Δρ. Νικόλαος Χ. Σολωμός*[1]

*[Ιστορικό εισαγωγικό υπόμνημα: Το παρόν αποτελεί αρθρίδιο που συντάχτηκε το 1994 ακριβώς ένα χρόνο πριν αρχίσει η εργώδης προσπάθεια δημιουργίας του ΕΥΔΟΞΟΥ στο όρος Αίνος. Με αφορμή στοχασμούς για τα αίτια της προσωπικά βιωμένης υποβαθμίσεως τεχνολογικής ανταγωνιστικότητας του έως τότε κυριώτερου ελληνικού τηλεσκοπίου δηλαδή του 1.2 μέτρων Κοργιαλενείου Τηλεσκοπίου στο Κρυονέρι Κορινθίας, συνυφαίνει και τις τότε αναζητήσεις μειζόνων προβλημάτων ως απόρροια των πρωτοσχηματισθεισών (τότε) απόψεών του συντάκτη για την ιδιοσυστασία και το μέλλον της ελληνικής παρατηρησιακής  αστρονομίας, στο οπτικό μέρος του φάσματος. Είχα λοιπόν προσωπικά καταλήξει ποιό το δέον: ήταν η μή απόκτηση οργάνων απροσδιορίστου γενικής χρήσεως ως συνήθως, αλλά, αντιθέτως, η στοχευμένη δόμηση τηλεσκοπίων ειδικών δυνατοτήτων εξ αρχής σχεδιασμένων ώστε να επιτρέπουν τη συμβολή στην απάντηση πολύ συγκεκριμένων και επικαίρων επιστημονικών ερωτημάτων. Οι απόψεις αυτές υπήρξαν συγκινητήριες για το ΕΥΔΟΞΟΣ της Κεφαλονιάς.  Αποτέλεσαν την αρχή μιάς στρατηγικά δομημένης προσπάθειας να ευρεθούν εστίες συναντήσεως ενός τοπικού επιστημονικού μέλλοντος, με το παγκόσμιο γίγνεσθαι στη θεμελιώδη Φυσική Επιστήμη.

*Αντληθέν από την Ομάδα Facebook: «ΙΠΠΟΠΕΔΗ: Ανοικτή Λέσχη φίλων Αστεροσκοπείου “Εύδοξος” – Αίνος Κεφαλληνία».]

Πριν 65 χρόνια περίπου (91 σήμερα, δηλαδή 4 έτη πρίν ξεκινήσει η οικοδόμηση του Α’ Δημοτικού Σχολείου Ληξουρίου- έργο Βενιζέλου-Παπανδρέου και αρχιτέκτονος Θουκυδίδου Βαλεντή) παρατηρήθηκε ένα φαινόμενο που έμελλε να αλλάξει ριζικά τις απόψεις μας για το Σύμπαν: Ηταν η μετατόπιση φασμάτων μακρινών γαλαξιών πρός το ερυθρό ή η οποία ονοματολογικά καθιερώθηκε ώς “κοσμολογική ερυθρολίσθηση” (cosmological redshift). Από την ανακάλυψή της μέχρι σήμερα η κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό άντεξε ως η πειστικώτερη «απόδειξη» ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται. Τα βήματα που οδήγησαν στην ανακάλυψή της είναι πασίγνωστα. Το 1842, ο Christian Doppler ανακάλυψε ότι η σχετική κίνηση μεταξύ μιάς πηγής κυμάνσεων καί ενός παρατηρητού καθίσταται αιτία αλλαγής (μετατοπίσεως) της αντιλαμβανομένης υπό αυτού συχνότητας των εν λόγω κυμάνσεων καί μάλιστα κατα τρόπο “έννομο” δηλ. ακολουθούντα σαφή νόμο τον οποίο καί προσδιόρισε. Ετσι, η συσχέτιση συχνοτικής μετατοπίσεως ( “μετατόπιση Doppler”) καί σχετικής ταχύτητας πηγής/παρατηρητού επιτρέπει να συνάγεται η δεύτερη από μετρήσεις της πρώτης.

