Κατοικώντας σ' ένα σκοτεινό και βίαιο Σύμπαν

Του ΣΠΥΡΟΥ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗ

Η εικόνα που μας προσφέρει η σύγχρονη επιστήμη για τη δομή και την εξέλιξη του Σύμπαντος είναι μάλλον ασυνήθιστη, σχεδόν υπερρεαλιστική. Η παλαιότερη υποψία ότι το Σύμπαν μας περιέχει μια μεγάλη, και παντελώς άγνωστη, ποσότητα ύλης και ενέργειας θεωρείται σήμερα βεβαιότητα. Εύκολα αντιλαμβάνεται κανείς το σοκ που προκάλεσε, στα τέλη του εικοστού αιώνα, η είδηση ότι μέχρι τότε η Φυσική είχε αγνοήσει τα 3/4 της συνολικής μάζας-ενέργειας του Σύμπαντος!

Σύντομα όμως οι φυσικοί συνήλθαν από το σοκ κι άρχισαν να αναζητούν κάποιες λογικές απαντήσεις στα άκρως ενοχλητικά ερωτήματα που θέτει η παρουσία της «σκοτεινής» ύλης και ενέργειας στον κόσμο. Δημιουργήθηκε, μάλιστα, και ένας νέος επιστημονικός κλάδος που μελετά αυτά τα φαινόμενα: η «αστροσωματιδιακή φυσική».

Ζητήσαμε λοιπόν από τον Σταύρο Κατσανέβα, επιφανή Ελληνα αστροσωματιδιακό φυσικό, να μας εξηγήσει με ποιο τρόπο επιχειρεί σήμερα η επιστήμη να ρίξει κάποιο φως στην πιο σκοτεινή πλευρά του Σύμπαντος.

Η γνωστή σε όλους ορατή ύλη, από την οποία αποτελούνται τα αστέρια, οι πλανήτες και τα σώματά μας, αντιστοιχεί μόλις στο 4% της συνολικής ύλης-ενέργειας που υπάρχει στο Σύμπαν. Το υπόλοιπο 96% είναι ένα μυστηριώδες μείγμα από «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια».

Παραδόξως, οι πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης ήταν γνωστές ήδη από τη δεκαετία του 1930, αλλά αγνοήθηκαν συστηματικά. Ομως στα τέλη του εικοστού αιώνα δύο ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες ανακοίνωσαν τις έρευνές τους, που απεδείκνυαν ότι οι μέχρι τότε έρευνες είχαν αγνοήσει τα 3/4 της συνολικής μάζας-ενέργειας του Σύμπαντος! Την πρώτη ερευνητική ομάδα διηύθυνε ο διάσημος αστροφυσικός Σολ Πέρλμουτερ του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ των ΗΠΑ, ενώ η δεύτερη ομάδα ήταν μια διεθνής συνεργασία μεταξύ του Μπράιαν Σμιτ (Αυστραλία) και του Ρόμπερτ Κίρσνερ (ΗΠΑ).

Στο ερώτημα γιατί η Φυσική χρειάστηκε τόσο χρόνο για να αποκαλύψει την ύπαρξη αυτής της τεράστιας ποσότητας «σκοτεινής ύλης» στο Σύμπαν η απάντηση είναι απλή: επειδή αυτή η ύλη δεν εκπέμπει φώς ή κάποια άλλη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αρα ήταν αδύνατον να ανιχνευθεί άμεσα με τα συνήθη τηλεσκόπια ή ραδιοτηλεσκόπια.

Την παρουσία της μπορούμε να την ανιχνεύσουμε μόνον έμμεσα: μελετώντας τις ταχύτητες περιφοράς των εξωτερικών άστρων στους βραχίονες των γαλαξιών ή από τα φαινόμενα της λεγόμενης «βαρυτικής εστίασης του φωτός».

Αυτή η δεύτερη έμμεση αλλά αποφασιστική ένδειξη έχει να κάνει με το γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη, ενώ είναι αόρατη επειδή δεν αλληλεπιδρά με τη γνωστή μας ύλη, είναι ωστόσο βέβαιο ότι θα πρέπει να έχει κάποια μάζα. Και εφόσον η θεωρία του Αϊνστάιν περί καμπύλωσης του χωροχρόνου από την παρουσία της μάζας είναι σωστή, τότε και η μάζα της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να καμπυλώνει το τμήμα του χωροχρόνου που την περιέχει.

