Ο Hubble, η διαστολή του σύμπαντος και οι συνέπειές της.
Vložit
- čas přidán 19. 11. 2020
- Με αφορμή την 131η επέτειο γενεθλίων του Edwin Hubble την Παρασκευή 20 Νοεμβρίου 2020, θα εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο ο Hubble ανακάλυψε και άλλους γαλαξίες εκτός του δικού μας, αλλά και πώς απέδειξε την διαστολή του Σύμπαντος. Θα δούμε πώς με αφετηρία αυτή την σπουδαία ανακάλυψη οδηγηθήκαμε στην θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης και από εκεί στην σύγχρονη άποψη της Κοσμολογίας για την γέννηση και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Τέλος, θα καταρρίψουμε εσφαλμένες αντιλήψεις γύρω από τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης απαντώντας σε μία σειρά ερωτημάτων, όπως:
• Τι σημαίνει ότι το Σύμπαν διαστέλλεται; Κινούνται οι γαλαξίες στον χώρο;
• Τι περιγράφει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης;
• Τι είδους έκρηξη (δεν) ήταν η Μεγάλη Έκρηξη;
• Τι ήταν αυτό που εξερράγη;
• Πού συνέβη αυτή η έκρηξη;
• Τι διαφορά έχει η διαστολή στον χώρο από την διαστολή του ίδιου του χώρου;
• Είναι δυνατόν οι γαλαξίες να απομακρύνονται με ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτή του φωτός;
• Μπορούμε να παρατηρήσουμε ολόκληρο το Σύμπαν; Ποια η διαφορά μεταξύ του παρατηρήσιμου και ολόκληρου του Σύμπαντος;
• Ποια η ηλικία και η έκταση του παρατηρήσιμου Σύμπαντος;
Κείμενα: Αλέξης Δεληβοριάς Δρ. Φυσικής,
Δημήτρης Σταθόπουλος Δρ. Αστροφυσικής
Παρουσίαση: Δημήτρης Σταθόπουλος Δρ. Αστροφυσικής - Věda a technologie
*Απαντήσεις στις ερωτήσεις*
*1. instinct7:* _το James webb μπορεί να ανακαλύψει κάτι περισσότερο από το Hubble?_
*Απάντηση:* Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, (JWST) αποτελεί τον διάδοχο, όχι όμως αντικαταστάτη, του τηλεσκοπίου Hubble. Ενώ το τηλεσκόπιο Hubble έχει τη δυνατότητα να παρατηρεί τον νυχτερινό ουρανό στο εύρος συχνοτήτων από το υπεριώδες μέχρι το υπέρυθρο, τα όργανα του JWST θα ανιχνεύουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κυρίως στα υπέρυθρα μήκη κύματος.
Συνεπώς, το JWST είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να μπορεί να παρατηρεί τόσο το βαθύ διάστημα, με σκοπό τη μελέτη των πρώτων άστρων και γαλαξιών που δημιουργήθηκαν στο Σύμπαν, αλλά και κοντινά νέφη αερίων και σκόνης εντός των οποίων δημιουργούνται άστρα και πλανητικά συστήματα.
Η απόφαση να κατασκευαστεί ένα τηλεσκόπιο που θα βλέπει κυρίως στο υπέρυθρο δεν ήταν τυχαία. Η ανίχνευση της ακτινοβολίας αυτής μας επιτρέπει να συλλέγουμε δεδομένα για ουράνια αντικείμενα, τα οποία κατά κύριο λόγο είναι πολύ ψυχρά και που γι’ αυτόν τον λόγο δεν εκπέμπουν ακτινοβολία στο ορατό και σε χαμηλότερα μήκη κύματος. Επί πλέον, η υπέρυθρη ακτινοβολία επιτρέπει στους αστρονόμους να διεισδύσουν σε περιοχές του Σύμπαντος, οι οποίες είναι αδιαφανείς στα οπτικά τηλεσκόπια, όπως για παράδειγμα τα νέφη αερίων και σκόνης, οι γαλαξιακοί πυρήνες και τα νεογέννητα πλανητικά συστήματα. Κυρίως, όμως, θα μας επιτρέπει να συλλέξουμε δεδομένα για ορισμένους από τους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες του Σύμπαντος. Καθώς, δηλαδή, το Σύμπαν διαστέλλεται και οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς με ταχύτητες ανάλογες της απόστασης που μας χωρίζουν, το φως τους «ξεχειλώνει» προς τα υπέρυθρα μήκη κύματος. Αυτό σημαίνει ότι ένας πολύ μακρινός γαλαξίας, που εκπέμπει κατά κύριο λόγο ορατή και υπεριώδη ακτινοβολία, εξαιτίας της κοσμικής διαστολής «φαίνεται» υπέρυθρος. Αυτός θα είναι και ο βασικός στόχος του νέου τηλεσκοπίου: να ανιχνεύσει και να συλλέξει δεδομένα για τα πρώτα άστρα και τους πρώτους γαλαξίες του Σύμπαντος, γεγονός που θα μας βοηθήσει να διερευνήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η ακτινοβολία των πρώτων αυτών δομών «έσπρωξε» το νεαρό και σκοτεινό τότε Σύμπαν να εξέλθει από την εποχή του «Κοσμικού του Μεσαίωνα».
