Τα λάθη του Άλμπερτ Αϊνστάιν. When Einstein Was Wrong

O Einstein στο σπίτι του στο Princeton το 1944. Einstein at home in Princeton, N.J., in 1944. Credit: Popperfoto/Getty Images

Ποιες ήταν, σύμφωνα με τον Λόρενς Κράους, οι μεγαλύτερες επιστημονικές αστοχίες του γίγαντα της σύγχρονης φυσικής;

Την Πέμπτη 11 Φεβρουαρίου 2016 ανακοινώθηκε επίσημα ότι η διεθνής ερευνητική κοινοπραξία LIGO κατάφερε, για πρώτη φορά, να ανιχνεύσει τα ακριβοθώρητα βαρυτικά κύματα.

Επί έναν αιώνα τα βαρυτικά κύματα ήταν μόνο μια ανεπιβεβαίωτη πρόβλεψη της Γενικής Σχετικότητας, σήμερα όμως, χάρη σε αυτήν την ανακάλυψη, η ύπαρξή τους θεωρείται από τους φυσικούς μια σχεδόν επιστημονική βεβαιότητα. Ωστόσο θα ήταν λάθος να πιστέψει κανείς ότι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν αλάνθαστος ή ότι οι επιστημονικές προβλέψεις του ήταν πάντοτε σωστές.

Το γεγονός αυτό θέλησε να μας το θυμίσει ο διάσημος θεωρητικός φυσικός και συγγραφέας Λόρενς Μ. Κράους* (Lawrence M. Krauss), ο οποίος αμέσως μετά τη συγκλονιστική ανακάλυψη δημοσίευσε στην εφημερίδα «New York Times» ένα εκτενές σχόλιο [When Einstein Was Wrong] σχετικά με το ποια θεωρούνται σήμερα τα τέσσερα σοβαρότερα επιστημονικά σφάλματα που διέπραξε ο μεγαλύτερος φυσικός του εικοστού αιώνα. 

Με αφορμή αυτό το άρθρο έχει ενδιαφέρον και είναι εξόχως διδακτικό να δούμε ποιες ήταν αυτές οι ατυχείς στιγμές.

Η πρόσφατη πειραματική επιβεβαίωση των βαρυτικών κυμάτων μας αποκαλύπτει τη δύναμη της σκέψης και της επιστημονικής διαίσθησης του Αϊνστάιν. Όμως ακόμη και ο πατέρας της Σχετικότητας έκανε κάποια ολέθρια λάθη˙ στην πραγματικότητα πολύ λίγα.

1. Η κοσμολογική σταθερά ήταν πράγματι μια «μεγάλη γκάφα»;

Screenshot of the 1956 Scientific American article in which Gamow originally recalled Einstein's claim (Scientific American).

Όταν το 1916 διατυπώθηκε επίσημα η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας οι φυσικοί πίστευαν ότι το Σύμπαν ήταν στατικό και ουσιαστικά αμετάβλητο στον χρόνο. Η διαστολή του Σύμπαντος δεν είχε ακόμη διαπιστωθεί από τους αστρονόμους.

Ωστόσο ο Αϊνστάιν είχε συνειδητοποιήσει ότι εφόσον η βαρυτική δύναμη είναι πάντοτε ελκτική, τότε, λόγω των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων, το Σύμπαν δεν μπορεί να είναι στατικό.

Και κάποια στιγμή η αμοιβαία βαρυτική έλξη όλων των μαζών θα οδηγήσει τελικά στην κατάρρευσή τους προς κάποιο σημείο.Με άλλα λόγια, στο απώτερο μέλλον όλα τα υλικά σώματα είναι καταδικασμένα να καταρρεύσουν σε μια Μεγάλη Σύνθλιψη.

Για να διασφαλίσει τη σταθερότητα, και άρα για να αποφύγει την τελική κατάρρευση του Σύμπαντος, ο Αϊνστάιν αποφάσισε, το 1917, να εισαγάγει έναν επιπρόσθετο όρο στις εξισώσεις της Σχετικότητας.

Αυτός ο όρος ονομάστηκε αργότερα «κοσμολογική σταθερά- Λ» η οποία, όταν έπαιρνε θετικές τιμές, παρείχε μια απωστική δύναμη ικανή να αντισταθμίζει τη βαρυτική κατάρρευση, λειτουργούσε δηλαδή σαν μια κοσμική αντιβαρυτική δύναμη.

Όμως μόλις μια δεκαετία μετά, ο μεγάλος αστρονόμος Έντουιν Χάμπλ (E. Hubble) απέδειξε με τις παρατηρήσεις του με το ισχυρό τηλεσκόπιο που βρίσκεται στο όρος Γουίλσον ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους. Το Σύμπαν λοιπόν όχι μόνο δεν είναι στατικό αλλά, αντίθετα με ό,τι πίστευαν μέχρι τότε, διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις.

Αυτές οι αστρονομικές εξελίξεις έπεισαν τον Αϊνστάιν να απαλείψει την κοσμολογική σταθερά από τις εξισώσεις του, όχι μόνο επειδή ήταν περιττή, αλλά και επειδή κατέστρεφε την αισθητική ισορροπία και την ομορφιά των εξισώσεων της αρχικής εκδοχής της Γενικής Σχετικότητας.

