Σύμφωνα με τις σύγχρονες κοσμολογικές θεωρίες το Σύμπαν μας πιθανόν να ανήκει σε μια τεράστια συλλογή συμπάντων, γνωστή ως πολυσύμπαν. Σύμφωνα με τον Alan Guth, φυσικό του ΜΙΤ, νέα σύμπαντα δημιουργούνται συνεχώς (γνωστά ως «σύμπαντα τσέπης”), τα οποία όμως είναι αδύνατον να παρατηρηθούν από το δικό μας σύμπαν.
Σύμφωνα με τις θεωρίες αυτές, η φύση κάνει πολλές δοκιμές – το σύμπαν είναι ένα πείραμα που επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά, κάθε φορά με λίγο διαφορετικούς φυσικούς νόμους ή και με πολύ διαφορετικούς φυσικούς νόμους.
Μερικά από αυτά τα σύμπαντα θα κατέρρεαν αμέσως μετά τον σχηματισμό τους ενώ σε άλλα, οι δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων θα είναι τόσο αδύναμες, που δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν άτομα ή μόρια. Ωστόσο, αν οι συνθήκες ήταν κατάλληλες, η ύλη θα σχημάτιζε γαλαξίες και πλανήτες, και αν τα απαραίτητα στοιχεία ήταν παρόντα σ’ αυτούς τους κόσμους, θα μπορούσε να δημιουργηθεί ευφυής ζωή.
Η Ανθρωπική Αρχή
Κάποιοι φυσικοί έχουν υποθέσει ότι η ευφυής ζωή είναι δυνατή μόνο σε σύμπαντα στα οποία οι νόμοι της φυσικής είναι “ακριβώς έτσι” ώστε να επιτρέπουν την δημιουργία και την εξέλιξη της ζωής και ότι αν τα πράγματα ήταν ελάχιστα διαφορετικά απ’ ότι είναι στον τον κόσμο μας, η ευφυής ζωή θα ήταν αδύνατη. Έτσι, οι φυσικοί νόμοι μας θα μπορούσαν να εξηγηθούν “ανθρωπικά”, που σημαίνει ότι είναι αυτοί που είναι, διότι αν ήταν αλλιώς, κανείς δεν θα υπήρχε για να τους μελετήσει(!)
Ο καθηγητής του MIT Robert Jaffe και οι συνεργάτες του θεώρησαν ότι αυτή η προτεινόμενη ανθρωπική ερμηνεία θα έπρεπε να εξεταστεί λεπτομερέστερα και αποφάσισαν να διερευνήσουν το κατά πόσον σύμπαντα με διαφορετικούς νόμους της φυσικής θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή.
Οι φυσικοί του MIT έδειξαν ότι σύμπαντα διαφορετικά από τα δικά μας μπορούν να έχουν στοιχεία παρόμοια με άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, και συνεπώς θα μπορούσαν να εξελιχθούν μορφές ζωής αρκετά παρόμοιες με τη δική μας, ακόμα κι αν οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζονται quarks ήταν πολύ διαφορετικές.
Αντίθετα με τις περισσότερες από τις παλαιότερες μελέτες, στις οποίες όταν μεταβάλλεται μόνο μία σταθερά συνήθως παράγεται ένα αφιλόξενο σύμπαν, οι ερευνητές του ΜΙΤ εξέτασαν τι θα συμβεί αν μεταβάλλονται περισσότερες από μια σταθερές.
Το αν υπάρχει ζωή στο Σύμπαν μας – εκτός από τη Γη – είναι ένα μακροχρόνιο μυστήριο. Αλλά για μερικούς επιστήμονες, υπάρχει κι άλλη μια ενδιαφέρουσα ερώτηση:
θα μπορούσε να υπάρχει ζωή σε ένα σύμπαν σημαντικά διαφορετικό από το δικό μας;
Οι Alejandro Jenkins και Itamar Kimchi από το ΜΙΤ, έδειξαν ότι σύμπαντα εντελώς διαφορετικά από το δικό μας εξακολουθούν να έχουν στοιχεία παρόμοια με άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο και θα μπορούσαν συνεπώς να εξελιχθούν μορφές ζωής. Ακόμη και αν οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων άλλαζαν δραματικά, η ζωή θα έβρισκε έναν τρόπο να αναπτυχθεί.
Παρότι παράξενες μορφές ζωής μπορούν να υπάρχουν σε σύμπαντα διαφορετικά από το δικό μας, ο Jaffe και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να επικεντρωθούν στη ζωή που βασίζεται στη χημεία του άνθρακα.
«Εάν δεν υπάρχει μια σταθερή οντότητα με τη χημεία του υδρογόνου, δεν πρόκειται να έχουμε υδρογονάνθρακες, ή σύνθετους υδατάνθρακες, και δεν πρόκειται να έχουμε ζωή», λέει ο Jaffe.
«Το ίδιο ισχύει και για τον άνθρακα και το οξυγόνο. Πέραν αυτών των τριών στοιχείων τα υπόλοιπα είναι λεπτομέρειες. »
Οι επιστήμονες διερεύνησαν το τι μπορεί να συμβεί με αυτά τα στοιχεία, εάν μεταβληθούν οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζονται κουάρκ. Υπάρχουν έξι τύποι κουάρκ, τα οποία είναι οι δομικές μονάδες των νετρονίων, των πρωτονίων και άλλων σωματιδίων.
Η ομάδα του MIT επικεντρώθηκε στο “πάνω”, το “κάτω” και το “παράξενο” κουάρκ, τα πιο συνηθισμένα και ελαφρύτερα κουάρκ, που ενώνονται για να σχηματίσουν πρωτόνια και νετρόνια και συνδέονται στενά με σωματίδια που ονομάζονται υπερόνια.
Στο Σύμπαν μας, το κάτω κουάρκ είναι περίπου δύο φορές βαρύτερο από το πάνω κουάρκ, με αποτέλεσμα τα νετρόνια να είναι 0,1% πιο βαριά από τα πρωτόνια.
Ο Jaffe και οι συνεργάτες του μελέτησαν μια οικογένεια συμπάντων στα οποία το κάτω κουάρκ ήταν ελαφρύτερο από το πάνω κουάρκ, και τα πρωτόνια ήταν μέχρι 1% βαρύτερα από νετρόνια. Σε αυτό το σενάριο, το υδρογόνο δεν θα είναι πλέον σταθερό, αλλά θα μπορούσαν να είναι σταθερά τα βαρύτερα ισότοπά του, το δευτέριο ή το τρίτιο. Ένα ισότοπο του άνθρακα, γνωστό ως άνθρακας-14, θα ήταν επίσης είναι σταθερό, όπως και ένα ισότοπο οξυγόνου, έτσι ώστε οι οργανικές αντιδράσεις που είναι απαραίτητες για τη ζωή να είναι δυνατές.
Η ομάδα βρήκε ότι και μερικά άλλα σύμπαντα είναι φιλικά προς τη ζωή, στα οποία το πάνω και το παράξενο κουάρκ έχουν περίπου την ίδια μάζα (στο Σύμπαν μας, το παράξενο κουάρκ είναι πολύ βαρύτερο και μπορεί να παραχθεί μόνο σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας), ενώ το κάτω κουάρκ θα να είναι πολύ ελαφρύτερο.
Σε ένα τέτοιο σύμπαν, οι ατομικοί πυρήνες θα συνίστανται από νετρόνια και ένα υπερόνιο που ονομάζεται “σίγμα μείον”, το οποίο αντικαθιστά τα πρωτόνια. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν πέρυσι στο περιοδικό Physical Review D.
Ο Jaffe και οι συνεργάτες του επικεντρώθηκαν στα κουάρκς, επειδή γνώριζαν αρκετά για τις αλληλεπιδράσεις των κουάρκς και μπορούσαν να προβλέψουν τι θα συμβεί όταν αλλάξουν οι μάζες τους.
