Η Θεωρία του Πολυσύμπαντος, η οποία δηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει πολλαπλός ή ακόμη και ένας άπειρος αριθμός των Σύμπαντων, είναι μια έννοια που είναι τιμημένη με την εποχή στην κοσμολογία και τη θεωρητική φυσική. Ενώ ο όρος ανάγεται στα τέλη του 19ου αιώνα, η επιστημονική βάση αυτής της θεωρίας προέκυψε από την κβαντική φυσική και τη μελέτη των κοσμολογικών δυνάμεων όπως οι μαύρες τρύπες, οι μοναδικότητες και τα προβλήματα που προκύπτουν από τη θεωρία του Big Bang.
Ένα από τα πιο καυτά ερωτήματα όσον αφορά αυτήν τη θεωρία είναι εάν η ζωή θα μπορούσε ή όχι να υπάρχει σε πολλά Σύμπαντα. Εάν πράγματι οι νόμοι της φυσικής αλλάξουν από το ένα Σύμπαν στο άλλο, τι θα μπορούσε να σημαίνει για την ίδια τη ζωή; Σύμφωνα με μια νέα σειρά μελετών από μια ομάδα διεθνών ερευνητών, είναι πιθανό η ζωή να είναι κοινή σε ολόκληρο το Multiverse (εάν υπάρχει πραγματικά).
Οι μελέτες με τίτλο «Η επίδραση της σκοτεινής ενέργειας στο σχηματισμό γαλαξιών. Τι κρατά το μέλλον του Σύμπαντός μας; " και «η αποτελεσματικότητα σχηματισμού γαλαξιών και η πολυποικιλική εξήγηση της κοσμολογικής σταθεράς με προσομοιώσεις EAGLE», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Η προηγούμενη μελέτη ήταν επικεφαλής της Jaime Salcido, μεταπτυχιακού φοιτητή στο Πανεπιστήμιο Durham
Την τελευταία ηγήθηκε ο Luke Barnes, ερευνητής John Templeton στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ Ινστιτούτο Αστρονομίας του Σίδνεϊ. Και οι δύο ομάδες περιελάμβαναν μέλη από το Διεθνές Κέντρο για την Αστρονομική Έρευνα του Πανεπιστημίου της Δυτικής Αυστραλίας, το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου του Λίβερπουλ John Moores και το Παρατηρητήριο του Leiden University.
Μαζί, η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να προσδιορίσει πώς η επιταχυνόμενη επέκταση του κόσμου θα μπορούσε να έχει επηρεάσει τον ρυθμό σχηματισμού αστεριών και γαλαξιών στο Σύμπαν μας. Αυτός ο επιταχυνόμενος ρυθμός επέκτασης, που αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του μοντέλου κοσμολογίας Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), προέκυψε από προβλήματα που θέτει η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Ως συνέπεια των εξισώσεων πεδίου του Αϊνστάιν, ο φυσικός κατάλαβε ότι το Σύμπαν θα ήταν είτε σε κατάσταση επέκτασης είτε συστολής από το Big Bang. Το 1919, ο Αϊνστάιν απάντησε προτείνοντας το «Κοσμολογικό Σταθερό» (εκπροσωπούμενο από τον Λάμδα), το οποίο ήταν μια δύναμη που «συγκρατούσε» τα αποτελέσματα της βαρύτητας και έτσι εξασφάλισε ότι το Σύμπαν ήταν στατικό και αμετάβλητο.
Λίγο αργότερα, ο Αϊνστάιν απέσυρε αυτήν την πρόταση όταν ο Έντουιν Χάμπλ αποκάλυψε (βάσει μετρήσεων άλλων γαλαξιών με κόκκινο χρώμα) ότι το Σύμπαν ήταν πράγματι σε κατάσταση επέκτασης. Ο Αϊνστάιν προφανώς έφτασε στο σημείο να ανακηρύξει τον Κοσμολογικό Σταθερό «το μεγαλύτερο λάθος» της καριέρας του ως αποτέλεσμα. Ωστόσο, η έρευνα για την κοσμολογική επέκταση στα τέλη της δεκαετίας του 1990 προκάλεσε την επανεκτίμηση της θεωρίας του.
Εν ολίγοις, οι τρέχουσες μελέτες του μεγάλου σύμπαντος αποκάλυψαν ότι τα τελευταία 5 δισεκατομμύρια χρόνια, η κοσμική επέκταση έχει επιταχυνθεί. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι άρχισαν να υποθέτουν την ύπαρξη μιας μυστηριώδους, αόρατης δύναμης που οδηγούσε αυτήν την επιτάχυνση. Ευρέως γνωστό ως «Σκοτεινή Ενέργεια», αυτή η δύναμη αναφέρεται επίσης ως Κοσμολογική Σταθερή (CC), καθώς είναι υπεύθυνη για την αντιστάθμιση των επιπτώσεων της βαρύτητας.