Και υπό αυτήν την έννοια ο Αϊνστάιν θεωρούσε την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς ως τη «μεγαλύτερη γκάφα» της ζωής του.

Έκτοτε η έννοια της κοσμολογικής σταθεράς θα αποκτήσει ένα πολύ κακό όνομα μεταξύ των φυσικών, τουλάχιστον μέχρι τα τέλη του εικοστού αιώνα.

Ωστόσο, κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες η ιδέα της κοσμολογικής σταθεράς φαίνεται να επιστρέφει ως φυσική αναγκαιότητα, καθώς όλο και περισσότερες αστρονομικές παρατηρήσεις και θεωρητικές μελέτες επιβεβαιώνουν ότι το ορατό Σύμπαν, όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά η διαστολή του είναι επιταχυνόμενη!

Αν και περιττή σε ένα στατικό Σύμπαν, η κοσμολογική σταθερά φαίνεται πως είναι σήμερα απαραίτητη γιατί εξηγεί τη δύναμη που αναγκάζει το Σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενους ρυθμούς.

Πράγματι από το 1998 οι αστρονομικές παρατηρήσεις των σουπερνόβα (υπερκαινοφανών αστέρων) στους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες αποκάλυψαν την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, οπότε οι φυσικοί, για να εξηγήσουν αυτό το γεγονός, κατέφυγαν στην ιδέα της «σκοτεινής ενέργειας», μια σύγχρονη εκδοχή της κοσμολογικής σταθεράς του Αϊνστάιν!

Όπως εύστοχα υποστηρίζει ο Κράους, ο Αϊνστάιν διέπραξε ένα διπλό νοητικό ατόπημα: εισήγαγε την κοσμολογική σταθερά χωρίς να υπάρχει καμιά φυσική αναγκαιότητα και εν συνεχεία την απάλειψε με περισσή ευκολία χωρίς να εξετάσει επαρκώς τις δυνατότητές της.

Ίσως εν τέλει η μεγαλύτερη «γκάφα» του Αϊνστάιν να αποδειχτεί, στο μέλλον, μία από τις πιο ουσιαστικές κοσμολογικές διαισθήσεις του!

2. Η υποτίμηση των βαρυτικών φακών

Διάλεξη του Albert Einstein στη Βιέννη το 1921. Albert Einstein at a lecture in Vienna in 1921. Credit: Ferdinand Schmutzer/ÖNB-Bildarchiv via, Picturedesk

Μία θεμελιώδης πρόβλεψη της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας ήταν ότι τα ουράνια σώματα πολύ μεγάλης μάζας, όπως οι γαλαξίες, οι μαύρες τρύπες, τα υπέρπυκνα αστέρια κ.λπ., λόγω του ισχυρότατου πεδίου βαρύτητας που δημιουργεί γύρω από αυτά η μάζα τους, πρέπει να εκτρέπουν ή να ενισχύουν το φως ή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από άλλα ουράνια σώματα. Συνεπώς, σε σχέση μ’ έναν γήινο παρατηρητή, λειτουργούν σαν «φακοί».

Η δημιουργία τέτοιων βαρυτικών ειδώλων είναι μια λογική συνέπεια της θεωρίας, σύμφωνα με την οποία η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υφίσταται καμπύλωση όταν συναντά ένα ισχυρό πεδίο βαρύτητας.

Το αποτέλεσμα είναι ένα είδος οπτικής απάτης σε κοσμική κλίμακα, καθώς δημιουργούνται διπλά ή και πολλαπλά είδωλα (εικόνες) του ουράνιου αντικειμένου, όπως ακριβώς θα συνέβαινε στην περίπτωση ενός οπτικού φακού.

Αυτό το πολύ σημαντικό φαινόμενο ο Αϊνστάιν το περιέγραψε σε ένα άρθρο του το 1936, χωρίς όμως να προβλέψει τις εντυπωσιακές δυνατότητες που διανοίγονται για την κοσμολογική έρευνα από την αξιοποίηση του φαινομένου της καμπύλωσης του φωτός όταν αυτό περνά κοντά από ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο.

Μολονότι η θεωρητική υπόθεση και η μαθηματική περιγραφή της ήταν σωστές, ο ίδιος ο Αϊνστάιν στο σχετικό άρθρο υποστήριζε ότι: «Βέβαια δεν υπάρχει η παραμικρή ελπίδα να παρατηρήσουμε άμεσα αυτό το φαινόμενο».

Ο λόγος γι’ αυτήν τη λανθασμένη πρόβλεψη ήταν ότι ο πατέρας της σχετικιστικής φυσικής σκεφτόταν μόνο τα αστέρια.Πολύ σύντομα όμως έγινε σαφές ότι οι γαλαξίες και τα σμήνη γαλαξιών, που στην πραγματικότητα είναι συστήματα αστέρων, μπορούν να λειτουργούν ως βαρυτικοί φακοί.

