Ανθρωπική αρχή και ανθρώπινος εγωκεντρισμός. Anthropic principle and human egocentrism

Η ανθρωπική αρχή, που ονομάστηκε έτσι από τον μαθηματικό Brandon Carter το 1974, βασίζεται στη διαπίστωση της επιστήμης πως αν δεν υπήρχε το συγκεκριμένο Σύμπαν, δηλαδή αν δεν υπήρχαν οι απόλυτα συγκεκριμένες σταθερές στο Συμπαντικό γίγνεσθαι, δεν θα είχαν αναπτυχθεί οι συνθήκες που επέτρεψαν την ύπαρξη του παρατηρητή του, δηλ. του ανθρώπινου όντος. Η διαπίστωση αυτή δεν αναφέρεται στον άνθρωπο για να επισημάνει μόνο κάποια βιολογική τελειότητα στο φαινόμενο της ζωής, αλλά και για να δείξει το πώς μέσα στο Κοσμικό γίγνεσθαι αναδεικνύεται το φαινόμενο της νόησης. Το πώς δηλαδή μια συγκεκριμένη αλληλουχία διεργασιών της άβιας ύλης καταλήγει στην εμφάνιση της νοήμονος έμβιας ύλης. In astrophysics and cosmology, the anthropic principle (from Greek anthropos, meaning "human") is the philosophical consideration that observations of the physical Universe must be compatible with the conscious and sapient life that observes it. Some proponents of the anthropic principle reason that it explains why the Universe has the age and the fundamental physical constants necessary to accommodate conscious life. As a result, they believe it is unremarkable that the universe's fundamental constants happen to fall within the narrow range thought to be compatible with life.

Τρία είναι τα ισχυρότερα πλήγματα που δέχθηκε ο ανθρώπινος εγωκεντρισμός από την επιστήμη.

Ο Nικόλαος Κοπέρνικος, (19 Φεβρουαρίου 1473 – 24 Μαΐου 1543) ήταν μαθηματικός και αστρονόμος της Αναγέννησης, ο οποίος διατύπωσε το ηλιοκεντρικό μοντέλο του σύμπαντος, τοποθετώντας τον Ήλιο και όχι τη Γη, στο κέντρο. Nicolaus Copernicus portrait from Town Hall in Thorn/Toruń, 1580.

Το πρώτο χτύπημα ήταν από τον Κοπέρνικο, ο οποίος τον 16ο αιώνα, υποστήριξε ότι ο άνθρωπος δεν βρίσκεται στο κέντρο του Σύμπαντος. Και δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος, διότι η Γη περιστρέφεται κι αυτή όπως και οι άλλοι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο.

Ο Κάρολος Δαρβίνος σε πορτραίτο από τον Τζων Κόλιερ, 1883.

Το δεύτερο χτύπημα ήρθε από τον Δαρβίνο, που τον 19ο αιώνα διατύπωσε την θεωρία της εξέλιξης στο βιβλίο του «Η καταγωγή των ειδών», σύμφωνα με την οποία ο άνθρωπος δεν πλάστηκε κατ’ εικόνα και καθ’ ομοίωση του Θεού, αλλά είναι προϊόν εξέλιξης και προέρχεται από κατώτερες μορφές ζωής.

Ο Σίγκμουντ Φρόυντ το 1921.

Το τρίτο και ισχυρότερο χτύπημα που δέχθηκε ο εγωκεντρισμός του ανθρώπου ήταν από τον Φρόυντ, στις αρχές του εικοστού αιώνα, με την ανακάλυψη της έκφρασης του ασυνείδητου διαμέσου των ονείρων, των παραδρομών της γλώσσας και κυρίως διαμέσου των νευρώσεων-ψυχώσεων. Σύμφωνα με την ψυχαναλυτική θεωρία ο άνθρωπος, δεν γνωρίζει ούτε τον ίδιο του τον εαυτό. Δεν είναι καν κύριος του εαυτού του – είναι έρμαιο των ασυνείδητων επιθυμιών του, τις οποίες το εγώ του αγνοεί.

Δεν είναι τυχαίο ότι και οι τρεις αυτές επιστημονικές θεωρίες δέχθηκαν ανελέητες επιθέσεις (άλλωστε υπάρχουν πολλοί που τις αμφισβητούν ακόμα και σήμερα …)

Richard Dawkins weighs the possibilities of the anthropic principle as it applies to physics. He also presents the theory that universes are bound to Darwinian selection, passing on traits to daughter universes birthed from black holes.

Όμως ο ανθρώπινος εγωισμός είναι μάλλον αναλλοίωτος. Έτσι, προς το τέλος της δεκαετίας του 1960 διατυπώθηκε η πιο εγωκεντρική ανθρώπινη ιδέα. Πρόκειται για την λεγόμενη «ανθρωπική αρχή».

