Δευτέρα, 3 Σεπτεμβρίου 2018

Το σύμπαν ήταν από την αρχή χαοτικό

Πριν από επτά χρόνια ο βραζιλιάνος την καταγωγή φυσικός Adilson Motter υπέθεσε ότι η διαστολή του σύμπαντος κατά τη στιγμή του big bang ήταν ιδιαίτερα χαοτική. Τώρα ο ίδιος και ένας συνάδελφός του, το έχουν αποδείξει χρησιμοποιώντας αυστηρά μαθηματικά επιχειρήματα. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε από το περιοδικό Communications in Mathematical Physics,  αναφέρει ότι όχι μόνο το χάος είναι απόλυτο, αλλά και τα μαθηματικά εργαλεία επίσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να το ανιχνεύσουν. Όταν εφαρμόστηκε στο πλέον αποδεκτό μοντέλο για την εξέλιξη του σύμπαντος, αυτά τα εργαλεία απέδειξαν πως το πρώιμο σύμπαν ήταν χαοτικό.
 
Ορισμένα πράγματα είναι απόλυτα. Η ταχύτητα του φωτός, για παράδειγμα, είναι η ίδια σε σχέση με οποιοδήποτε παρατηρητή στον κενό χώρο. Άλλα πάλι είναι σχετικά. Σκεφτείτε τον ήχο μιας σειρήνας σε ένα ασθενοφόρο, η συχνότητα του οποίου περιοδικά αλλάζει από υψηλή σε χαμηλή καθώς περνάει από μπροστά από ένα παρατηρητή (ανάλογα αν απομακρύνεται ή πλησιάζει). Ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στη φυσική ήταν να εξακριβωθεί αν το χάος – το φαινόμενο στο οποίο μικροσκοπικά γεγονότα οδηγούν σε πολύ μεγάλες αλλαγές με την πάροδο του χρόνου ενός συστήματος, όπως το σύμπαν – είναι απόλυτο ή σχετικό σε συστήματα που διέπονται από την γενική σχετικότητα, όπου ο ίδιος ο χρόνος είναι σχετικός.
 
Μια συγκεκριμένη πτυχή του αινίγματος αυτού αφορά την δυνατότητα να καθορίσουμε  σαφώς αν το σύμπαν στο σύνολό του έχει ποτέ συμπεριφερθεί χαοτικά. Αν το χάος είναι σχετικό, όπως προτείνεται από ορισμένες προηγούμενες μελέτες, το ερώτημα αυτό απλά δεν μπορεί να απαντηθεί, διότι διαφορετικοί παρατηρητές, που κινούνται σχετικά μεταξύ τους, θα μπορούσαν να φθάσουν σε αντίθετα συμπεράσματα με βάση τα τικ των δικών τους ρολογιών.
 
«Μια ανταγωνιστική ερμηνεία ήταν ότι το χάος θα μπορούσε να είναι μια ιδιότητα του παρατηρητή και όχι μια ιδιότητα του συστήματος που παρατηρείται», δήλωσε ο Motter, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Northwestern. «Η μελέτη μας δείχνει ότι διαφορετικοί φυσικοί παρατηρητές θα συμφωνούν αναγκαστικά σχετικά με τη χαοτική φύση του συστήματος."
 
Τούτη η εργασία έχει άμεσες συνέπειες για την κοσμολογία και δείχνει ειδικότερα ότι οι ασταθείς εναλλαγές μεταξύ της μετατόπισης προς το ερυθρό και προς το μπλε, στις απαρχές του σύμπαντος ήταν στην πραγματικότητα χαοτικές.
 
Ο Motter μαζί με την συνάδελφό του Katrin Gelfert, μαθηματικός στο Πανεπιστήμιο του Ρίο ντε Τζανέιρο, που λέει ότι οι μαθηματικές πτυχές του προβλήματος είναι πηγή έμπνευσης και πιθανόν να οδηγήσουν σε άλλες μαθηματικές εξελίξεις.
 