Το γεγονός αυτό δεν αποτελεί απλώς μία ακόμη επιβεβαίωση των θεωρητικών προβλέψεων της Γενικής Σχετικότητας, αλλά προσέφερε και νέες ασύλληπτες δυνατότητες στην κοσμολογική έρευνα: αν η κατανομή της μάζας στον χωροχρόνο μπορεί να δρα ως «βαρυτικός φακός», τότε οι μάζες των ουράνιων σωμάτων που παρεμβάλλονται μεγεθύνουν τα πολύ απομακρυσμένα ουράνια αντικείμενα επιτρέποντας στους ειδικούς να τα μελετάνε λεπτομερώς.

3. Όταν ο Αϊνστάιν αμφισβήτησε ακόμη και τα βαρυτικά κύματα

Artist's rendering/Simulating eXtreme Spacetimes.

Ίσως ακούγεται εξωφρενικό, όμως ακόμη και ο άνθρωπος που συνέλαβε την ιδέα των βαρυτικών κυμάτων, κάποια στιγμή απέρριψε τη δυνατότητα να υπάρχουν πραγματικά. Η ύπαρξή τους ήταν λογική συνέπεια και μια σημαντική πρόβλεψη της Γενικής Σχετικότητας, που διατυπώθηκε από τον Αϊνστάιν πριν από έναν αιώνα, στα 1916.

Και όπως υπέθετε τότε, θα πρέπει να πρόκειται για ιδιαίτερα σπάνια φυσικά φαινόμενα που προκύπτουν όταν συγκρούονται στο Διάστημα σώματα πολύ μεγάλης μάζας. Σύμφωνα με τη θεωρία, όποτε συγκρούονται τέτοια υπέρπυκνα κοσμικά αντικείμενα θα πρέπει να παράγονται τοπικά πτυχώσεις ή «ρυτιδώσεις» στον χωρόχρονο.

Παρ’ όλα αυτά, είκοσι χρόνια μετά (το 1936), όπως επισημαίνει ο Κράους, ο Αϊνστάιν φαίνεται πως άλλαξε γνώμη και σε ένα ατυχέστατο άρθρο του υποστήριξε ότι «τα βαρυτικά κύματα δεν μπορεί να υπάρχουν»!

Όμως έκανε λάθος, όχι τόσο γιατί η ύπαρξή τους επιβεβαιώθηκε μετά από έναν αιώνα, αλλά επειδή είχε διαπράξει ένα σοβαρό μαθηματικό ατόπημα επιλέγοντας εντελώς λανθασμένες μεταβλητές.

Ευτυχώς το λάθος εντοπίστηκε εγκαίρως από έναν διαπρεπή Αμερικανό μαθηματικό, τον Χάουαρντ Ρόμπερτσον (Howard P. Robertson), ο οποίος αξιολογούσε την επιστημονική αρτιότητα των άρθρων πριν αυτά δημοσιευτούν στο έγκυρο περιοδικό «Physical Review».

4. Η επίμονη άρνηση της «κβαντικής σύμπλεξης»

Sorry, Einstein. Quantum Study Suggests ‘Spooky Action’ Is Real. Part of the laboratory setup for an experiment at Delft University of Technology, in which two diamonds were set 1.3 kilometers apart, entangled and then shared information. Credit: Frank Auperle/Delft University of Technology

Ο όρος «σύμπλεξη» είναι η απόδοση του αγγλικού όρου «entanglement», που έχει επίσης μεταφραστεί, κατά τη γνώμη μας εσφαλμένα, ως «διεμπλοκή», «εμπλοκή» και «εναγκαλισμός».

Η «κβαντική σύμπλεξη» εμφανίζεται ανάμεσα σε δύο ή περισσότερα σωματίδια (π.χ. ανάμεσα σε ηλεκτρόνια ή ανάμεσα σε φωτόνια), τα οποία, μολονότι απέχουν πολύ μεταξύ τους, μπορούν -με έναν σχεδόν μαγικό τρόπο- να «επικοινωνούν» και να «αντιλαμβάνονται» το καθένα τις ιδιότητες ή τις μεταβολές που υφίσταται το άλλο!

Αν, για παράδειγμα, αλλάξει το σπιν (η ιδιοπεριστροφή) του ενός σωματιδίου, αυτό γίνεται ταυτοχρόνως «αντιληπτό» και έχει αμέσως επιπτώσεις στο σπιν και του άλλου, παρά την τεράστια απόσταση που υπάρχει μεταξύ τους.

Και μολονότι ακόμη και σήμερα οι φυσικοί αγνοούν τον τρόπο με τον οποίο «επικοινωνούν» αυτά τα σωματίδια, έχει πολλές φορές επιβεβαιωθεί πειραματικά η ύπαρξη αυτού του μυστηριώδους αλλά πραγματικού φυσικού φαινομένου. Πρόκειται αναμφίβολα για το πιο αλλόκοτο και εξωφρενικό από όλα τα παράδοξα φαινόμενα της κβαντικής φυσικής.

Καθόλου περίεργο λοιπόν που ο Αϊνστάιν το είχε χαρακτηρίσει υποτιμητικά ως «στοιχειωμένο», επειδή η κατάσταση σύμπλεξης των δύο ή περισσότερων μικροσωματιδίων τούς επιτρέπει μυστηριωδώς να επικοινωνούν και να αλληλοεπηρεάζονται από τεράστιες αποστάσεις.