In less than 100 seconds, Roberto Trotta explains this often misunderstood philosophical idea.

Με λίγα λόγια, σύμφωνα με την ανθρωπική αρχή, το Σύμπαν δημιουργήθηκε και ρυθμίστηκε με ακρίβεια, έτσι ώστε να υπάρξει ζωή και συνείδηση πάνω στον πλανήτη Γη. Το Σύμπαν δηλαδή είναι αυτό που είναι, διότι αν δεν ήταν … τότε και εμείς δεν θα είμασταν εδώ για να το παρατηρούμε και να κάνουμε αυτούς τους προβληματισμούς (για την ακρίβεια υπάρχουν δυο διατυπώσεις της ανθρωπικής αρχής – η ισχυρή και η ασθενής).

Σύμφωνα λοιπόν με την ανθρωπική αρχή οι θεμελιώδεις οι τιμές των σταθερών της φυσικής, όπως, η σταθερά της παγκόσμιας έλξης, η σταθερά λεπτής υφής ή οι μάζες των κουάρκ κ.λπ, είναι αυτές που είναι, διότι αν ήταν διαφορετικές δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν οι πυρήνες των ατόμων. Αλλά, ακόμη κι αν αυτό συνέβαινε, δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν τα άστρα ή δεν θα γινόταν η σύνθεση των στοιχείων που είναι απαραίτητα για την ζωή.

Είναι γνωστό ότι κατά την αρχέγονη πυρηνοσύνθεση της Μεγάλης Έκρηξης σχηματίστηκαν πυρήνες ηλίου (⁴He) και ελάχιστες ποσότητες βαρύτερων πυρήνων. Τα στοιχεία όπως ο άνθρακας (¹²C) και το οξυγόνο (¹⁶Ο) που είναι απαραίτητα για τη ζωή σχηματίστηκαν αργότερα στο εσωτερικό άστρων.

Ο ¹²C δημιουργήθηκε διαμέσου της επονομαζόμενης «αντίδρασης των τριών άλφα» στο εσωτερικό των ερυθρών γιγάντων. Σύμφωνα με την διαδικασία αυτή, από δυο πυρήνες άλφα παράγεται αρχικά ο ασταθής πυρήνας ⁸Be. Καθώς όμως η πυκνότητα των πυρήνων⁴He στους ερυθρούς γίγαντες είναι μεγάλη, οι περισσότεροι ασταθείς πυρήνες ⁸Be προλαβαίνουν να συντηχθούν με έναν τρίτο πυρήνα ⁴Ηe.

Αρχικά δυο πυρήνες ηλίου σχηματίζουν έναν πυρήνα βηρυλλίου. Στη συνέχεια ο πυρήνας βηρυλλίου ενώνεται με έναν πυρήνα ηλίου και σχηματίζει άνθρακα. Ο Fred Hoyle υπέθεσε ότι στο δεύτερο βήμα της διαδικασίας υπάρχει συντονισμός

Όμως, η δημιουργία αρκετής ποσότητας ¹²C (και στη συνέχεια ¹⁶Ο), οφείλεται στην ύπαρξη της διεγερμένης κατάστασης στον ¹²C με ενέργεια διέγερσης 7,65 MeV, spin μηδέν και θετική parity – όπως είχε προβλέψει ο Fred Hoyle.

Στη συνέχεια ο άνθρακας μετατρέπεται σε οξυγόνο χωρίς να απαιτούνται συνθήκες συντονισμού.

Η πρόβλεψη της ύπαρξης διεγερμένης κατάστασης του ¹²C, από την απαίτηση σχηματισμού του άνθρακα που είναι απαραίτητος για την δημιουργία των μορίων της ζωής, χρησιμοποιείται ως παράδειγμα εφαρμογής της ανθρωπικής αρχής στη φυσική.

Αλλά αν πάρουμε τα πράγματα από την αρχή, βρισκόμαστε αντιμέτωποι με ένα πλήθος λεπτών ρυθμίσεων που πρέπει να εξηγηθούν.

Για να πραγματοποιηθούν οι αντιδράσεις συντονισμού των τριών άλφα θα πρέπει πρώτα να υπάρχουν οι πυρήνες ηλίου, οι οποίοι αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια που έχουν συγκεκριμένες μάζες. Αν η μάζα του νετρονίου δεν ήταν λίγο μεγαλύτερη από την μάζα του πρωτονίου, τότε το πρωτόνιο δεν θα ήταν σταθερό σωματίδιο και σε έναν τέτοιο κόσμο δεν θα υπήρχε ούτε καν υδρογόνο.

Graphical representation of the question of how fine-tuned is life on Earth under variations of the average light quark mass and αEM. Figure courtesy of Dean Lee.

