Κάποιες τυχερές κοσμικές συμπτώσεις

Έχετε σκεφτεί ότι εμείς δεν θα υπήρχαμε εάν η κοσμική γειτονιά μας ήταν μόλις λίγο λιγότερη πυκνή από τον μέσο όρο, κατά τη διάρκεια της ταραχώδους εποχής μετά το Big Bang;

Ο Κόσμος ξεκίνησε με ένα Bang. Τι είδους κοσμικές συμπτώσεις προηγήθηκαν κατά τη γέννηση του σύμπαντος είναι στην σφαίρα των υποθέσεων. Αρκεί να πούμε ότι κάπου 13,75 δισεκατομμύρια χρόνια πριν – συν ή πλην ελάχιστες στιγμές – η Κόσμος μας ήταν στην φάση της σκέψης τι θα γινόταν όταν θα μεγαλώσει.

“Πολύ πολύ μεγαλύτερος", αν είναι αλήθεια το πιο δημοφιλές μοντέλο του σύμπαντος για τις απαρχές του. Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωρισμού, το νεογέννητο Σύμπαν ήταν πλημμυρισμένο από κάτι, που ονομάζεται πεδίο inflaton, το οποίο είναι υπεύθυνο για την εκθετική διαστολή που συνέβη στο νεογέννητο σύμπαν. Αυτή η διαστολή κράτησε για μια χρονική περίοδο, περίπου, 10^-32 δευτερόλεπτα, ‘τεντώνοντας’ το σύμπαν τόσο ώστε να γίνει επίπεδο και ομοιόμορφο.

Αυτοί οι λογαριασμοί ήταν χρήσιμοι για κάποια χαρακτηριστικά του σύμπαντος, που ήταν δύσκολο να εξηγηθούν, αλλά το πραγματικό σημείο του ενδιαφέροντος είναι ότι το πεδίο inflaton, αν και ουσιαστικά ομοιόμορφο, δεν ήταν αρκετά πανομοιότυπο σε κάθε κομμάτι του χώρου. Πιθανότητα οι κβαντικές διακυμάνσεις τον έκαναν ελαφρώς πιο πυκνό εδώ και λίγο λιγότερο πυκνό κάπου αλλού. Αν εδώ στην περιοχή που ζούμε ήταν λίγο λιγότερο πυκνό το διάστημα από τον μέσο όρο, τότε δεν θα υπήρχαμε. Για εκατό εκατομμύρια έτη φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις γύρω μας δεν θα υπήρχε τίποτα, θα υπήρχε ένα σκοτεινό και άψυχο κενό.

Αυτός και μόνο ο μικροσκοπικός κβαντικός θόρυβος, ενισχύθηκε από τη βαρύτητα, και τελικά εξελίχθηκε σε μια τεράστια συσσώρευση από γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών, που είναι γνωστό ως υπερσμήνος της Παρθένου. Ανάμεσα στις πολλές συσσωρεύσεις από μάζα σε αυτό μέσα το υπερσμήνος, είναι η λεγόμενη τοπική ομάδα. Και στο πλαίσιο αυτό μέσα είναι το Γαλαξίας μας, το σπίτι μας.

Κοιτάζοντας μακριά έξω στο σύμπαν, οι αστρονόμοι μπορούν να δουν το μοτίβο των στιγμάτων της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, ένα στιγμιότυπο της ανάπτυξης και της διαδικασίας ενοποίησης στην πράξη, όταν σχηματίστηκαν, κάπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τα πρώτα σταθερά άτομα. Οι διακυμάνσεις του μοτίβου φαίνονται εντελώς τυχαίες, ενώ οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούν τις κβαντικές διακυμάνσεις που δημιούργησαν το μοτίβο ως κάτι που δεν έχει καμιά αιτία. Από όλες λοιπόν τις ευτυχισμένες συμπτώσεις, αυτή θα μπορούσε να είναι και η πιο τυχαία.

2. Γέρνοντας η ζυγαριά υπέρ της ύλης έναντι της αντιύλης

 

Γιατί δεν είναι ο Κόσμος μας μια θάλασσα από μια αδιατάρακτη ακτινοβολία; Ο θρίαμβος της ύλης δείχνει ότι οι νόμοι της φυσικής είναι προκατειλημμένοι.

Ενώ ήταν ακόμα αφάνταστα καυτό και πυκνό, το μετα-πληθωριστικό σύμπαν ήταν ένα σύμφυρμα από σωματίδια – ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, κουάρκ, αντικουάρκ και παρόμοια σωματίδια – που βούιζαν γύρω-γύρω χωρίς κανένα ιδιαίτερο σκοπό. Οι σταθερές συνενώσεις μεταξύ των σωματιδίων που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν άστρα, πλανήτες και η ζωή ήταν ακόμη πολύ μακριά. Ένα από τα εμπόδια ήταν ο σχεδόν ίσος αριθμός σωματιδίων της ύλης και της αντιύλης. Για να είμαστε όμως εδώ, ένα από αυτά χρειάστηκε να εξαφανιστεί.

