Στην αρχή το σύμπαν ίσως ήταν ολόγραμμα

Παρατηρησιακά δεδομένα από τον δορυφόρο Planck, τα οποία στηρίζουν την υπόθεση ότι το σύμπαν είναι ένα τεράστιο και περίπλοκο ολόγραμμα, εντόπισαν για πρώτη φορά επιστήμονες από τον Καναδά, την Ιταλία και την Αγγλία, με επικεφαλής τον καθηγητή – ερευνητή του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον, τον Κώστα Σκενδέρη,  που έχει αποφοιτήσει από το τμήμα Φυσικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου.

“Ποια είναι η δομή του χώρου και του χρόνου; Υπήρξε αρχή στο χρόνο ή το Σύμπαν υπήρχε πάντοτε; Αυτές είναι κάποιες από τις ερωτήσεις που απασχολούσαν το άνθρωπο από τα αρχέγονα χρόνια. Στις πρωταρχικές στιγμές του Σύμπαντος,  ολόκληρο το Σύμπαν ήταν «συμπιεσμένο» σε τόσο μικρό χώρο ώστε μόνο μία κβαντική θεωρία της βαρύτητας θα μπορούσε να το περιγράψει. Θεωρητική έρευνα για την κβαντική βαρύτητα τα τελευταία 20 χρόνια έχει δώσει ενδείξεις ότι το Σύμπαν είναι ολογραφικό, που σημαίνει ότι στο θεμελιώδες επίπεδο το Σύμπαν είναι διδιάστατο (συν το χρόνο) και η επιπλέον διάσταση (και η βαρύτητα) είναι αποτέλεσμα της δυναμικής της θεωρίας. Ο σκοπός της πρόσφατης εργασίας μου ήταν να  κοιτάξουμε για παρατηρησιακές ενδείξεις της ολογραφίας στην αρχέγονη κοσμική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία αυτή προέρχεται από τις πρωταρχικές στιγμές του Σύμπαντος και η δομή της περιέχει στοιχεία για τους νόμους της φύσης στο αρχέγονου Σύμπαν.  Βρήκαμε ότι όλες οι παρατηρήσεις  μπορούν να εξηγηθούν μέσω ενός ολογραφικού μοντέλου και τα παρατηρησιακά δεδομένα είναι εξίσου συμβατά τόσο με το καινούργιο ολογραφικό μοντέλο όσο και με το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας”.

 

“Η επιστημονική ιδέα της ολογραφίας έχει κάποια αναλογία με αυτό που βλέπουμε στις ταινίες αλλά δεν είναι το ίδιο πράγμα. Η ιδέα λέει ότι οι φυσικοί νόμοι στο θεμελιώδες επίπεδο διατυπώνονται σε δύο διαστάσεις αντί για τρεις, έχουμε δηλαδή μια διάσταση λιγότερη. Η επιπλέον διάσταση που αισθανόμαστε και η βαρύτητα προκύπτουν μέσα από την αλληλεπίδραση των σωματιδίων στις δύο διαστάσεις”, εξηγεί ο Κώστας Σκενδέρης και ένας από τους συγγραφείς της επιστημονικής εργασίας που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό «Physical Review Letters» με τις πρώτες χειροπιαστές ενδείξεις για την ορθότητα της ολογραφικής θεωρίας.

 

“Ποια είναι η δομή του χώρου και του χρόνου; Υπήρξε αρχή στο χρόνο ή το Σύμπαν υπήρχε πάντοτε; Αυτές είναι κάποιες από τις ερωτήσεις που απασχολούσαν το άνθρωπο από τα αρχέγονα χρόνια. Στις πρωταρχικές στιγμές του Σύμπαντος,  ολόκληρο το Σύμπαν ήταν «συμπιεσμένο» σε τόσο μικρό χώρο ώστε μόνο μία κβαντική θεωρία της βαρύτητας θα μπορούσε να το περιγράψει. Θεωρητική έρευνα για την κβαντική βαρύτητα τα τελευταία 20 χρόνια έχει δώσει ενδείξεις ότι το Σύμπαν είναι ολογραφικό, που σημαίνει ότι στο θεμελιώδες επίπεδο το Σύμπαν είναι διδιάστατο (συν το χρόνο) και η επιπλέον διάσταση (και η βαρύτητα) είναι αποτέλεσμα της δυναμικής της θεωρίας. Ο σκοπός της πρόσφατης εργασίας μου ήταν να  κοιτάξουμε για παρατηρησιακές ενδείξεις της ολογραφίας στην αρχέγονη κοσμική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία αυτή προέρχεται από τις πρωταρχικές στιγμές του Σύμπαντος και η δομή της περιέχει στοιχεία για τους νόμους της φύσης στο αρχέγονου Σύμπαν.  Βρήκαμε ότι όλες οι παρατηρήσεις  μπορούν να εξηγηθούν μέσω ενός ολογραφικού μοντέλου και τα παρατηρησιακά δεδομένα είναι εξίσου συμβατά τόσο με το καινούργιο ολογραφικό μοντέλο όσο και με το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας”.

 

Όταν οι επιστήμονες θέλουν να ελέγξουν κατά πόσον είναι ορθές οι θεωρίες τους για το τι συνέβη κατά τη γένεση του σύμπαντος χρησιμοποιούν στοιχεία (πολύ μικρές διακυμάνσεις θερμοκρασίας) από τη λεγόμενη «κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου» (η οποία εμφανίσθηκε 375.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη). Ακόμη και σήμερα αυτή η αρχαία ακτινοβολία περιέχει πληροφορίες για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος και είναι ορατή με πολύ ισχυρά τηλεσκόπια. Έτσι, ερευνητές από πανεπιστήμια του Καναδά, της Ιταλίας, από το Ινστιτούτο Perimeter συνέκριναν τα στοιχεία της αρχαίας ακτινοβολίας με τις προβλέψεις της ολογραφικής θεωρίας και εντόπισαν ταυτίσεις και μετρήσιμα δεδομένα που ενισχύουν τη θεωρητική άποψη ότι το σύμπαν και οι πληροφορίες που σήμερα γνωρίζουμε ήταν κωδικοποιημένες σε δύο αρχικές διαστάσεις.