Με αυτόν τον όρο οι αστρονόμοι εννοούν την εποχή στην εξέλιξη του Σύμπαντος που διαρκεί κατά προσέγγιση από την χρονική στιγμή που απελευθερώθηκε η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή σχεδόν 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη, και για τα επόμενα 400 εκατ. χρόνια περίπου, την εποχή δηλαδή που δεν είχαν ακόμη σχηματιστεί τα πρώτα άστρα και οι πρώτοι μικροί γαλαξίες, μία εποχή δηλαδή που χαρακτηρίζεται από την παντελή απουσία διακριτών πηγών φωτός.
Η εμφάνιση των πρώτων αυτών άστρων σηματοδοτεί την αρχή του τέλους για την εποχή του Κοσμικού Μεσαίωνα. Το Σύμπαν, λοιπόν, άρχισε να «αναδύεται» από τα «σκοτεινά» χρόνια του Κοσμικού Μεσαίωνα όταν η υψηλής ενέργειας υπεριώδης ακτινοβολία που διέχεαν στο Διάστημα τα πρώτα αυτά άστρα άρχισε να ιονίζει τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου, δηλαδή να τα διασπά εκ νέου σε ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Η εποχή αυτή, στο τέλος της οποίας το μεγαλύτερο ποσοστό του ουδέτερου υδρογόνου είχε ήδη ιονιστεί από την ακτινοβολία των πρώτων άστρων, είναι γνωστή σήμερα ως η Εποχή του Επαναϊονισμού και υπολογίζεται ότι ολοκληρώθηκε περίπου 1 δισεκ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η εποχή αυτή σχετίζεται καίρια με πολλά και αναπάντητα ακόμη κοσμολογικά ερωτήματα που αφορούν στον σχηματισμό και στην εξέλιξη δομών μέσα στο Σύμπαν. Όμως, παρόλη την κομβική σημασία τους, τόσο η Εποχή του Επαναϊονισμού όσο και η Σκοτεινή Εποχή που προηγήθηκε, παραμένουν δύο από τις λιγότερο κατανοητές περιόδους της εξέλιξης του Σύμπαντος γιατί η θεωρητική έρευνα που διεξάγεται γι’ αυτόν τον σκοπό καθοδηγείται από έναν πολύ περιορισμένο αριθμό παρατηρησιακών δεδομένων. Αυτό ακριβώς, ευελπιστούν οι αστρονόμοι ότι θα βελτιωθεί με την βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb.
Έχοντας, ωστόσο, υπερβεί κατά πολύ τον αρχικό του προϋπολογισμό και την αρχικά προβλεπόμενη ημερομηνία εκτόξευσής του, υπήρξαν σκέψεις ακόμη και για την ακύρωση του όλου προγράμματος. Ευτυχώς για την αστρονομική έρευνα, αυτό δεν συνέβη και, όπως υπολογίζεται, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα εκτοξευθεί τον Οκτώβριο του 2021.
Για περισσότερες πληροφορίες δείτε εδώ: www.jwst.nasa.gov/content/science/
How far does Hubble see? | ESA/Hubble (spacetelescope.org).
*5. Nikitas Menounos:* θεωρώντας ότι διαστέλλεται ο χώρος, δεν θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε μια μείωση της πυκνότητας του χώρου αυτού? αρά και κατ’ επέκταση σε ένα άπειρο χρονικό διάστημα θα έχουμε μηδενική πυκνότητα?