Διαδοθείσης της ανακάλυψης του Doppler, ακολούθησε κινητοποίηση των αστρονόμων προκειμένου να διεξαχθεί ένα πρόγραμμα φασματοσκοπικών παρατηρήσεων για την μέτρηση των ταχυτήτων των άστρων και των πλανητών αξιοποιώντας τις “μετατοπίσεις Doppler”. Το παραπάνω ερευνητικό πρόγραμμα συνεχίστηκε και εντός των πρώτων δεκαετιών του 20ου αιώνα με αποκορύφωμα την εργασία των Vesto Slipher, Edwin Hubble και Milton Humason στά αποκαλούμενα τότε σπειροειδή νεφελώματα (αντικείμενα ευδιακρίτως μή αστρικής όψης δηλ. μή σημειακά αλλά διάχυτα) που έμοιαζαν κι αυτά να παρουσιάζουν μετατοπίσεις Doppler όπως τα άστρα. Οσο εμετρώντο ταχύτητες λίγων μονάχα εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, όλα έβαιναν καλώς, κανείς δεν αμφισβητούσε πως οι παρατηρούμενες μετατοπίσεις συχνότητας στα σπειροειδή νεφελώματα υποδήλωναν “σχετική κίνηση” ακριβώς όπως συνέβαινε για τούς αστέρες και τους πλανήτες.

Όμως κατά τη διάρκεια των δεκαετιών 1920 και 1930, ανακαλύφθηκαν σπειροειδή νεφελώματα με μετατοπίσεις Doppler αντιστοιχούσες σε εντυπωσιακές ταχύτητες άνω των 34,000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Ποιά ήταν άραγε η αιτία τους ; Σε ένα γράμμα του προς τον Ολλανδό κοσμολόγο Willem De Sitter το 1931, ο Hubble εξέφρασε το σκεπτικισμό του αναφορικά μ’ αυτές τις ταχύτητες λέγοντας κατά λέξη πως *«… χρησιμοποιούμε τον όρο «φαινομενικές ταχύτητες» προκειμένου να δώσουμε έμφαση στήν εμπειρική διαπίστωση της συσχετίσεως. Αισθανόμαστε ότι η ερμηνεία πρέπει να αφεθεί σε σένα και στούς ελάχιστους εκείνους που είναι ικανοί να πραγματευτούν το θέμα με βαθιά περίσκεψη». * Παρά την τρόπον τινά “προειδοποιητική” αυτή παρατήρηση, τό γεγονός ήταν ένα: οι πρός ερυθρό μετατοπίσεις συχνότητας που εμετρώντο για τους απομεμακρυσμένους γαλαξίες φαινομενικά ήταν πανομοιότυπες με (καί συνεπώς μη διακρίσιμες από) μετατοπίσεις τύπου Doppler. Ετσι πολύ σύντομα, γιά να περιγραφεί η φυσική βάση αυτής της προς το ερυθρό μετατόπισης υιοθετήθηκαν από αμφότερους, αστρονόμους των τηλεσκοπίων (παρατηρησιακούς αστρονόμους) και εκλαικευτές, οι όροι «ταχύτητα απομακρύνσεως» και «ταχύτητα διαστολής».

Ομως καθώς οι αστρονόμοι εξερευνούσαν το σύμπαν σε όλο καί μεγαλύτερο βάθος, οι γαλαξίες και τα διαρκώς ανακαλυπτόμενα quasars ενεφανίζοντο ως κινούμενα με ολοένα μεγαλύτερες ταχύτητες. Εκ πρώτης όψεως κάτι τέτοιο φαίνεται εντελώς φυσικό άν νοηθεί ως επακόλουθο της εκτίναξης της ύλης από τη Μεγάλη Εκρηξη («Big Bang»). Οπως λοιπόν νοητά αντιστοιχείται σε μία φαντασμαγορική επίδειξη πυροτεχνημάτων, φανταζόμαστε τώρα τους εαυτούς μας να παρατηρούμε την εν εξελίξει γύρω μας έκρηξη στεκόμενοι επί της επιφανείας ενός απ’ τα εκτιναχθέντα διάπυρα “γαλαξιακά συμπυκνώματα”, παρακολουθούμε δηλαδή τά υπόλοιπα να διέρχονται από δίπλα μας με μεγάλες ταχύτητες στο κατασκότεινο κενό του απείρου χώρου.

Ομως, κατόπιν προσεκτικώτερης εξετάσεως, αυτή η διαισθητικά υποβλητική και δελεαστική, ομολογουμένως, νοητική αναπαράσταση αποδεικνύεται τόσο ανεπαρκής όσο και άκρως παραπλανητική (διαστρεβλωτική της επιστημονικής αλήθειας).

Τα μυστικά της θεωρίας της σχετικότητας

Η κοσμολογική θεωρία ή εν συντομία “κοσμολογία” του «Big Bang», είναι βασισμένη στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein από τις εξισώσεις της οποίας απορρέει. Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητος, (ΓΘΣ), είναι θεωρία που υπερβαίνει τόσο τη μηχανική του Nεύτωνα όσο και την προγενέστερή της Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας (ΕΘΣ) του Einstein, εισάγοντάς μας σε ιδέες, αρχές καί αντιλήψεις, που δεν συναντάμε στις παλαιότερες θεωρίες. Καί σαν να μήν έφθανε αυτό οι προαναφερθείσες νέες ιδέες γίνονται δυσκολώτατα κατανοητές από την λεγόμενη “κοινή λογική”, η οποία έχει διαμορφωθεί από την ανα τους αιώνες βιολογική οργανική εξέλιξη ούτως ώστε να βλέπουμε τον κόσμο με κάποια “στενότητα πνεύματος” που μας φαίνεται το «φυσιολογικό» δηλαδή μέσα από πολύ συγκεκριμένες παρωπίδες.

Ας γίνουμε σαφέστεροι: H ειδική σχετικότητα παραδείγματος χάριν, είναι βασισμένη στο δυσκολοκατανόητο αξίωμα το ότι η ταχύτητα του φωτός είναι απόλυτα σταθερή γιά οποιονδήποτε παρατηρητή αρκεί να μετράται σε σύστημα αναφοράς κινούμενο με σταθερή ταχύτητα (μή επιταχυνόμενο). Απ’ αυτό ανακύπτει τελικά η ιδέα του «χωροχρόνου» ο οποίος καθίσταται ακολούθως το θέατρο εκτυλίξεως όλων των φαινομένων, συμπεριλαμβανομένων της διαστολής του χρόνου, της συστολής του μήκους, καθώς και του γνωστού Παραδόξου των Διδύμων.

Πέραν τώρα του ‘σκηνικού’ της Ειδικής Σχετικότητος, απλώνεται το πιό ξένο, απόμακρο καί μυστηριώδες τοπίο της γενικής σχετικότητας (ΓΘΣ). Εδώ τα βαρυτικά πεδία καθίστανται (ανάγονται σε) γεωμετρικές καμπυλότητες του χωροχρόνου. Αυτό θα πεί ότι φυσικά φαινόμενα που ερμηνεύονται με τη χρήση της έννοιας “βαρυτική έλξη”, μπορούν ισοδύναμα να ερμηνευθούν με χρήση της έννοιας χωροχρονική καμπύλωση. Τέτοιες αντιλήψεις όμως δεν έχουν κάποιο ανάλογο στην ειδική σχετικότητα γιατί η τελευταία είναι θεωρητικά θεμελιωμένη για έναν εντελώς επίπεδο χωροχρόνο, χωροχρόνο “άτρωτο” από πάσαν επ΄ αυτού επιρροή από ύλη ή ενέργεια.

Απο την άλλη μεριά, όπως η σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός οδήγησε στο Παράδοξο των Διδύμων, η κυρτότητα του χωροχρόνου μας οδηγεί σ’ ένα δικό της σύνολο ασυνηθίστων φαινομένων. Ένα από αυτά αφορά επιβράδυνση των ρολογιών προκαλούμενη από ισχυρά βαρυτικά πεδία. Φαινόμενο αιτιοκρατικά συσχετιζόμενο μ’ αυτήν είναι η λεγόμενη «βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό ή “βαρυτική ερυθρολίσθηση”» (gravitational redshift) η οποία λέμε πως προκύπτει όταν η συχνότητα του φωτός που εγκαταλείπει την επιφάνεια ενός σώματος μετατοπίζεται πρός χαμηλότερες τιμές, κατά τη διάρκεια τού ταξιδίου του προς τον παρατηρητή. Η εν’ λόγω ερυθρολίσθηση συχνότητας είναι παντελώς άσχετη με το γνωστό φαινόμενο της μετατόπισης Doppler, αφού εδώ ο παρατηρητής δεν βρίσκεται κατα κανένα τρόπο σε σχετική κίνηση ως πρός το σώμα το εκπέμπον το φωτεινό σήμα!

Ενα δεύτερο φαινόμενο που προβλέπεται από τη Γενική Σχετικότητα χωρίς ανάλογο στην Ειδική Σχετικότητα, είναι η «κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό» (cosmological redshift). Με απλή διατύπωση, λέμε ότι η κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό προκύπτει επειδή η καμπυλότητα του χωροχρόνου ήταν μικρότερη στο παρελθόν όταν το σύμπαν ήταν νεώτερο από ότι είναι τώρα. Από αυτήν την αιτία, όμως, τα φωτεινά κύματα “επιμηκύνονται” καθ’ οδόν από τη στιγμή που εξεπέμφθησαν εδώ καί πολύ χρόνο μέχρι τη στιγμή που ανιχνεύθηκαν από μας σήμερα.

Κοσμολογία καί μετατόπιση Doppler

Επειδή γιά τον πειραματιστή-παρατηρητή καί οι δύο φαίνονται ως “μετατοπίσεις” θέσεων επί του φάσματος, δελεάζονται δυστυχώς πολλοί καί λογίζουν καί την κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό ως μετατόπιση κατά Doppler. Η υιοθέτηση καί διάδοση μιάς τέτοιας διαστρεβλωτικής ερμηνείας συνέβη απ’ την εποχή αναπτύξεως της θεωρίας του Hubble καί μεταγενέστερα καί τελικά μας οδήγησε σε μία ατυχέστατη παρανόηση αναφορικά με το κοσμολογικό υπόδειγμα του «Big Bang», σκιάζοντας μία από τίς κατ’ εξοχήν γοητευτικές καί μυστηριώδεις καί για τούτο όμορφες πτυχές του. Όπως τονίζεται μ’ έναν υπαινιγμό απογοήτευσης από κοσμολόγους όπως ο Steven Weinberg, ο Jayant Narlikar και ο John Wheeler, «Η συχνότητα του φωτός επηρεάζεται επίσης από τα βαρυτικά πεδία του σύμπαντος και φυσικά δεν είναι χρήσιμο ούτε καί σωστό να ερμηνεύεται η μετατόπιση συχνότητας του φωτός ως εκδήλωση του σχετικιστικού φαινομένου Doppler».

Αναφερόμενοι στην κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό, ως μετατόπιση κατά Doppler, είναι κατα βάθος σαν να επιμένουμε πως η Νευτώνεια θεωρία για την κίνηση εξακολουθεί να εφαρμόζεται στο κοσμολογικό πεδίο χωρίς καμμία απολύτως σημαντική αλλαγή. Αποτέλεσμα αυτής της διανοητικής στάσης είναι ότι τα quasars που παρατηρούνται πλέον σε ερυθρολισθήσεις έως καί z = 4-5, θα πρέπει να ερμηνευτούν ως σώματα κινούμενα με ταχύτητα μεγαλύτερη από v = z . c δηλ. 4-5 φορές την ταχύτητα του φωτός. Φυσικά κάτι τέτοιο αποτελεί εξωφρενικό παραλογισμό αφού όλοι ξέρουμε πως (σύμφωνα με την πειραματικά εδραιωμένη Φυσική) δεν υπάρχει υλικό σώμα που να μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

Ομως σ’ αυτό ακριβώς τό σημείο ανέκυψε καί άλλο ζήτημα: Προκειμένου ν’ αποφευχθούν τέτοιες απίθανες, κατα τα φαινόμενα, ταχύτητες, πολλοί εκλαικευτές χρησιμοποιούν τον μαθηματικό τύπο τού “σχετικιστικού φαινομένου Doppler” (δηλ. τον τροποποιημένο από την ΕΘΣ τύπο Doppler) για να καταδείξουν ότι πράγματι τα quasars δεν κινούνται ταχύτερα απ’ το φως, με το επιχείρημα πως για μεγάλες ταχύτητες η ειδική σχετικότητα αντικαθιστά τη Νευτώνεια φυσική ως το ορθό νοητικό πλαίσιο ερμηνείας του παρατηρουμένου κόσμου. Χρησιμοποιώντας λοιπόν έναν πρόσθετο όρο στον τύπο της ειδικής σχετικιστικής ταχύτητας, το quasar που μόλις αναφέραμε έχει ταχύτητα μόλις το 92% της ταχύτητας του φωτός. Ομως, παρόλο που τώρα αισθανόμαστε ότι ο “Ορθός Λόγος” έχει κατα κάποιο τρόπο επιστρέψει στην περιγραφή μας για το σύμπαν, αυτό που κάναμε (για να λέμε την αλήθεια), δεν είναι τίποτα άλλο από αντικατάσταση μιας ανεδαφικής εξηγήσεως με μια άλλη ανεδαφικώτερη: Κάνοντας μ’ αυτόν τον τρόπο τον υπολογισμό ταχυτήτων των quasar προϋποθέτουμε, σιωπηρά, ότι η ειδική σχετικότητα (δηλ. η φυσική θεωρία ενός επιπέδου χωροχρόνου) είναι εφαρμόσιμη ακόμη και σε κοσμολογική κλίμακα εκεί δηλ. όπου η γενική σχετικότητα (την ορθότητα της οποίας έχουμε αξιωματικώς καί εξ’ αρχής παραδεχθεί) προβλέπει ότι η χωροχρονική καμπυλότητα είναι πρωταγωνίστρια, καθιστάμενη παράμετρος σημαντικότατη καί οπωσδήποτε μή αγνοήσιμη. Η ασυνέπειά μας εδώ είναι οφθαλμοφανής. Είναι σαν ένας τοπογράφος να φτιάχνει τον χάρτη της Ευρώπης χωρίς όμως να λαμβάνει υπόψη του την κυρτότητα της γης!