Όπως εξηγεί ο Κράους στο άρθρο του στους «New York Times»: «Ο Αϊνστάιν δεν πίστευε ότι η δράση από απόσταση θα μπορούσε ποτέ να επιβεβαιωθεί πειραματικά. Ηταν πεπεισμένος ότι πρόκειται για κάτι εντελώς αφύσικο. Και χρησιμοποιούσε τη σύμπλεξη ως παράδειγμα για το ότι η κβαντική φυσική είναι μια εσφαλμένη ερμηνεία».

Στην πραγματικότητα όμως μέχρι σήμερα η κβαντική ερμηνεία αποδείχτηκε ότι είναι η μόνη δυνατή επιστημονική περιγραφή για μια σειρά από αινιγματικά φαινόμενα, τα οποία διαφορετικά θα παρέμεναν ανεξήγητα.

Το μεγαλύτερο ίσως σφάλμα του μεγάλου ανανεωτή της Φυσικής ήταν η επίμονη άρνησή του να αποδεχτεί ότι η κβαντομηχανική είναι η οριστική εξήγηση των μικροφυσικών φαινομένων. Και η άρνηση αυτή αποκτά ακόμη μεγαλύτερη βαρύτητα επειδή εκείνος ήταν ο πρώτος που, το 1905, εισήγαγε την έννοια των «κβάντων» για να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Δεν είναι λοιπόν καθόλου αλήθεια, όπως πολύ συχνά λέγεται, ότι δεν αποδεχόταν τη μη αιτιοκρατική -πιθανοκρατική και στατιστική- περιγραφή της κβαντομηχανικής, στη διατύπωση της οποίας είχε πρωτοστατήσει.

Αυτό που επίμονα αρνούνταν ήταν ότι η μη αιτιοκρατία είναι εγγενές χαρακτηριστικό της φυσικής πραγματικότητας! Μολονότι θεωρούσε απολύτως νόμιμη την πιθανοκρατική περιγραφή των κβαντικών φαινομένων, αναζητούσε επίμονα -αλλά μάταια!- μια βαθύτερη αιτιοκρατική εξήγησή τους.

Μάλιστα τα τελευταία χρόνια της ζωής του προσπάθησε (ανεπιτυχώς) να ενοποιήσει τις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας για τη βαρύτητα με τον ηλεκτρομαγνητισμό, με την πρόθεση να δημιουργήσει μια νέα αιτιοκρατική θεωρία του ενοποιημένου πεδίου.

Ωστόσο ακόμη και αυτές οι ατελέσφορες προσπάθειές του δεν ήταν ολότελα μάταιες, αφού τις επόμενες δεκαετίες οδήγησαν στις αναζητήσεις των κρυφών κοσμικών διαστάσεων του Σύμπαντος και στην ανάπτυξη της θεωρίας των χορδών.

Ακόμη και στην περίπτωση του Αϊνστάιν λοιπόν ισχύει ότι «το σφάλλειν ανθρώπινον». Οφείλουμε πάντως να αναγνωρίσουμε ότι το να διαπράξει κάποια δημιουργικά «λάθη» ήταν σχεδόν αναπόφευκτο, αφού μόνο μέσα από τέτοια λάθη καταφέρνει η επιστημονική σκέψη να αποκαλύπτει τη λειτουργία του πολύπλοκου, δυναμικού και γνωστικά αβέβαιου Σύμπαντος.

*Ο Λόρενς Μ. Κράους, επιφανής θεωρητικός φυσικός και καθηγητής Κοσμολογίας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Συγγραφέας επιτυχημένων επιστημονικών βιβλίων, τρία από τα οποία κυκλοφορούν και στα ελληνικά: το «Σκοτεινή ύλη» και το «Ένα Σύμπαν από το τίποτε» κυκλοφορούν από τις εκδ. Τραυλός, ενώ το βιβλίο που τον έκανε διάσημο, «Η Φυσική του Σταρ Τρεκ», κυκλοφορεί από τις εκδ. Λιβάνη.

Πηγή: efsyn.gr

Το παγόβουνο του Τιτανικού ήταν 100 χιλιάδων ετών! Iceberg that sunk the Titanic was 100,000 years!

Όπως φαίνεται το παγόβουνο πάνω στο οποίο έπεσε ο Τιτανικός έπλεε στα νερά της περιοχής δεκάδες χιλιάδες έτη. Scientist believes it was a massive glacier from Greenland that started at 75m tonnes and was 1.5m tonnes when it sunk the legendary ship. Getty

Μια ακόμη μελέτη έρχεται να προστεθεί στις εκατοντάδες που έχουν γίνει για το ναυάγιο του Τιτανικού. Αυτή τη φορά ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σέφιλντ προσπάθησαν να βρουν στοιχεία για το περίφημο παγόβουνο πάνω στο οποίο προσέκρουσε το νεότευκτο υπερωκεάνιο πλοίο στις 15 Απριλίου του 1912.

When the Titanic smashed into the side of the iceberg in 1912, the iceberg is thought to have measured 400 feet in length, with a mass of 1.5m tonnes.

Το πλοίο ως γνωστόν βυθίστηκε και πήρε μαζί του στα βάθη των παγωμένων νερών του Βόρειου Ατλαντικού περίπου 1.500 επιβάτες.

Scientists believe that the huge iceberg is likely to have drifted from the Qassimiut on the southwest coast of Greenland.

