Από την Κοσμογονία μέχρι την Κοσμική Συντέλεια, Μέρος B

Ένα ταξίδι από την απαρχή έως τα έσχατα όρια του Συμπαντικού Χωροχρόνου

Ας προχωρήσουμε προς μακρινότερες εποχές. Θα αναφερθούμε σε τέσσερα πιθανά εσχατολογικά σενάρια αυτού του Κόσμου. Στο απόλυτο τέλος. Στο τέλος του Σύμπαντος στο οποίο ζούμε¹!

Το Σύμπαν, αυτή η απέραντη σκηνή των άστρων και των γαλαξιών, δεν είναι αιώνιο. Όπως κάθε ιστορία, έτσι και η δική του είναι γραμμένη με ένα τέλος. Η σκοτεινή ενέργεια, αυτή η «αόρατη δύναμη» που ωθεί τους γαλαξίες και τα αστρικά σμήνη σε μια αέναη φυγή, κρατά το κλειδί για το πώς θα πέσει η αυλαία².

Αυτό που φαντάζει, σύμφωνα με τα τωρινά δεδομένα, ως το πιο πιθανό σενάριο είναι αυτό που αποκαλούμε το Μεγάλο Ψύχος (Big Freeze) ή Θερμικός Θάνατος του Σύμπαντος. Είναι ένας αργός και μελαγχολικός επίλογος. Το Σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται αιώνια, οι γαλαξίες θα απομακρύνονται όλο και περισσότερο ο ένας από τον άλλο, τα τελευταία άστρα θα εξαντλήσουν τα καύσιμά τους και τελικά θα σβήσουν. Το Σύμπαν θα καταλήξει ένα κρύο, σκοτεινό και άδειο μέρος, κυριαρχούμενο από μαύρες τρύπες, υπολείμματα άστρων και ατομικά σωματίδια που θα αποσυντεθούν. Στο τέλος ακόμα και οι μαύρες τρύπες θα εξατμιστούν, μέσω της ακτινοβολίας Hawking, αφήνοντας μόνο μια θάλασσα φωτονίων και στοιχειωδών σωματιδίων, μέχρι την πλήρη θερμική ισορροπία³.

Αν, παρόλα αυτά, η σκοτεινή ενέργεια, για κάποιο λόγο, αυξηθεί σε ισχύ, θα μπορούσε να ξεσκίσει τους γαλαξίες, τα άστρα, ακόμη και τα άτομα. Αυτό το κοσμολογικό γεγονός θα είχε ως αποτέλεσμα την απόλυτη καταστροφή των κοσμικών δομών (γαλαξίες, άστρα, πλανήτες), προκαλώντας τη διάσπαση της ύλης στα βασικά της συστατικά και οδηγώντας στην διάλυση του ίδιου του χωροχρόνου στο πιο θεμελιώδες επίπεδο. Με απλά λόγια, η σκοτεινή ενέργεια θα «έσκιζε» τα πάντα στο Σύμπαν σε κομμάτια. Το τέλος αυτό το έχουμε βαφτίσει ως τη Μεγάλη Ρήξη (Big Rip).

Σε ένα διαφορετικό σενάριο, θα μπορούσε η βαρύτητα να κερδίσει τη μάχη. Αν η πυκνότητα της ύλης είναι αρκετά μεγάλη, η βαρύτητα θα καταφέρει τελικά να αναχαιτίσει την ορμή της διαστολής μέχρι να σταματήσει τελείως, σαν μια κατακόρυφα εκτοξευόμενη μπάλα που φτάνει στο υψηλότερο σημείο της διαδρομής της πριν αρχίσει να πέφτει. Καθώς οι γαλαξίες αρχίζουν να πλησιάζουν ο ένας τον άλλον, το Σύμπαν γίνεται όλο και πιο θερμό και πιο πυκνό. Στις έσχατες στιγμές, τα άστρα και οι πλανήτες λιώνουν, οι μαύρες τρύπες συγχωνεύονται και ολόκληρος ο χωρόχρονος καταρρέει πίσω σε μια κατάσταση απείρου πυκνότητας, παρόμοια με εκείνη που γέννησε τον κόσμο μας. Το όνομα αυτής: η Μεγάλη Σύνθλιψη (Big Crunch) (βλ. Εικόνα 1).