*6. Τζίνα Τζίνι:* Ποια είναι η γνώμη σας για το μέλλον του Σύμπαντος; Με ποια θεωρία συμφωνείτε;
*7. Εύα Τάσου:* Γιατί Μόνο τα 4 τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια επιταχύνεται η απομάκρυνση γαλαξιών ενώ προηγουμένως ήταν επιβραδυνόμενη;
*Απαντήσεις*
Όταν λες μείωση της πυκνότητας του χώρου υποθέτω πως αναφέρεσαι στην μείωση της πυκνότητας ύλης που εμπεριέχει. Να πούμε εδώ ότι το Σύμπαν εμπεριέχει ακτινοβολία, ύλη (συνηθισμένη ή βαρυονική και σκοτεινή) και σκοτεινή ενέργεια. Προφανώς, όσο περισσότερο διαστέλλεται το Σύμπαν, τόσο περισσότερο μειώνεται η πυκνότητα της υλοενέργειας που εμπεριέχει. Επειδή, όμως, η πυκνότητα των διαφορετικών μορφών ύλης και ενέργειας μειώνεται με διαφορετικό τρόπο για την κάθε μία (με εξαίρεση την πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας που, απ’ όσο γνωρίζουμε, παραμένει σταθερή), οι κοσμολόγοι διαιρούν την ιστορία του Σύμπαντος σε «εποχές», ανάλογα με την μορφή της υλοενέργειας που κάθε φορά «κυριαρχούσε», καθορίζοντας και τον ρυθμό διαστολής του.
Έτσι, από τη γέννησή του και για τα επόμενα 50.000 χρόνια, κυρίαρχη μορφή ύλης-ενέργειας ήταν η ακτινοβολία και το Σύμπαν διάνυε την Εποχή της Ακτινοβολίας, ενώ στην συνέχεια, στη διάρκεια της Εποχής της Ύλης, κυριάρχησε η ύλη, γεγονός που μετέβαλε τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος, που παρέμενε πάντως επιβραδυνόμενος. Τα τελευταία 4-5 δισεκατομμύρια χρόνια, αντιθέτως, διανύουμε την Εποχή της Σκοτεινής Ενέργειας, όπου η διαστολή του Σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη. Όσα είπαμε μέχρι τώρα φαίνονται στην πιο κάτω εικόνα.
sites.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/ASTRO_122/lect30a/6592_fig26_20%20[Converted].jpg
Σύμφωνα με τις αναλύσεις των δεδομένων που συνέλεξαν οι δορυφόροι WMAP και Planck, το παρατηρήσιμο Σύμπαν είναι επίπεδο χωρικά και εμπεριέχει ένα σημαντικό ποσοστό σκοτεινής ενέργειας, που σημαίνει ότι η διαστολή του Σύμπαντος θα συνεχίζεται για πάντα και θα επιταχύνεται διαρκώς (η επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος επιβεβαιώνεται και από τις παρατηρήσεις ενός συγκεκριμένου τύπου εκρήξεων σουπερνόβα). Αναλόγως του πόσο μεγάλη θα είναι στο απώτατο μέλλον αυτή η επιταχυνόμενη διαστολή, και αναλόγως του αν η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι τελικά σταθερή ή όχι, υπάρχουν διαφορετικά σενάρια για το πώς θα τελειώσει το Σύμπαν, όπως για παράδειγμα είναι η Μεγάλη Ψύξη και το Μεγάλο Σχίσιμο.
Σύμφωνα με την υπόθεση της Μεγάλης Ψύξης η διαστολή θα έχει ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία του Σύμπαντος να τείνει ασυμπτωτικά στο απόλυτο μηδέν.