Η υιοθέτηση του σχετικιστικού τύπου Doppler της ΕΘΣ από πολλούς εκπαιδευτές ή και εκλαικευτές, έχει οδηγήσει σε μια αλλοπρόσαλλη «υβριδική» κοσμολογία, η οποία επιχειρεί μεν να περιγράψει την κοσμολογία του «Big Bang» χρησιμοποιώντας τη Γενική Θ. Σχετικότητας, επιμένει δέ στην ερμηνεία των ερυθρολισθήσεων με την Ειδική Σχετικότητα, διαιωνίζοντας ένα μείζον εννοιολογικό πρόβλημα. Παραδείγματος χάριν, υπό το λήμμα «μετατόπιση προς το ερυθρό» η Αστρονομική Εγκυκλοπαίδεια του Cambridge αναγνωρίζει σαφώς πως η μετατόπιση προς το ερυθρό (ερυθρολίσθηση) δεν είναι μετατόπιση Doppler, αλλά σε λιγότερο από δύο παραγράφους παρακάτω, επιστρατεύεται ο σχετικιστικός τύπος Doppler της ΕΘΣ για να μας καθησυχάσει πως τα υψηλού-z quasar κινούνται πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός! Σύνηθες είναι επίσης για τους εκλαικευτές κοσμολογίας να περιγράφουν πως «το σύμπαν διογκώνεται από μόνο του» και παρόλα αυτά να συνεχίζουν να εξηγούν τη διαστολή του σύμπαντος (διαστήματος) ως κίνηση συντελούμενη υπακούοντας αυστηρά τους κανόνες καί τους περιορισμούς της ειδικής σχετικότητας. Τί συμβαίνει λοιπόν τελικά εδώ πέρα;

 

Η διάσωση της λογικής μας συνοχής από τη Γενική Σχετικότητα

Αντιφάσεις στο νοητικό μας οικοδόμημα σαν τις προαναφερθείσες, εξαλείφονται κατα τρόπο φυσικώτατο εαν ακολουθήσουμε πιστά ως οδηγό στις κοσμολογικές αναζητήσεις μας, τη Γενική Θ. Σχετικότητος της οποίας την ισχύ αξιωματικώς παραδεχόμεθα (αλλά δέν παύουμε να την ελέγχουμε με συνεχιζόμενα ειδικά πειράματα). Η γενική σχετικότητα μας υποβάλει να αποδεχθούμε την ορθότητα μιάς σειράς αδιασείστων ( προτάσεων/συμπερασμάτων περί του τρόπου λειτουργίας καί των φυσικών χαρακτηριστικών του κόσμου μας. Συγκεκριμένα:

1. η Ειδική Σχετικότητα είναι ακατάλληλη σε μη τοπικό επίπεδο δηλ. για την περιγραφή ολοκλήρου του σύμπαντος
2. οι έννοιες της απόστασης και της κίνησης δεν είναι καθορισμένες κατα τρόπο μονοσήμαντο καί απόλυτο για όλους τους παρατηρητές.
3. η προΰπαρξη του χωροχρόνου δέν δύναται να αποτελέσει αντικείμενο της επιστήμης.

Καθένα από τα παραπάνω συμπεράσματα είναι τόσο αντι-διαισθητικό όσο καί το παράδοξο των Διδύμων, ή η διττή φύση της ύλης (“κυματοσωματιδιακός δυισμός”) γνωστή από την κβαντική μηχανική. Η φράση που είπε κάποτε ο Νομπελίστας φυσικός John Wheeler «Αν δεν είσαι εντελώς μπερδεμένος με την Κβαντική Μηχανική, τότε μάλλον δεν την καταλαβαίνεις» μπορεί λοιπόν επίσης να ειπωθεί και για τη Γενική Σχετικότητα.

