχεια όλοι οι γαλαξίες στο σύμπαν πετούν προς όλες τις κατευθύνσεις από κάποιο κεντρικό σημείο. Αλλά αυτή η αναλογία δεν είναι σωστή. Όχι μόνο υπονοεί ψευδώς ότι η διαστολή του σύμπαντος ξεκίνησε από ένα μόνο σημείο, κάτι που δεν συνέβη, αλλά υποδηλώνει επίσης ότι οι γαλαξίες είναι αυτά που κινούνται, κάτι που δεν είναι απολύτως ακριβές. Δεν είναι τόσο οι γαλαξίες που απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον - είναι ο χώρος μεταξύ των γαλαξιών, το ίδιο το ύφασμα του σύμπαντος, που συνεχώς επεκτείνεται με την πάροδο του χρόνου. 

Με άλλα λόγια, δεν είναι στην πραγματικότητα οι ίδιοι οι γαλαξίες που κινούνται μέσα στο σύμπαν. είναι περισσότερο ότι το ίδιο το σύμπαν τους μεταφέρει πιο μακριά καθώς διαστέλλεται. Μια συνηθισμένη αναλογία είναι να φανταστείτε να κολλάτε μερικές κουκκίδες στην επιφάνεια ενός μπαλονιού. Καθώς φυσάτε αέρα μέσα στο μπαλόνι, αυτό διαστέλλεται. 

Επειδή οι κουκκίδες είναι κολλημένες στην επιφάνεια του μπαλονιού, απομακρύνονται περισσότερο. Αν και μπορεί να φαίνονται ότι κινούνται, οι κουκκίδες στην πραγματικότητα παραμένουν ακριβώς εκεί που τις βάζετε και η απόσταση μεταξύ τους μεγαλώνει απλώς λόγω της διαστολής του μπαλονιού. Τώρα σκεφτείτε τις κουκκίδες ως γαλαξίες και το μπαλόνι ως το ύφασμα του σύμπαντος και αρχίζετε να καταλαβαίνετε την εικόνα. 

Δυστυχώς, ενώ αυτή η αναλογία είναι μια καλή αρχή, δεν αποδίδει τις λεπτομέρειες ακριβώς σωστά. 

Η τέταρτη διάσταση 

Σημαντικό για κάθε αναλογία είναι η κατανόηση των περιορισμών της. Ορισμένα ελαττώματα είναι προφανή: Ένα μπαλόνι είναι αρκετά μικρό για να χωράει στο χέρι σας - όχι το σύμπαν. Ένα άλλο ελάττωμα είναι πιο ανεπαίσθητο. Το μπαλόνι έχει δύο μέρη: την επιφάνεια από λάτεξ και το εσωτερικό του γεμάτο αέρα. Αυτά τα δύο μέρη του μπαλονιού περιγράφονται διαφορετικά στη γλώσσα των μαθηματικών. 

Η επιφάνεια του μπαλονιού είναι δισδιάστατη. Αν περπατούσατε πάνω του, θα μπορούσατε να κινηθείτε προς τα εμπρός, προς τα πίσω, αριστερά ή δεξιά, αλλά δεν θα μπορούσατε να κινηθείτε προς τα πάνω ή προς τα κάτω χωρίς να φύγετε από την επιφάνεια. Μπορεί να ακούγεται σαν να ονομάζουμε τέσσερις κατευθύνσεις εδώ - προς τα εμπρός, προς τα πίσω, αριστερά και δεξιά - αλλά αυτές είναι απλώς κινήσεις κατά μήκος δύο βασικών διαδρομών: από πλευρά σε πλευρά και από εμπρός προς τα πίσω. 

Αυτό είναι που κάνει την επιφάνεια δισδιάστατη - μήκος και πλάτος. Το εσωτερικό του μπαλονιού, από την άλλη πλευρά, είναι τρισδιάστατο, επομένως θα μπορούσατε να κινηθείτε ελεύθερα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, συμπεριλαμβανομένων των πάνω ή κάτω - μήκος, πλάτος και ύψος. 

Εδώ βρίσκεται η σύγχυση. Αυτό που θεωρούμε ως το «κέντρο» του μπαλονιού είναι ένα σημείο κάπου στο εσωτερικό του, στον γεμάτο αέρα χώρο κάτω από την επιφάνεια. Αλλά σε αυτήν την αναλογία, το σύμπαν μοιάζει περισσότερο με την επιφάνεια από λάτεξ του μπαλονιού. Το γεμάτο αέρα εσωτερικό του μπαλονιού δεν έχει αντίστοιχο στο σύμπαν μας, επομένως δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μέρος της αναλογίας - μόνο η επιφάνεια έχει σημασία.

 Ρωτώντας λοιπόν: «Πού είναι το κέντρο του σύμπαντος;» είναι κάπως σαν να ρωτάμε «Πού είναι το κέντρο της επιφάνειας του μπαλονιού;» Απλώς δεν υπάρχει. Θα μπορούσατε να ταξιδέψετε κατά μήκος της επιφάνειας του μπαλονιού προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, για όσο θέλετε, και ποτέ δεν θα φτάνατε σε ένα μέρος που θα μπορούσατε να ονομάσετε κέντρο του, επειδή δεν θα φεύγατε ποτέ από την επιφάνεια. Με τον ίδιο τρόπο, θα μπορούσατε να ταξιδέψετε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στο σύμπαν και ποτέ δεν θα βρείτε το κέντρο του, επειδή, όπως και η επιφάνεια του μπαλονιού, απλά δεν έχει. 

Ένας από τους λόγους για τους οποίους αυτό μπορεί να είναι τόσο δύσκολο να κατανοηθεί είναι λόγω του τρόπου με τον οποίο περιγράφεται το σύμπαν στη γλώσσα των μαθηματικών. Η επιφάνεια του μπαλονιού έχει δύο διαστάσεις και το εσωτερικό του μπαλονιού έχει τρεις, αλλά το σύμπαν υπάρχει σε τέσσερις διαστάσεις. Επειδή δεν πρόκειται μόνο για το πώς κινούνται τα πράγματα στο χώρο, αλλά και για το πώς κινούνται στο χρόνο. 

Ο εγκέφαλός μας είναι προγραμματισμένος να σκέφτεται τον χώρο και τον χρόνο ξεχωριστά. Αλλά στο σύμπαν, είναι συνυφασμένα σε ένα ενιαίο ύφασμα, που ονομάζεται «χωροχρόνος». Αυτή η ενοποίηση αλλάζει τον τρόπο που λειτουργεί το σύμπαν σε σχέση με αυτό που περιμένει η διαίσθησή μας. Και αυτή η εξήγηση δεν αρχίζει καν να απαντά στο ερώτημα πώς κάτι μπορεί να διαστέλλεται επ' αόριστον — οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να καταλάβουν τι τροφοδοτεί αυτή την διαστολή. 

Έτσι, ρωτώντας για το κέντρο του σύμπαντος, αντιμετωπίζουμε τα όρια της διαίσθησής μας. Η απάντηση που βρίσκουμε - όλα, διαστέλλονται παντού, όλα ταυτόχρονα - είναι μια γεύση από το πόσο παράξενο και όμορφο είναι το σύμπαν μας. 

Rob Coyne/ The Conversation

 Καθηγητής Φυσικής, Πανεπιστήμιο του Ρόουντ Άιλαντ

https://theconversation.com/where-is-the-center-of-the-universe-252695