Δεν μπορείτε βεβαίως να φτιάξετε έναν πλανήτη μόνο από ακτινοβολία. Χρειάζεστε ύλη – βαριά, σταθερά σωματίδια, όπως πρωτόνια και νετρόνια. Κι όμως φαίνεται ασυνήθιστα τυχαίο το γεγονός ότι υπάρχει η ύλη. Οι στάνταρτ θεωρίες λένε ότι η ύλη και η αντιύλη δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Δεδομένου ότι όταν συναντηθούν εξαϋλώνονται μεταξύ τους, δημιουργώντας ζεύγη φωτονίων υψηλής ενέργειας, όλος ο Κόσμος σήμερα θα πρέπει να ήταν μια θάλασσα από ανήσυχη και μάλλον μειλίχια ακτινοβολία.

Όμως αυτό δεν συμβαίνει. Κάτι φαίνεται να συνηγορεί υπέρ της δημιουργίας της ύλης σε μια κρίσιμη στιγμή μέσα στις πρώτες στιγμές μετά το big bang.

Το πλεόνασμα ενός και μόνο σωματιδίου ύλης σε κάθε δισεκατομμύριο θα ήταν αρκετό για να οδηγήσει τελικά στην άνετη υλική υπόσταση του σύμπαντος. Αλλά πώς προέκυψε αυτή η ανισορροπία; Αν και υπάρχει μια προκατάληψη υπέρ της ύλης σε ορισμένες αντιδράσεις των σωματιδίων, είναι πάρα πολύ μικρή για να δημιουργήσει ένα πλεονέκτημα, ακόμη και τόσο μικρή. Έτσι, οι φυσικοί υποθέτουν ότι μία ισχυρότερη ‘προκατάληψη’, σαν συνέπεια από κάποιες άγνωστες διεργασίες πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, πρέπει να εμφανίζεται στις υψηλές ενέργειες που επικρατούσαν στο πρώιμο σύμπαν.

Η όλο και μεγαλύτερη υποψία που έχουν οι φυσικοί είναι ότι η εν λόγω υπέρ-φυσική αιτία μπορεί να είναι μεταβλητή, αλλάζοντας μέσα σε ένα πλήθος συμπάντων. Αν αυτό συμβαίνει, τότε το δικό μας παρατηρήσιμο σύμπαν είχε την τύχη να αποκτήσει ένα απόθεμα της ύλης, ενώ πολλά άλλα βασίλεια – σύμπαντα θα είναι εγκαταλελειμμένα μέσα στην ακτινοβολία.

Η ύλη δεν είναι το μόνο πιθανό θύμα μιας τέτοιας αναξιόπιστης φυσικής. Θα μπορούσε, επίσης, να οδηγήσει σε κάποια υπέρπυκνα σύμπαντα που καταρρέουν σε μαύρες τρύπες, και άλλα πολλά ‘αρωματισμένα’ με σκοτεινή ενέργεια, η οποία γρήγορα σχίζει όλες τις δομές ώστε να διασπαστούν. Σε αυτήν την εικόνα, η εμφάνιση ενός σύμπαντος που τελικά θα γίνει φιλόξενη για τους ανθρώπους είναι ένα σπάνιο γεγονός, πράγματι.

3. Πυροδοτώντας το αστέρι μας

Υδρογόνο, ήλιο, διαστρική σκόνη – αυτά είναι τα μόνα συστατικά ενός ηλιακού συστήματος. Απλά ανακατέψτε τα μαζί και πυροδοτήστε τα.

Η ύλη λοιπόν επικράτησε της αντιύλης, και για αυτό δεν κοιτάμε πίσω. Καθώς ψύχεται το σύμπαν, σύντομα σχηματίστηκαν σταθερά άτομα και μόρια. Εκατό εκατομμύριο χρόνια μετά, εμφανίστηκαν τα πρώτα αστέρια, γιγάντια σώματα από υδρογόνο και ήλιο. Τα πρώτα άστρα ζούσαν για πολύ λίγο χρόνο και γι αυτό πέθαιναν σε νεαρή ηλικία μέσα σε ένα καταιγισμό τεράστιων εκρήξεων που έσπειραν τον Κόσμο με βαρύτερα στοιχεία, τα συστατικά των μετέπειτα άστρων και γαλαξιών. Μεταξύ αυτών ήταν ο Γαλαξίας μας που σχηματίστηκε σε μια γωνιά του Κόσμου μας, περίπου, 9 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τι χρειάζεται για να φτιαχτεί ένα ηλιακό σύστημα; Και πάλι, υδρογόνο, ήλιο και ένα ψέκασμα από σκόνη, η οποία γεμίζει τον χώρο μεταξύ των άστρων. Όλα αυτά υπήρχαν στην τριγύρω γειτονιά μας σε αφθονία και γι αυτό σχηματίστηκε το δικό μας πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά κάτι άλλο έμενε ακόμα: ήταν αναγκαίος ένας σπινθήρας για να ξεκινήσει η πυροδότηση του αδρανούς αρχικά νέφους των αερίων, και να ξεκινήσει ο ήλιος μας να λάμπει.

