Αναλύοντας τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang) είναι μια κοσμολογική προσέγγιση για το πώς ξεκίνησε το Σύμπαν.

Με απλά λόγια, εξηγεί, πώς «γεννήθηκε» το Σύμπαν από μια μικρή μοναδικότητα και πώς επεκτάθηκε τα επόμενα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια για να γίνει το Σύμπαν, όπως το γνωρίζουμε σήμερα.

Επειδή η τεχνολογία που διαθέτουμε δεν επιτρέπει στους αστρονόμους να «κοιτάξουν» πίσω στη στιγμή που γεννήθηκε το Σύμπαν, πολλά από όσα κατανοούν οι επιστήμονες γύρω από τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, προέρχονται από μαθηματικές θεωρίες και μοντέλα.

Οι αστρονόμοι, ωστόσο -όπως αναφέρει η Elizabeth Howell στο Space.com- μπορούν να δουν την «ηχώ» της διαστολής του Σύμπαντος χάρη σε ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως «κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων».

Το πρώτο δευτερόλεπτο και η γέννηση του φωτός

Στο πρώτο δευτερόλεπτο αμέσως μετά τη δημιουργία του Σύμπαντος, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος ήταν περίπου 5,5 δισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου, σύμφωνα με τη NASA.

Το Σύμπαν αποτελούνταν από μια μεγάλη σειρά θεμελιωδών σωματιδίων, όπως νετρόνια, ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Θα ήταν αδύνατο να δει κανείς αυτήν την «πρώιμη σούπα», επειδή το φως δε μπορούσε να περάσει στο εσωτερικό της.

«Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα έκαναν το φως (φωτόνια) να σκορπίσει, όπως σκορπίζουν οι ακτίνες του ήλιου από τα σταγονίδια νερού στα σύννεφα» αναφέρει η ίδια πηγή (NASA). Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συναντήθηκαν με πυρήνες και δημιούργησαν ουδέτερα άτομα. Αυτό επέτρεψε στο φως να περάσει, περίπου 380.000 έτη φωτός μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Το πρώιμο αυτό φως –μερικές φορές καλείται και ως λυκόφως της Μεγάλης Έκρηξης- είναι γνωστό ως κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων [cosmic microwave background (CMB)].

Το είχε προβλέψει πρώτος ο Ralph Alpher, μαζί με άλλους επιστήμονες, το 1948, όμως βρέθηκε τυχαία περίπου 20 χρόνια μετά.

Οι Arno Penzias και Robert Wilson, από το εργαστήριο Bell Telephone Laboratories στο Murray Hill του Νιου Τζέρσεϊ, κατασκεύαζαν σύμφωνα με τη NASA ένα ραδιοφωνικό δέκτη (κεραία) το 1965 και έπιασαν υψηλότερες θερμοκρασίες (ακτινοβολία) από αυτές που περίμεναν.

Αρχικά, πίστεψαν ότι αυτή η ανωμαλία οφειλόταν στα περιστέρια και τις κουτσουλιές που άφηναν πίσω τους, όμως παρότι καθάρισαν και… εξαφάνισαν τα περιστέρια που είχαν φωλιάσει μέσα στην κεραία, η «ανωμαλία» αυτή επέμενε.

Την ίδια περίοδο, μια ερευνητική ομάδα από το πανεπιστήμιο Πρίνστον, με επικεφαλής τον Robert Dicke, προσπαθούσε να βρει αποδείξεις για την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν, ότι αυτό που έψαχναν το είχαν ανακαλύψει οι Penzias και Wilson.

Και οι δύο ομάδες δημοσίευσαν τις μελέτες τους στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal το 1965.

Προσδιορίζοντας την ηλικία του Σύμπαντος

Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων έχει παρατηρηθεί από πολλές αποστολές. Μία από τις πιο γνωστές ήταν με τη βοήθεια του δορυφόρου Cosmic Background Explorer (COBE) της NASA, ο οποίος χαρτογράφησε τον ουρανό τη δεκαετία του 1990.

Τα βήματα του COBE ακολούθησαν πολλές άλλες αποστολές, όπως το πείραμα BOOMERanG (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics), το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA και ο δορυφόρος της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (European Space Agency) Planck.

Οι παρατηρήσεις του European Space Agency, που δημοσιεύτηκαν το 2013, χαρτογράφησαν το φόντο με τόσο πρωτοφανείς λεπτομέρειες, που αποκάλυψαν ότι το Σύμπαν ήταν πιο παλιό απ’ ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες πριν (ήταν ηλικίας 13,82 δισεκατομμυρίων ετών αντί 13,7 δισεκατομμυρίων ετών).

Οι χάρτες αυτοί όμως άνοιξαν το δρόμο για νέα «μυστήρια», όπως το γιατί το Νότιο Ημισφαίριο εμφανίζεται ελαφρώς πιο κόκκινο (πιο θερμό) απ’ ό,τι το Βόρειο Ημισφαίριο.

Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου θα είναι πάνω κάτω η ίδια, ανεξάρτητα από το πού κοιτάζει κανείς.

Η μελέτη του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων παρέχει, ακόμη, στους αστρονόμους στοιχεία γύρω από τη σύνθεση του Σύμπαντος.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το μεγαλύτερο μέρος του κόσμου αποτελείται από ύλη και ενέργεια, που δε μπορεί να γίνει «αισθητή» με συμβατικά μέσα, και ως εκ τούτου έχουμε ονομασίες όπως «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια».

Μόλις το 5% του Σύμπαντος αποτελείται από ύλη, όπως αυτή των πλανητών, των άστρων και των γαλαξιών.

Εντοπίστηκαν βαρυτικά κύματα;

Ενώ οι αστρονόμοι μπορούσαν να «δουν» την απαρχή του Σύμπαντος, αναζητούσαν αποδείξεις από την ταχεία διαστολή του.

Κάποιες θεωρίες υποστηρίζουν, ότι το πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη γέννηση του Σύμπαντος ο κόσμος «φούσκωσε» γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό, δεν παραβιάζει το όριο ταχύτητας του Αϊνστάιν, ο οποίος είπε ότι το φως ταξιδεύει πιο γρήγορα από οτιδήποτε στο Σύμπαν. Αυτό δεν ίσχυε στη διαστολή του Σύμπαντος.

Πριν από λίγες ημέρες αστρονόμοι ανέφεραν ότι βρήκαν αποδείξεις από τα πρώτα βαρυτικά κύματα που εμφανίστηκαν στο Σύμπαν, γνωστά ως «αρχέγονα» βαρυτικά κύματα, με τη βοήθεια ενός τηλεσκοπίου στην Ανταρκτική, που ονομάζεται Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, ή εν συντομία BICEP2.

Τα ευρήματά τους πρέπει να ελεγχθούν από ανεξάρτητους ερευνητές, όμως, όπως δήλωσαν οι επιστήμονες στο Space.com, είναι σίγουροι ότι θα επιβεβαιωθούν.

«Είμαστε πολύ σίγουροι ότι τα σήματα που βλέπουμε είναι πραγματικά και βρίσκονται στον ουρανό» ανέφερε ο επικεφαλής της έρευνας John Kovac από το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Ταχύτερη διαστολή, πολυσύμπαντα και χαρτογράφηση της απαρχής

Το Σύμπαν όχι μόνο επεκτείνεται, αλλά αυτό συμβαίνει ακόμη πιο γρήγορα καθώς διαστέλλεται. Αυτό σημαίνει, ότι εν καιρώ, κανείς δε θα είναι σε θέση να εντοπίσει άλλους γαλαξίες από τη Γη, ή από οποιοδήποτε άλλο πλεονεκτικό σημείο μέσα στο γαλαξία μας.

«Θα δούμε μακρινούς γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς, ενώ η ταχύτητά τους αυξάνεται με το πέρασμα του χρόνου» είχε υποστηρίξει σε πρόσφατο άρθρο του ο αστρονόμος του Χάρβαρντ Avi Loeb. «Επομένως, αν περιμένει κανείς αρκετά, τελικά κάποιος μακρινός γαλαξίας θα φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Αυτό σημαίνει, ότι ούτε το φως δε θα είναι σε θέση να γεφυρώσει αυτό το χάσμα που θα έχει ανοιχτεί ανάμεσα σε εκείνον το γαλαξία και εμάς. Δεν υπάρχει περίπτωση οι εξωγήινοι σε εκείνον τον γαλαξία να μπορούν να επικοινωνήσουν μαζί μας, να στείλουν οποιοδήποτε σήμα που θα μπορέσει να φτάσει σε εμάς, από τη στιγμή που ο γαλαξίας τους θα κινείται πιο γρήγορα από το φως που είναι γνωστό σε εμάς».

Ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν, ότι το Σύμπαν μέσα στο οποίο ζούμε είναι ένα από τα πολλά που υπάρχουν.

Στο μοντέλο του «πολυσύμπαντος», τα διαφορετικά σύμπαντα συνυπάρχουν σαν φούσκες, το ένα δίπλα στο άλλο. Η θεωρία αυτή υπονοεί ότι κατά την πρώτη διαστολή, διαφορετικά τμήματα στο Διάστημα, μεγάλωσαν με διαφορετικό ρυθμό. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τη «χάραξη» διαφορετικών τομέων –διαφορετικά σύμπαντα- με δυνητικά διαφορετικούς νόμους φυσικής.

Ενώ μπορούμε να κατανοήσουμε πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, όπως το γνωρίζουμε σήμερα –καταλήγει η αρθρογράφος- είναι πιθανό η Μεγάλη Έκρηξη να μην ήταν η πρώτη περίοδος διαστολής που βίωσε αυτό.

Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν, ότι ζούμε σε έναν κόσμο (σύμπαν) που περνά από διάφορες φάσεις διαστολής και συστολής και ότι απλά τυχαίνει να ζούμε σε κάποια από αυτές τις φάσεις.