Με τη σειρά τους όμως οι μάζες των νουκλεονίων και ο σχηματισμός των πυρήνων εξαρτάται από τις μάζες των αντίστοιχων κουάρκ και τις τιμές των θεμελιωδών παραμέτρων που εμφανίζονται στην Κβαντική Χρωμοδυναμική (QCD) και την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (QED).

Ποιο άραγε είναι το επιτρεπτό εύρος της «λεπτής ρύθμισης» αυτών των μεγεθών, έτσι ώστε να είναι δυνατός ο σχηματισμός του άνθρακα και του οξυγόνου και κατά συνέπεια η εμφάνιση της ζωής πάνω στη Γη;

The strong anthropic principle (SAP) as explained by John D. Barrow and Frank Tipler (see variants) states that this is all the case because the Universe is compelled, in some sense, to eventually have conscious and sapient life emerge within it. Critics of the SAP argue in favor of a weak anthropic principle (WAP) similar to the one defined by Brandon Carter, which states that the universe's ostensible fine tuning is the result of selection bias: i.e., only in a universe capable of eventually supporting life will there be living beings capable of observing and reflecting upon any such fine tuning, while a universe less compatible with life will go unbeheld. Most often such arguments draw upon some notion of the multiverse for there to be a statistical population of universes to select from and from which selection bias (our observance of only this Universe, apparently compatible with life) could occur.

Τα ερωτήματα αυτά εξετάζει με περισσότερες λεπτομέρειες ο Ulf-G. Meißner στην εργασία του με τίτλο «LIFE ON EARTH – AN ACCIDENT? Chiral Symmetry and the Anthropic Principle» που δημοσιεύθηκε στον ιστότοπο arxiv.org.

Το άρθρο αυτό αποτελεί απλώς την αφορμή για να προβληματιστούμε σχετικά με το αν η ανθρωπική αρχή έχει θέση στον χώρο της φυσικής ή πρόκειται για μια μυστικιστική αντίληψη που το μόνο που επιτυγχάνει είναι να γιγαντώνει για άλλη μια φορά τον ανθρώπινο εγωκεντρισμό.

Πηγή: physicsgg

Οι περισσότερες μορφές καρκίνου «θέμα κακοτυχίας. Most types of cancer largely down to bad luck rather than lifestyle or genes

Στη φάση της διαίρεσης, τα βλαστικά κύτταρα μπορεί να εμφανίσουν τυχαίες μεταλλάξεις. Pancreatic cancer cells dividing. Random mutations in DNA are behind two thirds of adult cancers, a study says. Photograph: Visuals Unlimited, Inc./Dr. Stan/Getty Images/Visuals Unlimited

Ο καρκίνος του πνεύμονα σίγουρα δεν είναι μόνο θέμα κακοτυχίας, αφού όλοι γνωρίζουν ότι το κάπνισμα αυξάνει δραματικά τον κίνδυνο. Δεν ισχύει όμως το ίδιο για όλους τους καρκινους. Νέα μελέτη στο Science δείχνει ότι τα τρία τέταρτα των διαφορετικών μορφών της νόσου δεν οφείλονται στην κληρονομικότητα και στον τρόπο ζωής, αλλά είναι αποτέλεσμα «βιολογικής κακοτυχίας».

Λάθη στην πληροφορία του DNA

Researchers found random DNA mutations accumulating in the body were to blame for most cancers. iStockphoto/Eraxion

Το στατιστικό μοντέλο που παρουσιάζουν μαθηματικοί και ογκολόγοι του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς στις ΗΠΑ δείχνει ότι οι 22 από τις 31 μορφές καρκίνου που εξετάστηκαν οφείλονται κυρίως σε τυχαίες μεταλλάξεις (λάθη στην πληροφορία του DNA), οι οποίες εμφανίζονται κατά τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων.

Οι υπόλοιπες εννέα, όπως οι καρκίνοι του πνεύμονα και του δέρματος, οφείλονται σε έναν συνδυασμό κακοτυχίας και κληρονομικών και περιβαλλοντικών παραγόντων, όπως το κάπνισμα και η υπεριώδης ακτινοβολία αντίστοιχα.

Η μελέτη δείχνει ότι η πιθανότητα εκδήλωσης καρκίνου σε έναν συγκεκριμένο ιστό του σώματος εξαρτάται από τη συμπεριφορά των βλαστοκυττάρων, από την οποία προκύπτουν τα διαφοροποιημένα κύτταρα κάθε ιστού.

«Κλειδί» οι διαιρέσεις των βλαστοκυττάρων

'Most cancers happen or don’t according to their own laws and there is nothing that medicine or good resolutions can do to affect them.' Above, breast cancer cell. Photograph: Rex Features

Όσο περισσότερες είναι οι διαιρέσεις των βλαστοκυττάρων σε έναν ιστό, τόσο μεγαλύτερος ο κίνδυνος καρκίνου. Και αυτό σημαίνει ότι οι ιστοί που ανανεώνονται γρήγορα, όπως τα κύτταρα του στομάχου και του εντέρου, είναι πιο ευπαθείς στον καρκίνο από ό,τι ιστοί που ανανεώνονται αργά, όπως ο εγκέφαλος.

