Από το περίπου Μηδέν, στο σχεδόν Άπειρο

Το παρακάτω άρθρο υπάρχει δημοσιευμένο και στο παλαιότερο blog μου "mepolyaplalogia", μάλιστα ήταν το πρώτο άρθρο και είχε δημιουργηθεί ειδικά για παιδιά του Γυμνασίου. Καθώς όμως το ενδιαφέρον συνεχίζεται, αναδημοσιεύεται και εδώ με κάποιες διορθώσεις και προσθήκες.

Ζούμε  σ’ έναν κόσμο μαγικό, όπως λέει και το τραγούδι, αλλά σπάνια συνειδητοποιούμε ότι μεγάλο μέρος της μαγείας οφείλεται στο ότι ζούμε στη μέση περίπου της κλίμακας των διαστάσεων, μεταξύ του ατόμου και των μεγεθών του Σύμπαντος.

Αυτό μας δίνει το πλεονέκτημα να μπορούμε να έχουμε πρόσβαση με τα τεχνικά μέσα που έχουν αναπτυχθεί χάρις στην ευφυία του ανθρώπου και στα δύο άκρα των μεγεθών αυτών, έτσι ώστε να έχουμε μια αρκετά καλή, αν και όχι ακόμα ολοκληρωμένη εικόνα του φυσικού κόσμου.

Από την άλλη μεριά, εξαιτίας της εύθραυστης φύσης μας, ζούμε πολύ κοντά στο κάτω μέρος της κλίμακας σε ότι αφορά την πίεση, τη θερμοκρασία και τις βαρυτικές δυνάμεις.

Αρκεί να σκεφτούμε ότι ζούμε σε πίεση περίπου 1 bar (100.000 Ρa), θερμοκρασία λίγο επάνω από το απόλυτο μηδέν (273 βαθμούς Κελσίου) και σε πεδίο επιτάχυνσης της τάξης του 1g (δηλαδή μάζα 1 kg δέχεται δύναμη 10 Ν), ενώ στα άστρα και τις μαύρες τρύπες οι τιμές των μεγεθών αυτών είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες.

Εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες είναι και οι ταχύτητες που αναπτύσσουν τα σχεδόν άυλα υποατομικά σωματίδια και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε σχέση με τις ανθρώπινες κατασκευές, αν και εδώ, όπως απέδειξε ο πολύ έξυπνος κύριος Αλβέρτος υπάρχει και ένα άνω όριο (η ταχύτητα του φωτός στο κενό), που κάθε τόσο  επιβεβαιώνεται ότι είναι πράγματι αξεπέραστο.

Κοντά στο μέσο της κλίμακας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, βρισκόμαστε επίσης και από πλευράς οπτικής αντίληψης των κυμάτων αυτών (ορατό φως).

Χοντρικά, θα λέγαμε ότι ο κόσμος μας χωρίζεται σε τρεις περιοχές:

-          Τον Φυσικό Κόσμο κοντά στις διαστάσεις και τα μέτρα του ανθρώπου,

-          Τον Μικρόκοσμο (κάτω από το ατομικό μέγεθος), και

-          Τον Μακρόκοσμο (το σύμπαν που βλέπουμε το βράδυ στον ουρανό και με τα τηλεσκόπια).

Το περίεργο είναι ότι στις τρείς αυτές περιοχές, και με τις σημερινές γνώσεις, τα πράγματα δεν φαίνεται να δουλεύουν με τον ίδιο ακριβώς τρόπο.

Στον άμεσα αντιληπτό (φυσικό) μας κόσμο, ισχύει η Νευτώνεια φυσική, δηλαδή αυτή που περιέγραψε ο Νεύτωνας με τις εξισώσεις του, τη μαθαίνουμε στο Γυμνάσιο και όλα «σχεδόν» τα αντικείμενα γύρω μας έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με αυτούς τους φυσικούς νόμους.

(Για αυτό το «σχεδόν», βλ παρακάτω στο κείμενο).

Στον Μικρόκοσμο, τα πράγματα είναι κάπως αόριστα και αυτό δεν είναι σχήμα λόγου, καθώς εκεί επικρατεί η κβαντική φυσική με την αρχή της αβεβαιότητας ή απροσδιοριστίας, που μοιάζει να πλησιάζει λίγο την περιοχή του μεταφυσικού.

Τροχιές υποατομικών σωματιδίων (επεξεργασμένες από υπολογιστή) μετά από σύγκρουση ατομικών σωματιδίων, στο CERN. Από την τροχιά κάθε σωματιδίου συμπεραίνονται τα φυσικά χαρακτηριστικά του. Η μέγιστη ισχύς των συγκρούσεων στο CERN φτάνει τα 14 TeV, που ακούγεται μεγάλη (και είναι για τα υποατομικά σωματίδια) αλλά για σύγκριση, 1 TeV είναι η κινητική ενέργεια του ιπτάμενου κουνουπιού!

Με απλά λόγια, μοιάζει σαν κάποια ιδιότητα ενός σωματιδίου να γίνεται συγκεκριμένη μόνο εφόσον υπάρχει κάποιος να την παρατηρήσει, ή να την καταγράψει με όργανα.