Οι ερευνητές συλλέγοντας σειρά δεδομένων και πραγματοποιώντας στη συνέχεια προσομοιώσεις διαπίστωσαν ότι στη νοτιοδυτική πλευρά της Γροιλανδίας πριν από 100 χιλιάδες έτη υπήρχαν μικρότεροι και μεγαλύτεροι παγετώνες. Σε μια από τις νοτιοδυτικές ακτές της Γροιλανδίας, την Qassimiut, σύμφωνα με τους ερευνητές πριν από 100 χιλιάδες έτη ο παγετώνας που υπήρχε εκεί άρχισε να καταρρέει.

A photo of the iceberg after it hit the Titanic. It's estimated to be much larger than this when it first formed over 100,000 years ago.

Ένα από κομμάτια που αποσπάστηκαν τότε είναι το παγόβουνο που βρέθηκε στην πορεία του Τιτανικού. Όταν ο Τιτανικός έπεσε πάνω του το παγόβουνο είχε μήκος περίπου 35 μέτρα. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών όταν σχηματίστηκε το παγόβουνο είχε μήκος περίπου 570 μέτρα.

Lawrence Krauss: «Ένα σύμπαν από το τίποτε». Lawrence Krauss: “A Universe From Nothing”

Μια λογαριθμική αναπαράσταση του σύμπαντος από τον Pablo Carlos Budassi. Ο Ήλιος, η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες βρίσκονται στο μέσον της εικόνας. Ακολουθούν ο Γαλαξίας μας, οι κοντινοί μας γαλαξίες, όπως η Ανδρομέδα, πιο απομακρυσμένοι γαλαξίες, ο υπόλοιπος κοσμικός ιστός, και στο όριο η κοσμική ακτινοβολία των μικροκυμάτων και ο αδιαφανής τοίχος του πλάσματος υδρογόνου που τη δημιούργησε, όταν το Σύμπαν μας είχε ηλικία μόνο 400.000 χρόνια.  Artist's logarithmic scale conception of the observable universe with the Solar System at the center, inner and outer planets, Kuiper belt, Oort cloud, Alpha Centauri, Perseus Arm, Milky Way galaxy, Andromeda galaxy, nearby galaxies, Cosmic Web, Cosmic microwave radiation and Big Bang's invisible plasma on the edge.

Το Σύμπαν είναι έτσι όπως είναι είτε μας αρέσει είτε όχι. Η ύπαρξη ή η ανυπαρξία ενός δημιουργού δεν εξαρτάται από τις επιθυμίες μας. Ένας κόσμος χωρίς Θεό ή σκοπό μπορεί να δείχνει σκληρός ή μάταιος, όμως αυτό από μόνο του δεν καθιστά αναγκαία την ύπαρξη του Θεού.

Illustration by Andy Martin

Για περισσότερα από δυο χιλιάδες χρόνια, το ερώτημα, «Γιατί υπάρχει κάτι και όχι τίποτε;» παρουσιάζεται ως πρόκληση στην πρόταση ότι το Σύμπαν μας – το οποίο περιέχει συμπλέγματα από αστέρες, γαλαξίες, ανθρώπους και ποιος ξέρει τι άλλο – μπορεί να προέκυψε χωρίς σχέδιο, πρόθεση ή σκοπό. Παρότι συνήθως προβάλλεται ως φιλοσοφικό ή θρησκευτικό ερώτημα, αναφέρεται πρωτίστως στον φυσικό κόσμο, επομένως, το εργαλείο με το οποίο πρέπει να δοκιμάσουμε να το λύσουμε είναι, κυρίως, η επιστήμη.

Ο σκοπός του Lawrence Krauss είναι να δείξει πως η σύγχρονη επιστήμη, με διάφορες μορφές, μπορεί να αντιμετωπίσει και αντιμετωπίζει το ερώτημα γιατί υπάρχει κάτι και όχι τίποτε: οι απαντήσεις που έχουν δοθεί – από συγκλονιστικά όμορφες πειραματικές παρατηρήσεις, καθώς και από τις θεωρίες της σύγχρονης φυσικής – δείχνουν ότι μπορούμε να πάρουμε κάτι από το τίποτε, χωρίς κανένα πρόβλημα. Μάλιστα, το κάτι από το τίποτε ίσως ήταν προαπαιτούμενο για τη γέννηση του Σύμπαντος. Επιπλέον, όλες οι ενδείξεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι με αυτόν ακριβώς τον τρόπο θα μπορούσε να προκύψει το Σύμπαν μας.

Μια διάλεξη του Lawrence M. Krauss βασισμένη στις ιδέες που περιγράφονται στο ομώνυμο βιβλίο του, «Ένα σύμπαν από το τίποτε» (εκδόσεις Τραυλός).

Πότε θα έρθει το τέλος του Σύμπαντος; When will the universe end? Not for at least 2.8 billion years

If it’s about as far off as imminent can be. Credit: Mina De La O/Getty

«… αυτός είναι ο τρόπος

που ο κόσμος τελειώνει

όχι με ένα πάταγο αλλά με ένα λυγμό».

(Τ. Σ. Έλιοτ, «Οι κούφιοι άνθρωποι»)

Πριν αναφέρουμε το νέο «εύρημα» των φυσικών για το «πότε θα έρθει το τέλος του Σύμπαντος», ας δούμε πρώτα «πως πρόκειται να τελειώσει το Σύμπαν μας».