Σε αυτό το σημείο, καλό θα ήταν να αναφέρουμε και μία σχετιζόμενη εκδοχή με αυτό το τελευταίο σενάριο. Η Μεγάλη Αναπήδηση (Big Bounce) προτείνει ότι η Μεγάλη Σύνθλιψη δεν είναι το οριστικό τέλος, αλλά η γέφυρα για μια νέα αρχή. Σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας, όταν το Σύμπαν φτάσει σε μια εξαιρετικά μικροσκοπική κλίμακα, οι νόμοι της φυσικής ασκούν μια απωστική δύναμη που εμποδίζει την πλήρη κατάρρευση. Αντί για ένα «σημείο μηδέν», το Σύμπαν «αναπηδά» και αρχίζει να διαστέλλεται ξανά. Αυτό το μοντέλο περιγράφει ένα Σύμπαν που πάλλεται αιώνια, σαν ένα «κοσμικό μπαλόνι» που φουσκώνει και ξεφουσκώνει, περνώντας από διαδοχικές φάσεις γέννησης, θανάτου και αναγέννησης, χωρίς αρχή και τέλος.

Στη θεωρία αυτή ενσωματώνεται και το μοντέλο του Εκπυρωτικού Σύμπαντος (Ekpyrotic Universe). Είναι ένα κοσμολογικό μοντέλο που προτείνει ότι το Σύμπαν υφίσταται αλλεπάλληλους κύκλους «εκπύρωσης», καταστροφής (Big Crunches) και αναγέννησης (Big Bangs), μέσω συγκρούσεων «βρανών» (branes) σε ένα χώρο υψηλότερων διαστάσεων, σύμφωνα με την «εξωτική» θεωρία των υπερχορδών⁴. Όλα αυτά, περί κυκλικών συμπάντων, ίσως μας θυμίζουν κάποιες παλαιότερες φιλοσοφικές και θρησκευτικές αντιλήψεις .

Μία τελευταία, και συνάμα απευκταία συμπαντική κατάληξη, ονομάζεται «Slurp Universe⁵» (επίσης γνωστό επιστημονικά ως Vacuum Decay ή Higgs Field Catastrophe) η οποία αναφέρεται σε ένα υποθετικό και αρκετά τρομακτικό σενάριο για το τέλος του Κόσμου. 

Ποια είναι η βασική ιδέα; Σύμφωνα με την κβαντική φυσική, το Σύμπαν μας βρίσκεται σε μια κατάσταση που ονομάζεται «κενό». Ωστόσο, υπάρχει η πιθανότητα το κενό μας να μην βρίσκεται στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας, αλλά να είναι ένα «ψευδο-κενό» (False Vacuum). Όπως μια μπάλα που έχει κολλήσει σε μια μικρή λακκούβα ψηλά σε ένα βουνό, ενώ υπάρχει μια πολύ βαθύτερη κοιλάδα από κάτω της. Αν κάποια στιγμή, σε κάποιο σημείο του Σύμπαντος, το πεδίο Higgs⁶ «καταρρεύσει» προς την κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας (True Vacuum), θα δημιουργηθεί μια κοσμική φυσαλίδα. Αυτή η φυσαλίδα θα αρχίσει να επεκτείνεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός. Καθώς η φυσαλίδα επεκτείνεται, «ρουφάει» (slurps) το παλιό Σύμπαν. Μέσα στη φυσαλίδα, οι νόμοι της φυσικής είναι τελείως διαφορετικοί: η ύλη μπορεί να μην μπορεί να υπάρξει, τα άτομα μπορεί να διαλύονται και η χημεία όπως την ξέρουμε να παύει να λειτουργεί. Επειδή η φυσαλίδα κινείται με την ταχύτητα του φωτός, η πληροφορία της καταστροφής θα έφτανε σε εμάς την ίδια στιγμή με την ίδια την καταστροφή. Θα πάψουμε να υπάρχουμε σε κλάσματα δευτερολέπτου, χωρίς πόνο ή προειδοποίηση.

Ευτυχώς, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι ακόμα κι αν το κενό μας είναι «ψεύτικο», η πιθανότητα να συμβεί αυτό είναι εξαιρετικά μικρή για πολλά τρισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα. Οποιοδήποτε από τα προηγούμενα εσχατολογικά σενάρια δεν θα συμβεί για πολλά δισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον. Το Σύμπαν στο οποίο ζούμε μπορεί να μην είναι ένα «κοσμικό μωρό» αλλά δεν είναι και «κοσμικά ηλικιωμένο». Συνεχίζει να μεγαλώνει και συνεχίζει να παράγει καινούργια άστρα και πλανήτες. Παράλληλα, το σύμπαν βρίσκεται στην κατάλληλη φάση της εξέλιξής του, ώστε να διασφαλίζει –για μεγάλο χρονικό διάστημα ακόμη– τις απαραίτητες συνθήκες για την ανάδυση, την ανάπτυξη και τη διατήρηση της ζωής.