Ωστόσο, «κάθε προσπάθεια να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα σε ένα ευρύτερο πλαίσιο εμφανίζει μεγάλες δυσκολίες», ισχυρίζεται ο Jaffe, επειδή οι φυσικοί αδυνατούν να προβλέψουν τις συνέπειες όταν μεταβάλλονται οι φυσικοί νόμοι και οι παγκόσμιες σταθερές.
Μια ομάδα ερευνητών στο Lawrence Berkeley National Laboratory πραγματοποίησαν σχετικές μελέτες που ερευνούν αν θα μπορούσαν να προκύψουν σύμπαντα στα οποία θα έλειπε μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του Σύμπαντος μας – η ασθενής πυρηνική δύναμη.
Οι ερευνητές απέδειξαν ότι μικροαλλαγές στις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις θα μπορούσαν να αντισταθμίσουν την απουσία της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, επιτρέποντας την δημιουργία σταθερών στοιχείων.
Μια φυσική παράμετρος που μπορεί επίσης «ρυθμιστεί» είναι η κοσμολογική σταθερά – ένα μέτρο της “πίεσης” που ασκείται από τον κενό χώρο, και αναγκάζει το σύμπαν να διαστέλλεται ή να συστέλλεται. Όταν η σταθερά είναι θετική, ο χώρος διαστέλλεται, όταν είναι αρνητική, το σύμπαν αυτό-καταρρέει. Στο σύμπαν μας, η κοσμολογική σταθερά είναι ένας πολύ μικρός θετικός αριθμός – κάθε μεγαλύτερη τιμή θα προκαλούσε πολύ γρήγορη διαστολή που δεν θα επέτρεπε τον σχηματισμό γαλαξιών. Ωστόσο, ο Wise και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι είναι θεωρητικά δυνατόν, οι κατάλληλες αλλαγές στις αρχέγονες κοσμολογικές διαταραχές πυκνότητας, να αντισταθμίσουν μικρές αλλαγές στην τιμή της κοσμολογικής σταθεράς.
Τελικά, δεν υπάρχει τρόπος να γνωρίζουμε με βεβαιότητα πόσα σύμπαντα υπάρχουν εκεί έξω ή τι είδους ζωή μπορούν να φιλοξενήσουν. Αλλά αυτό δεν θα σταματήσει τους φυσικούς να διερευνούν όλες τις πιθανές δυνατότητες – μαθαίνοντας έτσι όλο και περισσότερα για το δικό μας σύμπαν.
dailygalaxy.com
Η Βάσω Παυλίδου και ο Κώστας Τάσσης είναι Αστροφυσικοί στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας. Συζητούν μεταξύ τους για θέματα Αστρονομίας και Αστροφυσικής από το 1995. Σπούδασαν Φυσική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης και πήραν διδακτορικό στην Αστρονομία από το Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις, στις Ηνωμένες Πολιτείες. Εργάστηκαν ως μεταδιδακτορικοί υπότροφοι στις ΗΠΑ, στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια (ο Κώστας στο εργαστήριο JPL της NASA και η Βάσω στο Caltech) και ως επισκέπτες ερευνητές στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Ραδιοαστρονομία, στη Βόννη της Γερμανίας. Από το 2012, βρίσκονται στην Κρήτη, όπου αυτήν τη στιγμή υπηρετούν ως Καθηγητές στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης στο Ηράκλειο. Ο Κώστας ερευνά πώς γεννιούνται τα άστρα. Από το 2017 είναι επικεφαλής του διεθνούς πειράματος PASIPHAE που χαρτογραφεί το μαγνητικό πεδίο του Γαλαξία μας, αναζητώντας το αποτύπωμα των πρώτων στιγμών του Σύμπαντος. Η Βάσω ερευνά τα άκρα: τα πιο ενεργητικά σωμάτια στο σύμπαν, τις πιο μεγάλες δομές, τις πιο λαμπρές πηγές. Από το 2013, συντονίζει το διεθνές πείραμα RoboPol που μελετά πίδακες αερίου που εκτοξεύονται από υπερ-μαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών.