«Όταν κάποιος παθαίνει καρκίνο, αμέσως οι άνθρωποι ρωτούν το γιατί» λέει ο καθηγητής Ογκολογίας Μπερτ Βόγκελσταϊν, επικεφαλής της μελέτης.

«Έχουν την τάση να πιστεύουν ότι υπήρχε κάποιος λόγος. Ο πραγματικός λόγος σε πολλές περιπτώσεις δεν είναι ο ανθυγιεινός τρόπος ζωής ή οι κακές περιβαλλοντικές επιδράσεις. Είναι απλώς ότι ο ασθενής ήταν άτυχος. Σαν να έχασε στη λοταρία» εξηγεί ο καθηγητής.

Ο Βόγκελσταϊν είχε περάσει μεγάλο μέρος της καριέρας του προσπαθώντας να απαντήσει στο ερώτημα γιατί κάποιοι άνθρωποι εκδηλώνουν καρκίνο και άλλοι όχι. Είναι βέβαια γνωστό ότι το ρίσκο εξαρτάται από κληρονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες, σίγουρα όμως παίζει ρόλο και η τύχη.

31 διαφορετικοί τύποι καρκίνου

Diagram showing the location of cancers due to bad luck, and environmental and inherited factors. Johns Hopkins University: Elizabeth Cook, C. Tomasetti, B. Vogelstein

Για να απαντήσουν στο μεγάλο ερώτημα, ο Βόγκελσταϊν και ο μαθηματικός Κρίστιαν Τομασέτι άντλησαν από τη βιβλιογραφία δεδομένα για τον συνολικό αριθμό διαιρέσεων των βλαστικών κυττάρων, σε όλη τη διάρκεια ζωής του μέσου ανθρώπου, σε 31 διαφορετικούς τύπους ιστών. Στη συνέχεια, συνέκριναν τον αριθμό αυτόν με τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου σε κάθε επιμέρους ιστό.

Η ανάλυση αποκάλυψε ότι στα δύο τρίτα των καρκίνων (21 στους 31) το ρίσκο εμφάνισης καρκίνου συνδέεται στενά με τον συνολικό αριθμό βλαστοκυτταρικών διαιρέσεων. Συγκεκριμένα, ο αριθμός των διαιρέσεων εξηγεί το 65% της ποικιλότητας του κινδύνου εκδήλωσης καρκίνου συνολικά.

Υπήρχαν όμως και 9 μορφές καρκίνου των οποίων η συχνότητα στο γενικό πληθυσμό ήταν μεγαλύτερη από ό,τι θα υπολόγιζε κανείς μόνο με βάση τις κυτταρικές διαιρέσεις.

Πρόκειται προφανώς για καρκίνους που οφείλονται σε έναν συνδυασμό κακοτυχίας, ελαττωματικών γονιδίων και περιβαλλοντικών παραγόντων. Εκτός από τον καρκίνο του πνεύμονα και του δέρματος, άλλοι τέτοιοι καρκίνοι είναι ο καρκίνος των όρχεων και του λεπτού εντέρου καθώς και το γλοιοβλάστωμα, μια μορφή καρκίνου του εγκεφάλου.

Άνθρωποι και ποντίκια

Σημαντική ένδειξη υπέρ του μαθηματικού μοντέλου της έρευνας είναι μια ενδιαφέρουσα διαφορά ανάμεσα στον άνθρωπο και τα ποντίκια. Στον άνθρωπο, οι κυτταρικές διαιρέσεις στο παχύ έντερο είναι τετραπλάσιες σε σχέση με το λεπτό έντερο, και ο καρκίνος του παχέος εντέρου είναι πολύ συχνότερος από τον καρκίνο του λεπτού εντέρου. Στο ποντίκι, αντίθετα, το λεπτό έντερο ανανεώνεται πιο γρήγορα από το παχύ και ο κίνδυνος καρκίνου είναι μεγαλύτερος στο λεπτό έντερο.

Οι ερευνητές διευκρινίζουν ωστόσο ότι ο καρκίνος μπορεί να εμφανιστεί και εξαιτίας μεταλλάξεων που δεν αφορούν βλαστικά κύτταρα αλλά ώριμα. Θεωρούν όμως ότι αυτό δεν επηρεάζει το μοντέλο τους, καθώς τα βλαστικά κύτταρα ζουν περισσότερο και έχουν πολύ μεγαλύτερο ρόλο στον καρκίνο.

Τονίζουν επίσης ότι ορισμένοι καρκίνοι, όπως του μαστού και του προστάτη, δεν συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη λόγω έλλειψης στοιχείων για τον συνολικό αριθμό κυτταρικών διαιρέσεων.