Αν η σκοτεινή ενέργεια παραμείνει σταθερή, θα συνεχίσει να επιταχύνει την διαστολή του Σύμπαντος, και τελικά ο χώρος μεταξύ των γαλαξιών θα αυξάνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Εξαιτίας αυτού η αρχέγονη ακτινοβολία του Σύμπαντος θα μετατίθεται σε όλο και μεγαλύτερα μήκη κύματος, δηλαδή σε μικρότερες ενέργειες, με αποτέλεσμα να μην είναι ανιχνεύσιμη. Τα άστρα θεωρείται ότι θα συνεχίσουν να σχηματίζονται για ακόμη 1-100 τρις. εκατομμύρια χρόνια αλλά τελικά το απόθεμα σε αέριο που απαιτείται για την αστρική δημιουργία θα εξαντληθεί. Επίσης, καθώς τα υπάρχοντα αστέρια, θα εξαντλούν τα καύσιμά τους, θα σταματήσουν να ακτινοβολούν με αποτέλεσμα να Σύμπαν να γίνεται όλο και σκοτεινότερο. Σύμφωνα με κάποιες θεωρίες, τα αστρικά λείψανα, μετά τον αστρικό θάνατο, θα εξαφανιστούν αφήνοντας πίσω τους μαύρες τρύπες, οι οποίες με τη σειρά τους θα εξαφανιστούν εξαιτίας της ακτινοβολίας Hawking που εκπέμπουν. (astronomy.com/news/2020/09/the-big-freeze-how-the-universe-will-die).
Εάν, όμως, αποδειχθεί μελλοντικά ότι η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι σταθερή, αλλά αυξάνει διαρκώς, τότε η τελική μοίρα του Σύμπαντος θα είναι διαφορετική. Με δύο λόγια, καθώς η σκοτεινή ενέργεια θα αυξάνει διαρκώς, κάθε είδους μεγάλη δομή στο Σύμπαν θα αρχίσει να διαλύεται. Εντέλει, καθώς η ισχύς της σκοτεινής ενέργειας θα συνεχίζει να αυξάνει ανεξέλεγκτα κάθε σώμα και κάθε μορφή ύλης στο Σύμπαν να θα αποσυντεθεί, ώσπου τελικά τα ίδια τα άτομα και οι ατομικοί πυρήνες θα διαμελιστούν, αφήνοντας πίσω τους μονάχα στοιχειώδη σωμάτια και ακτινοβολία (βλέπε:www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/06/30/ask-ethan-could-the-universe-be-torn-apart-in-a-big-rip/).
Υπάρχον δύο ακόμη υποθέσεις
_Μεγάλη Σύνθλιψη_
Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση η μέση πυκνότητα του Σύμπαντος θα είναι αρκετή ώστε να σταματήσει η διαστολή και το Σύμπαν να αρχίσει να συστέλλεται. Το τελικό αποτέλεσμα είναι άγνωστο. Μια απλή εκτίμηση είναι ότι όλη η ύλη και ο χωρόχρονος θα καταρρεύσουν σε μια αδιάστατη σημειακή ιδιομορφία παρόμοια με αυτή στην αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος. Το θέμα βέβαια είναι ότι σε αυτές τις κλίμακες θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κβαντικά φαινόμενα γεγονός το οποίο περιπλέκει την κατάσταση. Πρόσφατα στοιχεία υποδεικνύουν ότι αυτό το σενάριο δεν είναι τόσο πιθανό χωρίς όμως να μπορεί να αποκλειστεί καθώς οι παρατηρήσεις που έχουμε δεν είναι αρκετές.
(βλέπε: science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/big-crunch.htm και www.livescience.com/cyclical-universe-explained-string-theory.html)
_Μεγάλη Αναπήδηση_
Σύμφωνα με μια άλλη υπόθεση, αν το Σύμπαν είναι κλειστό, η κατάρρευση/σύνθλιψη του Σύμπαντος σε μια σημειακή ιδιομορφία, πυροδοτεί τη γέννηση ενός νέου Σύμπαντος μέσω μιας διαδικασίας παρόμοιας με την Μεγάλη Έκρηξη (βλέπε: www.forbes.com/sites/fernandezelizabeth/2020/08/18/universe-may-have-started-in-a-big-bounce-rather-than-a-big-bang-scientists-say/?sh=6d139da47202).
