Η μεγάλη ΓΚΑΦΑ του Αϊνστάιν

Πριν από 100 περίπου χρόνια, η καθεστηκυία άποψη στην επιστήμη για το σύμπαν συνοψιζόταν σε μια αρκετά ξεκάθαρη και καλά εμπεδωμένη εικόνα: το σύμπαν ως όλον είναι στατικό, άκαμπτο, αιώνιο και απαράλλαχτο. Αυτή ήταν η εικόνα οποιουδήποτε ατένιζε βαθιά στον σκοτεινό ουρανό∙ αυτή ήταν και η επίσημη θέση της αστρονομίας της εποχής.

Μάλιστα (και προς επίρρωσιν του παραπάνω ισχυρισμού), από τη συγκεκριμένη θέση δεν παρεξέκλινε ούτε ακόμα κι ο σπουδαίος Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος είχε ήδη καθιερωθεί στη συλλογική συνείδηση της επιστημονικής -και όχι μόνο- κοινότητας ως η αυθεντία στα ζητήματα της φυσικής στις μεγάλες -και όχι μόνο- κλίμακες.

Πράγματι, με τη δημοσίευση της «Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας» το 1915, τη θεωρία του για τη βαρύτητα, ο Αϊνστάιν επαναπροσδιόρισε την αντίληψή μας για τη σχέση του χώρου με την ύλη και την ενέργεια, αναδεικνύοντας ορισμένες αληθινά συναρπαστικές ιδιότητες του χωροχρόνου. Στο νέο σύμπαν του Αϊνστάιν όπου η βαρύτητα σχεδόν ταυτίζεται με την επιταχυνόμενη κίνηση (η αφετηριακή του σύλληψη για τη διαμόρφωση της θεωρίας), ο χωρόχρονος στρεβλώνεται από την παρουσία ύλης και την επίδραση δυνάμεων, η υφή του διαταράσσεται από κυματισμούς όπως ακριβώς η υφή μιας λίμνης διαταράσσεται από κάποια πέτρα που προσκρούει στην επιφάνειά της, το φως «λυγίζει», ο χρόνος «ξεχειλώνει» και επιβραδύνει, μεγάλα άστρα που σβήνουν καταρρέουν και μεταλλάσσονται σε απύθμενες μαύρες τρύπες κ.ά.

Αυτές οι πραγματικά εικονοκλαστικές ιδέες, οι οποίες άλλαξαν βεβαίως συλλήβδην το νοητικό σύμπαν της μοντέρνας φυσικής, αναδύονταν μέσα από τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας, και, πολύ γρήγορα, άρχισαν να επαληθεύονται η μία μετά την άλλη μέσα από το πείραμα και την παρατήρηση (σημαντική σημείωση: εξακολουθούν να επαληθεύονται μετά από 100+ χρόνια).

Εντούτοις, οι ίδιες αυτές εξισώσεις φαινόταν να αποκαλύπτουν και κάτι τόσο ριζοσπαστικό που ούτε καν ο δημιουργός τους ήταν διατεθειμένος να αποδεχτεί: το σύμπαν πρέπει να συστέλλεται ή να διαστέλλεται, και σίγουρα δεν μπορεί να είναι στατικό. Μάλιστα, στο ίδιο συμπέρασμα έφτασαν λίγο αργότερα ο Ρώσος μαθηματικός και μετεωρολόγος Αλεξάντερ Φρίντμαν και ο Βέλγος ιερέας(!) και αστρονόμος Ζορζ Λεμαίτρ, αναλύοντας ο καθένας ξεχωριστά στη δεκαετία του 1920 τις μαθηματικές συνεπαγωγές της γενικής σχετικότητας και εφαρμόζοντας αυτές τις επιπλοκές στην ολότητα του σύμπαντος. – Ειδικότερα ο Λεμαίτρ, ακολουθώντας το μαθηματικό του ένστικτο, έφτασε στα 1927 να δημοσιεύσει μια πρωτοποριακή εργασία, στην οποία ανήγγειλε ότι το σύμπαν διαστέλλεται (και αυτή η διαστολή είχε μια αφετηρία). Η απάντηση του Αϊνστάιν, που πλέον έχει περάσει στη σφαίρα του θρύλου, ήταν η εξής: «οι υπολογισμοί σου είναι σωστοί, αλλά η φυσική σου είναι βδελυρή».

