ΚΟΚΚΟΙ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ

Υπάρχει ένα παράδοξο στο κέντρο της γνώσης μας για τον φυσικό κόσμο. Ο 20ός αιώνας μάς χάρισε δύο πολύτιμα πετράδια για τα οποία μίλησα: τη γενική θεωρία της σχετικότητας και την κβαντική μηχανική. Από την πρώτη αναπτύχθηκε η κοσμολογία, η αστροφυσική, η μελέτη των βαρυτικών κυμάτων, των μαύρων τρυπών και πολλά άλλα. Η δεύτερη αποτέλεσε τη βάση της ατομικής φυσικής, της πυρηνικής φυσικής, της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης και πολλών άλλων. Δύο θεωρίες γενναιόδωρες, θεμελιώδεις για τη σημερινή τεχνολογία, που άλλαξαν τον τρόπο ζωής μας. Κι όμως οι εν λόγω θεωρίες δεν μπορούν να είναι και οι δύο σωστές, τουλάχιστον με τη σημερινή τους μορφή: αντικρούουν η μία την άλλη.

Ένας φοιτητής που παρακολουθεί μαθήματα πάνω στη γενική σχετικότητα το πρωί και πάνω στην κβαντική μηχανική το απόγευμα, δικαίως θα συμπεράνει ότι οι καθηγητές του είναι ανόητοι ή ότι έχουν πάψει να επικοινωνούν μεταξύ τους επί τουλάχιστον έναν αιώνα. Το πρωί το σύμπαν είναι καμπύλος χώρος όπου όλα εξελίσσονται με ομαλό και συνεχή τρόπο” το απόγευμα είναι επίπεδος χώρος όπου κβάντα ενέργειας πηδάνε πέρα δώθε.

Παραδόξως, αμφότερες οι θεωρίες λειτουργούν μια χαρά. Η φύση μάς συμπεριφέρεται όπως ο ηλικιωμένος ραβίνος στον οποίο δύο άντρες πήγαν για να επιλύσουν μια διαφορά, αφού άκουσε τον ένα, ο ραβίνος είπε: «Έχεις δίκιο». Όταν ο δεύτερος είπε και τη δική του άποψη, ο ραβίνος του είπε. «Κι εσύ έχεις δίκιο». Ακούγοντας από το διπλανό δωμάτιο, η σύζυγος του ραβίνου φώναξε: «Μα δεν μπορεί να έχουν και οι δυο δίκιο!». Ο ραβίνος το σκέφτηκε, συμφώνησε και κατέληξε: «Κι εσύ έχεις δίκιο».

Μια ομάδα φυσικών, διάσπαρτοι στις πέντε ηπείρους, προσπαθούν επιμελώς να διευθετήσουν το ζήτημα. Το πεδίο μελέτης τους ονομάζεται «κβαντική βαρύτητα»: στόχος τους, να συνθέσουν μια θεωρία, δηλαδή ένα σύνολο εξισώσεων, αλλά κυρίως μια συνεπή οπτική του κόσμου — με την οποία θα διαλύσουν την τρέχουσα σύγχυση.

Δεν είναι η πρώτη φορά που η φυσική βρίσκεται αντιμέτωπη με δύο πολύ επιτυχημένες αλλά φαινομενικά αντιφατικές θεωρίες. Οι προσπάθειες σύνθεσης έχουν ανταμειφθεί στο παρελθόν με μεγάλα άλματα προόδου στην κατανόηση του κόσμου. Ο Νεύτων ανακάλυψε την παγκόσμια βαρύτητα συνδυάζοντας τα παραβολικά σχήματα του Γαλιλαίου με τα ελλειπτικά του Κέπλερ. Ο Μάξγουελ κατασκεύασε τις εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού συνδυάζοντας τις θεωρίες του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Ο Αϊνστάιν ανακάλυψε τη σχετικότητα μέσω της επίλυσης μιας φαινομενικής σύγκρουσης μεταξύ ηλεκτρομαγνητισμού και μηχανικής. Οι φυσικοί είναι πολύ ευτυχείς όταν εντοπίζουν μια τέτοια σύγκρουση ανάμεσα σε επιτυχημένες θεωρίες: διαβλέπουν μια εξαιρετική ευκαιρία. Μπορούμε λοιπόν τώρα να κατασκευάσουμε ένα εννοιολογικό πλαίσιο που να είναι συμβατό με ό,τι γνωρίζουμε, για τον κόσμο που μας περιβάλλει, και από τις δύο θεωρίες;

Βασική κατεύθυνση στην προσπάθεια επίλυσης του προβλήματος αποτελεί η «κβαντική βαρύτητα βρόχων» με την οποία ασχολείται μια μεγάλη ομάδα ερευνητών, που εργάζονται σε πολλές χώρες.

