Thursday, September 15, 2005

Μια φορά και έναν καιρό σημειώθηκε μια μεγάλη έκρηξη...

…ίσως.

Η ιστορία της μεγάλης έκρηξης αρχίζει ως εξής.

Ο Einstein κατασκευάζει την Γενική θεωρία της Σχετικότητας στις αρχές του 20ου αιώνα. Βάζει και μια σταθερά στις εξισώσεις του, αυθαίρετα, για να δημιουργήσει ένα αιώνιο αμετάβλητο σύμπαν, η σταθερά αυτή Λ δεν αλλοιώνει την θεωρία της Σχετικότητας . Έλα ντε που ο Hubble παρατηρεί ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται και ο τρόπος απομάκρυνσής τους υποδεικνύει μια κοινή αφετηρία στο μακρινό παρελθόν. Οι Φριντμαν-Λεμετρ, επεξεργαζόμενοι τις εξισώσεις της Σχετικότητας και κάνοντας μερικές βασικές, απλές παραδοχές, κατασκευάζουν ένα μοντέλο σύμπαντος προερχόμενο από μια αρχική σημειακή ανωμαλία, η οποία εκρύγνεται, η σταθερά Λ δεν φαίνεται να παίζει κάποιο ιδιαίτερο ρόλο ακόμα . Και εγένετο φως…, όπως θα έλεγε και ο αβάς Λεμέτρ.

Μετά αρχίζουν οι επιβεβαιώσεις…

Η ακτινοβολία υποβάθρου προβλέπεται θεωρητικά να αντιστοιχεί στους -268ο C, βρίσκεται από παρατηρησιακούς αστρονόμους, οι οποίοι αγνοούσαν τη θεωρητική αυτή πρόβλεψη στους -270ο C. Η ακτινοβολία αυτή είναι φωτόνια που έχουν μια συγκεκριμένη ενέργεια και λαμβάνεται από παντού και είναι σχεδόν το ίδιο ισχυρή όπου και να στραφεί κανείς. Στη φυσική υπάρχει μια σχέση που σχετίζει ενέργεια και θερμοκρασία.

Οι γαλαξίες όσο πιο μακριά κοιτάμε, άρα και πιο βαθιά στο παρελθόν, επιβεβαιώνουν ότι όντως απομακρύνονται μεταξύ τους και ότι φαίνεται να έχουν μια κοινή αφετηρία.

…αλλά και τα προβλήματα.

Η ορατή ύλη -δηλαδή η γνωστή και παρατηρήσιμη ύλη - στο σύμπαν δε φαίνεται να μπορεί να δικαιολογήσει τις παρατηρούμενες σήμερα δομές –γαλαξίες, σμήνη και υπερσμήνη γαλαξιών κτλ-, άρα δε μας μένει τίποτα άλλο παρά να εισάγουμε μια επιπλέον ύλη, τη σκοτεινή. Τις απαιτήσει για τον ρόλο της σκοτεινής ύλης δεν υπάρχει ακόμα γνωστό σωματίδιο που να τις ικανοποιεί. Και εδώ αρχίζει μια ζωολογία από απίθανα σωματίδια, τα οποία τα ονομάζουμε και για αυτό τον λόγο εξωτικά. Αλλά η σκοτεινή ύλη είναι μάλλον υπαρκτή, καθώς ο τρόπος που κινούνται τα αστέρια στους γαλαξίες απαιτεί την ύπαρξή της, εκτός εάν το μοντέλα με τη νευτώνεια βαρύτητα δεν επαρκούν να περιγράψουν την κίνηση των αστέρων στους γαλαξίες. Εντέλει για να τελειώνουμε το πυκνώνουμε το σύμπαν με πολύ σκοτεινή ύλη, έτσι ώστε η σκοτεινή να είναι πολύ περισσότερη από την φωτεινή.

Το τηλεσκόπιο Hubble κοιτάζει ακόμα πιο βαθιά στον χρόνο και βλέπει πως η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται με τρόπο που δεν φτάνει να θεωρήσει κανείς ότι το σύμπαν είναι πολύ αραιό, ειδικά όταν το έχεις πυκνώσει με πολύ σκοτεινή ύλη. Οι κοσμολόγοι ανασταίνουν λοιπόν το αυθαίρετο Λ που αλλάζει ρόλο και από σταθεροποιητικό γίνεται η σκοτεινή ενέργεια που τα απομακρύνει όλα. Να και η μεγάλη διάρρηξη… Όλα θα τελειώσουν σε ένα απείρως διαστελόμενο σύμπαν ενεργειακού πολτού, μέχρι και οι μελανές οπές εξαφανίζονται, εκπέμποντας ενέργεια. Χρήσιμο είναι να επισημανθεί ότι μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 90, η πλειονότητα των κοσμολόγων υποστήριζαν με σιγουριά ότι Λ=0.