Ήταν τόσο μεγάλη η αποστροφή του Αϊνστάιν προς την ιδέα ενός δυναμικού σύμπαντος που, προκειμένου να την υπερκεράσει, αναγκάστηκε, λίγο μετά τη δημοσίευση της γενικής σχετικότητας, το 1917, να επινοήσει έναν μηχανισμό που θα εξασφάλιζε τη στατικότητά του. Αυτό τον μηχανισμό έμελλε να αποτελέσει η κοσμολογική σταθερά, συμβολισμένη με το ελληνικό γράμμα «Λ». Ο ρόλος της κοσμολογικής σταθεράς ήταν απλός: εφόσον η κανονική ύλη και ακτινοβολία ασκούσαν τη γνωστή ελκτική βαρυτική δύναμη που προκαλεί τη συστολή του σύμπαντος, πρέπει να υπάρχει μια άγνωστη, εξωτική ενέργεια που διαχέεται σε όλο τον χώρο και δημιουργεί ένα είδος απωστικής βαρύτητας που αντιμάχεται την ελκτική, με αποτέλεσμα την εξισορρόπηση των δύο αντίρροπων δυνάμεων, και, εν τέλει, την παραγωγή του στατικού σύμπαντος που όλοι παρατηρούσαν και ήξεραν ότι είναι αληθινό. – Αφού πρώτα προλείανε το θεωρητικό έδαφος για την κοσμολογική του σταθερά με την επίκληση της αρνητικής πίεσης (η οποία με τη σειρά της προκαλεί την αρνητική/απωστική βαρύτητα κ.ο.κ.), ο Αϊνστάιν προχώρησε στην προσεκτική ρύθμιση του μεγέθους του νέου του όρου, ώστε η ανακαινισμένη θεωρία του να συμβαδίζει με την κοσμική του προκατάληψη περί σταθερού κι αμετάβλητου σύμπαντος.

Παρόλα αυτά, το 1929 ο Έντουιν Χαμπλ, χρησιμοποιώντας το -μεγαλύτερο της εποχής- τηλεσκόπιο στο παρατηρητήριο του όρους Ουίλσον στην Καλιφόρνια, έκανε μια εκπληκτική ανακάλυψη που καταβαράθρωσε οριστικά την αστρονομική προκατάληψη του Αϊνστάιν. Αυτό που παρατήρησε ήταν ότι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονταν ο ένας από τον άλλον∙ όσο πιο μακριά βρίσκονταν μεταξύ τους, τόσο πιο γρήγορα απομακρύνονταν. – Το ζήτημα είχε πλέον διευθετηθεί: το σύμπαν όντως διαστέλλεται, οι Λεμαίτρ και Φρίντμαν είχαν δίκιο, ο Αϊνστάιν είχε κάνει λάθος. Αν είχε εμπιστευτεί περισσότερο τη θεωρία του και τις οσοδήποτε απροσδόκητες συνεπαγωγές της, θα είχε οδηγηθεί σε μια τεράστια ανακάλυψη, αρκετά χρόνια νωρίτερα∙ ίσως στη μεγαλύτερη ανακάλυψη όλων των εποχών. Όμως δεν το τόλμησε!