Οι ενδείξεις λοιπόν για τη φύση του εν λόγω σπινθήρα βρίσκονται διατηρημένες μέσα σε μετεωρίτες. Σε αντίθεση με τους λιωμένους πολλές φορές, κατά την διάρκεια της ζωής της Γης, βράχους του πλανήτη μας, οι μετεωρίτες έχουν παραμείνει σχεδόν αμετάβλητοι, επειδή αυτοί συμπυκνώθηκαν όταν σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα, διατηρώντας έτσι την χημεία τους για πολλά εκατομμύρια χρόνια.

Ένας ιδιαίτερος μετεωρίτης που ανακαλύφθηκε το 2003 στην Ινδία, περιείχε μεγάλες ποσότητες σιδήρου-60, ένα ραδιενεργό ισότοπο που αποσυντίθεται σε διάστημα μερικών εκατομμυρίων ετών στο σταθερό νικέλιο-60. Επειδή ο σίδηρος-60 είναι πολύ βραχύβιος, το διαστρικό αέριο περιέχει ελάχιστα μόνο ίχνη του. Το μεγάλο ποσό του σιδήρου-60 στον μετεωρίτη αυτό σημαίνει ότι το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε από μια πολύ πλουσιότερη σούπα υλικών από όσο πιστεύαμε.

Πιθανά ο μετεωρίτης έχει αυτή τη σύσταση γιατί η σούπα που τον έφτιαξε ήταν κοντά σε μία σουπερνόβα. Αυτές οι μαζικές αστρικές εκρήξεις είναι από τις λίγες κοσμικές διαδικασίες που είναι γνωστό ότι δημιουργούν μεγάλες ποσότητες βαρέων ραδιενεργών ισοτόπων, όπως για παράδειγμα ο σίδηρος-60. Τα κρουστικά κύματα από μια τέτοια σουπερνόβα θα μπορούσαν να είχαν προκαλέσει το σχηματισμό του ήλιου και των πλανητών συμπιέζοντας το αρχέγονο νέφος του αερίου.

Υπάρχει όμως κι άλλος τρόπος για να γίνει το ξεκίνημα του ηλιακού συστήματος, θα μπορούσε δηλαδή να ήταν μια πιο ήπια υπόθεση. Σύμφωνα με νέους υπολογισμούς, ένα ερυθρό γιγάντιο άστρο επαρκούς μεγέθους θα μπορούσε να ανταγωνιστεί σε παραγωγή του σίδηρου-60 μια σουπερνόβα, καθώς και την παραγωγή άλλων ραδιενεργών στοιχείων στις κατάλληλες ποσότητες για να ταιριάζουν με το περιεχόμενο του μετεωρίτη. Αυτά τα στοιχεία θα ήταν σφυρηλατημένα σε ένα βαθύ στρώμα μέσα στο αστέρι, μεταφερόμενο στην επιφάνεια του με το φαινόμενο της μεταγωγής, έτσι ώστε να απομακρυνθεί με την βοήθεια ενός ισχυρού αστρικού ανέμου, που θα μπορούσε επίσης να ανακατέψει κάποια ενδεχομένως γειτονικά νέφη αερίου γύρω του.

Είτε ήταν η αιτία του σπινθήρα μια υπερκαινοφανής έκρηξη ή μια εκτίναξη από ένα άλλο άστρο, ο ήλιος μας είναι το πιο φανερό αστέρι το οποίο θα πρέπει να ευχαριστήσουμε για την ύπαρξή μας.

4. Ο ερχομός της ζωής στη Γη

Ο "Τελευταίος Βαρύς Βομβαρδισμός" στο ηλιακό μας σύστημα είχε βαριά επίδραση στον πλανήτη μας – αλλά μπόρεσε έτσι να μας παραδοθεί το νερό, και δημιούργησε φυτώρια για τη ζωή.