 

«Φανταστείτε πως ό,τι βλέπουμε, νιώθουμε και ακούμε στις τρεις διαστάσεις, ακόμη και η αντίληψή μας για τον χρόνο, προκύπτει από ένα δισδιάστατο πεδίο. Η ιδέα είναι παρόμοια με τα συνηθισμένα ολογράμματα, όπως στις πιστωτικές κάρτες. Το ολόγραμμα είναι μια τρισδιάστατη εικόνα κωδικοποιημένη πάνω σε μια επιφάνεια δύο διαστάσεων. Ωστόσο, τώρα (σύμφωνα με τη θεωρία) ολόκληρο το σύμπαν είναι κωδικοποιημένο».

 

Υπήρξε αρχική στιγμή;

Τι μπορεί να σημαίνει αυτό για εμάς; Πολλά και τίποτα, μας λέει ο Σκενδέρης. Η εμφάνιση της τρίτης διάστασης και της βαρύτητας μερικές στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη δεν μειώνει τη σημασία της και την αίσθηση της πραγματικότητας ή τουλάχιστον αυτό που αντιλαμβανόμαστε με τις αισθήσεις μας ως πραγματικό. Αλλάζει όμως την αντίληψή μας για τον χώρο και τον χρόνο. «Από τη στιγμή που αυτές οι έννοιες δεν είναι θεμελιώδεις από μόνες τους αλλά προέρχονται μέσα από τη δυναμική της ολογραφικής θεωρίας έχουμε μια τελείως διαφορετική αντίληψη για το τι σημαίνει χώρος και χρόνος. Αυτό μπορεί να μην αλλάζει αυτά που ξέρουμε π.χ. για την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ηλιο αλλά μας δίνει μια βαθύτερη κατανόηση του κόσμου και μας επιτρέπει να διατυπώσουμε θεωρίες και επιστημονικά ερωτήματα για τη φυσική στην αρχή του σύμπαντος. Υπήρχε αρχική στιγμή; Υπάρχει θεωρία που εξηγεί τι συνέβη πιο πριν; Αυτά τα ερωτήματα γίνονται πια επιστημονικά, ενώ προηγουμένως ήταν στο πεδίο της φιλοσοφίας. Ωστόσο, αν λάβουμε υπόψη μας ότι –σύμφωνα με τη θεωρία– η τρίτη διάσταση και η βαρύτητα είναι αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων και της δυναμικής της θεωρίας δεν μπορούμε να αποκλείσουμε ότι στο μέλλον οι δυναμικές μπορεί να αλλάξουν», σημειώνει ο καθηγητής.

 

Οι μαύρες τρύπες

Το άλυτο πρόβλημα των φυσικών παραμένει μια θεωρία που θα συνδέει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και την κβαντομηχανική και θα μπορεί να απαντήσει σε ερωτήματα, όπως τι συνέβη κατά τη γέννηση του σύμπαντος και γιατί οι μαύρες τρύπες συμπεριφέρονται με ανεξήγητους ακόμη τρόπους.

 

Όπως εξηγεί ο κ. Σκενδέρης, οι επιστήμονες αναζήτησαν απαντήσεις στη φυσική των μαύρων τρυπών που μοιάζουν να συμπεριφέρονται ως θερμά σώματα σε δύο όμως διαστάσεις. «Αυτό οδήγησε αρχικά στη θεμελίωση της ολογραφικής αρχής που λέει ότι μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας είναι ισοδύναμη με μια κβαντική θεωρία σε δύο διαστάσεις που δεν περιέχει τη βαρύτητα. Αν αυτή η αρχή ισχύει, αυτό εξηγεί τη φυσική των μαύρων τρυπών», τονίζει ο καθηγητής.

 

Η ολογραφική αρχή διατυπώθηκε στις αρχές του 1990 από τον Ολλανδό νομπελίστα Γκέραρντ Χουφτ και αργότερα επαληθεύτηκε μέσω της θεωρίας των Χορδών, της επικρατέστερης θεωρίας για την κβαντική βαρύτητα. «Από τότε η ιδέα ότι η κβαντική θεωρία είναι ολογραφική έχει γίνει βασικό αντικείμενο έρευνας από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο».

 

Η ολογραφική θεωρία του σύμπαντος «ανταγωνίζεται» τη θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού που εξηγεί το ίδιο καλά τις διακυμάνσεις στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Οπότε, όπως επισημαίνει ο Σκενδέρης, χρειάζονται κι άλλα δεδομένα για να διαπιστωθεί ποια θεωρία εξηγεί καλύτερα τις αρχικές στιγμές του σύμπαντος. Πάντως, σημειώνει ο καθηγητής, η ολογραφική θεωρία έπεισε και τους πιο «σκληροπυρηνικούς» θεωρητικούς φυσικούς των μαύρων τρυπών όπως τον Στίβεν Χόκινγκ. «Η ολογραφία ήταν ο λόγος που ακόμη και εκείνος πείστηκε ότι η πληροφορία που μπαίνει μέσα στη μαύρη τρύπα δεν χάνεται. Το πώς ξαναγυρίζει σε εμάς είναι ακόμη άγνωστο».