Το Μυστήριο της Διαστολής του Σύμπαντος

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Πριν από λίγο περισσότερο από εκατό χρόνια, κανείς στον πλανήτη μας δεν γνώριζε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. Όμως, παρά όλα τα δεινά και τις κακοτυχίες που έφερε στην ανθρωπότητα ο εικοστός αιώνας, ήταν αυτός ο αιώνας που σημαδεύτηκε από επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο. Σε ένα απίστευτα σύντομο χρονικό διάστημα, μάθαμε περισσότερα για τον κόσμο και το Σύμπαν από ποτέ.

Η ιδέα ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται τα τελευταία 13, 8 δισεκατομμύρια χρόνια προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Βέλγο φυσικό Georges Lemaitre το 1927. Δύο χρόνια αργότερα, ο Αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ μπόρεσε να επιβεβαιώσει αυτή την υπόθεση. Βρήκε ότι κάθε γαλαξίας απομακρύνεται από εμάς και όσο πιο μακριά είναι, τόσο πιο γρήγορα συμβαίνει. Σήμερα, υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους οι επιστήμονες μπορούν να καταλάβουν πόσο γρήγορα το σύμπαν μας διαστέλλεται σε μέγεθος. Εδώ είναι μόνο οι αριθμοί που λαμβάνουν οι ερευνητές στη διαδικασία μέτρησης, κάθε φορά που αποδεικνύεται ότι είναι διαφορετικοί. Μα γιατί?

Το μεγαλύτερο μυστήριο του σύμπαντος

Όπως γνωρίζουμε σήμερα, υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της απόστασης από έναν γαλαξία και του πόσο γρήγορα υποχωρεί. Έτσι, ας πούμε, ένας γαλαξίας σε απόσταση 1 megaparsec από τον πλανήτη μας (ένα megaparsec είναι περίπου ίσο με 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός) απομακρύνεται με ταχύτητα 70 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Και ο γαλαξίας που βρίσκεται λίγο πιο μακριά, σε απόσταση δύο megaparsec, κινείται δύο φορές πιο γρήγορα (140 km/s).

Είναι επίσης ενδιαφέρον ότι σήμερα υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για τον προσδιορισμό της ηλικίας του Σύμπαντος, ή, επιστημονικά, της σταθεράς Hubble. Η διαφορά μεταξύ των δύο ομάδων είναι ότι το ένα σύνολο μεθόδων εξετάζει σχετικά κοντινά αντικείμενα στο σύμπαν, ενώ το άλλο εξετάζει πολύ μακρινά. Ωστόσο, ανεξάρτητα από τη μέθοδο που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες, τα αποτελέσματα είναι διαφορετικά κάθε φορά. Αποδεικνύεται ότι είτε κάνουμε κάτι λάθος, είτε κάπου μακριά στο Σύμπαν, κάτι απολύτως άγνωστο συμβαίνει.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στον προεκτυπωμένο διακομιστή airxiv.org, αστρονόμοι που μελετούσαν κοντινούς γαλαξίες χρησιμοποίησαν μια έξυπνη μέθοδο για να μετρήσουν τη διαστολή του σύμπαντος που ονομάζεται διακυμάνσεις φωτεινότητας επιφάνειας. Είναι ένα φανταχτερό όνομα, αλλά περιλαμβάνει μια ιδέα που είναι πραγματικά διαισθητική.

Φανταστείτε ότι στέκεστε στην άκρη ενός δάσους, ακριβώς μπροστά από ένα δέντρο. Επειδή είστε πολύ κοντά, βλέπετε μόνο ένα δέντρο στο οπτικό σας πεδίο. Αλλά αν κάνετε λίγο πίσω, θα δείτε περισσότερα δέντρα. Και όσο προχωράτε, τόσο περισσότερα δέντρα θα εμφανίζονται μπροστά στα μάτια σας. Σχεδόν το ίδιο συμβαίνει με τους γαλαξίες που παρατηρούν οι επιστήμονες με τηλεσκόπια, αλλά πολύ πιο περίπλοκοι.

Πώς γνωρίζετε τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος;

Για να λάβουν καλά στατιστικά στοιχεία, οι αστρονόμοι παρατηρούν γαλαξίες που βρίσκονται αρκετά κοντά στη Γη, περίπου 300 εκατομμύρια έτη φωτός ή πιο κοντά. Ωστόσο, κατά την παρατήρηση γαλαξιών, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η σκόνη, οι γαλαξίες φόντου και τα αστρικά σμήνη που μπορούν να φανούν σε εικόνες που λαμβάνονται με τηλεσκόπιο.

Το σύμπαν, όμως, είναι πονηρό. Από τη δεκαετία του 1990, οι αστρονόμοι έχουν δει ότι τα πολύ μακρινά αστέρια που εκρήγνυνται ήταν πάντα πιο μακριά από ό,τι θα έδειχναν απλές μετρήσεις. Αυτό τους οδήγησε να πιστέψουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται τώρα πιο γρήγορα από πριν, κάτι που, με τη σειρά του, οδήγησε στην ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας - μιας μυστηριώδους δύναμης που επιταχύνει την παγκόσμια διαστολή.

Όπως γράφουν οι συγγραφείς της επιστημονικής εργασίας, όταν κοιτάμε πολύ μακρινά αντικείμενα, τα βλέπουμε όπως ήταν στο παρελθόν, όταν το σύμπαν ήταν νεότερο. Εάν ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος ήταν τότε διαφορετικός (ας πούμε, πριν από 12-13,8 δισεκατομμύρια χρόνια) από ό,τι είναι τώρα (λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια πριν), μπορούμε να πάρουμε δύο διαφορετικές τιμές για τη σταθερά Hubble. Ή μήπως διαφορετικά μέρη του σύμπαντος διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς;

Αλλά αν ο ρυθμός διαστολής έχει αλλάξει, τότε η ηλικία του σύμπαντός μας δεν είναι καθόλου αυτή που πιστεύουμε (οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος για να εντοπίσουν την ηλικία του). Αυτό, με τη σειρά του, σημαίνει ότι το σύμπαν έχει διαφορετικό μέγεθος, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος που χρειάζεται για να συμβεί κάτι θα είναι επίσης διαφορετικός.

Εάν ακολουθήσετε αυτήν την αλυσίδα συλλογισμών, τότε στο τέλος αποδεικνύεται ότι οι φυσικές διεργασίες που έλαβαν χώρα στο πρώιμο Σύμπαν έγιναν σε διαφορετικούς χρόνους. Είναι επίσης πιθανό να εμπλέκονται και άλλες διαδικασίες που επηρεάζουν το ρυθμό επέκτασης. Γενικά, υπάρχει κάποιου είδους χάος. «Από το οποίο προκύπτει ότι είτε δεν καταλαβαίνουμε αρκετά καλά πώς συμπεριφέρεται το σύμπαν, είτε το μετράμε λάθος», σημειώνουν οι συγγραφείς της μελέτης.

Σε κάθε περίπτωση, η σταθερά του Hubble είναι ένα θέμα που συζητείται έντονα στην αστρονομική κοινότητα. Η νέα μελέτη, ωστόσο, έχει προσθέσει ακόμη περισσότερα ερωτήματα, οπότε ο αγώνας ενάντια στην αβεβαιότητα θα είναι μακρύς. Κάποια μέρα, φυσικά, η κατανόησή μας για τον κόσμο θα αλλάξει. Αλλά όταν συμβεί αυτό, οι κοσμολόγοι θα πρέπει να ψάξουν για κάτι άλλο για να διαφωνήσουν. Αυτό που σίγουρα θα κάνουν.