*Απαντήσεις στις ερωτήσεις*
*6. Christos Samlis:* _Κατα την αρχική αυτή φάση, πως ακριβώς διασφαλίζεται ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος..? Θέλω να πω ότι εφόσον αρχικά έχουμε μία κατάσταση πλήρους αταξίας της ύλης, στη συνέχεια δεν οδηγούμαστε σε μία πιο οργανωμένη δομή και άρα μικρότερης εντροπίας;_
*Απάντηση*
Η έννοια της εντροπίας είναι αρκετά δυσνόητη και ο βαθμός αταξίας ενός συστήματος δεν είναι πάντα ο καλύτερος τρόπος να αναφερόμαστε σε αυτήν. Ένας άλλος τρόπος είναι να αναρωτηθούμε ποια είναι η κβαντική κατάσταση του κάθε σωματιδίου ή ποιες είναι οι επιτρεπτές κβαντικές του καταστάσεις. Θυμίζουμε εδώ ότι η ενέργεια σωματιδίων, μορίων κλπ είναι κβαντισμένη, μπορεί δηλαδή να πάρει μόνο ορισμένες τιμές.
Στη περίπτωσή του αρχέγονου Σύμπαντος το σύστημά μας είναι μια υπέρθερμη και υπέρπυκνη «σούπα» από στοιχειώδη σωματίδια και ακτινοβολία, στο οποίο αντιστοιχεί κάποια ενέργεια. Αυτό που στην πραγματικότητα μετράει η εντροπία είναι ο διαθέσιμος αριθμός «μικροκαταστάσεων» που αντιστοιχούν σε μια δεδομένη «μακροκατάσταση» του συστήματος, δηλαδή οι τρόποι με τους οποίους τα διάφορα σωματίδια, μόρια κλπ μπορούν να διαταχθούν, διατηρώντας την ολική ενέργεια του συστήματος σταθερή. Η εντροπία, με άλλα λόγια, είναι ο αριθμός των διαφορετικών διατάξεων/διευθετήσεων της κβαντικής κατάστασης ολόκληρου του συστήματος. Όσες περισσότερες είναι οι διαθέσιμες μικροκαταστάσεις ενός συστήματος, τόσο μεγαλύτερη είναι και η εντροπία του και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα ότι το σύστημα αυτό βρίσκεται στην συγκεκριμένη μακροκατάσταση.
Η κλασική θερμοδυναμική περιγράφει μακροσκοπικά συστήματα με την βοήθεια λίγων μεταβλητών, όπως η θερμοκρασία, η πίεση, ο όγκος κλπ. Κάθε τέτοιο σύστημα, όμως, αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό ατόμων, που σημαίνει ότι μπορούμε να το περιγράψουμε και με έναν άλλο τρόπο: θεωρητικά μπορούμε να προσδιορίσουμε την κβαντική κατάσταση όλων των ατόμων, δηλαδή την «μικροκατάσταση» του συστήματος. Φυσικά, καθώς τα άτομα αλληλεπιδρούν διαρκώς μεταξύ τους η μικροκατάσταση του συστήματος αλλάζει διαρκώς και ταχύτατα. Η παρατηρούμενη μακροκατάσταση του συστήματος, ωστόσο, δεν αλλάζει. Πολλές διαφορετικές μικροκαταστάσεις αντιστοιχούν όλες στην ίδια μακροκατάσταση του συστήματος, όπου με τον όρο «μακροκατάσταση» εννοούμε την τωρινή κατάσταση ενός συστήματος, όπως αυτή ορίζεται με βάση συγκεκριμένες μακροσκοπικές μεταβλητές, όπως η πίεση, η θερμοκρασία κλπ.
Στο πολύ πρώιμο Σύμπαν, όταν δηλαδή το Σύμπαν ήταν μία υπέρθερμη και υπέρπυκνη σούπα στοιχειωδών σωματιδίων, αντισωματιδίων, νετρίνων και φωτονίων, αυτές μοιάζουν όντως να αντιστοιχούν σε μια κατάσταση υψηλής εντροπίας. Αντιθέτως, το Σύμπαν που παρατηρούμε σήμερα είναι πολύ πιο ψυχρό και ανομοιόμορφο, ενώ εμπεριέχει δομές μικρής και μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο, η εντροπία του είναι πολύ μεγαλύτερη σήμερα. (Θα πρέπει να πούμε εδώ ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι αδιαβατική, που σημαίνει ότι η εντροπία των σχετικιστικών σωματιδίων που εμπεριέχει, παραμένει σταθερή, δηλαδή ούτε αυξάνεται ούτε μειώνεται καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται).
Μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε την εντροπία, τόσο στο πολύ πρώιμο Σύμπαν όσο και στο σημερινό, με βάση στην σταθερά Boltzmann kB. Την στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, η εντροπία ήταν της τάξης S = 10^89 kB. Η εντροπία του Σύμπαντος σήμερα είναι S = 10^104 kB.