Όταν έμαθε τα αποτελέσματα του Χαμπλ, ο Αϊνστάιν μετάνιωσε τη μέρα που σκέφτηκε την κοσμολογική σταθερά, χαρακτηρίζοντάς την ως τη «μεγαλύτερη γκάφα» που έκανε ποτέ. Και όσο επιμελημένα την είχε εισάγει εξαρχής στις εξισώσεις του, με άλλη τόση βαρύθυμη συστολή την αφαίρεσε, ελπίζοντας να ξεχαστεί γρήγορα αυτό το ατυχές επινόημα…

Και για αρκετές δεκαετίες, αυτό ακριβώς συνέβη. Ώσπου το 1998 δύο ομάδες αστρονόμων έστρεψαν τα δικά τους -αναβαθμισμένα- τηλεσκόπια στον ουρανό, προκειμένου να μετρήσουν τον ρυθμό επιβράδυνσης της διαστολής του σύμπαντος. Η επιβράδυνση της διαστολής θεωρείτο αυτονόητη για τους επιστήμονες λόγω της βαρύτητας: όπως ακριβώς όταν πετάμε μια μπάλα στον αέρα, αυτή αρχικά κινείται επιταχυνόμενα προς τα πάνω, αλλά, σε κάποια στιγμή, λόγω της βαρύτητας, η ανοδική κίνηση αρχίζει και επιβραδύνεται, ώσπου τελικά σταματάει, η μπάλα βρίσκεται στο υψηλότερο σημείο για μια στιγμή, και μετά πέφτει, έτσι και στο σύμπαν, μετά την αρχική του επέκταση λόγω της εξωτερικής ορμής της Μεγάλης Έκρηξης, η διαστολή του θα πρέπει να επιβραδύνεται και τελικά να σταματήσει.

Όμως -πολύ αναπάντεχα (σε βαθμό να κερδίσουν βραβεία Νόμπελ φυσικής αναπάντεχα)- δεν παρατήρησαν αυτό! Αντιθέτως, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν το ακριβώς αντίθετο: η διαστολή του σύμπαντος δεν επιβραδύνεται αλλά επιταχύνεται! Είναι σαν αυτή η μπάλα, για την οποία μιλούσαμε νωρίτερα, να ανεβαίνει όλο και πιο ψηλά, όλο και πιο γρήγορα έως ότου να χαθεί στο διάστημα!

Όμως, σε ποια ανοίκεια δύναμη θα μπορούσε να οφείλεται αυτό το απρόσμενο φαινόμενο; Η μόνη γνωστή και επιστημονικά συνεπής παράμετρος που θα μπορούσαν να επικαλεστούν οι αστροφυσικοί για την εξήγηση αυτού του εντυπωσιακού ευρήματος δεν ήταν άλλη από την κοσμολογική σταθερά! Σχεδόν 80 χρόνια, λοιπόν, μετά την επονείδιστη απόσυρσή της από τον Αϊνστάιν, η κοσμολογική σταθερά αναδύθηκε από τη λήθη, για να προσφέρει μια (τη μόνη;) λογική ερμηνεία της  επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος.

Και κάπως έτσι, οι επιστήμονες έβγαλαν από τα μπαούλα της ιστορίας τη μυστηριώδη εξωτική ενέργεια του Αϊνστάιν, τη βάφτισαν «σκοτεινή ενέργεια» (προκειμένου να υποδηλώσουν την άγνοιά τους ως προς τη σύστασή της) και, με αυτό τον τρόπο, «η μεγαλύτερη γκάφα» της ζωής του Αϊνστάιν κατέληξε να ταυτιστεί με τη σπουδαιότερη επιστημονική ανακάλυψη των τελευταίων δεκαετιών.

Πηγές:

1. Greene, B. (2005), The Fabric Of The Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality. Vintage Books, New York.

2. Tyson, N. deGrasse (2017), Astrophysics for People in a Hurry. W.W. Norton & Company, New York; London.

3. Ροβέλι, Κ. (2016), 7 Σύντομα Μαθήματα Φυσικής. Πατάκης, Αθήνα.

4. Σιμόπουλος Π. Δ. (2017), Είμαστε Αστρόσκονη. Μεταίχμιο, Αθήνα.

5. Σελίδα «World Science Festival» στο YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCShHFwKyhcDo3g7hr4f1R8A

Σχολιάστε

Συνδεθείτε για να δημοσιεύσετε το σχόλιο σας:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s