Η χθεσινή ανακοίνωση του κέντρου αστρονομίας του Χάρβαρντ περί ανακάλυψης βαρυτικών κυμάτων και επιβεβαίωσης της θεωρίας του κοσμικού πληθωρισμού ήταν μια από τις πιο σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις των τελευταίων δεκαετιών και ήρθε έπειτα από μακροχρόνια και συλλογική προσπάθεια. Τι ήταν όμως αυτό που την κάνει τόσο σημαίνουσα; Για να γίνει κατανοητή η σημασία της, θα χρειαστεί να επεξηγηθούν μερικές έννοιες που δε βρίσκονται στο καθημερινό λεξιλόγιο.
Η Μεγάλη Έκρηξη
Η γνώσεις μας στην κοσμολογία αναπτύχθηκαν ραγδαία τον τελευταίο αιώνα. Είναι ενδεικτικό το γεγονός πως στις αρχές του 20ου αιώνα δε γνωρίζαμε πως υπήρχαν άλλοι γαλαξίες πέρα από το δικό μας. Στο πρώτο τέταρτο του προηγούμενου αιώνα έγινε γνωστό πως όχι μόνο υπάρχουν πολλοί άλλοι γαλαξίες αλλά και πως απομακρύνονται μεταξύ τους, ένα φαινόμενο που ονομάζεται διαστολή του Σύμπαντος και το οποίο ανέτρεψε την εικόνα ενός σταθερού, αιώνιου και αμετάβλητου Σύμπαντος.
Κάνοντας την αναγωγή προς τα πίσω, θα υπέθετε κανείς βάσιμα πως το Σύμπαν στο παρελθόν ήταν ολοένα και πιο πυκνό. Σύμφωνα με τις αστρονομικές παρατηρήσεις αλλά και τις θεωρητικές προβλέψεις, πιστεύουμε πως πριν από περίπου 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια το Σύμπαν ήταν συμπυκνωμένο σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας, από το οποίο προέκυψε αυτό που ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη. Οι φυσικές θεωρίες καταρρέουν τη στιγμή της γέννησης του Σύμπαντος, αλλά οι επιστήμονες εστιάζουν στις αμέσως επόμενες στιγμές οι οποίες ήταν καθοριστικές για τη μορφή που έχει το Σύμπαν σήμερα.
Ο κοσμικός πληθωρισμός
Το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης δίνει αρκετές απαντήσεις για το Σύμπαν, αφήνει όμως μία σειρά από αναπάντητα ερωτήματα: γιατί το Σύμπαν είναι τόσο ομοιογενές και ισότροπο (δείχνει ίδιο σε όποιο κατεύθυνση και εάν κοιτάξουμε, σε όποιο σημείο και εάν βρεθούμε), γιατί το Σύμπαν είναι τόσο εκπληκτικά ρυθμισμένο ώστε να είναι επίπεδο (από όλες τις πιθανές τιμές, φαίνεται πως η πυκνότητά του ισορροπεί με απίστευτη ακρίβεια σε μία συγκεκριμένη τιμή που συνεπάγεται ένα Σύμπαν που περιγράφεται από την ευκλείδεια γεωμετρία) κ.ά.Τα ερωτήματα αυτά διευθετεί με κομψό τρόπο η ιδέα του κοσμικού πληθωρισμού. Σύμφωνα με αυτή, σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (δε γνωρίζουμε ακριβώς πότε, αλλά περίπου 10-35 δευτερόλεπτα μετά), το Σύμπαν επεκτάθηκε εκθετικά, για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, εξαιτίας της παρουσίας ενός πεδίου. Η ακριβής μορφή του πεδίου πληθωρισμού δεν είναι γνωστή, καθώς υπάρχουν πολλά διαφορετικά μοντέλα τα οποία μπορούμε να διαχωρίσουμε ανάλογα με τις προβλέψεις τους, και για το λόγο αυτό επιστημονικές ανακαλύψεις όπως η χθεσινή είναι πολύ χρήσιμες.
Γενική Σχετικότητα και βαρυτικά κύματα
Η «γλώσσα» με την οποία περιγράφεται η σύγχρονη Κοσμολογία είναι η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, που επινόησε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν στο πρώτο τέταρτο του 20ου αιώνα. Είναι μία θεωρία βαρύτητας, και καθώς η βαρύτητα αν και η ασθενέστερη από τις δυνάμεις, είναι η επικρατέστερη στις μεγάλες αποστάσεις (η ύλη είναι κατά βάση ηλεκτρικά ουδέτερη, ενώ οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν μικρή εμβέλεια), μέσω αυτής περιγράφεται η εξέλιξη του Σύμπαντος.
Τα βαρυτικά κύματα είναι μία πρόβλεψη της θεωρίας, η οποία όμως δεν είχε επιβεβαιωθεί μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με τον Γενική θεωρία της Σχετικότητας η βαρύτητα είναι συσχετισμένη με την παραμόρφωση της γεωμετρίας του χωροχρόνου η οποία προκαλείται από την παρουσία μάζας ή ενέργειας -είναι στην ουσία το ίδιο πράγμα. Η παραμόρφωση αυτή διαδίδεται με τη μορφή κυμάτων τα οποία είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν αφού προέρχονται από μία ασθενή δύναμη.
Ακτινοβολία υποβάθρου και πόλωση
Η κυριότερη απόδειξη για τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, είναι η λεγόμενη ακτινοβολία υποβάθρου, το φως δηλαδή που συνεχίζει να εκπέμπεται ακόμη και σήμερα, ως απόηχος της γέννησης του Σύμπαντος. Καθώς πρόκειται για φως (χαμηλής συχνότητας, αφού η μεσολάβηση 13.8 δισεκατομμυρίων ετών το έχουν «παγώσει»), φανερώνει την ιδιότητα της πόλωσης. Η πόλωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μπορεί να είναι πολλών ειδών, που αποκαλούνται τρόποι.
Αυτό που ανίχνευσαν οι επιστήμονες του πειράματος ΒICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) ήταν ένα συγκεκριμένο τρόπο πόλωσης στην ακτινοβολία υποβάθρου, που ονομάζεται τρόπος Β. Αυτός ο τρόπος αποτελεί μία «υπογραφή» της επίδρασης των βαρυτικών κυμάτων του πρώιμου Σύμπαντος, η οποία συνέβη διότι τα βαρυτικά κύματα πιέζουν το χώρο και το χρόνο καθώς διαδίδονται, και αυτή η συμπίεση δημιουργεί ένα μοτίβο για τη διαδιδόμενη ακτινοβολία. Εδώ εισάγεται και η έννοια του πληθωρισμού, αφού η ανακάλυψη αποτελεί πρόβλεψη της συγκεκριμένης θεωρίας. Το σημείο αυτό είναι ευαίσθητο μάλιστα, διότι ανοίγει ένα παράθυρο συμβατότητας μεταξύ της Γενικής Σχετικότητας (μιας κλασικής θεωρίας) με τη κβαντική μηχανική, κάτι που αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής.
H χθεσινή ανακάλυψη είναι λοιπόν σημαντική για μία πληθώρα από λόγους και πρόκειται να ανοίξει το δρόμο για νέες έρευνες. Καταρχάς αποτελεί την επιβεβαίωση μίας εκ των βασικών προβλέψεων της θεωρίας του κοσμικού πληθωρισμού και συνεπώς και της ίδιας της θεωρίας, ενώ δίνει και τη δυνατότητα στους επιστήμονες για ένα νέο τρόπο μελέτης του Σύμπαντος μέσω των βαρυτικών κυμάτων.