Αυτά εν τάχη και για να κλείσουμε…

όταν αναγκάζεσαι να εισάγεις συνέχεια καινούργιες έννοιες όπως η σκοτεινή ύλη και η νεότευκτη σκοτεινή ενέργεια για να στηρίξεις κάτι που διαφορετικά επιστημονικά ασταθεί, πρέπει μάλλον να κοιτάξεις το ζήτημα διαφορετικά...

Labels:

6 Comments:

Anonymous Κώστας said...

Τί είναι αυτό που ακριβώς ασταθεί (sic); Το big bang; Η διαστολή; Η θεωρία της γενικής σχετικότητας; Τα πειραματικά δεδομένα;

Fri Sep 16, 11:55:00 AM 2005  
Blogger neuronik said...

Μια βιαστική σκέψη.
Καθώς μου ξανάφερες στο μυαλό τη "μη παρατηρημένη" σκοτεινή ύλη και ενέργεια τραβήχτηκα λίγο πίσω και κοίταξα τη σελίδα του μπλογκ: διάφοροι χρωματιστοί χαρακτήρες σε ένα μαύρο φόντο. Φωτεινή Ύλη σε ένα υπόβαθρο σκοτεινής, μη εκπέμπουσας. Ίσως η σκοτεινή ύλη να μην υπάρχει αλλά να είναι σβησμένα pixel. Τότε το ερώτημα γίνεταιπώς είναι φτιαγμένα/οργανωμένα τα Pixel ή "τί είδους ....οθόνη είναι το σύμπαν, crt, tft, άλλο;

Αυτή η ιστορία της σκοτεινής ύλης φαίνεται μάλλον σα μια ανεπάρκεια παρά σαν ανακάλυψη που βρήκε χώρο, λόγω του μυστηριώδους της στην κακό-εκλαικευμένη επιστημονική ειδησεογραφία.

Fri Sep 16, 05:20:00 PM 2005  
Blogger ggl said...

Τα πειραματικά δεδομένα συνήθως δεν ασταθούν, ωστόσο η ερμηνεία αυτών ναι. Μια θεωρία ευσταθεί όσο αυτά που προβλέπει επαληθεύονται από τα πειραματικά δεδομένα. Η γενική θεωρία της σχετικότητας δεν έχει προβλήματα με όσα προβλέπει από ότι ξέρω. Η διαστολή που παρατηρούμε στο ορατό σε εμάς σύμπαν πράγματι υπάρχει. Αυτό που μου φαίνεται ότι ασταθεί είναι η θεωρία της μεγάλης έκρηξης. Αν και δε γνωρίζω καμία άλλη θεωρία, η οποία να ερμηνεύει τόσο καλά τα παρατηρησιακά δεδομένα. Η έλλειψη σοβαρά ελεγμένης εναλλακτικής πρότασης δε σημαίνει ότι η μεγάλη έκρηξη ισχυεί, σημαίνει όμως ότι δεν υπάρχει διάθεση από την επστημονική κοινότητα για κάτι διαφορετικό, για μια άλλη οπτική γωνία. Η επινόηση καινούργιων ποσοτήτων τα οποία δεν μπορείς να ελέγξεις πειραματικά αν όντως υπάρχουν μόνο για να στηρίξεις τη θεωρία σου είναι ένα επιστημονικά επικίνδυνο μονοπάτι.

Mon Sep 19, 01:01:00 AM 2005  
Anonymous Κώστας said...

Πριν απαντήσω θέλω να ξεκαθαρίσω ότι οι θεωρίες περί σκοτεινής ύλης μου θυμίζουν τις θεωρίες περί αιθέρα του τέλους του προ-προηγούμενου αιώνα και δεν τις θεωρώ πολύ σοβαρές. Έχοντας όμως παραθέσει τις προκαταλήψεις μου (είναι καλό να ξεχωρίζουμε τις προκαταλήψεις από τις εύλογες εικασίες και από τις γνώσεις) πρέπει να παραδεχθώ ότι το πιο πιθανό είναι ότι έχω άδικο και ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει.

Βγάζεις το συμπέρασμα ότι η μεγάλη έκρηξη ίσως να μην ισχύει βασιζόμενος στο ότι οι κοσμολόγοι έχουν κάνει κάποιες «επινοήσεις» οι οποίες δεν είναι καλά θεμελιωμένες. Ποιές είναι αυτές οι επινοήσεις και τελικά έχουν καμία σχέση με την μεγάλη έκρηξη;

Πρώτον, ότι για να εξηγηθούν οι παρατηρούμενες καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών πρέπει να υπάρχει πολύ περισσότερη (μη αδρονική) μάζα από όση εκτιμούμε. Από όσα ξέρω αυτό είναι το κύριο (μοναδικό;) επιχείρημα που οδηγεί στην υπόθεση της σκοτεινής ύλης. Πρόσεξε όμως ότι δεν έχει καμία σχέση με την μεγάλη έκρηξη. Αυτά που συγκρούονται εδώ είναι η θεωρία της γενικής σχετικότητας (που μας δίνει την καμπύλη περιστροφής για συγκεκριμένη κατανομή μάζας στον γαλαξία), οι παρατηρούμενες καμπύλες περιστροφής, η εκτίμηση της παρατηρούμενης φωτεινής μάζας καθώς και οι συλλογισμοί που μας δίνουν μια εκτίμηση για το ποσό της αδρονικής μάζας. Οπότε αν δεν ισχύει η υπόθεση της σκοτεινής ύλης κάτι από όλα αυτά είναι λάθος αλλά η μεγάλη έκρηξη δεν έχει καμία σχέση.

Η δεύτερη «επινόηση» είναι η κοσμολογική σταθερά Λ. Αλλά στην πραγματικότητα δεν πρόκεται για επινόηση περισσότερο από ότι η υπόλοιπη θεωρία της γενικής σχετικότητας. Και τελικά και αυτή η επινόηση θα ελεγχθεί πειραματικά. Το πρόβλημα με το Λ είναι ότι για να ελέγξουμε την τιμή του χρειαζόμαστε μετρήσεις από πολύ μακρινά άστρα στα όρια των οργάνων που έχουμε. Γι'αυτόν τον λόγο δεν είχε μετρηθεί μέχρι τώρα. Αν υπάρξουν επιπλέον μετρήσεις που θα δείξουν ότι το Λ είναι μη μηδενικό δεν βλέπω τον λόγο να το αντιμετωπίζουμε σαν μια επιπλέον επινόηση και όχι σαν ουσιαστικό στοιχείο της θεωρίας της γενικής σχετικότητας. Πάλι όμως, η μεγάλη έκρηξη δεν έχει καμία σχέση με το Λ.

Για να συνοψίσω: η υπόθεση της μεγάλης έκρηξης όχι μόνο δεν έχει καμία σχέση με αυτές τις επινοήσεις αλλά όπως παραδέχεσαι και εσύ έχει ισχυρή παρατηρησιακή στήριξη.

Γράφεις:

> Η επινόηση καινούργιων ποσοτήτων τα οποία δεν μπορείς να ελέγξεις πειραματικά αν όντως υπάρχουν μόνο για να στηρίξεις τη θεωρία σου είναι ένα επιστημονικά επικίνδυνο μονοπάτι.

Το κλειδί στην παραπάνω φράση είναι το «δεν μπορείς να ελέγξεις πειραματικά». Οι επινοήσεις αποτελούν το πιο σπουδαίο κομμάτι της έρευνας αρκεί να μπορούν να ελεγχθούν πειραματικά. Ακριβώς γι'αυτόν τον λόγο, η υπόθεση της σκοτεινής ύλης δεν έχει ενσωματωθεί στο σώμα της επιστημονικής γνώσης σαν δεδομένο αλλά είναι απλώς μια εικασία που περιμένει είτε κάποια επιβεβαίωση είτε μια εναλλακτική (πιο πειστική) πρόταση για την εξήγηση των καμπύλων περιστροφής.

Μια τελευταία διευκρίνηση: δεν υποστηρίζω πλήρως την υπόθεση της μεγάλης έκρηξης. Το ίδιο νομίζω ότι ισχύει για τους περισσότερους κοσμολόγους. Για να γίνω πιο σαφής δεν πιστεύω ότι το σύμπαν ξεκίνησε από ένα σημείο και δεν πιστεύω ότι έχουμε την παραμικρή ιδέα για το τι έγινε πριν τον χρόνο Πλανκ. Πιστεύω όμως ότι το γνωστό σενάριο για το τι έγινε από εκεί και πέρα είναι κατά βάση σωστό.

Mon Sep 19, 12:22:00 PM 2005  
Blogger ggl said...

Aρχίζουμε να πέφτουμε στα βαθιά.

Πράγματι οι εικασίες περί σκοτεινής ύλης άρχισαν από την έλλειψη αδρονικής ύλης στην προσπάθεια για να εξηγηθούν οι παρατηρούμενες καμπύλες περιστροφής, αλλά δεν είναι η μοναδική αιτία. Οι δομές στο σύμπαν όπως τις παρατηρούμε σήμερα έχουν ανάγκη από σωματίδια μη μηδενικής μάζας. Η μάζα των σωματιδίων πρέπει να είναι πολύ μικρή, αλλά όχι μηδενική, έτσι ώστε η βαρυτική κατάρευση των σωματιδίων μόλις να αρχίζει. Τα παραπάνω είναι βασικά στα σενάρια της μεγάλης έκρηξης και καλό είναι να ανατρέξεις λίγο σε αυτά αν ασχολήσε με τον κλάδο.(Cold dark matter κτλ)

Όσο αφορά το Λ. Το Λ στη γενική θεωρία της σχετικότητας είναι μια απλή αυθαίρετη σταθερά στις εξισώσεις της και δεν αφορά τις ίδιες τις αρχές της θεωρίας, ο ίδιος ο Einstein την εισήγαγε για κοσμολογικούς λόγους και για κοσμολογικούς λόγους χρησιμοποιείται και σήμερα. Προσωπικά δεν κατανοώ τη φυσική σημασία της ποσότητας αυτής και δεν βλέπω να δίνεται και καθαρή εξήγηση.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας έχει επαληθευθεί μέχρι στιγμής σε όλα τα πειράματα που έχουν διεξαχθεί για τον έλεγχό της από ότι ξέρω. Η θεωρία της μεγάλης έκρηξης βασίζεται πάνω στη γενική θεωρία της σχετικότητας, αν αποτύχει η πρώτη δεν αλλάζει τίποτα στην δεύτερη, το ανάποδο όμως θα άλλαζε πολύ την θεωρία της μεγάλης έκρηξης αφού θα έφευγε όλο το θεωρητικό της υπόβαθρο.

Η σκοτεινή ύλη και ενέργεια είναι έννοιες οι οποίες αφορούν άμεσα τη σύγχρονη μορφή της θεωρίας της μεγάλης έκρηξης. Είναι λύσεις σε προβλήματα κρίσιμα στη θεωρία αυτή. Οι εικασίες αυτές όπως σωστά τις αποκάλεσες χρησιμοποιούνται πλέον σαν δεδομένα και δεν βλέπω να ασχολείται κανείς με εναλλακτικές προτάσεις.

Υπάρχουν και άλλες υποθέσεις στην μεγάλη έκρηξη, όπως η πληθωριστική φάση, στις οποίες δεν αναφέρθηκα και οι οποίες επίσης λειτουργούν σαν δεκανίκια για την εν λόγω θεωρία. Μαζεύονται όμως πολλά δεκανίκια και εκεί αρχίζει ο προβληματισμός μου για το αν το οικοδόμημα ευσταθεί από μόνο του ή απλώς πρόκειται για μια εμμονή, την οποία προσπαθούμε με κάθε δυνατό τρόπο να επαληθεύσουμε.

Mon Sep 19, 03:07:00 PM 2005  
Blogger ggl said...

Και κάτι ακόμα.

Τα μοντέλα για την εξήγηση των καμπυλών περιστροφής από ότι θυμάμαι κινούνται στα πλαίσια της νευτώνειας μηχανικής. Μοντέλα που να χρησιμοποποιούν τη γενική θεωρία της σχετικότητας δεν έχω συναντήσει πάνω από δύο, αλλά η αλήθεια είναι ότι δεν έχω ασχοληθεί με το θέμα παρά μόνο περιστασιακά και πολύ επιδερμικά. Πάντως η χρήση της γενικής θεωρίας στις απόστάσεις από το κέντρο του γαλαξία που υπάρχει αυτή η ανωμαλία στις καμπύλες δεν είναι απαραίτητη, καθώς το πεδίο είναι ασθενές και η νευτώνεια θα έπρεπε να αρκεί.

Mon Sep 19, 03:48:00 PM 2005  

Post a Comment

<< Home