Το πρώτο συμπέρασμα σημαίνει ότι στο ζήτημα της ορθής καί ακριβέστατης περιγραφής της «μεγάλης εικόνας» δηλαδή του σύμπαντος ως όλου, δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε ούτε τις επίπονα αποκτηθείσες από την ειδική σχετικότητα γνώσεις. Στην Κοσμολογία λοιπόν, η Γενική Σχετικότητα θα πρέπει να αντικαταστήσει την Ειδική Σχετικότητα διότι, αντίθετα μ’ αυτήν, αρνείται έναν ειδικό ρόλο στους παρατηρητές οι οποίοι κινούνται με σταθερή ταχύτητα, επεκτείνοντάς την “Αρχή της Ισοδυναμίας” (τουτ’έστιν μεθερμηνευόμενον την Αρχή πως όλοι οι ομαλώς κινούμενοι παρατηρητές, ασχέτως κινήσεως, ισοδυναμούν πλήρως, αφού αποφασίζοντες και πραγματοποιούντες ανακαλυπτικά πειράματα, πρόκειται να  ανακαλύψουν τους ίδιους επακριβώς φυσικούς νόμους (ίδιες «εξισώσεις») ΚΑΙ στην περίπτωση των επιταχυνόμενων παρατηρητών. Επίσης αρνείται τη σπουδαιότητα της ειδικής σχετικότητας του επίπεδου χωροχρόνου μεταθέτοντας την εξηγητική της ισχύ για σ’ ένα μικροσκοπικό (τοπικό) χώρο λογιζόμενο ως μέρος ενός ευρυτέρου γεωμετρικού ενδεχομένου (καμπυλωμένος χωροχρόνος). Όπως λοιπόν η φυσική του Nεύτωνα έδωσε την θέση της στην ειδική σχετικότητα προκειμένου να περιγραφούν σωστά κινήσεις υψηλών ταχυτήτων, έτσι ακριβώς και η ειδική σχετικότητα παραχωρεί τη θέση της στη γενική σχετικότητα προκειμένου να περιγραφούν απέραντες μακροσκοπικές (συμπαντικές) διαστάσεις. Αυτό σημαίνει ότι ο ειδικός σχετικιστικός τύπος Doppler ούτε πρέπει και ούτε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρηθεί η ταχύτητα των μακρινών quasar. Δεν έχουμε άλλη επιλογή σ’ αυτό το θέμα εάν θέλουμε να διατηρήσουμε τη λογική ακεραιότητα των δύο θεωριών.

Απόσταση καί κίνηση

Το δεύτερο συμπέρασμα είναι ιδιαίτερα εκνευριστικό διότι άν δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε τί ακριβώς εννοούμε με τον όρο απόσταση, πώς λοιπόν μπορούμε να συλλάβουμε την έννοια του όρου «κίνηση» των μακρινών quasars ή την δοθείσα ερμηνεία του Νόμου του Hubble ως σχέση μεταξύ απόστασης και της ταχυτητάς τους; Για μικρή περιοχή του χωροχρόνου μπορούμε να προσδιορίσουμε επακριβώς την κίνηση όπως κάναμε πάντα διότι το διάστημα (ο χώρος) έχει στατική, επίπεδη γεωμετρία. Όταν ένα σώμα κινείται από ένα σημείο x προς ένα σημείο y μέσα σε χρονικό διάστημα Τ, λέμε ότι κινείται με ταχύτητα v = (x – y)/T. Καί φυσικά υπάρχουν σαφείς καί καλά καθορισμένοι πειραματικοί τρόποι (μέθοδοι) καταμέτρησης των x, y και T (χρησιμοποιώντας χρονόμετρα και μέτρα) που μας επιτρέπουν να σχηματίσουμε το ζητούμενο πηλίκο v. Το κρίσιμο χαρακτηριστικό πίσω απ’ αυτές τις διαστάσεις είναι ότι τίποτα δεν συμβαίνει στην γεωμετρία του χώρου κατά τη διάρκεια του πειράματος, που ν’ αλλάζει την έκβαση της μετρητικής διαδικασίας.

Στο κοσμολογικό περιβάλλον, το οποίο όμως πιστεύουμε ότι περιγράφεται επακριβώς από τη Γενική Σχετικότητα, δεν υπάρχει καμιά από αυτές τις πολυτέλειες! Οι αστρονόμοι δεν μπορούν να περιμένουν εκατομμύρια χρόνια για να καταμετρήσουν τις «ίδιες κινήσεις» των quasars. Δεν μπορούν, όπως η τροχαία να χρησιμοποιήσουν δέσμες ραντάρ για να προσδιορίσουν τις σχετικές αποστάσεις ή ταχύτητες των μακρινών γαλαξιών. Αντίθετα με όλες τις άλλες μορφές της κίνησης που έχουν ήδη παρατηρηθεί, η κοσμολογική «κίνηση» δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Μπορεί μόνο να ΣΥΝΑΧΘΕΙ, έμμεσα, από τις παρατηρήσεις της κοσμολογικής μετατόπισης προς το ερυθρό, ή οποία, μας πληροφορεί η γενική σχετικότητα, σημαίνει ότι το σύμπαν «διαστέλλεται».