Όπως είπαμε αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν αποτελούνταν από μια υπέρπυκνη και υπέρθερμη, σχεδόν τέλεια ομοιογενής (δηλαδή με πολύ μεγάλη εντροπία) «σούπα» στοιχειωδών σωματιδίων και ακτινοβολίας. Φαίνεται ιδιαίτερα αινιγματικό το πως μια τέτοια κατάσταση αποτελεί κατάσταση χαμηλής εντροπίας καθώς θα θεωρούσαμε πως η ομοιογενής και ομοιόμορφη κατανομή της υλοενέργειας σε ένα τόσο μικρό όγκο αποτελεί κατάσταση υψηλής εντροπίας. Όμως όλα εξαρτώνται από τις δυνάμεις που ενεργούν στο υπό μελέτη σύστημα. Στην περίπτωση ενός κλασικού αερίου, που βρίσκεται σε ένα δοχείο σταθερού όγκου, και το οποίο έχει την τάση να διαχέεται σε όλο τον όγκο του δοχείου η κυρίαρχη «δύναμη» - η πίεση - είναι απωστική. Σε ένα σύστημα όμως το οποίο καθορίζεται από μια ελκτική δύναμη όπως η βαρύτητα, η ομοιόμορφη κατανομή της υλοενέργειας αποτελεί μια ασταθή κατάσταση. Η φυσική τάση της ύλης σε μια τέτοια κατάσταση είναι να δημιουργεί συσσωματώματα.
Δηλαδή, κάθε ομοιόμορφη κατανομή ύλης είναι ασταθής, όταν υπάρχει βαρύτητα, γι’ αυτό και αργά ή γρήγορα θα σχηματιστούν εντός της οι πρώτες μικρές συσσωματώσεις ύλης (μέσω της βαρυτικής κατάρρευσης). Δεδομένου λοιπόν ότι η κατανομή ύλης στο αρχέγονο Σύμπαν ήταν ασταθής όσον αφορά στην επίδραση της βαρύτητας, αντιπροσωπεύει την λιγότερη πιθανή μακροκατάσταση και γι’ αυτό έχει χαμηλή (τηρουμένων των αναλογιών) εντροπία σε σχέση με μεταγενέστερες περιόδους. Οι πολύ πιο πιθανές μακροκαταστάσεις μεγάλης εντροπίας είναι εκείνες όπου η ύλη συσσωματώνεται με το πέρασμα του χρόνου σε συμπαγή αντικείμενα και εντέλει σε μελανές οπές.
Η εντροπία των γαλαξιών, των άστρων, των πλανητών, των νεφελωμάτων, κτλ. είναι αμελητέα συγκρινόμενη με την εντροπία των μελανών οπών. Οι μελανές οπές αποτελούν γιγαντιώδεις «αποθήκες» εντροπίας.Οπως έδειξε και ο Steven Hawking, η εντροπία μίας μαύρης τρύπας είναι ανάλογη με το τετράγωνο της μάζας της. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα μιας μαύρης τρύπας και όσες περισσότερες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο Σύμπαν, τόσο μεγαλύτερη γίνεται και η εντροπία του Σύμπαντος.