Παραφράζοντας τον Καρτέσιο, θα λέγαμε: "παρατηρώ, άρα υπάρχει".

Είναι σαν ένα ζουζούνι να πετάει μέσα σ’ ένα δωμάτιο, αλλά να είναι αδύνατον να προσδιορίσουμε ταυτόχρονα τη θέση και την ταχύτητά του, μας επιτρέπεται να προσδιορίσουμε με ακρίβεια μόνον ένα από τα δύο αυτά μεγέθη κάθε φορά.

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέμα Νο87.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδιότητα που έχει παρατηρηθεί στο μικρόκοσμο, είναι η δυνατότητα να επιτευχθεί μεταφορά πληροφορίας με τρόπο που μοιάζει να ξεπερνάει σε ταχύτητα αυτή του φωτός.

Αυτό δεν αντίκειται στη γνωστή αρχή που θέλει την ταχύτητα του φωτός στο κενό τη μεγαλύτερη δυνατή στο Σύμπαν, αλλά έχει να κάνει με τη μετάδοση μιας ιδιότητας, μεταξύ δύο φωτονίων (προς το παρόν) που έχουν κοινή προέλευση.

Μοιάζει αρκετά με τη διαίσθηση που πιστεύουμε (αναπόδεικτα) ότι αναπτύσσουν οι δίδυμοι μεταξύ τους, εξαιτίας της κοινής προέλευσής τους.

Η κατανόηση του μικρόκοσμου ανοίγει μια γοητευτική διάσταση στη φύση, και αξιοποιεί τη δυνατότητα του ανθρώπου να κατασκευάσει μηχανήματα σε διαχειρίσιμα μεγέθη (όπως πχ ο τεράστιος επιταχυντής του CERN στη Γενεύη), που δίνουν ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός σε υποατομικά σωματίδια.

Και μάλιστα, όσο πιο μικρά σωματίδια θέλουμε να ερευνήσουμε, τόσο μεγαλύτερα μηχανήματα χρειαζόμαστε, επειδή απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να φθάσουμε σ’ αυτά!

Οδηγώντας κάποια από τα σωματίδια αυτά σε σύγκρουση μεταξύ τους, δημιουργούνται (σε πολύ, μα πάρα πολύ μικρή κλίμακα αλλά εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία σημειακά) συνθήκες παραπλήσιες με την απαρχή του Σύμπαντος (τη γνωστή Μεγάλη Έκρηξη ή Big Bang), οπότε θα μπορούσε  να γίνει κατανοητό το πώς δημιουργήθηκε η ύλη και η ενέργεια, και πώς απέκτησαν τις ιδιότητες που γνωρίζουμε σήμερα.

Μια άλλη συνέπεια αυτών των συγκρούσεων μεγάλης ενέργειας, ήταν να αποκαλυφθεί ένα πλήθος νέων σωματιδίων που κρύβονται μέσα στην κλασική εικόνα του ατόμου, με αποτέλεσμα να αναγκαστούν οι φυσικοί να εξαντλήσουν τη φαντασία τους για να τα ονομάσουν!

Και αν σας φαίνεται ότι ψάχνουμε ψύλλους στα άχυρα, σας λέμε ότι σήμερα γνωρίζουμε για τους ψύλλους, αλλά μας διαφεύγουν ακόμα τα «άχυρα».

(Για τα «άχυρα», βλ. παρακάτω στο κείμενο).

Παρόλη όμως τη θεωρητική απροσδιοριστία που βασιλεύει στην κβαντική μηχανική, έχουν ήδη προκύψει και αναμένεται να προκύψουν στο μέλλον πολύ συγκεκριμένες πρακτικές εφαρμογές της, που αφορούν πχ την ανάπτυξη νανο-υλικών στα οποία μπορούν να δοθούν πρωτόγνωρες ιδιότητες, καθώς και την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών με πολλαπλάσια υπολογιστική ικανότητα από τους σημερινούς (ίσως τότε δούμε και τον πρώτο «σκεπτόμενο» υπολογιστή).

Ένα κβαντικό ρολόι θα έχει τόση μεγάλη ακρίβεια, ώστε αν είχε αρχίσει να λειτουργεί τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, μέχρι σήμερα θα είχε χάσει λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο!

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέμα Νο39.

Σχηματική παράσταση της εξέλιξης του σύμπαντος, από το big bang (αριστερά) μέχρι σήμερα (δεξιά). Στην κλίμακα στο κάτω μέρος της εικόνας, φαίνεται ο χρόνος, η θερμοκρασία και η ενέργεια, ενώ στο επάνω μέρος το πόσο κοντά έχουμε καταφέρει να φθάσουμε να αναπαραστήσουμε τις συνθήκες μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μέσα στους διάφορους επιταχυντές. 

Ενας πολύ πρόσφατος κλάδος είναι και η Κβαντική Βιολογία, η οποία μελετά τις επιδράσεις των τυχαίων συμβάντων στη δομή του κυττάρου, με κύριο στόχο να ανακαλύψει τον μηχανισμό δημιουργίας των μεταλλάξεων και των καρκινικών κυττάρων.