Στην κοσμολογία του «Big Bang», οι γαλαξίες είναι τοποθετημένοι σε συγκεκριμένες θέσεις στο διάστημα. Ίσως να περιπλανώνται ελαφρά γύρω από τη θέση τους, σύμφωνα με την ειδική σχετικότητα και τα τοπικά βαρυτικά πεδία, αλλά η κύρια πραγματική τους «κίνηση» είναι κυριολεκτικά η διαστολή του μεταξύ των χώρου! Αυτό βέβαια δεν είναι κάποιο είδος κινήσεως όπως αυτές που έχει ποτέ βιώσει ένας άνθρωπος. Επομένως δεν μας εκπλήσσει το γεγονός ότι η διαίσθησή μας δυσκολεύεται να βγάλει συμπεράσματα και αναζητεί άλλες λιγότερο ριζικές αλλά “παραδοσιακώτερες” ερμηνείες γιά το θέμα όπως λ.χ την Ειδική Σχετικότητα. Αλλά ακόμη και η εξωτική (άλλοτε, τω καιρώ εκείνω !) γλώσσα της και οι γνωστοί μας πιά εντυπωσιακοί γρίφοι της (ειδικής σχετικότητας), δεν μπορούν εδώ να μας βοηθήσουν. Αντίθετα, είμαστε αναγκασμένοι να απευθυνθούμε στα μαθηματικά της ίδιας της Γενικής Σχετικότητας σκαλίζοντάς τα για να βρούμε τι είδους βοήθεια μπορούν να μας παράσχουν. Ενεργώντας με αυτό τον τρόπο όμως, μένουμε με ένα μυστήριο τόσο βαθύ για τη διαίσθηση όσο το παράδοξο των Διδύμων και φυσικά εξ’ ίσου δελεαστικό καί προκλητικό να εξηγηθεί.

Δύο γαλαξίες μονίμως τοποθετημένοι σε θέσεις (x1, y1, z1) και (x2, y2, z2) σε δεδομένη στιγμή βρίσκονται ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά. Μετά από μερικά δισεκατομμύρια έτη ενώ ήταν τοποθετημένοι στις ίδιες συντεταγμένες βρίσκονται 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Οι γαλαξίες δεν έχουν «μετακινηθεί», παρ’ όλ’ αυτά, η απόσταση που τους χωρίζει έχει αυξηθεί. Είναι γεγονός ότι όταν το σύμπαν ήταν ηλικίας ενός έτους μόνο, οι αποστάσεις μεταξύ των δύο αυτών γαλαξιών αυξάνονταν με ρυθμό κατά 300 φορές την ταχύτητα του φωτός! Το διάστημα μπορεί να επεκταθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός κατά τη Γενική Σχετικότητα διότι το διάστημα δεν αντιπροσωπεύει ύλη ή ενέργεια. Οι μετατοπίσεις που προκαλούνται από τη διαστολή του δημιουργούν ένα τελείως καινούργιο είδος κίνησης για το οποίο ακόμα και η διαίσθηση του συγχρόνου ανθρώπου έστω καί εκπαιδευμένη μετά από 90 (115 σήμερα)  χρόνια κυκλοφορίας της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητος παραμένει βαθύτατα σιωπηλή. Είχε λοιπόν δίκιο ένας πού είπε κάποτε: «από εδώ (ειδική σχετικότητα) …δεν μπορείς να πάς εκεί (στη γενική σχετικότητα) ». Οσο η Γενική Σχετικότητα ελεγχόμενη αλλεπάλληλα από σύγχρονα πειράματα, εξακολουθεί να βρίσκεται σωστή (δηλ. να αντέχει στις πειραματικές δοκιμασίες και να επαληθεύεται), δεν έχουμε άλλη επιλογή παρά μόνο να δεχόμαστε αδιαμαρτύρητα τις συνέπειές της, όπως ακριβώς προκύπτουν.

Υλη, Χώρος καί χρόνος

Το τελευταίο συμπέρασμα που εξήχθη από τη Γενική Σχετικιστική Κοσμολογία είναι ότι, αντίθετα με την Ειδική Σχετικότητα, δεν έχει πιά φυσική σημασία να λογίζουμε τον χωροχρόνο ως υπάρχοντα ανεξάρτητα από την παρουσία ύλης και ενέργειας. Στην κοσμολογία του «Big Bang», διάστημα και χρόνος εμφανίστηκαν (σάν έννοιες χρήσιμες πρός περιγραφή φυσικών φαινομένων) από κοινού με την ύλη και την ενέργεια στο “χρόνο μηδέν” δηλ. στην αρχή του χρόνου. Αν το σύμπαν μας περιέχει πυκνότητα ύλης και ενέργειας μεγαλύτερη μιάς κρίσιμης τιμής, ο χωροχρόνος του θα είναι εσαεί πεπερασμένος καί περιορισμένος, με γεωμετρία (δηλαδή ισχύοντα θεωρήματα) ανάλογη εκείνης μιάς σφαίρας. Πέρα απ’ το όριο αυτό, διάστημα και χρόνος απλά δεν υπάρχουν. Είναι επίσης γεγονός ότι η Γενική Σχετικότητα επιτρέπει στην γνωστή μας Αρχή διατηρήσεως της ενέργειας ν’ αναστέλλεται ούτως ώστε η ύλη και η ενέργεια να μπορούν να δημιουργούνται κυριολεκτικά από το τίποτα ενός καμπυλωμένου χωροχρόνου. Το «Κενό» λοιπόν δεν είναι τελικά διόλου κενό, αλλά αντίθετα οντότητα κυοφορούσα ύλοενέργεια σε λανθάνουσα μορφή. Η Γενική Σχετικότητα προσέφερε λοιπόν  το σενάριο για μιά «αλματικά – αρχόμενη», θα λέγαμε, Δημιουργία!