Μια άλλη επισήμανση, τέλος, είναι ότι η τύχη παίζει κρίσιμο ρόλο όχι μόνο στην εμφάνιση του καρκίνου αλλά και στη μη εμφάνισή του. Όπως λέει ο δρ Τομασέτι, ο κύριος κύριος λόγος που ορισμένοι καπνιστές δεν εκδηλώνουν καρκίνο του πνεύμονα φαίνεται πως δεν είναι τα καλά γονίδια αλλά απλά η καλή τύχη.

Τι θα κυριαρχήσει στον κόσμο της επιστήμης το 2015. What to expect in 2015

Στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος θα βρεθεί ο επιταχυντής σωματιδίων του CERN, η μάχη κατά του Έμπολα, η συμφωνία κατά της κλιματική αλλαγής και δύο διαστημικά «ραντεβού», εκτιμά το περιοδικό Nature. The souped-up Large Hadron Collider will resume its search for exotic particles. Mark Thiessen/National Geographic

Το βρετανικό επιστημονικό περιοδικό Nature επιχειρεί να προβλέψει τα ζητήματα που θα κυριαρχήσουν στον κόσμο της επιστήμης το 2015. Όπως σημειώνει, στα τέλη του προσεχούς Μαρτίου αναμένεται μετά από δύο χρόνια ανυπομονησίας η έναρξη της λειτουργίας του ισχυρότερου επιταχυντή σωματιδίων (LHC) στον κόσμο στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών CERN της Γενεύης. Μετά τις εργασίες ανακατασκευής οι επιστήμονες θα εξετάσουν με νέα δυναμική το Καθιερωμένο Μοντέλο (ή Πρότυπο) της Φυσικής των Στοιχειωδών Σωματιδίων.

New climate commitments by China could help to reduce Beijing’s signature smog. Kevin Frayer/Getty

Το περιοδικό Nature εκφράζει αυξημένες προσδοκίες από την επόμενη Σύνοδο Κορυφής του ΟΗΕ για την κλιματική αλλαγή τον Δεκέμβριο του 2015 στο Παρίσι. ΗΠΑ και Κίνα, οι δύο χώρες που κατέχουν τα θλιβερά πρωτεία στο πεδίο των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, συμφώνησαν τη χρονιά που πέρασε να προβούν σε δραστική μείωση των εκπομπών τους. Η εξέλιξη αυτή καθιστά πολύ πιθανότερη την τελική σύγκλιση για την υπογραφή μίας Διεθνούς Συνθήκης για το Κλίμα που να προβλέπει δεσμευτικούς όρους για το διάστημα μετά το 2020. Δυστυχώς, παράλληλα η μέση συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης αναμένεται να ξεπεράσει το 2015 κάθε προηγούμενο, επισημαίνει το βρετανικό επιστημονικό περιοδικό.

Ελπίδες για οριστική καταπολέμηση του Έμπολα

Additional doctors and better healthcare infrastructure will help with more than just Ebola. (Reuters/Tommy Trenchard)

Σαφώς πιο αισιόδοξες είναι εκτιμήσεις του Nature για την εξέλιξη στη μάχη κατά του ιού Έμπολα, που έχει προκαλέσει το θάνατο χιλιάδων ανθρώπων στις χώρες της δυτικής Αφρικής. Η νέα χρονιά μπορεί να σηματοδοτήσει την καταπολέμηση του μικροβίου, με την προϋπόθεση οι φορείς του να εντοπιστούν έγκαιρα και να ληφθούν όλα τα απαραίτητα μέτρα καραντίνας. Ήδη από την αρχή του 2015 αναμένεται να δοκιμαστούν νέα εμβόλια κατά του ιού, με τα πρώτα αποτελέσματα της δράσης τους να αναμένονται μέχρι τον Ιούνιο.

Το σκάφος Dawn θα φθάσει στον «ανεξερεύνητο» ως τώρα πλανήτη-νάνο τον Μάρτιο του 2015. The largest dwarf planet in the Asteroid Belt, Ceres, is going to be charted soon by NASA’s Dawn, as the spacecraft has started its final approach to the asteroid.  NASA’s solar-charged probe is scheduled to touch base in March, when Ceres will catch the spacecraft in orbit. With the assistance of its electrically-controlled particle propulsion engine, the space shuttle will achieve an 8,400 miles circular orbit from Ceres by the end of April.

Το 2015 αναμένονται ενδιαφέρουσες εξελίξεις και στο χώρο του διαστήματος. Στο επίκεντρο θα βρεθούν οι λεγόμενοι πλανήτες νάνοι. Το μη επανδρωμένο διαστημικό όχημα της NASA Dawn, που ξεκίνησε από τη Γη το 2007, αναμένεται να φτάσει το Μάρτιο στον πρωτοπλανήτη Ceres, το μεγαλύτερο διαστημικό σώμα της ζώνης αστεροειδών μεταξύ Άρη και Δία. 