Γενικά, αν θελήσουμε να αντιστοιχήσουμε το βαθμιαίο «χτίσιμο» της ύπαρξής μας με τις ανάλογες επιστήμες, θα είχαμε την παρακάτω κλιμάκωση:

Φυσική:          Δομή του ατόμου

Χημεία:           Δομή των μορίων

Βιοχημεία:      Οργάνωση των μορίων σε κύτταρα

Βιολογία:        Συνένωση των κυττάρων σε ζωντανούς οργανισμούς

Γενετική:         Αξιοποίηση των πληροφοριών των κυττάρων

Με αυτά κι αυτά μεταφερόμαστε στο Μακρόκοσμο, όπου ισχύουν διαφορετικά αλλά εξίσου περίεργα και συναρπαστικά φαινόμενα.

Κατ’ αρχήν δεν βλέπουμε τα πραγματικά όρια του σύμπαντος, αφού τα πλέον μακρινά άστρα που βλέπουμε σήμερα ήταν στη θέση εκείνη, όταν το φως τους που φτάνει σ’ εμάς τώρα ξεκίνησε να έρχεται προς το μέρος μας.

Με διάφορους υπολογισμούς οι αστρονόμοι εκτιμούν την ηλικία του σύμπαντος σε 14 δισεκατομμύρια έτη περίπου, ενώ η δυνατότητα παρατήρησης των ορίων του σύμπαντος φθάνει σε βάθος και προς όλες τις κατευθύνσεις, τα 47 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Τώρα πώς γίνεται αυτό, που μοιάζει να παραβιάζει το όριο της ταχύτητας του φωτός, ρωτήστε τους αστρονόμους που λένε ότι μέρος της επέκτασης του Σύμπαντος (που συνεχίζεται), έχει συμβεί με ταχύτατη διαστολή του χώρου ελάχιστο χρόνο μετά τη δημιουργία του.

Και δεν είναι μόνο ότι δεν βλέπουμε όλο το σύμπαν. Δεν βλέπουμε ούτε όλη την ύλη, ούτε και όλη την ενέργεια που εμπεριέχει.

Στην πραγματικότητα αντιλαμβανόμαστε μόνο ένα μικρό ποσοστό τους, της τάξης του 5%!.

Η υπόλοιπη ύλη και ενέργεια (τα «άχυρα» που λέγαμε παραπάνω) έχουν βαφτιστεί «σκοτεινές», που δηλώνει την άγνοιά μας επί του θέματος.

Πολύ συνοπτικά, η σκοτεινή ύλη είναι αόρατη ύλη κυρίως μέσα στους γαλαξίες, που έχει θετική βαρυτική επίδραση και βοηθάει στη συνοχή τους, ενώ η σκοτεινή ενέργεια είναι διάσπαρτη στο Σύμπαν, έχει αρνητική βαρυτική επίδραση και προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του (δηλ την επιταχυνόμενη απομάκρυνση των γαλαξιών μεταξύ τους).

Αντίθετα, για τις «μαύρες τρύπες» οι ιδιότητες τους έχουν προσδιοριστεί με αρκετή ακρίβεια, και έχουν χρησιμοποιηθεί τόσο σε ιστορίες επιστημονικής φαντασίας όσο και αυθεντικής επιστήμης, ως ο από μηχανής Θεός για να δώσουν λύσεις στους ήρωες ή διέξοδο στη φαντασία των επιστημόνων, δημιουργώντας «σκουληκότρυπες» για ταχεία μεταφορά από τη μια άκρη του Σύμπαντος στην άλλη, ταξίδια μπρος – πίσω στο χρόνο, κλπ.

Μία μαύρη τρύπα είναι περιοχή τεράστιας βαρύτητας, τόσο τεράστιας που συγκρατεί ακόμα και το φως από το να διαφύγει, οπότε δεν βλέπουμε τίποτα μέσα της (πιο μέσα από τον "ορίζοντα γεγονότων" για την ακρίβεια).

Μα το φως επηρεάζεται από την βαρύτητα?

Όχι μόνο το φως, αλλά και ο ίδιος ο χρόνος επηρεάζεται από τη βαρύτητα (σωστότερα από την παρουσία μάζας, όχι από τις δυνάμεις g), προκαλώντας περίεργα αλλά και αστεία φαινόμενα, που όμως έχουν επιβεβαιωθεί. 

Υπόψη ότι χρόνος και χώρος θεωρείται ότι δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα με τα υπόλοιπα προϊόντα της Μεγάλης Έκρηξης, οπότε η ερώτηση για το τι υπήρχε πριν και πού, δεν έχει νόημα ούτε φυσικά απάντηση.

Σήμερα, εκτιμάται ότι στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών υπάρχει και από μία γιγάντια μαύρη τρύπα.

Η επίδραση της βαρύτητας στο φως  έχει επιβεβαιωθεί, όπως και η επιβράδυνση του χρόνου τόσο από τη βαρύτητα, όσο και από την ταχύτητα.