*4. CHRISTOS-GEORGIOS PROVATAS:* _Εφόσον το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι πιθανών ένα πολύ μικρό κομμάτι ολόκληρου του σύμπαντος, τότε οι κανόνες και κάποιες σταθερές θα μπορούσαν να μην ισχύουν καθολικά;_
*Απάντηση:* Μια θεμελιώδης υπόθεση πάνω στην οποία στηρίχθηκαν όλες οι επιστήμες είναι ότι οι νόμοι της φυσικής είναι παγκόσμιοι, δηλαδή οι ίδιοι παντού στο Σύμπαν και πάντα. Όπως γνωρίζετε, στην μαθηματική περιγραφή του κάθε φυσικού νόμου υπεισέρχονται συγκεκριμένες φυσικές σταθερές, όπως είναι η ταχύτητα του φωτός, η μάζα του πρωτονίου και παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας, που κι αυτές θεωρούνται ότι είναι στ’ αλήθεια παγκόσμιες φυσικές σταθερές. Το εξαιρετικά ενδιαφέρον είναι ότι οι σταθερές αυτές δεν εξηγούνται και η τιμή τους δεν εξάγεται από τις φυσικές μας θεωρίες, αλλά η τιμή τους υπολογίζεται με την μέτρηση και το πείραμα. Οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούν αυτονόητο ότι οι σταθερές αυτές παραμένουν αμετάβλητες στον χώρο και στον χρόνο. Για παράδειγμα, κάθε ηλεκτρόνιο έχει το ίδιο φορτίο, είτε βρισκόμαστε στην Γη είτε σε έναν γαλαξία στα όρια του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, και η ταχύτητα του φωτός έχει την ίδια τιμή είτε εκτελέσω το πείραμά μου σήμερα, είτε σε 100 εκατ. χρόνια στην άλλη άκρη του Γαλαξία μας. Ωστόσο παρόλο που αυτό μοιάζει αυτονόητο, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι είναι και σωστό και μία μικρή μειοψηφία επιστημόνων διερευνούν εδώ και αρκετά χρόνια την πιθανότητα οι παγκόσμιες σταθερές της φύσης να μην είναι τελικά σταθερές.
Για περισσότερες πληροφορίες δείτε εδώ:
spaceaustralia.com/feature/how-constant-are-constants-nature
*Απαντήσεις στις ερωτήσεις*
*3. Κωνσταντίνος Αλεξανδρής:* _Σύμφωνα με ποια θεωρία το σύμπαν δεν διαστέλλεται σφαιρικά από ένα υποτιθέμενο σημείο της Μεγάλης Έκρηξης αλλά από κάθε σημείο του ομοιότροπα?_
*Απάντηση:* Ο τρόπος που διαστέλλεται το Σύμπαν περιγράφεται και εξηγείται από την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, που βασίζεται στην γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν για την βαρύτητα, ενώ στηρίζεσαι και από συγκεκριμένες αστρονομικές παρατηρήσεις. Όπως εξηγούμε και στο βίντεο, το Σύμπαν δεν παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά μιας τυπικής έκρηξης ενός υλικού που συνέβη σε κάποιο σημείο του χώρου.
Οι παρατηρήσεις που έχουμε αυτή τη στιγμή στα χέρια μας είναι:
• Όλος ο όγκος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι γεμάτος με γαλαξίες. Επί του παρόντος, δεν παρατηρείται κάποιο άδειο κέντρο, από όπου όλα ξεκίνησαν και εκτινάχθηκαν προς τα έξω.
• Η κατανομή όλης της ύλης στο Σύμπαν είναι αντίθετη με την κατανομή της ύλης σε μια τυπική έκρηξη. Σε κοσμολογικές κλίμακες η μέση πυκνότητα των γαλαξιών είναι περίπου η ίδια παντού στο Σύμπαν και δεν αλλάζει με την απόσταση ή την κατεύθυνση. Σε πολύ μεγάλες κλίμακες, δηλαδή, το Σύμπαν είναι ομοιογενές (από όποιο σημείο του και αν κάνουμε παρατηρήσεις θα διαπιστώσουμε ότι γύρω του επικρατούν οι ίδιες συνθήκες) και ισότροπο (ομοιόμορφο σε κάθε κατεύθυνση-για έναν σχετικά ακίνητο παρατηρητή, παρουσιάζει τα ίδια φυσικά χαρακτηριστικά σε κάθε κατεύθυνση), με άλλα λόγια σχεδόν το ίδιο οπουδήποτε και αν βρίσκεται ένας παρατηρητής και προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και αν κοιτάει. Δηλαδή το Σύμπαν χαρακτηρίζεται από περίπου τις ίδιες πυκνότητες, τις ίδιες ενέργειες, τον ίδιο μέσο αριθμό γαλαξιών ανά μονάδα όγκου, όπου και να κοιτάξουμε. Δηλαδή το Σύμπαν δεν εμφανίζει τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα μιας τυπικής έκρηξης καθώς σε μία τυπική έκρηξη τα θραύσματα δεν κατανέμονται ομοιογενώς και ισότροπα στο χώρο.