Είναι, λοιπόν, φρονιμότερο να στρέψουμε το βλέμμα μας στο εγγύς μέλλον. Στην αρμονική μας συνύπαρξη με τη μητέρα Γη. Όταν θα έρθει το πλήρωμα του χρόνου, μετά από αιώνες, θα τολμήσουμε το μεγάλο άλμα «προς τα έξω», αποικίζοντας γειτονικούς κόσμους, κοντινά –και αργότερα πιο μακρινά– αστρικά συστήματα. Τότε, δεν θα είμαστε πια απλοί γήινοι, αλλά θα έχουμε γίνει «πολίτες των άστρων».

¹ Ας μην ανησυχούμε. Είναι λίγο νωρίς για τέτοιες ανησυχίες. Όλα τα περιγραφόμενα σενάρια αφορούν ένα συμπαντικό τέλος, το οποίο θα επέλθει σε βάθος πολλών δισεκατομμυρίων ή τρισεκατομμυρίων ετών.

² Προς το παρόν δεν γνωρίζουμε την ακριβή φύση της σκοτεινής ενέργειας. Επίσης, σύμφωνα με τελευταίες μελέτες, μπορεί να μεταβάλλεται -σε βάθος χρόνου- η ισχύς της. Αυτή η τωρινή αβεβαιότητα των κοσμολόγων δεν δίνει οριστική απάντηση για το ποιο από τα τέσσερα εσχατολογικά σενάρια θα ακολουθήσει το Σύμπαν.

³ Δηλαδή, τα πάντα θα τελειώσουν μετά από πολλά τρισεκατομμύρια χρόνια, σε ένα κενό Σύμπαν σταθερής θερμοκρασίας, το οποίο συνεχώς θα διαστέλλεται.

⁴ Η λέξη «βράνη» προέρχεται από η λέξη «μεμβράνη», η οποία μπορεί να έχει δύο ή περισσότερες διαστάσεις. Στη θεωρία χορδών, το Σύμπαν μας δεν αποτελείται μόνο από τις τρεις διαστάσεις που βλέπουμε (μήκος, πλάτος, ύψος) και την τέταρτη διάσταση του χρόνου. Οι κοσμολόγοι των χορδών υποθέτουν ότι υπάρχουν παραπάνω διαστάσεις (10 ή 11). Μπορούμε να φανταστούμε το δικό μας τρισδιάστατο Σύμπαν σαν ένα φύλλο χαρτί (μια 3-βράνη) που πλέει μέσα σε έναν χώρο περισσότερων διαστάσεων. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, μπορεί να υπάρχουν και άλλες τέτοιες βράνες-σύμπαντα που «γειτονεύουν» με το δικό μας. Στο κοσμολογικό μοντέλο του Εκπυρωτικού Σύμπαντος, η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) δεν θεωρείται η αρχή του χρόνου από το «μηδέν», αλλά το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης δύο βρανών. Όταν δύο τέτοιες βράνες πλησιάζουν και συγκρούονται, η τεράστια κινητική τους ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη και ακτινοβολία. Αυτό είναι που εμείς αντιλαμβανόμαστε ως Big Bang.

⁵ Δεν είναι και πολύ καλή η μετάφραση στην Ελληνική γλώσσα, οπότε το αφήνουμε ως έχει. Αν παρόλα αυτά επιμένουμε για ελληνική ορολογία, θα μπορούσε, ίσως, να αποδοθεί ως «Σύμπαν Αποσύνθεσης Κενού».

⁶ Το Πεδίο Higgs, μπορούμε να το φανταστούμε σαν έναν αόρατο «ωκεανό» που απλώνεται σε ολόκληρο το Σύμπαν, από την αρχή του χρόνου μέχρι σήμερα. Δεν μπορούμε να το δούμε ή να το νιώσουμε άμεσα, αλλά όλα τα θεμελιώδη σωματίδια (όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ) «κολυμπούν» μέσα σε αυτό. Η μάζα δεν είναι κάτι που τα σωματίδια «έχουν» από μόνα τους, αλλά είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με το πεδίο Higgs. Το μποζόνιο Higgs είναι ένα «κύμα» ή μια διαταραχή αυτού του ωκεανού. Η ανακάλυψή του μποζονίου αυτού (στο CERN το 2012) παρείχε την  απόδειξη ότι το πεδίο αυτό όντως υπάρχει.