Υπάρχουν διάφορα σενάρια, τρία εκ των οποίων είναι: το σενάριο της «Μεγάλης Ψύχρας (Big Chill)», της «Μεγάλης Σύνθλιψης (Big Crunch)», της «Μεγάλης Ρήξης (Big Rip)».

Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης το Σύμπαν μας διαστέλλεται εδώ και περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια. Η «Μεγάλη Ψύχρα» θα επέλθει αν το Σύμπαν μας εξακολουθήσει να διαστέλλεται για πάντα, αραιώνοντας τον κόσμο και μετατρέποντάς τον σε ένα ψυχρό, σκοτεινό και τελικά νεκρό μέρος.

Στο σενάριο της «Μεγάλης Σύνθλιψης» η διαστολή του Σύμπαντος αναστρέφεται, αρχίζει η συστολή του και τέλος το περιεχόμενό του συνθλίβεται σε μια κατακλυσμιαία κατάρρευση που θα θυμίζει αντίστροφη Μεγάλη Έκρηξη. Η εξέλιξη αυτή μάλλον έχει τις μικρότερες πιθανότητες διότι το Σύμπαν φαίνεται πως όχι μόνο συνεχίζει να διαστέλλεται, αλλά επιπλέον η διαστολή του γίνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό εξαιτίας της σκοτεινής ενέργειας.

Η «Μεγάλη Ρήξη» μοιάζει με τη «Μεγάλη Ψύχρα». Οι γαλαξίες, οι πλανήτες, τα άτομά μας ακόμα και το χωροχρονικό συνεχές διαρρηγνύονται σε ένα «γκραν φινάλε». Το πως θα τελειώσει το Σύμπαν μας εξαρτάται από την σκοτεινή ενέργεια η οποία αποτελεί το 70% της μάζας του Σύμπαντος. Μπορεί να επέλθει η Ψύχρα, είτε η Σύνθλιψη, είτε η Ρήξη ανάλογα με το αν η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας παραμένει αμετάβλητη, γίνει αρνητική ή αυξηθεί, αντιστοίχως.

Το μέλλλον του χώρου	Μεγάλη Ψύχρα	Μεγάλη Σύνθλιψη	Μεγάλη Ρήξη
Υπάρχει για πάντα;	ΝΑΙ	ΟΧΙ	ΟΧΙ
Το μέγεθός του γίνεται άπειρο;	ΝΑΙ	ΟΧΙ	ΝΑΙ
Η πυκνότητα γίνεται άπειρη;	ΟΧΙ	ΝΑΙ	ΝΑΙ
Είναι ευσταθής;	ΝΑΙ	ΝΑΙ	ΝΑΙ
Απείρως επεκτάσιμος;	ΝΑΙ	ΝΑΙ	ΝΑΙ

Μια παλαιότερη μελέτη που ευνοούσε το σενάριο της Μεγάλης Ρήξης τοποθετούσε το φριχτό τέλος σε 22 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα.

Μήπως η Μεγάλη  Ρήξη θα μπορούσε όμως να συμβεί νωρίτερα;

Στο ερώτημα αυτό επιχειρούν να απαντήσουν οι Jiménez et al [Observational support for approaching cosmic doomsday]  από το πανεπιστήμιο της Λισαβόνας προσομοιώνοντας στον υπολογιστή τις πιθανές εξελίξεις του Σύμπαντος, χρησιμοποιώντας τα πρόσφατα κοσμολογικά δεδομένα σχετικά με την σκοτεινή ενέργεια – δεδομένα που σχετίζονται με τους γειτονικούς  γαλαξίες, τα σουπερνόβα και τις βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις.

Οι προσομοιώσεις τους δείχνουν ότι η Μεγάλη Ρήξη θα μπορούσε να συμβεί σε περίπου 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα. Αυτό είναι το κάτω όριο των υπολογισμών τους, καθώς το άνω όριο τείνει στο άπειρο, που σημαίνει πως η Μεγάλη Ρήξη δεν πραγματοποιείται και καταλήγουμε στο σενάριο της «Μεγάλης Ψύχρας».

Πάντως στην περίπτωση που το Σύμπαν μας καταλήξει στην «Μεγάλη Ρήξη» μετά από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια (το κάτω όριο των υπολογισμών), ο Ήλιος μας δεν θα προλάβει να ολοκληρώσει τον κύκλο του, αφού  θα σβήσει μετά από 5 δισεκατομμύρια χρόνια…

Πηγές: www.newscientist.com, Max Tegmark, «ΤΟ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ ΜΑΣ», εκδόσεις Τραυλός.

Φως στον μηχανισμό γέννησης των νευρώνων. A new technology reveals the genetic origin of newborn neurons in the brain

Η νέα μέθοδος φωτίζει την γέννηση νέων νευρώνων στον εγκέφαλο. Our brain is home to different types of neurons, each with their own genetic signature that defines their function. These neurons are derived from progenitor cells, which are specialized stem cells that have the ability to divide to give rise to neurons. Today, neuroscientists from the Faculty of Medicine at the University of Geneva (UNIGE) shed light on the mechanisms that allow progenitors to generate neurons. Neurons (stock image). Credit: © ktsdesign / Fotolia

Επιστήμονες στην Ελβετία - μεταξύ των οποίων ο διακεκριμένος καθηγητής γενετικής Εμμανουήλ Δερμιτζάκης- έριξαν για πρώτη φορά φως στους μηχανισμούς μέσω των οποίων γεννιούνται νέα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) από βλαστικά κύτταρα του εγκεφάλου.