• Από όποιο σημείο και να παρατηρήσουμε το Σύμπαν θα δούμε γαλαξίες να απομακρύνονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Βλέποντας τους γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς, μπορεί κάποιος να σκεφτεί ότι βρισκόμαστε στο κέντρο του Κόσμου. Όμως, δεν κατέχουμε προνομιακή θέση στο διαστελλόμενο Σύμπαν, αφού σε οποιονδήποτε άλλο γαλαξία κι αν βρισκόμασταν θα βλέπαμε τους υπόλοιπους γαλαξίες να απομακρύνονται και θα θεωρούσαμε ότι ο γαλαξίας αυτός βρίσκεται στο κέντρο του Σύμπαντος. Σε μια τυπική έκρηξη όλα τα θραύσματα απλά απομακρύνονται από το σημείο της έκρηξης. Δεν αποτελεί το κάθε θραύσμα «κέντρο» από όπου απομακρύνονται όλα τα υπόλοιπα.
• Δεν υπάρχει προϋπάρχοντας χώρος εντός του οποίου έγινε η έκρηξη (εντός του οποίου κινούνται τα θραύσματα αυτής) ούτε υπάρχει κάτι εκτός του Σύμπαντος μέσα στο οποίο αυτό διαστέλλεται. Αυτό όμως Δημήτρη δεν είναι από παρατήρηση
Δείτε και στο ακόλουθο λινκ: www.atlasoftheuniverse.com/bigbang.html
*Απαντήσεις στις ερωτήσεις*
*2. Ειρήνη Καρναβά:* _Υφίσταται, τελικά η θεωρία των πολλαπλών συμπάντων;_
*Απάντηση:* Να διευκρινίσουμε από την αρχή ότι οι επιστήμονες έχουν επεξεργαστεί αρκετές ιδέες για την πιθανότητα της ύπαρξης πολλαπλών ή παράλληλων συμπάντων, αλλά καμία από αυτές δεν μπορεί (ακόμη τουλάχιστον) να ελεγχθεί με την παρατήρηση και το πείραμα. Υπάρχουν κορυφαίοι επιστήμονες που είναι ένθερμοι υποστηρικτές της ιδέας των πολλαπλών συμπάντων, αλλά υπάρχουν και εξίσου σπουδαίοι επιστήμονες που διαφωνούν.
Η “θεωρία” των πολλαπλών κόσμων (many worlds interpretation) είναι μια ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής σύμφωνα με την οποία η κυματοσυνάρτηση που περιγράφει ολόκληρο το Σύμπαν δεν καταρρέει οδηγώντας σε μία και μοναδική πραγματικότητα, την οποία και βιώνουμε. Αντιθέτως, όλα τα πιθανά αποτελέσματα/ενδεχόμενα μιας κβαντικής μέτρησης γίνονται πραγματικότητα σε κάποιο άλλο Σύμπαν. Δηλαδή, έχουμε την πραγματοποίηση κάθε πιθανού κβαντικού αποτελέσματος όπου η κάθε «πραγματικότητα» αντιστοιχεί και σε ένα παράλληλο Σύμπαν. Η ερμηνεία αυτή οδηγεί στην υπόθεση των πολλαπλών Συμπάντων, άπειρων ίσως, και αποτελεί μία από πολλές υποθέσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε πολλαπλά Σύμπαντα. Το θέμα είναι ότι δεν έχουμε παρατηρησιακά ή/και πειραματικά δεδομένα τα οποία να επιβεβαιώνουν κάποια από αυτές. Μπορεί ο μαθηματικός φορμαλισμός όλων αυτών των «θεωριών» να είναι άρτιος, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι οι εν λόγω «θεωρίες» είναι φυσικά ορθές.
Η πιθανότητα ύπαρξης πολλαπλών συμπάντων διερευνάται και στα πλαίσια της θεωρίας του αιώνιου πληθωρισμού, της θεωρίας των χορδών κλπ. για περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να δείτε τους πιο κάτω συνδέσμους:
thereader.mitpress.mit.edu/the-many-worlds-theory/
physics4u.wordpress.com/tag/%CF%80%CE%BF%CE%BB%CF%85%CF%83%CF%8D%CE%BC%CF%80%CE%B1%CE%BD/
www.discovermagazine.com/the-sciences/endless-versions-of-you-in-endless-parallel-universes-a-growing-number-of
www.space.com/18811-multiple-universes-5-theories.html
www.newscientist.com/question/are-there-multiple-universes/
www.space.com/32728-parallel-universes.html