“Η πραγματικότητα έχει τόσα πολλά πράγματα που οι περισσότεροι θα συσχετίζονταν με επιστημονική φαντασία ή ακόμα και με φαντασία”, δήλωσε ο Μπρούνο Μπέντο, φυσικός που μελετά τη φύση του χρόνου στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Στο έργο του, χρησιμοποίησε μια νέα θεωρία για την κβαντική βαρύτητα, που ονομάζεται θεωρία αιτιώδους συνόλου, στην οποία ο χώρος και ο χρόνος διασπώνται σε διακριτά κομμάτια του χωροχρόνου. Σε κάποιο επίπεδο, υπάρχει μια θεμελιώδης μονάδα χωροχρόνου, σύμφωνα με αυτή τη θεωρία.
Ο Μπέντο και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αυτή την αιτιώδη προσέγγιση για να εξερευνήσουν την αρχή του σύμπαντος. Διαπίστωσαν ότι είναι πιθανό το σύμπαν να μην είχε αρχή – ότι πάντα υπήρχε στο άπειρο παρελθόν και μόλις πρόσφατα εξελίχθηκε σε αυτό που ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη.
Ένα κβάντο βαρύτητας
Η κβαντική βαρύτητα είναι ίσως το πιο απογοητευτικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη φυσική. Έχουμε δύο εξαιρετικά αποτελεσματικές θεωρίες του σύμπαντος: την κβαντική φυσική και τη γενική σχετικότητα. Η κβαντική φυσική παρήγαγε μια επιτυχημένη περιγραφή τριών από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης ( ηλεκτρομαγνητισμός, αδύναμη δύναμη και ισχυρή δύναμη) σε μικροσκοπικές κλίμακες. Η γενική σχετικότητα, από την άλλη πλευρά, είναι η πιο ισχυρή και πλήρης περιγραφή της βαρύτητας που επινοήθηκε ποτέ.
Αλλά για όλα τα δυνατά της σημεία, η γενική σχετικότητα είναι ελλιπής. Σε τουλάχιστον δύο συγκεκριμένα σημεία του σύμπαντος, τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας απλά καταρρέουν, αποτυγχάνοντας να παράγουν αξιόπιστα αποτελέσματα: στα κέντρα των μαύρων τρυπών και στην αρχή του σύμπαντος. Αυτές οι περιοχές ονομάζονται “ιδιαιτερότητες”, οι οποίες είναι σημεία στο χωροχρόνο όπου οι σημερινοί νόμοι της φυσικής μας καταρρέουν και είναι μαθηματικά προειδοποιητικά σημάδια ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας παραπατά τον εαυτό της. Και στις δύο αυτές ιδιαιτερότητες, η βαρύτητα γίνεται απίστευτα ισχυρή σε πολύ μικρές κλίμακες μήκους.
Ως εκ τούτου, για να λύσουν τα μυστήρια των ιδιαιτεροτήτων, οι φυσικοί χρειάζονται μια μικροσκοπική περιγραφή της ισχυρής βαρύτητας, που ονομάζεται επίσης κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας χορδών και της κβαντικής βαρύτητας βρόχου.
Και υπάρχει μια άλλη προσέγγιση που ξαναγράφει πλήρως την κατανόησή μας για το χώρο και το χρόνο.
Η αιτιολογική θεωρία συνόλων
Σε όλες τις τρέχουσες θεωρίες της φυσικής, ο χώρος και ο χρόνος είναι συνεχείς. Σχηματίζουν ένα λείο ύφασμα που βρίσκεται κάτω από όλη την πραγματικότητα. Σε έναν τέτοιο συνεχή χωροχρόνο, δύο σημεία μπορούν να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά το ένα στο άλλο και δύο γεγονότα μπορούν να συμβούν όσο το δυνατόν πιο κοντά το ένα στο άλλο.
«Η πραγματικότητα έχει τόσα πολλά πράγματα που οι περισσότεροι θα συσχετίζουν με επιστημονική φαντασία ή ακόμα και με φαντασία».
Αλλά μια άλλη προσέγγιση, που ονομάζεται αιτιώδης θεωρία συνόλων, φαντάζεται εκ νέου το χωροχρόνο ως μια σειρά διακριτών κομματιών, ή χωροχρόνων “ατόμων”. Αυτή η θεωρία θα θέσει αυστηρά όρια στο πόσο κοντά μπορεί να είναι τα γεγονότα στο χώρο και στο χρόνο, αφού δεν μπορούν να είναι πιο κοντά από το μέγεθος του “ατόμου”.
Για παράδειγμα, αν κοιτάζετε την οθόνη σας διαβάζοντας αυτό, όλα φαίνονται ομαλά και συνεχή. Αλλά αν κοιτάξετε την ίδια οθόνη μέσω μεγεθυντικού φακού, μπορεί να δείτε τα εικονοστοιχεία που χωρίζουν το χώρο και θα διαπιστώσετε ότι είναι αδύνατο να φέρετε δύο εικόνες στην οθόνη σας πιο κοντά από ένα εικονοστοιχείο.