Η κοσμολογία «Big Bang» είναι βαθύτατα όμορφο αλλά καί πολύ ενοχλητικό ταυτόχρονα υπόδειγμα για το σύμπαν μας, το σχήμα του και το πεπρωμένο του. Εξακολουθεί ακόμα να περιέχει  πολλές εκπλήξεις οι οποίες δεν έχουν μέχρι στιγμής δουλευτεί τελειωτικά από τους θεωρητικούς. Ενα πάντως συμπαντικό χαρακτηριστικό είναι σαφέστατο: Η Μεγάλη Εκρηξη δεν ήταν τελικά ένα θεαματικό πυροτέχνημα, αλλά ένα γεγονός διαφορετικής παντελώς υφής. Ισως, ότι υπάρχει δεν είναι μόνο ότι βλέπουμε ή ότι μπορούμε να φανταστούμε. Αν επιμένουμε αναγκαστικά σε παροχή μιάς  «διαισθητικής εικόνας», ή υπόθεση μοιάζει περισσότερο με διαστελλόμενη σαπουνόφουσκα επί της οποίας έχουν επικολληθεί σωματίδια σκόνης (οι γαλαξίες) τούς οποίους αναγκαστικά μεταφέρει σ’ όλη τη διαδρομή. Το λεπτό υμένιο της φυσαλλίδας αναπαριστά το σύνολο του διαστήματος και της ύλης στο σύμπαν μας και διαστέλλεται εντός μιάς μυστηριώδους, ακατάληπτης για τον άνθρωπο, αρχεγόνου κενότητας, μιάς απουσίας, άδειας από κάθε έννοια χώρου, διάστασης, χρόνου ή ύλης. Μετά από όλα αυτά, μήπως θα πρέπει να εγκαταλείψουμε ώς “πεπαλαιωμένο τρόπο σκέψης” την νοοτροπία αναζήτησης διαισθητικών υποδειγμάτων (των λεγομένων «μηχανικών αναλόγων»); Πράγματι, πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι πλησιάζει η στιγμή του ακούσματος της πένθιμης κωδωνοκρουσίας που θα σημαίνει τον ενταφιασμό κάθε εναπομείναντος ίχνους της “παλαιάς” αυτής σκέψης.

Με την κατά Doppler ερμηνεία της κοσμολογικής μετατοπίσεως προς το ερυθρό, να αναθεωρείται και τελικά να απορρίπτεται, υποχωρούν καί τα τελευταία προπύργια της κλασσικής σκέψης καί εμείς ως νοήμονα όντα ερχόμεθα προοδευτικά σε θέση ν’ αγκαλιάσουμε το αυθεντικό κάλλος και μυστήριο της κοσμικής διαστολής, έτσι, αληθινή, όπως την είχαν οραματιστεί αυτοί που την ανακάλυψαν.

[1] Ο Δρ. Νικόλαος Χ. Σολωμός ως ερευνητής αστροφυσικός, υπήρξε ο εμπνευστής και πρωτεργάτης του Κεφαλληνιακού Ιδρύματος Ερευνών “ΕΥΔΟΞΟΣ” και των δύο κέντρων /αστεροσκοπείων που αυτό συμπεριλαμβάνει.

[2] ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Το φώς, το από το κέντρο μακρυνών γαλαξιακών σμηνών (όπως το εικονιζόμενο) εκπορευόμενο, υπόκειται σε βαρυτιακή ερυθρολίσθηση καθώς ταξιδεύει δια μέσου του σμήνους. Το μέγεθος της ερυθρολισθήσεως αυτής βρίσκεται σε τέλεια συμφωνία με την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αινστάιν. (ΠΗΓΗ εικόνας: NASA, ESA, E. Jullo (Jet Propulsion Laboratory), P. Natarajan (Yale University), και J.-P. Kneib (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, CNRS, France))

ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΤΑΙ ΔΙΑ ΝΟΜΟΥ η αναδημοσίευση.