Η τεχνολογία

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον νευροεπιστήμονα Ντενί Ζαμποντόν του Τμήματος Βασικών Νευροεπιστημών της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Γενεύης ανέπτυξαν μια νέα τεχνολογία με την ονομασία FlashTag, η οποία καθιστά δυνατή την παρακολούθηση των νευρώνων, καθώς γεννιούνται.

Η δυνατότητα αυτή επέτρεψε στους επιστήμονες να απομονώσουν και να παρατηρήσουν επιμέρους νευρώνες σε πραγματικό χρόνο, ακριβώς τη στιγμή που δημιουργούνται. Αυτό βοήθησε επίσης τους ερευνητές να αποκωδικοποιήσουν για πρώτη φορά τον βασικό γενετικό κώδικα που επιτρέπει την κατασκευή ενός νευρώνα.

Η ανακάλυψη αυτή όχι μόνο διευρύνει την κατανόηση του πώς αναπτύσσεται ο εγκέφαλος, αλλά -το κυριότερο- ανοίγει το δρόμο για να χρησιμοποιηθεί αυτός ο γενετικός κώδικας, προκειμένου στο μέλλον να δημιουργηθούν νευρώνες από βλαστικά κύτταρα. Έτσι, όχι μόνο θα κατανοηθούν καλύτερα οι διάφορες νευρολογικές παθήσεις (αυτισμός, σχιζοφρένεια κ.α.), αλλά πιθανώς ανοίγουν και νέες προοπτικές για τη θεραπεία τους.

Η εγκεφαλική υπογραφή

This is an expression of all the genes of a neuron during the first hours after its birth. Each circle represents a development stage (6h, 12h, 24h), and the colored points within each circle represent the level of gene expression. Credit: Jabaudon Lab, UNIGE

Ο εγκέφαλος διαθέτει πολλά διαφορετικά είδη νευρώνων, το καθένα με τη δική του ξεχωριστή γενετική «υπογραφή», η οποία καθορίζει και την αντίστοιχη εξειδίκευση και λειτουργία του. Όλοι οι νευρώνες προέρχονται από προγονικά βλαστικού τύπου κύτταρα.

Με την τεχνική FlashTag, κάθε φορά που ένα βλαστικό κύτταρο γεννά ένα νευρώνα, αυτός αμέσως καθίσταται ορατός χάρη σε ένα φωσφορίζοντα δείκτη. Οι επιστήμονες, στη συνέχεια, μπορούν να παρακολουθούν καθένα ξεχωριστό νευρώνα και να βλέπουν ποια γονίδια ενεργοποιούνται (εκφράζονται) τις πρώτες ώρες μετά τη δημιουργία του. Επίσης, στη συνέχεια, είναι σε θέση να καταγράφουν τις εξελικτικές αλλαγές που συμβαίνουν σε βάθος χρόνου στη γονιδιακή έκφραση κάθε νευρώνα.

«Μέχρι τώρα είχαμε μόνο λίγες φωτογραφίες με τις οποίες έπρεπε να ανακατασκευάσουμε την ιστορία των νευρώνων, πράγμα που άφηνε μεγάλα περιθώρια για εικασίες. Χάρη στο FlashTag, έχουμε πλέον μια κανονική γενετική ταινία να ξετυλίγεται μπροστά στα μάτια μας», δήλωσε ο Ζαμποντόν.

Τα πειράματα

Δοκιμάζοντας την τεχνική στον εγκεφαλικό φλοιό ποντικιών, οι επιστήμονες εντόπισαν τα γονίδια-κλειδιά για την ανάπτυξη των νευρώνων. Ορισμένα από αυτά τα γονίδια φαίνεται να εμπλέκονται στις νευροαναπτυξιακές και νευροεκφυλιστικές παθήσεις, οι οποίες μπορεί να εμφανιστούν πολλά χρόνια μετά τη γέννηση των νευρώνων.

Οι ερευνητές δεν αποκλείουν να υπάρχει ήδη μια γενετική προδιάθεση στους νευρώνες, οι οποίοι αργότερα θα δυσλειτουργήσουν, υπό την επήρεια και περιβαλλοντικών παραγόντων. Γι' αυτό, θα αναζητήσουν πιθανές πρώιμες ενδείξεις ανωμαλίας και μελλοντικών παθήσεων στους νεογέννητους νευρώνες, τώρα πια που τους έχουν «βάλει στο μάτι» κυριολεκτικά.