Ένα σημαντικό ανοικτό ερώτημα στην κοσμολογία είναι να εξηγήσει γιατί μακρινές περιοχές του ορατού σύμπαντος – συμπεριλαμβανομένων εκείνων που είναι πολύ μακριά που είναι πολύ μακριά για μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους – είναι τόσο παρόμοιες.
 
"Κάποιος θα μπορούσε να υποστηρίξει ότι αυτή η ομοιότητα συμβαίνει επειδή το μεγάλης κλίμακας σύμπαν δημιουργήθηκε μαζί," είπε ο Motter," αλλά αυτό δεν είναι το είδος των απαντήσεων που οι φυσικοί παίρνουν ως δεδομένο. "
 
Πριν από πενήντα χρόνια, οι φυσικοί πίστευαν ότι η πραγματική απάντηση θα μπορούσε να οφείλεται σε ό,τι συνέβη ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αν και οι αρχικές μελέτες απέτυχαν να αποδείξουν ότι μια αυθαίρετη αρχική κατάσταση του σύμπαντος ενδεχομένως να συγκλίνει με τη σημερινή μορφή του Κόσμου, οι ερευνητές διαπίστωσαν κάτι, πιθανόν, ακόμη πιο ενδιαφέρον: η πιθανότητα ότι το σύμπαν στο σύνολό του γεννήθηκε εγγενώς χαοτικό.
 
Το σημερινό σύμπαν επεκτείνεται και αυτό το κάνει προς όλες τις κατευθύνσεις, εξήγησε ο Motter, με αποτέλεσμα την ερυθρή μετατόπιση των μακρινών πηγών φωτός σε όλες τις τρεις διαστάσεις – ένα οπτικά ανάλογο της χαμηλής συχνότητας του ήχου σε μια κινούμενη σειρήνα. Το πρώιμο σύμπαν, από την άλλη πλευρά, επεκτάθηκε σε δύο μόνο διαστάσεις και που συμπιέστηκε στην τρίτη διάσταση.
 
Αυτό το φαινόμενο οδήγησε σε μια ερυθρή μετατόπιση προς τις δύο κατευθύνσεις και μια μετατόπιση προς το μπλε στην τρίτη. Η κατεύθυνση όπου συμπιέστηκε, ωστόσο, δεν ήταν πάντα η ίδια σε αυτό το σύστημα. Αντίθετα, εναλλάσσεται με ασταθή τρόπο μεταξύ των x, y και z.
 
"Σύμφωνα με την κλασική θεωρία της γενικής σχετικότητας, το πρώιμο σύμπαν πέρασε από άπειρες διακυμάνσεις μεταξύ των δύο κατευθύνσεων (συστολής και διαστολής)", δήλωσε ο Motter.
 
"Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι η πρώιμη εξέλιξη του σύμπαντος, αν και δεν είναι αναγκαία η σημερινή του κατάσταση, εξαρτιέται με μεγάλη ευαισθησία από τις αρχικές συνθήκες που έθεσε το big bang".
 
Αυτό το πρόβλημα έχει αποκτήσει μια νέα διάσταση εδώ και 22 χρόνια, όταν δύο ερευνητές, ο Gerson Francisco και ο Γιώργος Μάτσας (George Matsas), διαπίστωσαν ότι διαφορετικές περιγραφές των ίδιων γεγονότων οδηγούν σε διαφορετικά συμπεράσματα σχετικά με τη χαοτική φύση του πρώιμου σύμπαντος. Επειδή οι διαφορετικές περιγραφές μπορούν να εκπροσωπούν τις προοπτικές των διαφόρων παρατηρητών, το γεγονός αυτό αμφισβήτησε την υπόθεση ότι θα υπάρξει συμφωνία μεταξύ των διαφόρων παρατηρητών. Στο πλαίσιο της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, μια τέτοια συμφωνία οφείλεται στο “σχετικιστικό αναλλοίωτο."
 
"Τεχνικά, έχουμε καθιερώσει τους όρους υπό τους οποίους οι δείκτες του χάους είναι σχετικιστικά αναλλοίωτοι," λέει ο Motter. “Ο μαθηματικός χαρακτηρισμός μας εξηγεί επίσης τα υφιστάμενα αμφιλεγόμενα αποτελέσματα."

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου