Σύμφωνα με ένα δόγμα που οι φυσικοί αποκαλούν κοσμολογική αρχή το σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες γίνεται ομογενές (δηλαδή είναι παντού ομοιόμορφο) και ισότροπο (δηλαδή φαίνεται ίδιο προς κάθε κατεύθυνση)*. Αυτό σημαίνει η θέση μας στο σύμπαν δεν είναι σε καμία περίπτωση ιδιαίτερη. Αλλά κάποιες πρόσφατες παρατηρήσεις θα μπορούσαν να ανατρέψουν αυτή την παλιά υπόθεση.
Είναι ενδαφέρον το γεγονός ότι για την μεγαλύτερη περίοδο της ιστορίας του πολιτισμού μας πιστεύαμε ότι είμαστε το κέντρο του σύμπαντος. Έπρεπε να φτάσουμε στον 15ο αιώνα, ώστε ο Κοπέρνικος να επαναδιατυπώσει την άποψη που είχε εμφανιστεί σχεδόν δυο χιλιάδες χρόνια πριν με τον Αρίσταρχο, ότι η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Όμως, παρότι ο Κοπέρνικος πιστώνεται την απόρριψη της ανθρωποκεντρικής θεώρησης που ήθελε τη Γη κέντρο του σύμπαντος, στην πραγματικότητα θεωρούσε ότι ο ήλιος ήταν στο κέντρο του. Στα επόμενα διακόσια χρόνια έγινε κατανοητό ότι τα κοντινά αστέρια δεν κατανέμονται ομοιόμορφα, αλλά μάλλον βρίσκονται συγκεντρωμένα σε σχήμα δίσκου που τώρα αναγνωρίζουμε ως τον Γαλαξία μας. Τα αδέλφια Caroline και William Herschel μπόρεσαν να αναγνωρίσουν αυτή τη δομή του δίσκου στα τέλη του 18ου αιώνα, αλλά κατέληξαν στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι το ηλιακό μας σύστημα βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία. Η θεώρηση αυτή ανατράπηκε, μόλις στις αρχές του 20ου αιώνα από τον Harlow Shapley, o oποίος προσδιόρισε την θέση του ηλιακού μας συστήματος περίπου στα 2/3 της ακτίνας από το κέντρο του Γαλαξία μας. Αλλά, ακόμη και τότε εθεωρείτο ότι ο Γαλαξίας μας βρίσκεται στο κέντρο του σύμπαντος. Τελικά, το 1952 αποδείχθηκε από τον Walter Baade ότι ο Γαλαξίας μας είναι ένας τυπικός γαλαξίας, οδηγώντας στην σύγχρονη διατύπωση της κοσμολογικής αρχής, ότι το σύμπαν φαίνεται το ίδιο ανεξάρτητα με το ποιός είναι ο παρατηρητής και το που αυτός βρίσκεται.
Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η κοσμολογική αρχή δεν είναι ακριβής. Πρόκειται για μια προσέγγιση που πιστεύεται ότι ισχύει με μεγαλύτερη ακρίβεια καθώς εξετάζουμε μεγαλύτερες κλίμακες. Ισχύει για πολύ μεγάλες περιοχές που περιέχουν π.χ. εκατομμύρια γαλαξίες όπου περιμένουμε κάθε τέτοια περιοχή να φαίνεται λίγο πολύ όπως κάθε άλλη. Η κοσμολογική αρχή είναι η βάση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης, μια ιδιότητα του συνολικού σύμπαντος, η οποία παύει να ισχύει όταν εξετάζουμε τοπικά φαινόμενα.
Μπορεί λοιπόν οι άνθρωποι να είναι εγωκεντρικά πλάσματα με υπεδιογκωμένη αίσθηση κοσμικής ιδιαιτερότητας, κατάφεραν όμως να αποδείξουν πως ούτε Γη, ούτε ο Ήλιος, ούτε καν ο Γαλαξίας μας είναι το κέντρο του σύμπαντος. Το ίδιο ακριβώς θα αποδείκνυε για την θέση του στο σύμπαν και ένας μακρινός εξωγήινος πολιτισμός (εφόσον υπήρχε). Αυτή η έννοια της μετριότητας εμπεριέχεται στην κοσμολογία, με τη μορφή της «κοσμολογικής αρχής», την ιδέα ότι το σύμπαν φαίνεται το ίδιο όπου κι αν κοιτάξουμε.
Στην κορυφή της κοσμικής ιεραρχίας βρίσκονται γιγάντιες ομάδες γαλαξιών που συσσωρεύονται σε εκτεταμένα, πλούσια σε ύλη νημάτια και φύλλα γύρω από τα χάσκοντα διαγαλαξιακά κενά, αλλά πέρα από αυτό, η δομή φαίνεται να εξασθενεί. Αν μπορούσαμε να κάνουμε μεγέθυνση και να δούμε την μεγάλη εικόνα του σύμπαντος, αυτό θα φαινόταν πραγματικά ομαλό. Συγκρίνοντας το σύμπαν με μια παραλία, παρατηρώντας μια χούφτα άμμο με λεπτομέρεια, θα βλέπαμε τους ξεχωριστούς κόκκους άμμου, με τα διαφορετικά χρώματα, σχήματα και μεγέθη. Αλλά αν περπατούσαμε στην παραλία κοιτάζοντας τους αμμόλοφους, το μόνο που θα βλέπαμε θα ήταν ένα ομοιόμορφο χρυσό-μπεζ χρώμα. Αυτό σημαίνει ότι η Γη (ή οποιοσδήποτε από τα άλλα τρισεκατομμύρια πλανήτες που πρέπει να υπάρχουν) και η μικροσκοπική γωνιά τους στο σύμπαν δεν φαίνεται να κατέχουν καμία ιδιαίτερα προνομιακή θέση σε σύγκριση με οτιδήποτε άλλο. Κι αυτή η ομοιογένεια είναι βολική για τους αστρονόμους επειδή τους επιτρέπει να βλέπουν το σύμπαν εν μέρει ως έναν αξιόπιστο τρόπο εξαγωγής συμπερασμάτων για το σύνολο.
Αμφισβητώντας την κοσμολογική αρχή
Αυτή η απλοϊκή θεώρηση ισχύει για τα πάντα, από την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η σκοτεινή ύλη επιβαρύνει τα σμήνη γαλαξιών μέχρι την εκτίμηση του πόσο κοινές μπορεί να είναι σε ολόκληρο το σύμπαν οι φιλικές προς τη ζωή συνθήκες, και επιτρέπει στους αστρονόμους να απλοποιήσουν τα μαθηματικά μοντέλα τους για το παρελθόν του σύμπαντος καθώς και τις προβλέψεις τους για το μέλλον του. Τα πάντα βασίζονται στην ιδέα ότι [η κοσμολογική αρχή] είναι αληθινή. Όμως, δεν παύει να είναι και μια πολύ ασαφής υπόθεση που είναι πολύ δύσκολο να επαληθευθεί.
Η επιβεβαίωση είναι ιδιαίτερα δύσκολη όταν υπάρχουν σημαντικά στοιχεία για το αντίθετο – και μια σειρά από πρόσφατες παρατηρήσεις που υποδηλώνουν ότι πράγματι το σύμπαν θα μπορούσε να είναι πιο παράξενο και να έχει μεγαλύτερες αποκλίσεις από ότι οι κοσμολόγοι με τόση ευκολία είχαν υποθέσει. Κι αν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τότε διαφορετικοί παρατηρητές στο σύμπαν μπορεί να βλέπουν ελαφρώς διαφορετικά σύμπαντα, τουλάχιστον σε μεγάλη κλίμακα.
Οι αστρονόμοι δεν έχουν απορρίψει ακόμη την κοσμολογική αρχή, αλλά συγκεντρώνουν ενδείξεις για τις πιθανές αδυναμίες της. Μια προσέγγιση περιλαμβάνει την αναζήτηση δομών τόσο μεγάλων που αμφισβητούν την κοσμική ομαλότητα ακόμη και σε μια εξαιρετικά μεγάλη εστίαση. Οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι οτιδήποτε μεγαλύτερο από περίπου 1,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός θα ανέτρεπε το μέχρι σήμερα αποδεκτό ομοιογενές και ισοτροπικό σύμπαν.
Μέχρι σήμερα οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει ήδη μερικές αποκλίσεις. Η Alexia Lopez από το Πανεπιστήμιο του Κεντρικού Λάνκασαϊρ στην Αγγλία, για παράδειγμα, ανακάλυψε ένα «τέρας» που ονομάζεται Γιγαντιαίο Τόξο – μια καμπύλη γαλαξιών σε μήκος περίπου 3,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Ανακάλυψε επίσης τον Μεγάλο Δακτύλιο, κυκλική, δακτυλιοειδή δομή γαλαξιών με διάμετρο περίπου 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός και περιφέρεια 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός. To Γιγάντιο Τόξο και ο Μεγάλος Δακτύλιος βρίσκονται κοντά μεταξύ τους και μπορεί να συνδέονται σε μια ακόμη μεγαλύτερη δομή.
Μερικές φορές, από μόνη της η μελέτη της κοσμολογίας μας κάνει καχύποπτους με την κοσμολογική αρχή. Για παράδειγμα, το φως που απέμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη, η επονομαζόμενη κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, έχει μερικές μυστηριώδεις μεγάλης κλίμακας διακυμάνσεις που δεν φαίνονται εντελώς τυχαίες, επισημαίνει ο Dragan Huterer, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Κι αυτό δεν εξηγήθηκε ποτέ ικανοποιητικά.
Μερικοί επιστήμονες υποστήριξαν ότι τέτοιες πιθανές προκλήσεις στην κοσμολογική αρχή μπορεί να εξηγηθούν από μια άλλη αρχή, την κοσμική διακύμανση, η οποία αναφέρεται στη στατιστική αβεβαιότητα που είναι εγγενής στις μετρήσεις των αστρονόμων για το σύμπαν. Πάντα περιοριζόμαστε από αυτό που μπορούμε να δούμε και επομένως πάντα είμαστε μαθηματικά αβέβαιοι για το ποια συμπεράσματα να βγάλουμε από ένα περιορισμένο δείγμα. Ίσως οι αποκλίσεις που είδαν οι αστρονόμοι ήταν απλώς το αποτέλεσμα της ατέλειας (έλλειψη πληρότητας) παρά μια πραγματική αντανάκλαση των ιδιοτήτων του σύμπαντος. Ίσως αυτό που φαίνεται ως ανωμαλία στην κοσμική ομαλότητα να εξαφανίζεται σε σύγκριση με ένα απαρατήρητο κομμάτι του σύμπαντος δίπλα στον ορατό όγκο που βλέπουμε εμείς.
Κι όταν πρόκειται να μελετήσουν κατάλληλα μεγάλα τμήματα του σύμπαντος, οι κοσμολόγοι, στην πραγματικότητα είναι πολύ περιορισμένοι: Μόνο το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι τόσο μεγάλο. Αν πείτε, «θα μελετήσω τα σχήματα των γαλαξιών», εντάξει είστε τυχεροί: έχετε δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων γαλαξίες στο σύμπαν. Μπορείτε να απαντήσετε στις ερωτήσεις σας με στατιστικά στοιχεία και η διακύμανση του δείγματός σας θα είναι πολύ μικρή. Όμως, σε μεγαλύτερες κλίμακες, διαθέτετε μόνο μερικά παραδείγματα επειδή το παρατηρήσιμο σύμπαν χωρίζεται μόνο σε λίγα τμήματα μεγάλων διαστάσεων.
Ο Valerio Marra, καθηγητής στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Espírito Santo στη Βραζιλία και ερευνητής στο Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Τεργέστης στην Ιταλία υπέθεσε ότι ορισμένες κοσμολογικές αποκλίσεις θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα κοσμικής διακύμανσης. Αλλά αυτό δεν αρκεί για την ερμηνεία τους, σύμφωνα με υπολογισμούς δικούς του και άλλων.
Παρόλα αυτά, η κοσμολογική αρχή αντέχει πολύ καλά στις περισσότερες κοσμικές παρατηρήσεις. Επιπλέον, ενώ οι επιστήμονες συλλέγουν αρκετές πληροφορίες για να αμφισβητήσουν την εγκυρότητα αυτής της ιδέας, δεν είναι καθόλου έτοιμοι να την εγκαταλείψουν – ίσως επειδή κανείς δεν έχει ένα σταθερό εναλλακτικό σχήμα για να την αντικαταστήσει.
Όπως και νάχει, πρόκειται για ένα πρόβλημα που πολύ δύσκολα θα αποκρυπτογραφηθεί λόγω της φύσης της κοσμολογίας. Σε αντίθεση με κάποιο εργαστηριακό πείραμα το οποίο μπορεί να επαναληφθεί ξανά και ξανά, διαθέτουμε μόνο ένα σύμπαν.
Πηγή: physicsgg