Ήδη, γνωρίζοντας τον γενετικό κώδικα των νευρώνων, προχώρησαν δοκιμαστικά στην τροποποίηση (αλλαγή έκφρασης) ορισμένων γονιδίων, επεμβαίνοντας έτσι στο «σενάριο» ανάπτυξης των εγκεφαλικών κυττάρων και επιταχύνοντας την ανάπτυξή τους. Μάλιστα οι ερευνητές δημιούργησαν μια ιστοσελίδα, ώστε και άλλοι επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν ελεύθερα το νέο εργαλείο FlashTag, λαμβάνοντας υπόψη ότι το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περίπου 20.000 γονίδια και κάθε μία ερευνητική ομάδα δεν μπορεί να εστιαστεί παρά σε μερικά μόνο από αυτά κάθε φορά.

Πηγή: "Sequential transcriptional waves direct the differentiation of newborn neurons in the mouse neocortex" Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad8361 

Είναι αυτός ο γαλαξίας Νο1; GN-z11: Astronomers Discover Farthest Galaxy Yet

Στην ένθετη εικόνα σημειώνεται ο γαλαξίας GN-z11 που είναι ο αρχαιότερος και πιο μακρινός που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα στο Σύμπαν. Using the NASA/ESA Hubble Space Telescope, astronomers have found a surprisingly bright, infant galaxy 13.4 billion light-years from us, making it the most distant galaxy ever detected. GN-z11, shown in the inset, is seen as it was 13.4 billion years in the past, just 400 million years after the Big Bang. Image credit: NASA / ESA / P. Oesch, Yale University / G. Brammer, STScI / P. van Dokkum, Yale University / G. Illingworth, University of California, Santa Cruz.

Αστρονόμοι ανακάλυψαν, με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, ένα γαλαξία που βρίσκεται σε απόσταση 13,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Φαίνεται ότι σχηματίστηκε περίπου 400 εκ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος και είναι ο αρχαιότερος και πιο μακρινός που έχει ποτέ εντοπισθεί μέχρι σήμερα.

EGSY8p7 was the most distant confirmed galaxy whose spectrum obtained with the W. M. Keck Observatory places it at a redshift of 8.68 at a time when the Universe was less than 600 million years old. Image credit: NASA / ESA / JPL-Caltech / I. Labbe, Leiden University.

Το προηγούμενο ρεκόρ κατείχε ο γαλαξίας EGSY8p7 που βρίσκεται σε απόσταση 13.2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από εμάς.

Μυστηριώδης Μαθουσάλας

This graphic shows a timeline of the Universe, stretching from the present day (left) all the way back to the Big Bang (right). The position of GN-z11 is shown not far from where the first stars began to form. The previous record holder’s position is also identified. Image credit: NASA / ESA / A. Field, STScI.

Ο γαλαξίας GN-z11 βρίσκεται στην κατεύθυνση του αστερισμού της Μεγάλης Άρκτου και κατά πάσα πιθανότητα ανήκει στην πρώτη γενιά γαλαξιών του Σύμπαντος. Ο γαλαξίας αυτός είναι 25 φορές μικρότερος από τον δικό μας και η συνολική μάζα των άστρων του είναι μόλις το 1% του δικού μας γαλαξία. Όμως αναπτύσσεται γοργά, δημιουργώντας νέα άστρα με ρυθμό 20 φορές μεγαλύτερο από ό,τι κάνει ο δικός μας σήμερα. Γι' αυτό, άλλωστε, είναι τόσο φωτεινός, ώστε να καταστεί εφικτό να παρατηρηθεί.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Πασκάλ Οεσκ του Πανεπιστημίου Γέιλ δήλωσαν ότι για να κάνουν την ανακάλυψη, χρειάστηκε να φέρουν το «Hubble» στα όρια των δυνατοτήτων του. Μέχρι σήμερα, θεωρείτο ότι μόνο ο διάδοχος του Hubble, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που θα εκτοξευθεί το 2018, θα μπορούσε να «δει» τόσο μακριά στο χώρο και στο χρόνο. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το ρεκόρ απόστασης γαλαξία δεν θα καταρριφθεί ξανά από το Hubble ή άλλο υπάρχον τηλεσκόπιο, μέχρι το James Webb τεθεί σε λειτουργία.

Η ανακάλυψη επιβεβαιώνει ότι ορισμένοι απρόσμενα φωτεινοί γαλαξίες βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις από τη Γη και δημιουργήθηκαν πολύ γρήγορα στο σύμπαν. Πάντως οι επιστήμονες αναρωτιούνται πώς είναι δυνατό να υπάρχει ένας τόσο μεγάλος σχετικά γαλαξίας μόλις 200 έως 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία των πρώτων άστρων στο σύμπαν, κάτι που δεν προβλέπουν οι έως τώρα θεωρίες. Έτσι, η δημιουργία του GN-z11 παραμένει ένα μυστήριο. Η ανακάλυψη θα δημοσιευθεί στο επόμενο τεύχος της επιθεώρησης «Astrophysical Journal (arXiv.org preprint)».

Tο μυστήριο της σκοτεινής ύλης. Dark Matter Mystery

Illustration of Dark Matter in Space via Shutterstock.

Και μόνο η ονομασία της – σκοτεινή ύλη – υποδηλώνει την άγνοιά μας για τη φύση της. Το βίντεο που ακολουθεί, από το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου του Όσλο, μας εξηγεί γιατί πρέπει να υπάρχει η σκοτεινή ύλη και με ποιο τρόπο θα μπορούσαμε να την ανιχνεύσουμε πειραματικά:

How do we know that dark matter exists? And how can we find it in experiments?