Κοσμολογία: Δεν υπάρχει Σύμπαν χωρίς Μεγάλη Έκρηξη υπολογίζουν ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Einstein, η καμπύλωση του χωρόχρονου ήταν άπειρη στη Μεγάλη Έκρηξη. Στην πραγματικότητα, σε αυτό το σημείο όλα τα μαθηματικά εργαλεία αποτυγχάνουν και η θεωρία καταρρέει. Ωστόσο, παρέμενε η ιδέα ότι ίσως η αρχή του σύμπαντος θα μπορούσε να αντιμετωπιστεί με ένα πιο απλό τρόπο και ότι οι απειρισμοί της Μεγάλης Έκρηξης μπορούσε να αποφευχθεί. Αυτή ήταν πράγματι η ελπίδα που εκφράστηκε στη δεκαετία του 1980 από τους γνωστούς κοσμολόγους James Hartle και Stephen Hawking με την «χωρίς όρια πρόταση» και από τον Alexander Vilenkin με τη δική του «πρόταση σήραγγας». Τώρα επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck για την Βαρυτική Φυσική στο Potsdam (Albert Einstein Institute/AEI) και το Perimeter Institute στον Καναδά, μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν καλύτερες μαθηματικές μεθόδους για να δείξουν ότι αυτές οι ιδέες δεν λειτουργούν. Η Μεγάλη Έκρηξη, με την περίπλοκη μεγαλοπρέπειά της, κρατάει όλο της το μυστήριο.

Ένας από τους κύριους σκοπούς της κοσμολογίας είναι να κατανοήσει την αρχή του σύμπαντος. Τα δεδομένα από το δορυφόρο Planck δείχνουν ότι πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια το σύμπαν συνίστατο από μια θερμή και πυκνή σούπα σωματιδίων. Από τότε το σύμπαν επεκτείνεται. Αυτό είναι το κύριο δόγμα της θεωρίας της θερμής μεγάλης έκρηξης, όμως η θεωρία αποτυγχάνει να περιγράψει τα ίδια τα πολύ αρχικά στάδια, καθώς οι συνθήκες ήταν πολύ ακραίες. Στην πραγματικότητα, καθώς προσεγγίζουμε τη μεγάλη έκρηξη, η ενεργειακή πυκνότητα και η καμπύλωση αυξάνονται μέχρι που φθάνουμε στο σημείο όπου γίνονται άπειρα.

Ως μια εναλλακτική, οι προτάσεις «χωρίς όρια» και «σήραγγας» υποθέτουν ότι το πολύ πρώιμο σύμπαν προκύπτει από μια κβαντική σήραγγα από το τίποτα και ακολούθως μεγάλωσε στο μεγάλο σύμπαν που βλέπουμε. Η καμπύλωση του χωρόχρονου θα ήταν μεγάλη, αλλά ορισμένη-πεπερασμένη σε αυτό το αρχικό στάδιο και η γεωμετρία θα ήταν ομαλή – χωρίς όρια (βλέπε εικόνα, αριστερό τμήμα). Αυτή η αρχική διαμόρφωση θα αντικαθιστούσε τη τυπικό μεγάλη έκρηξη. Ωστόσο, για πολύ καιρό οι αληθινές συνέπειες της υπόθεσης αυτή παρέμεναν ασαφείς. Τώρα, με τη βοήθεια καλύτερων μαθηματικών μεθόδων, ο Jean-Luc Lehners, αρχηγός της ομάδας στο AEI(Albert Einstein Institute) και οι συνάδελφοί του Job Feldbrugge και Neil Turok στο Perimeter Institute, κατάφεραν να ορίσουν τις, ηλικίας 35 ετών, θεωρίες με ακριβή τρόπο για πρώτη φορά και να υπολογίσουν τις επιπτώσεις τους.

Το αποτέλεσμα αυτών των ερευνών είναι ότι οι εναλλακτικές αυτές της Μεγάλης Έκρηξης δεν είναι αληθείς εναλλακτικές. Ως αποτέλεσμα της αρχής αβεβαιότητας του Heisenberg, τα μοντέλα αυτά δεν υπονοούν μόνο ότι ομαλά σύμπαντα μπορούν να βγαίνουν από το τίποτε, αλλά επίσης και ανώμαλα σύμπαντα. Στην πραγματικότητα, όσο περισσότερο ανώμαλα και ρυτιδιασμένα είναι, τόσο περισσότερο πιθανά (βλέπε εικόνα, δεξιό τμήμα). «Συνεπώς η “πρόταση χωρίς όρια” δεν υπονοεί ένα μεγάλο σύμπαν όπως αυτό στο οποίο ζούμε, αλλά μάλλον μικροσκοπικά καμπύλα σύμπαντα που θα κατέρρεαν αμέσως», λέει ο Jean-Luc Lehners.

Επομένως δεν μπορεί κάποιος να παρακάμψει τόσο εύκολα τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο Lehners και ο συνάδελφοί του προσπαθούν τώρα να βρουν ποιος μηχανισμός θα μπορούσε να έχει κρατήσει υπό έλεγχο αυτές τις μεγάλες κβαντικές διακυμάνσεις, κάτω από τις πιο ακραίες συνθήκες, επιτρέποντας να ξεδιπλωθεί το μεγάλο μας σύμπαν.

Πηγή: Max Planck Institute for Gravitational Physics

Περισσότερα στη δημοσίευση: No smooth beginning for spacetime. Arxiv.org. Μπορείτε να δείτε και: Lorentzian quantum cosmology. Physical Review D.