Image credit: NASA

Μετά από εννιαετές ταξίδι και έχοντας διασχίσει δισεκατομμύρια χιλιόμετρα εκτιμάται ότι θα προσεγγίσει το καλοκαίρι το μη επανδρωμένο διαστημόπλοιο της NASA New Horizons τον Πλούτωνα. Στις 14 Ιουλίου αναμένεται ότι θα έχει φτάσει σε απόσταση αναπνοής προκειμένου να συλλέξει στοιχεία από την επιφάνεια και την ατμόσφαιρά του.

Πηγή: nature.com

Αλλεπάλληλα ρεβεγιόν έκανε το πλήρωμα του ISS. Happy New Year 16 Times on Space Station

Δεκαέξι φορές Πρωτοχρονιά γιόρτασαν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. The ISS travels around the globe at 17,500 miles-per-hour and orbits the world 16 times every day.

Ταξιδεύοντας το γύρο της Γης με ταχύτητα άνω των 28.000 χιλιομέτρων την ώρα, το πλήρωμα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού πρόλαβε να γιορτάσει τον ερχομό της Πρωτοχρονιάς 16 φορές. Το πολυεθνικό τροχιακό συγκρότημα συμπληρώνει μια πλήρη περιφορά της Γης κάθε 90 λεπτά και βλέπει την ανατολή και το ηλιοβασίλεμα 16 φορές την ημέρα.

The crew of the International Space Station have decided to celebrate the beginning of 2015 once for every time they fly over a timezone at the stroke of midnight.

Επισήμως, το έτος 2015 άρχισε για τον ISS στις 02.00 ώρα Ελλάδας την 1η Ιανουαρίου, μεσάνυχτα ώρα Γκρίνουιτς. Εκείνη την ώρα το πλήρωμα υποτίθεται ότι θα έπρεπε να κοιμάται, είχε όμως τη δυνατότητα να μείνει ξύπνιο αφού η μέρα της Πρωτοχρονιάς ήταν ελεύθερη. Οι προπόσεις για το νέο έτος έγιναν με φρουτοχυμό, διευκρίνισε η NASA.

Terry Virts (@AstroTerry) tweets: Unwrapping an early Christmas gift last week. @AstroRobonaut is my favorite action figure. #SpaceVine

H επόμενη σημαντική μέρα για τον σταθμό θα είναι η 6 Ιανουαρίου, γιορτή των Θεοφανίων στην Ελλάδα, οπότε προγραμματίζεται να εκτοξευτεί το σκάφος Dragon που μεταφέρει εφόδια. Στον ISS ζουν αυτό το διάστημα δύο αμερικανοί αστροναύτες, μια Ιταλίδα και τρεις ρώσοι κοσμοναύτες.

Ένας «γυμνός» γαλαξίας. Hubble Sees the Beautiful Side of Galaxy IC 335

Ο IC 335 είναι ένας γαλαξίας που δεν διαθέτει σπείρες. This new NASA/ESA Hubble Space Telescope image shows the galaxy IC 335 in front of a backdrop of distant galaxies. IC 335 is part of a galaxy group containing three other galaxies, and located in the Fornax Galaxy Cluster 60 million light-years away. As seen in this image, the disk of IC 335 appears edge-on from the vantage point of Earth. This makes it harder for astronomers to classify it, as most of the characteristics of a galaxy’s morphology — the arms of a spiral or the bar across the center — are only visible on its face. Still, the 45 000 light-year-long galaxy could be classified as an S0 type. Credit: ESA/Hubble and NASA

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble προσέθεσε άλλη μια επιτυχία στην τεράστια λίστα των ανακαλύψεων που έχει κάνει στο Σύμπαν από τη στιγμή που τέθηκε σε λειτουργία το 1990. Το Hubble εντόπισε ένα μυστηριώδη γαλαξία σε απόσταση 60 εκ. ετών φωτός από τη Γη. Ο γαλαξίας που έλαβε την κωδική ονομασία IC 335 δεν διαθέτει σπείρες και σύμφωνα με τους ειδικούς η μελέτη του μπορεί να προσφέρει νέα στοιχεία όχι μόνο για τη δημιουργία γαλαξιών αλλά και για τον σχηματισμό του Σύμπαντος. Οι πρώτες παρατηρήσεις στον γαλαξία δείχνουν ότι ανήκει σε σπάνιο τύπο γαλαξιών, τους SO, που είναι ευρύτερα γνωστοί με τον όρο φακοειδείς γαλαξίες. Ένας φακοειδής γαλαξίας είναι η ενδιάμεση μορφή εμφάνισης μεταξύ ελλειπτικού και σπειροειδή γαλαξία.