Αυτή η θεωρία της φυσικής ενθουσίασε τον Μπέντο. «Ενθουσιάστηκα που βρήκα αυτή τη θεωρία, η οποία όχι μόνο προσπαθεί να γίνει όσο το δυνατόν πιο θεμελιώδης-είναι μια προσέγγιση της κβαντικής βαρύτητας και στην πραγματικότητα επανεξετάζοντας την έννοια του ίδιου του χωροχρόνου-αλλά που δίνει επίσης έναν κεντρικό ρόλο στον χρόνο και στο τι αυτό φυσικά σημαίνει ότι πρέπει να περάσει ο χρόνος, πόσο φυσικό είναι το παρελθόν σας και αν το μέλλον υπάρχει ήδη ή όχι».
Αρχή του χρόνου
Η αιτιολογική θεωρία συνόλων έχει σημαντικές επιπτώσεις στη φύση του χρόνου.
«Ένα τεράστιο μέρος της αιτιολογικής φιλοσοφίας είναι ότι το πέρασμα του χρόνου είναι κάτι φυσικό, ότι δεν πρέπει να αποδοθεί σε κάποια αναδυόμενη ψευδαίσθηση ή σε κάτι που συμβαίνει μέσα στον εγκέφαλό μας που μας κάνει να πιστεύουμε ότι ο χρόνος περνά. από μόνη της, μια εκδήλωση της φυσικής θεωρίας », είπε ο Μπέντο. “Έτσι, στη θεωρία αιτιώδους συνόλου, ένα αιτιώδες σύνολο θα μεγαλώνει ένα” άτομο “κάθε φορά και θα γίνεται όλο και μεγαλύτερο”.
Η προσέγγιση αιτιώδους συνόλου απομακρύνει τακτικά το πρόβλημα της ιδιαιτερότητας της Μεγάλης Έκρηξης επειδή, στη θεωρία, δεν μπορούν να υπάρξουν ιδιαιτερότητες. Είναι αδύνατο η ύλη να συμπιέζεται σε απείρως μικροσκοπικά σημεία-δεν μπορούν να γίνουν μικρότερα από το μέγεθος ενός ατόμου χωροχρόνου.
Έτσι, χωρίς μια ιδιαιτερότητα της Μεγάλης Έκρηξης, πώς μοιάζει η αρχή του σύμπαντός μας; Εκεί ο Bento και ο συνεργάτης του, Stav Zalel, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Imperial College του Λονδίνου, πήραν το νήμα, εξερευνώντας τι έχει να πει η θεωρία αιτιώδους συνόλου για τις αρχικές στιγμές του σύμπαντος. Το έργο τους εμφανίζεται σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στις 24 Σεπτεμβρίου στην βάση δεδομένων εκτύπωσης arXiv. (Η εργασία δεν έχει ακόμη δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές.)
Η εργασία εξέτασε “αν πρέπει να υπάρχει αρχή στην προσέγγιση αιτιώδους συνόλου”, είπε ο Μπέντο. “Στην αρχική διατύπωση και τη δυναμική του αιτιολογικού συνόλου, κλασικά, ένα αιτιώδες σύνολο αναπτύσσεται από το τίποτα στο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα. Στη δουλειά μας, αντίθετα, δεν θα υπήρχε η Μεγάλη Έκρηξη ως αρχή, καθώς το αιτιώδες σύνολο θα ήταν άπειρο για το παρελθόν, και έτσι υπάρχει πάντα κάτι πριν ».
Το έργο τους υπονοεί ότι το σύμπαν μπορεί να μην είχε αρχή – ότι απλώς υπήρχε πάντα. Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να ήταν απλώς μια συγκεκριμένη στιγμή στην εξέλιξη αυτού του πάντα υπαρκτού αιτιώδους συνόλου, όχι μια αληθινή αρχή.
Ωστόσο, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά να γίνει. Δεν είναι ακόμη σαφές εάν αυτή η αρχική αιτιολογική προσέγγιση μπορεί να επιτρέψει φυσικές θεωρίες με τις οποίες μπορούμε να εργαστούμε για να περιγράψουμε τη σύνθετη εξέλιξη του σύμπαντος κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης.
«Μπορεί κανείς ακόμα να ρωτήσει αν αυτή η [αιτιώδης προσέγγιση συνόλου] μπορεί να ερμηνευτεί με έναν« λογικό »τρόπο ή τι σημαίνει αυτή η δυναμική φυσικά με μια ευρύτερη έννοια, αλλά δείξαμε ότι ένα πλαίσιο είναι πράγματι δυνατό», είπε ο Μπέντο. «Έτσι τουλάχιστον μαθηματικά, αυτό μπορεί να γίνει».
Με άλλα λόγια, είναι … μια αρχή.
Ακολουθήστε μας στα κοινωνικά δίκτυα facebook, twitter, instagram, και στο Google news. Διαβάστε την e-enimerosi.com για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, κάνετε εγγραφή στην σελίδα και πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.