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων είναι μια προσπάθεια συνδυασμού της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής. Μια κοπιώδης προσπάθεια, διότι χρησιμοποιεί μόνο υποθέσεις που ήδη περιέχονται σ’ αυτές τις θεωρίες, κατάλληλα διαμορφωμένες για να γίνουν συμβατές. Όμως οι συνέπειές της είναι ριζικές: μια δραματική αλλαγή του τρόπου με τον οποίο βλέπουμε τη δομή της πραγματικότητας.

Η ιδέα είναι απλή. Η γενική σχετικότητα μας έλεγε ότι ο χώρος δεν είναι ένα αδρανές κουτί, αλλά μάλλον κάτι δυναμικό: ένα είδος τεράστιου, κινητού μαλακίου, μέσα στο οποίο βρισκόμαστε και που μπορεί να συμπιέζεται και να συστρέφεται. Η κβαντική μηχανική, από την άλλη πλευρά, μας λέει ότι κάθε πεδίο αυτού του είδους «αποτελείται από κβάντα».

Το κεντρικό συμπέρασμα της κβαντικής βαρύτητας βρόχων είναι λοιπόν ότι ο χώρος δεν είναι συνεχής, δεν είναι απείρως διαιρετός, αλλά απαρτίζεται από κόκκους ή «άτομα χώρου». Αυτά είναι πολύ μικροσκοπικά: δισεκατομμύρια φορές μικρότερα από τους μικρότερους ατομικούς πυρήνες. Η θεωρία περιγράφει τα «άτομα χώρου» με μαθηματική μορφή και παρέχει εξισώσεις που προσδιορίζουν την εξέλιξή τους. Ονομάζονται «βρόχοι» ή δακτύλιοι, επειδή δεν είναι απομονωμένα αλλά συνδέονται μεταξύ τους σχηματίζοντας ένα δίκτυο που δημιουργεί την υφή του σύμπαντος.
Πού είναι αυτά τα κβάντα του χώρου; Πουθενά! Δεν βρίσκονται σε κάποιον χώρο, γιατί είναι τα ίδια ο χώρος. Ο χώρος δημιουργείται από τη σύνδεση των ατομικών κβάντων βαρύτητας. Για άλλη μια φορά ο κόσμος φαίνεται να είναι περισσότερο σχέση, παρά αντικείμενα.

Η πιο ακράια είναι η δεύτερη συνέπεια της θεωρίας. Όπως εξαφανίζεται η ιδέα ενός συνεχούς χώρου που περιέχει πράγματα, έτσι εξαφανίζεται και η ιδέα ενός στοιχειώδους και αρχέγονου «χρόνου» που ρέει ανεξάρτητα από τα πράγματα. Οι εξισώσεις που περιγράφουν κόκκους χώρου και ύλης δεν περιέχουν πια τη μεταβλητή «χρόνος».

Αυτό δεν σημαίνει ότι όλα είναι στάσιμα και αμετάβλητα. Αντιθέτως, σημαίνει ότι η αλλαγή είναι πανταχού παρούσα, αλλά οι στοιχειώδεις διαδικασίες δεν μπορούν να διευθετηθούν σε μια κοινή διαδοχή «στιγμών». Στην πολύ μικρή κλίμακα των κόκκων χώρου, ο χορός της φύσης δεν υπακούει στην μπαγκέτα ενός και μοναδικού μαέστρου, στο ίδιο τέμπο. Κάθε διαδικασία από τις γειτονικές, στον δικό της ρυθμό. Το πέρασμα του χρόνου είναι εσωτερικό στον κόσμο, γεννιέται στον ίδιο τον κόσμο, στη σχέση ανάμεσα σε κβαντικά συμβάντα που συνθέτουν τον κόσμο και είναι τα ίδια η πηγή του χρόνου.

Ο κόσμος που περιγράφει η θεωρία απομακρύνεται ακόμα περισσότερο από αυτόν που μας είναι οικείος. Δεν υπάρχει πλέον χώρος που «περιέχει» τον κόσμο, ούτε χρόνος «στη διάρκεια του οποίου» συμβαίνουν γεγονότα. Υπάρχουν μόνο στοιχειώδεις διαδικασίες όπου κβάντα χώρου και ύλης είναι σε συνεχή αλληλεπίδραση. Η ψευδαίσθηση του συνεχούς χώρου και χρόνου γύρω μας είναι η θολή εικόνα αυτής της συρροής στοιχειωδών διαδικασιών – όπως μια ήρεμη, διαυγής, αλπική λίμνη αποτελείται στην πραγματικότητα από έναν γρήγορο χορό μυριάδων μικροσκοπικών μορίων νερού.