Η αυθόρμητη δημιουργία του σύμπαντος από το τίποτε. A Mathematical Proof That The Universe Could Have Formed Spontaneously From Nothing

Cosmologists assume that natural quantum fluctuations allowed the Big Bang to happen spontaneously. Now they have a mathematical proof. Image Credit: National Geographic

Μια από τις σημαντικότερες θεωρίες της σύγχρονης κοσμολογίας είναι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Πρόκειται για μια επιστημονική θεωρία που διαθέτει πολλά «αποδεικτικά στοιχεία»:

A map of cosmic microwave background radiation. (Source: European Space Agency)

Πρώτον, η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, που είναι ένα είδος «ηχούς» της Μεγάλης Έκρηξης, δεύτερον, η συνεχής διαστολή του σύμπαντος, που αν την φανταστούμε χρονικά προς τα πίσω, οδηγούμαστε σε μια αρχή – τύπου Μεγάλης Έκρηξης, τρίτον, η αφθονία των αρχέγονων στοιχείων που παρατηρείται στο σύμπαν, όπως το 4He, 3He, 2H και άλλων, υπολογίζεται θεωρητικά χρησιμοποιώντας βασικές αρχές της πυρηνικής φυσικής στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης.

Image Credit: Chaoss/Shutterstock

Όμως υπάρχει ακόμα ένα μεγάλο ερωτηματικό. Τι προκάλεσε την Μεγάλη Έκρηξη; Για πολλά χρόνια, οι κοσμολόγοι θεωρούσαν ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε αυθόρμητα, ότι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν το αποτέλεσμα των κβαντικών διακυμάνσεων απ’ όπου το σύμπαν δημιουργήθηκε από το τίποτα.

Αυτό είναι ευλογοφανές, αν πάρουμε υπόψη μας αυτά που γνωρίζουμε από την κβαντική μηχανική. Αλλά οι φυσικοί στην πραγματικότητα χρειάζονται περισσότερα – μια μαθηματική απόδειξη που θα δίνει σάρκα και οστά σ’ αυτή την ιδέα.

The expansion of the universe. (Source: NASA)

Στην εργασία τους με τίτλο «Spontaneous creation of the universe from nothing», οι φυσικοί Dongshan He et al από την Κίνα, επιχειρούν να δώσουν την πρώτη αυστηρή μαθηματική απόδειξη, για το ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσε να συμβεί αυθόρμητα εξαιτίας των κβαντικών διακυμάνσεων.

Η νέα απόδειξη βασίζεται σε ένα ειδικό σύνολο λύσεων της εξίσωσης Wheeler-DeWitt. Όμως τι είναι η εξίσωση Wheeler-DeWitt;

Στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα οι κοσμολόγοι προσπαθούσαν να συνδυάσουν του δυο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής – την κβαντική μηχανική και την γενική σχετικότητα – με έναν τέτοιο τρόπο ώστε το σύμπαν να περιγράφεται ικανοποιητικά. Φαινόταν όμως πως οι δύο αυτές θεωρίας βρίσκονταν σε απόλυτη αντίθεση μεταξύ τους.

John Wheeler (third from left) walks through the woods at the Institute for Advanced Study with, from left, fellow physicists Albert Einstein of the institute, Hideki Yukawa of Kyoto University in Japan and Homi Bhabha of the Tata Institute of Fundamental Research in India. Photo: Courtesy of the Wheeler family.

Σημαντική πρόοδος επετεύχθη στο 1960, όταν οι φυσικοί John Wheeler και Bryce DeWitt κατάφεραν να συνδυάσουν αυτές τις ασύμβατες ιδέες σε ένα μαθηματικό πλαίσιο που τώρα είναι γνωστό ως εξίσωση Wheeler-DeWitt. Η εργασία των Dongshan He και των συνεργατών του διερευνά κάποιες νέες λύσεις αυτής της εξίσωσης.

An illustration of the 6d smooth Euclidean instanton glued onto the Lorentzian bubble from nothing. The core is shown in black surrounded by a white region indicating unbroken SU (2). The S² compactification manifold is represented by S⁰ (two points), which degenerates at the core.

Κεντρικό σημείο αυτών των ιδεών είναι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτή είναι που επιτρέπει την πιθανοκρατική δημιουργία ενός μικρού κενού χώρου εξαιτίας των διακυμάνσεων, σ’ αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν μετασταθές ψευδο-κενό. Όταν συμβαίνει αυτό υπάρχουν δύο δυνατότητες. Αν αυτή η φυσαλίδα κενού δεν διαστέλλεται γρήγορα, τότε εξαφανίζεται σχεδόν αμέσως. Αν όμως μπορεί να διασταλεί σε ένα αρκετά μεγάλο μέγεθος, τότε ένα σύμπαν δημιουργείται κατά έναν μη αντιστρεπτό τρόπο.

Έτσι, τίθεται το ερώτημα: μπορεί η εξίσωση Wheeler-DeWitt να επιτρέψει κάτι τέτοιο;

Σύμφωνα με τους Dongshan et al: «έχουμε αποδείξει ότι όταν δημιουργείται μια μικρή φυσαλίδα πραγματικού κενού, έχει την δυνατότητα να επεκταθεί εκθετικά». Στην προσέγγισή τους θεωρούν μια σφαιρική φυσαλίδα που περιγράφεται πλήρως από την ακτίνα της. Μετά καταλήγουν στην εξίσωση που περιγράφει το ρυθμό με τον οποίο αυτή η ακτίνα μπορεί να αυξηθεί. Και στη συνέχεια εξετάζουν τρία σενάρια για τη γεωμετρία της φυσαλίδας – κλειστή, ανοιχτή ή επίπεδη.

Σε κάθε μια από αυτές τις περιπτώσεις, βρίσκουν μια λύση κατά την οποία η φυσαλίδα μπορεί να διαστέλλεται εκθετικά και να φτάσει έτσι σε ένα μέγεθος ενός σύμπαντος που προέκυψε από μια Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτό είναι ένα αποτέλεσμα που οι κοσμολόγοι θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν. Έχει επίσης και μια ενδιαφέρουσα συνέπεια.

Einstein proposed the existence of the Cosmological Constant in 1917 (or so) but quickly took it back in the 1920's when Hubble announced that the Universe was expanding. Today, we believe that there could be a nonzero Cosmological Constant which might be the Dark Energy of the Universe.

Ένας σημαντικός παράγοντας στα σημερινά πρότυπα του σύμπαντος είναι η αποκαλούμενη κοσμολογική σταθερά. Πρόκειται για τον παράγοντα που περιγράφει την ενεργειακή πυκνότητα του κενού χώρου. Εισήχθη αρχικά από τον Einstein το 1917 στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και εγκαταλείφθηκε στη συνέχεια από τον ίδιο, μετά την ανακάλυψη του Hubble ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, οι περισσότεροι κοσμολόγοι υπέθεταν ότι η κοσμολογική σταθερά ισούται με μηδέν. Όταν όμως βρέθηκαν οι πρώτες ενδείξεις ότι το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενα, για να εξηγήσουν την επιταχυνόμενη διαστολή αρκούσε να θεωρήσουν την κοσμολογική σταθερά διάφορη του μηδενός. Έτσι, κάθε νέα θεωρία για το σύμπαν πρέπει να επιτρέπει μια μη-μηδενική τιμή της κοσμολογικής σταθεράς.

Τι είναι αυτό που παίζει το ρόλο της κοσμολογικής σταθεράς στην θεωρία του Dongshan και των συνεργατών του; Το ρόλο αυτό παίρνει μια ποσότητα γνωστή ως κβαντικό δυναμικό που εμφανίζεται στις νέες λύσεις.

The Bohmian trajectories for an electron going through the two-slit experiment. A similar pattern was also extrapolated from weak measurements of single photons.

Αυτό το δυναμικό προέρχεται από την θεωρία de Broglie-Bohm που αναπτύχθηκε στα μέσα του 20ου αιώνα. Αυτή η θεωρία αναπαράγει όλες τις γνωστές προβλέψεις της κβαντομηχανικής αλλά το τίμημα της αποδοχής της είναι ένας επιπρόσθετος όρος, γνωστός ως κβαντικό δυναμικό. Η θεωρία έχει ως αποτέλεσμα να κάνει την κβαντική μηχανική εντελώς ντετερμινιστική, δεδομένου ότι το κβαντικό δυναμικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε να επεξεργαστεί έννοιες όπως η πραγματική θέση ενός σωματιδίου.

Ωστόσο, η κυρίαρχη τάση της φυσικής ποτέ δεν υιοθέτησε την ιδέα του Bohm. Και τούτο διότι ναι μεν οι προβλέψεις της είναι ταυτόσημες με την καθιερωμένη εκδοχή της θεωρίας, όμως εισάγει τον περίπλοκο φορμαλισμό με το κβαντικό δυναμικό, τα στοιχεία του οποίου δεν υπάρχει τρόπος να ελεγχθούν πειραματικά. Από την άλλη, η ιδέα του Bohm οδηγεί τους φυσικούς να δεχθούν μια πιθανοκρατική ερμηνεία για την φύση της πραγματικότητας, κάτι που γενικά αποδέχονται ευχάριστα.

Το γεγονός ότι το κβαντικό δυναμικό είναι απαραίτητο στη νέα αυτή μαθηματική απόδειξη της δημιουργίας του σύμπαντος είναι συναρπαστικό. Αρκεί όμως αυτό για να ξαναφέρει τις ιδέες του Bohm στο προσκήνιο;

Πηγή: medium.com