Στη μαύρη τρύπα, εκτός από το φως που δεν ξεφεύγει, δεν κυλάει ούτε ο χρόνος για τον εξωτερικό παρατηρητή, και δεν εννοούμε ότι επηρεάζονται οι μηχανισμοί των ρολογιών εξαιτίας του βαρυτικού πεδίου, αλλά και ο ίδιος ο βιολογικός χρόνος.

Οι τροχιές των δορυφόρων του συστήματος GPS, σε ύψος 20.000 km από την επιφάνεια της Γης. Οι δορυφόροι GPS είναι μια από τις αποδείξεις ότι η θεωρία της σχετικότητας ισχύει.

Αντίστοιχα, οι μεγάλες ταχύτητες επιβραδύνουν επίσης τον χρόνο, και πρακτικό παράδειγμα (εδώ αντιστοιχεί το «σχεδόν» προηγούμενης παραγράφου) αποτελούν οι δορυφόροι του συστήματος GPS, που λαμβάνουν υπόψη την «παραμόρφωση» του χρόνου τόσο λόγω της ταχύτητάς τους, αλλά και εξαιτίας της απομάκρυνσής τους από τη μάζα της Γης, αλλιώς τα λάθη τους θα ήταν σημαντικά. 

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέμα Νο36. 

Γνωστό είναι επίσης το παράδειγμα των διδύμων, όπου ο αδελφός που κάνει ένα σύντομο για τον ίδιο ταξίδι αλλά με πολύ γρήγορο διαστημόπλοιο, γυρίζει στη Γη για να βρει τον αδελφό του αρκετά πιο γερασμένο από τον ίδιο.

Αυτός είναι και ο μόνος γνωστός τρόπος για να προχωρήσει κάποιος γρηγορότερα στο μέλλον, αλλά δυστυχώς είναι διαδρομή χωρίς εισιτήριο (χρονικής) επιστροφής.

Όσο για επιστροφή στο παρελθόν, δεν φαίνεται να υπάρχει τρόπος, τουλάχιστον όχι με «διαδραστικό» τρόπο, επειδή δεν θα πρέπει να μπορούμε να επηρεάσουμε το παρελθόν, παρότι το αντίθετο είναι προσφιλές θέμα σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας και υπάρχουν και κάποιες ενδείξεις ότι η αιτία δεν προηγείται πάντοτε του αποτελέσματος.

Καθαρά θεωρητικά, επιστροφή στο παρελθόν μπορεί να γίνει μόνο αν επιτευχθεί ταχύτητα μεγαλύτερη από του φωτός, οπότε η κομψή κυρία δεν πρόκειται να γυρίσει πίσω στο χρόνο, όχι σύντομα τουλάχιστον*.

* Από το σχετικό τραγουδάκι που κυκλοφόρησε όταν έγινε ευρύτερα γνωστή η θεωρία της Σχετικότητας:

«Ήταν μια κομψή κυρία που εγνώριζε σαφώς,

πώς να ταξιδεύει μόνη γρηγορότερα απ’ το φως.

Εξεκίνησε μια μέρα, κατευόδιο καλό της,

και επέστρεψε ξανά, να τι είναι η Σχετικότης,

την προηγουμένη νύχτα πίσω πάλι στο χωριό της»

Είναι επίσης γνωστό ότι οι μεγάλες ταχύτητες αυξάνουν τη μάζα των σωμάτων.

Αυτό δεν σημαίνει ότι τα αντικείμενα «φουσκώνουν», αλλά καθώς πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, χρειάζεται όλο και περισσότερη ενέργεια για να αυξηθεί και άλλο η ταχύτητά τους (οπότε φαίνεται «σαν» να αυξάνεται η μάζα τους), συνεπώς όταν βρίσκονται ένα βήμα πριν την ταχύτητα του φωτός χρειάζεται πια άπειρη ενέργεια για αυτό το τελευταίο βήμα, οπότε είναι αδύνατον να γίνει. 

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέματα Νο32, 33, 34.

Έτσι εξηγούνται οι τεράστιες εγκαταστάσεις και ενέργειες που χρειάζονται για την επιτάχυνση μερικών υποατομικών σωματιδίων πολύ κοντά (αλλά όχι ακριβώς) στην ταχύτητα του φωτός.

Θα έχετε ενδεχομένως παρατηρήσει ότι η δομή του μικρόκοσμου και του μακρόκοσμου μοιάζουν, δηλαδή υπάρχουν πυρήνες, πολύ κενό γύρω τους, και μικρότερα σώματα που κινούνται σε τροχιά γύρω από τους πυρήνες αυτούς.

Επιπλέον ο χώρος διαποτίζεται από διάφορα ενεργειακά πεδία που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αλλά και με τα ίδια τα σωματίδια, συνδέοντας έτσι τον μικρόκοσμο με τον μακρόκοσμο.

(Ένα πεδίο είναι χώρος με συγκεκριμένες ιδιότητες, που μπορούν να περιγραφούν μαθηματικά).

Οι φυσικοί έχουν μελετήσει αυτές τις ιδιότητες, και έχουν καταλήξει ότι υπάρχουν τέσσερεις μόνο θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φύση και κατά συνέπεια μόνο τέσσερα διαφορετικά πεδία στο Σύμπαν, και μάλιστα εκτιμούν (και ελπίζουν) ότι θα μπορούσαν και τα τέσσερα να περιγραφούν με ενιαίο μαθηματικό τρόπο.