Οπως μας εξηγεί ο Σταύρος Κατσανέβας: «Στη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, η μάζα καμπυλώνει τον χώρο γύρω της ώστε η τροχιά του φωτός παύει να είναι ευθύγραμμη, αλλά ακολουθεί την καμπυλότητα του χώρου. Η μάζα, ορατή και μη, παίζει τον ρόλο βαρυτικού φακού, εστιάζει δηλαδή το φως των μακρινών γαλαξιών, δημιουργώντας οπτικά φαινόμενα: εστιάσεις, κατοπτρισμούς, φαινομενικές επιμηκύνσεις κ.λπ.

Χρησιμοποιώντας αυτά τα φαινόμενα και υπολογίζοντας κατά πόσο το φως μακρινών γαλαξιών απέκλινε από την ευθεία, μπορούμε να υπολογίσουμε πόση μάζα μεσολαβεί ανάμεσα σ' αυτούς τους γαλαξίες και τη Γη. Μπορούμε δηλαδή να χαρτογραφήσουμε αυτή τη μάζα ανεξάρτητα από το αν εκπέμπει φως η όχι. Και αυτού του είδους οι χαρτογραφήσεις έδειξαν ότι η μάζα στην άμεση αστρική μας γειτονιά είναι πολύ περισσότερη από την ορατή».

Ομως οι δυσάρεστες εκπλήξεις για τους φυσικούς δεν τελείωσαν με την ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης. Πιο πρόσφατα ήρθε να προστεθεί μια ακόμη πιο αινιγματική παρουσία: η σκοτεινή ενέργεια. Οι αστροφυσικοί κατέληξαν στην άκρως ενοχλητική διαπίστωση ότι το Σύμπαν μας διαστέλλεται συνεχώς, και μάλιστα με επιταχυνόμενους ρυθμούς. Αναλύοντας τη συμπεριφορά κάποιων μακρινών αστεριών, που ονομάζονται «υπερκαινοφανείς αστέρες» επειδή τελειώνουν τη ζωή τους με μια γιγάντια έκρηξη, διαπίστωσαν ότι αυτές οι εκρήξεις ήταν λιγότερο φωτεινές απ' όσο περίμεναν.

Συνεπώς, υπάρχει κάτι στο Σύμπαν που επιταχύνει αντί να επιβραδύνει τη διαστολή του. Γεγονός που συνεπάγεται ότι όλη η σκοτεινή και όλη η ορατή ύλη μαζί, δηλαδή η συνολική μάζα του σύμπαντος, καθώς και οι βαρυτικές ελκτικές δυνάμεις που αυτή η μάζα αναπτύσσει, δεν είναι πλέον σε θέση να συγκρατήσουν την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.

Ολες οι παρατηρήσεις επιβεβαιώνουν την ανάγκη ύπαρξης στο Σύμπαν μιας άγνωστης αλλά πολύ ισχυρής «αντιβαρυτικής δύναμης» που το ωθεί να δραπετεύει. Και επειδή οι επιστήμονες αγνοούν τη φύση και την προέλευση αυτής της άγνωστης μορφής ενέργειας, την αποκαλούν «σκοτεινή ενέργεια» ή «ενέργεια του κενού».

Ετσι, από αυτές τις μετρήσεις των κοσμολογικών διακυμάνσεων, οι αστροφυσικοί κατάφεραν να υπολογίσουν με μεγάλη ακρίβεια την πυκνότητα της σκοτεινής κοσμικής ύλης και ενέργειας και κατέληξαν στη βεβαιότητα ότι η ορατή ύλη δεν αποτελεί παρά μόνο το 4% της ύλης και της ενέργειας του Σύμπαντος, ενώ το υπόλοιπο 96% αποτελείται από σκοτεινή ύλη (23%) και σκοτεινή ενέργεια (73%).

Διαπιστώνουμε λοιπόν ότι κατοικούμε σ' ένα βίαιο, σκοτεινό αλλά, ευτυχώς, όχι αφιλόξενο Σύμπαν, εφόσον εξακολουθούμε να υπάρχουμε και προσπαθούμε να επινοήσουμε τρόπους για να διαφωτίσουμε τις πιο σκοτεινές πτυχές του.

2 - 21/02/2009