Τα βάσανα της εφηβικής Γης δεν τελείωσαν με την σύγκρουση που δημιούργησε το φεγγάρι. Πρόβλημα υπέβοσκε και πιο έξω, ανάμεσα στους γίγαντες του ηλιακού συστήματος. Εκείνοι οι βρυχηθμοί τελικά έφεραν μια μεγάλη καταστροφή, που όμως για άλλη μια φορά έδωσαν στην ζωή μια ευκαιρία.

Τα χαρακτηριστικά του φεγγαριού μας είναι γνωστά από ιστορίες της παιδικής μας ηλικίας. Κρατήρες και ουλές στην επιφάνεια του φεγγαριού.

Τα βραχώδη δείγματα που έφεραν πίσω οι αστροναύτες του Απόλλωνα αποκαλύπτουν ένα περίεργο γεγονός: όλοι οι μεγάλοι κρατήρες φαίνονται να ανήκουν στο ίδιο χρονικό διάστημα, περίπου 3.9 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτό το γεγονός είναι συγκεκριμένη απόδειξη για μια βίαιη περίοδο στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, που είναι γνωστή ως ο Τελευταίος Βαρύς Βομβαρδισμός. Το φεγγάρι ήταν απίθανο να υπήρξε ο μόνος στόχος. Όντας μεγαλύτερη η Γη, πιθανώς είχε σφυροκοπηθεί ακόμη πιο έντονα, αν και η πιο δραστήρια της γεωλογία έχει σβήσει το μεγαλύτερο μέρος των αποδεικτικών στοιχείων για αυτή την περίοδο.

Η αιτία αυτού του γεγονότος δεν είναι ακόμα απολύτως σαφής. Το 2005, όμως, ήρθε η πρόταση από ειδικούς ότι ενεργοποιήθηκε από μια συμπλοκή μεταξύ των τεσσάρων μεγάλων πλανητών του ηλιακού συστήματος: του Δία, του Κρόνου, του Ουρανούς και του Ποσειδώνα. Ελαφρές μεταβολές στις τροχιές του Κρόνου και του Δία οδήγησαν τελικά την τροχιακή περίοδο του Κρόνου να γίνει ακριβώς διπλάσια από αυτή του Δία. Αυτός ο βαρυτικός συντονισμός ανακίνησε τις τροχιές όλων των τεσσάρων γιγάντιων πλανητών και έστειλε κοντά κομήτες και αστεροειδείς να πυροβολούν προς το εσωτερικό του ηλιακού συστήματος.

Ευτυχώς για μας; Όχι, εκεί όπου σχηματίστηκε η Γη κοντά στον ήλιο ήταν πάρα πολύ ζεστή ώστε να συμπυκνωθεί το νερό και να ενσωματωθεί στον δικό μας πλανήτη. Οι κομήτες και αστεροειδείς από την άλλη διαμορφώθηκαν πολύ έξω από μας, εκεί όπου ήταν άφθονος ο υδάτινος πάγος. Φαίνεται εύλογο, λοιπόν, ότι το πρώτο νερό της Γης παραδόθηκε με κάποιου είδους βομβαρδισμό.

Ο Τελευταίος Βαρύς Βομβαρδισμός θα μπορούσε λοιπόν να έχει πιο άμεσο αντίκτυπο στην προέλευση της ζωής. Αρχικά, δημιουργήθηκαν εξαιρετικά δύσκολες συνθήκες στη Γη. «Φανταστείτε πισίνες από λειωμένο βράχο στην επιφάνεια στο μέγεθος της Αφρικανικής ηπείρου», λέει ο Stephen Mojzsis, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. Αλλά από τη στιγμή που είχε κρυώσει, οι κρατήρες λόγω της πτώσης των αστεροειδών θα ήταν ιδανικές τοποθεσίες στις οποίες μπορούσε να ξεκινήσει η ζωή, εξηγεί ο Charles Cockell του Ανοικτού Πανεπιστημίου στο Milton Keynes του Ηνωμένου Βασιλείου, με την παραμένουσα θερμότητα να οδηγεί τις χημικές αντιδράσεις με ζεστό νερό που κυκλοφορούσε μέσα στους βράχους.

Εναλλακτικά, αν η ζωή είχε ήδη αρχίσει, το γεγονός του βομβαρδισμού θα είχε αλλάξει την πορεία της εξέλιξης, εξαλείφοντας την όλη, εκτός από τα πιο ανθεκτικά στην θερμότητα μικρόβια, λέει ο Mojzsis. "Αυτή είναι η ιστορία της ζωής – η μαζική εξαφάνιση οδηγεί σε νέες μορφές της ζωής”, λέει.

Αυτή λοιπόν ήταν μια ιστορία που είχε ακόμα μερικά κεφάλαια για να συμπληρωθεί.