Ήδη, τα δύο από τα πεδία αυτά (ηλεκτρομαγνητικό και ασθενές πυρηνικό) έχουν ενοποιηθεί ενώ το τρίτο (ισχυρό πυρηνικό) πλησιάζει προς την ενοποίηση (Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία).

Οπότε για να καταλήξουμε στην τελική «Θεωρία των Πάντων», μάς μένει το τέταρτο πεδίο το βαρυτικό, που αν και πάρα πολύ ασθενέστερο αν το θεωρήσουμε στην ίδια κλίμακα με τα προηγούμενα (και μάλλον γι’ αυτό ακριβώς), αντιστέκεται ακόμα.

Μία πρόσφατη σημαντική ανακάλυψη στο Cern έχει να κάνει με το σωματίδιο Higgs, που είχε θεωρητικά προβλεφθεί πριν από σχεδόν 50 χρόνια, και που επιβεβαιώνει την ύπαρξη τού ομώνυμου πεδίου το οποίο δίνει στα περισσότερα υποατομικά σωματίδια τη μάζα τους (σε όσα βέβαια έχουν). 

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέμα Νο54.

Κάποιοι επιστήμονες βλέπουν μια πολύ περίεργη σύμπτωση στο γεγονός ότι τα μεγέθη των παραπάνω πεδίων έχουν ακριβώς τις κατάλληλες τιμές, οι οποίες επέτρεψαν την εξέλιξη προς ένα Σύμπαν φιλικό προς την ανάπτυξη τελικά της νοήμονος ζωής (Ανθρωπική Αρχή). 

Παλιότερα, κυριαρχούσε η αρχή του «Ευφυούς Σχεδιασμού» του Σύμπαντος, εξαιτίας της πολυπλοκότητας των οργανισμών που αποκάλυπτε συνεχώς η επιστήμη και της εδραίωσης παγκόσμιων και σχετικά απλών φυσικών νόμων.

Όμως, η αρχή αυτή δεν θεωρείται σήμερα απαραίτητη για τη δημιουργία του Σύμπαντος, καθώς η αυθόρμητη (εκ του μηδενός) εμφάνισή του δεν είναι αντίθετη στα μαθηματικά της σύγχρονης Φυσικής, και χωρίς βέβαια αυτό να αποκλείει την ύπαρξη Θεού. 

Μάλιστα ορισμένοι προτείνουν ότι η Μεγάλη Έκρηξη έχει επαναληφθεί πολλές φορές, ακολουθούμενη κάθε φορά από τη Μεγάλη Σύνθλιψη και ότι το σημερινό Σύμπαν είναι το μόνο που είχε τις κατάλληλες συνθήκες, οι οποίες επέτρεψαν την ανάπτυξη νοημόνων όντων που έφθασαν να αναρωτιούνται για τη δημιουργία του!

Αν λοιπόν οι αποστάσεις μεταξύ των ουράνιων σωμάτων, πέρα από το ηλιακό σύστημα, είναι τόσο μεγάλες και η ταχύτητα έχει ένα όριο (πολύ χαμηλότερο από την ταχύτητα του φωτός για κάθε πρακτική χρήση), υπάρχει λόγος να ψάχνουμε τόσο πολύ το ηλιακό σύστημα και το βαθύ διάστημα?

Φυσικά κάποιες πρακτικές εφαρμογές για την ανθρωπότητα οπωσδήποτε θα προκύψουν, πχ να εντοπίσουμε έγκαιρα και να εκτρέψουμε ενδεχόμενη απειλή από αστεροειδή (για να μην έχουμε το τέλος των δεινοσαύρων), ή να φέρουμε ήλιο3 από τη Σελήνη (και αργότερα ίσως και από τον Κρόνο) για να διευκολυνθεί η πυρηνική σύντηξη, ελπίζοντας ότι θα καταφέρουνε να την κάνουμε αρκετά αποδοτική ώστε να λύσουμε οριστικά το ενεργειακό πρόβλημα στη Γη. 

Το Ηλιακό Σύστημα σε ρεαλιστική συγκριτική απεικόνιση μεγεθών, όχι όμως και αποστάσεων. Θα παρατηρήσετε ότι μετά τον Άρη (Mars) εμφανίζεται ο αστεροειδής Δήμητρα (Ceres), ο μεγαλύτερος της ζώνης των αστεροειδών. Στην πιο απομακρυσμένη θέση του Ηλιακού Συστήματος βρίσκεται ο 2003UB313 ή Έρις, ο οποίος μαζί με τον Πλούτωνα (Pluto), κατατάσσονται στους νάνους πλανήτες. 

Όμως είμαστε σχεδόν βέβαιοι ότι εξελιγμένη ζωή στο Ηλιακό σύστημα δεν υπάρχει πέρα από τη Γη, και πέρα από το Ηλιακό σύστημα εξαιτίας των τεράστιων αποστάσεων είναι απίθανο να φθάσουμε στη διάρκεια μιας ανθρώπινης ζωής, όσο και να καταφέρουμε μελλοντικά να την παρατείνουμε.

Υπενθυμίζεται όμως, ότι σε ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός όπως στο παράδειγμα των διδύμων, η διάρκεια του ταξιδιού για τους αστροναύτες συντομεύεται κατά πολύ.

Ξέχωρα όμως από τους χρονικούς περιορισμούς, ακόμα και αν στο μέλλον υπάρξει ένα πανίσχυρο προωθητικό σύστημα (ας πούμε με αντιύλη που είναι το πιο δύσκολο αλλά και ενεργειακά το πιο αποδοτικό «καύσιμο»), η επιτάχυνση που μπορεί να έχει ένα διαστημόπλοιο περιορίζεται από τη φυσική αντοχή του ανθρώπου που δεν είναι και πολύ μεγάλη (3 g για λίγες ώρες).

Εκτός αν, βρεθεί τρόπος να επιταχύνεται το διαστημόπλοιο από βαρυτικό πεδίο, επειδή στην περίπτωση αυτή οι επιβάτες ουσιαστικά θα βρίσκονται συνεχώς σε περιβάλλον έλλειψης βαρύτητας, ανεξάρτητα από την επιτάχυνση! 

Για περισσότερα, βλ. στο ίδιο blog το άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέμα Νο80.

Και τα UFO? Aυτά προς το παρόν ανάγονται περισσότερο στο πεδίο της πίστης παρά της επιστήμης, τουλάχιστον μέχρι να υπάρξουν ουσιαστικές αποδείξεις εμφάνισης και επικοινωνίας μαζί τους.

Αν όμως πρέπει να δεχτούμε σώνει και καλά την ύπαρξή τους, μια πιθανή εξήγηση ίσως είναι ότι έρχονται από άλλη κοσμική διάσταση, και κινούνται μέσα από αυτή τη διάσταση μεταξύ των πλανητικών συστημάτων.

Πάντως οι σοβαρότερες έρευνες για εξωγήινη ζωή, όπως για παράδειγμα το πρόγραμμα SETI που την ψάχνει μέσω ραδιοκυμάτων, δεν έχουν εντοπίσει ακόμα κάτι, ενώ η έρευνα για κατοικήσιμους πλανήτες ή φεγγάρια σε άλλα ηλιακά συστήματα, είναι ακόμα στην αρχή της.

Αν και το πιθανότερο είναι να μην είμαστε τα μόνα νοήμονα όντα στο Σύμπαν, στο ερώτημα γιατί ενδεχομένως μόνο εδώ, σ’ αυτόν τον πλανήτη αναπτύχθηκε ζωή με νοημοσύνη, η απάντηση είναι ότι όπου και να ήταν «αυτός ο πλανήτης» το ερώτημα θα ήταν το ίδιο, και ίσως τελικά η ανάπτυξη ειδικά νοήμονος ζωής να  προϋποθέτει εξαιρετική συγκυρία γεγονότων σε έναν ήδη πολύ «βολικό» πλανήτη.

Ας μην ξεχνάμε ότι οι δεινόσαυροι κυριάρχησαν στη γη για 160 περίπου εκατομμύρια χρόνια χωρίς ουσιαστικά να εξελιχθούν (παρά μόνο κάποιοι απ’ αυτούς σε πουλιά), ενώ ο άνθρωπος εξελίχθηκε από τον κοινό μας πρόγονο με τον πίθηκο στη σημερινή του μορφή, σε λιγότερο από 7 εκατομμύρια χρόνια.

Ενδεχομένως, μία «σύμπτωση» που οδήγησε στον σημερινό άνθρωπο να ήταν και η καταστροφή των δεινόσαυρων, μάλλον από αστεροειδή όπως προαναφέρθηκε.

Επιπλέον, μέσα στη δεκαετία του 2010 εντοπίσθηκαν ίχνη πρόσκρουσης αστεροειδούς μέχρι 200 φορές μεγαλύτερου απ' αυτόν που αφάνισε τους δεινόσαυρους, που έπληξε τη Γη 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, φέρνοντας στην επιφάνεια στοιχεία από τα βαθύτερα στρώματα του φλοιού της, χρήσιμα για τη δημιουργία αρχέγονης ζωής.

Θα μπορούσε κανείς να αναρωτηθεί αν όλη αυτή η δαπάνη πόρων (κόπος, χρόνος, χρήμα) αξίζει τον κόπο.

Αν κρίνουμε με άμεσα ωφελιμιστικά κριτήρια, ίσως όχι.

Τις χρήσιμες εφαρμογές που έχουν προκύψει, θα μπορούσαμε ενδεχομένως να τις είχαμε πετύχει με πολύ μικρότερη δαπάνη πόρων, εφόσον γίνονταν στοχευμένη έρευνα.

Αλλά ο άνθρωπος, όπως λέει το όνομά του, είναι φτιαγμένος* για να κοιτάζει ψηλά, και σε τελική ανάλυση είναι η περιέργεια για το άγνωστο και η δυνατότητα να το ερευνήσει, που έχει οδηγήσει τα βήματα της ανθρωπότητας μέχρι σήμερα, και θα συνεχίζει να το κάνει.
Και κατά τον Αριστοτέλη, "άνθρωπος του ειδέναι ορέγεται φύσει".

*Επιπλέον, το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από κοσμικά υλικά, όπως πχ σε μεγάλο ποσοστό από άτομα υδρογόνου, τα οποία δημιουργήθηκαν κατ’ ευθείαν από τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά και από βαρύτερα υλικά που δημιουργήθηκαν από τις εκρήξεις άστρων.

Σημείωση:

Στο παραπάνω άρθρο δεν σχολιάστηκαν οι θεωρίες για Παράλληλα ή Πολλαπλά Σύμπαντα, Περισσότερες Διαστάσεις, Σκουληκότρυπες, Χορδές και Μεμβράνες, καθώς παραμένουν προς το παρόν μόνο θεωρητικές εικασίες και μαθηματικά μοντέλα.

Πάντως, μετά τα «παθήματα και μαθήματα» του παρελθόντος, καμία θεωρία πλέον δεν απορρίπτεται σαν παράλογη, εφόσον δεν αντίκειται στα μαθηματικά και σε θεωρίες που έχουν ήδη επιβεβαιωθεί.

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

Συνιστώμενα εκλαϊκευμένα βιβλία (χωρίς μαθηματικά):

-          Μιλώντας για το Σύμπαν στα εγγόνια μου, του Hubert Reeves, εκδόσεις Πατάκη

-          Quantικά Παράδοξα, για τον κβαντικό κόσμο, του Jim Al-Khalili, εκδόσεις Τραυλός

-          Sκουληκότρυπες μαύρες τρύπες και Χρονομηχανές, γενικά για το Σύμπαν, του Jim Al-Khalili, εκδόσεις Τραυλός

-          Η Κόμη της Βερενίκης, για το Σύμπαν, τη ζωή και το περιβάλλον, του Γιώργου Γραμματικάκη

Ενδιαφέροντα βίντεο στο you tube, σχετικά με τα παραπάνω θέματα:

-          To πείραμα των δύο σχισμών (κβαντική φυσική)

Βίντεο κινούμενων σχεδίων με ελληνικούς υπότιτλους, για τη αρχή της απροσδιοριστίας.

-          Big bang & Birth of the Earth

Από το big bang στη δημιουργία των ηπείρων, μόνο με μουσική υπόκρουση.

-          The smallest to the biggest thing in the Universe

Μια σύγκριση μεγεθών από τα υποατομικά σωματίδια μέχρι τους γαλαξίες, μόνο με μουσική υπόκρουση.

Προτεινόμενες κινηματογραφικές ταινίες για το Διάστημα:

-          2001 Οδύσσεια του Διαστήματος

Η αναζήτηση του ρόλου ενός μονόλιθου στην εξέλιξη του ανθρώπινου είδους.

-          Europa report

Η αναζήτηση ζωής στο φεγγάρι του Δία, Ευρώπη.

-          Κόκκινος πλανήτης

Η προσπάθεια για «γαιοποίηση»  του Άρη.

-          Sunshine

Η προσπάθεια για επαναδραστηριοποίηση του Ήλιου, που χάνει τη λάμψη του.

-          Contact

Η αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης και η προσπάθεια επαφής μαζί της.

-          Apollo 13

Η πραγματική ιστορία της επιστροφής της αποστολής Απόλλων 13, μετά από έκρηξη στο διαστημόπλοιο κατά το ταξίδι προς τη Σελήνη.

-          Gravity

Η προσπάθεια επιστροφής μιας αστροναύτη στη γη από τροχιακό ύψος, μετά από ένα διαστημικό ατύχημα.
-     Η Διάσωση (The Martian). 
Η προσπάθεια να διασωθεί ένας αστροναύτης από τον Άρη, όπου έχει εγκαταλειφθεί κατά λάθος.

-     Interstellar, το οποίο όμως θα πρέπει να το δει κανείς περισσότερο σαν φαντασία, παρά σαν επιστήμη.

Σημείωση:

Σε μερικές ταινίες, για λόγους εντυπωσιασμού παρουσιάζεται ότι η ολική απώλεια πίεσης μιας διαστημικής στολής οδηγεί  στον άμεσο θάνατο του αστροναύτη και μάλιστα με εντυπωσιακό τρόπο (σκάσιμο!). Στην πραγματικότητα, σε μια τέτοια περίπτωση ο αστροναύτης διατηρεί τις αισθήσεις του για αρκετά δευτερόλεπτα και μπορεί να επανέλθει αν του παρασχεθεί οξυγόνο μέχρι και μετά από δύο λεπτά. Ούτε παγώνει αμέσως, καθώς το κενό του διαστήματος είναι το καλύτερο μονωτικό.

Η πορεία προς τη «Θεωρία των Πάντων»

Hλεκτρισμός                                   Από την αρχαιότητα, αλλά κυρίως από τον 18ο αι.

+ Μαγνητισμός

               V

Hλεκτρομαγνητισμός                    1850   Faraday και αργότερα Maxwell

+ Ασθενής Πυρηνική Δύναμη           Έχει σχέση με κάποια μορφή ραδιενέργειας

               V

Ηλεκτρασθενής Δύναμη (GSW)  1960   Glashow+ Salem+ Weinberg

+ Ισχυρή Πυρηνική Δύναμη             Είναι η δύναμη που κρατά τον ατομικό πυρήνα ενωμένο

               V

 GUT                                              1970   Grand Unified Theory (είμαστε κοντά, ενημ. 2023)

+ Βαρύτητα

  V

Θεωρία των Πάντων                     (στο μέλλον?)

Για σύγκριση, ενώ η Ισχυρή Πυρηνική και ο Ηλεκτρομαγνητισμός έχουν παραπλήσια ισχύ πεδίου, η Ασθενής Πυρηνική είναι 10⁶ φορές ασθενέστερη, ενώ η Βαρύτητα 10⁴⁰ φορές ασθενέστερη!

Mερικά ενδιαφέροντα νούμερα και συσχετίσεις

- Σύνολο άστρων ορατών με γυμνό μάτι από τη Γη:           περίπου 3000 (όλα του Γαλαξία μας)

- Σύνολο ύλης στο ορατό Σύμπαν:                                      10⁵⁰ τόνοι

- Σύνολο ατόμων στο ορατό Σύμπαν:                                 10^{80 *}

- Κατανομή ατόμων στο Σύμπαν:                ¾ Υδρογόνο, ¼ ήλιο, μικρό ποσοστό βαρέων ατόμων  - Διάμετρος του Γαλαξία μας:                                               100 χιλ. έτη φωτός

- Περιφορές του Ήλιου στον Γαλαξία:                                  20 από τη δημιουργία του Ήλιου

- Απόσταση του πλησιέστερου γαλαξία (Ανδρομέδα):      2,5 εκατ. έτη φωτός

- Απόσταση του πλησιέστερου άστρου στον Ήλιο:            4 έτη φωτός (Εγγύτατος Κενταύρου)

- Ηλικία του Σύμπαντος:                                                        14 δισεκατομμύρια έτη

- Ηλικία του Ηλιακού Συστήματος:                                5 δισεκατομ. έτη (και έχει άλλη τόση «ζωή»)

- Συνολικός αριθμός γαλαξιών στο Σύμπαν:                          100 δισεκατομμύρια

- Tυπικός αριθμός άστρων σ’ έναν γαλαξία:                           100 δισεκατομμύρια

- Χρόνος του φωτός να φθάσει στη Γη από τον Ήλιο:           8 λεπτά

- Χρόνος του φωτός να φθάσει στη Γη από τη Σελήνη:         1 δευτερόλεπτο 
- Γραμμική ταχύτητα της Γης γύρω από τον Ήλιο:                107.000 km/h
- Tαχύτητα διαφυγής από τη γήινη έλξη:                                40.300 km/h

* Αν ο αριθμός αυτό φαίνεται τεράστιος (και είναι), φανταστείτε τον αριθμό Googol (όνομα που δόθηκε από ένα παιδί και μάλιστα αποτελεί τη ρίζα του εμπορικού ονόματος Google), που αναφέρεται στον αριθμό 10¹⁰⁰ .

Στο διαδίκτιο υπάρχει ένα βίντεο μιας απλής μηχανής με 101 πλαστικά γρανάζια, με λόγο μετάδοσης του καθενός προς το διπλανό του 10:1, οπότε για να κάνει (θεωρητικά) το τελευταίο μία πλήρη περιστροφή, το πρώτο θα έπρεπε να έχει περιστραφεί 10¹⁰⁰  φορές! 

Το link του σχετικού βίντεο είναι: https://www.youtube.com/watch?v=rbXEtIha70c

- Αν Γη συρρικνωνόταν (θεωρητικά) σε Μαύρη Τρύπα, θα είχε το μέγεθος μπιζελιού, διατηρώντας όμως όλη τη μάζα της.

- Αν σκεφτούμε τον ατομικό πυρήνα σαν κόκκο φακής στο κέντρο ενός γηπέδου ποδοσφαίρου, τα ηλεκτρόνια θα περιφέρονταν στις κερκίδες.

- Αν ο Ήλιος μας ήταν σαν μπαλάκι του τένις στο κέντρο της πλατείας Ομόνοιας:

- η Γη θα ήταν σε 4 μέτρα απόσταση*

- τα όρια του Ηλιακού συστήματος θα βρίσκονταν στη Χαλκοκονδύλη

- το πλησιέστερο άστρο (Εγγύτατος Κενταύρου) θα ήταν στη Σόφια της Βουλγαρίας

- τα πιο απομακρυσμένα άστρα του Γαλαξία μας θα βρίσκονταν κοντά στον Ήλιο (τον πραγματικό, όχι της... Ομόνοιας).

- Ο πλησιέστερος γαλαξίας (της Ανδρομέδας) θα βρίσκονταν στα όρια του Ηλιακού συστήματος.

* Συγκριτικά επίσης, οι τέσσερεις βραχώδεις πλανήτες θα ήταν σε μέγεθος κόκκου άμμου, ενώ οι δύο αέριοι γίγαντες (Δίας - Κρόνος), σε μέγεθος μπιζελιού.

                                                                                                                        Γ. Μεταξάς