Από τότε, οι αστροφυσικοί και οι κοσμολόγοι έχουν προσπαθήσει να καταλάβουν πώς η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να έχει επηρεάσει την κοσμική εξέλιξη. Αυτό είναι ένα ζήτημα αφού τα σημερινά κοσμολογικά μοντέλα μας προβλέπουν ότι πρέπει να υπάρχει περισσότερη Σκοτεινή Ενέργεια στο Σύμπαν μας από ό, τι έχει παρατηρηθεί. Ωστόσο, ο υπολογισμός μεγαλύτερων ποσοτήτων Σκοτεινής Ενέργειας θα προκαλούσε μια τόσο γρήγορη επέκταση που θα αραιώσει την ύλη προτού σχηματιστούν αστέρια, πλανήτες ή ζωή.
Για την πρώτη μελέτη, ο Salcido και η ομάδα προσπάθησαν επομένως να προσδιορίσουν πώς η παρουσία περισσότερης σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσε να επηρεάσει τον ρυθμό σχηματισμού άστρων στο Σύμπαν μας. Για να το κάνουν αυτό, πραγματοποίησαν υδροδυναμικές προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας το έργο EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies και τα περιβάλλοντά τους) - μία από τις πιο ρεαλιστικές προσομοιώσεις του παρατηρούμενου Σύμπαντος.
Χρησιμοποιώντας αυτές τις προσομοιώσεις, η ομάδα εξέτασε τις επιπτώσεις που θα είχε η Dark Energy (στην παρατηρούμενη τιμή της) στον σχηματισμό αστεριών τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια και άλλα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον. Από αυτό, η ομάδα ανέπτυξε ένα απλό αναλυτικό μοντέλο που έδειξε ότι η Σκοτεινή Ενέργεια - παρά τη διαφορά στο ρυθμό της κοσμικής διαστολής - θα είχε αμελητέα επίδραση στον σχηματισμό αστεριών στο Σύμπαν.
Επιπλέον έδειξαν ότι η επίδραση της Λάμδα καθίσταται σημαντική μόνο όταν το Σύμπαν έχει ήδη παράγει το μεγαλύτερο μέρος της αστρικής μάζας του και προκαλεί μόνο μείωση της συνολικής πυκνότητας σχηματισμού αστεριών κατά περίπου 15%. Όπως εξήγησε ο Salcido σε δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου Durham:
«Για πολλούς φυσικούς, η ανεξήγητη αλλά φαινομενικά ειδική ποσότητα σκοτεινής ενέργειας στο Σύμπαν μας είναι ένα απογοητευτικό παζλ. Οι προσομοιώσεις μας δείχνουν ότι ακόμη και αν υπήρχε πολύ περισσότερη σκοτεινή ενέργεια ή ακόμα και πολύ λίγο στο Σύμπαν, τότε θα είχε ελάχιστη επίδραση στον σχηματισμό αστεριών και πλανητών, αυξάνοντας την προοπτική ότι η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει σε ολόκληρο το Πολυσύμπαν. "
Για τη δεύτερη μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε την ίδια προσομοίωση από τη συνεργασία EAGLE για να διερευνήσει την επίδραση διαφόρων βαθμών του CC στον σχηματισμό στους γαλαξίες και τα αστέρια. Αυτό συνίστατο σε προσομοίωση Σύμπαντα που είχαν τιμές Lambda που κυμαίνονται από 0 έως 300 φορές την τρέχουσα τιμή που παρατηρείται στο Σύμπαν μας.
Ωστόσο, δεδομένου ότι ο ρυθμός σχηματισμού αστεριών του Σύμπαντος κορυφώθηκε σε περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν από την έναρξη της επιταχυνόμενης επέκτασης (περίπου 8,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και 5,3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang), οι αυξήσεις στο CC είχαν μόνο μια μικρή επίδραση στο ρυθμό σχηματισμού αστεριών.
Συνολικά, αυτές οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι σε ένα Πολυσύμπαν, όπου οι νόμοι της φυσικής μπορεί να διαφέρουν πολύ, τα αποτελέσματα της κοσμικής επιταχυνόμενης επέκτασης με περισσότερη σκοτεινή ενέργεια δεν θα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στους ρυθμούς σχηματισμού άστρων ή γαλαξιών. Αυτό, με τη σειρά του, δείχνει ότι άλλα Σύμπαντα στο Πολυσύμπαν θα ήταν εξίσου κατοικήσιμα με τα δικά μας, τουλάχιστον στη θεωρία. Όπως εξήγησε ο Δρ Barnes:
«Το Multiverse θεωρήθηκε προηγουμένως ότι εξηγούσε την παρατηρούμενη αξία της σκοτεινής ενέργειας ως λαχειοφόρο αγορά - έχουμε ένα τυχερό εισιτήριο και ζούμε στο Σύμπαν που σχηματίζει όμορφους γαλαξίες που επιτρέπουν τη ζωή όπως το γνωρίζουμε. Η δουλειά μας δείχνει ότι το εισιτήριό μας φαίνεται λίγο τυχερό, για να το πούμε. Είναι πιο ξεχωριστό από ό, τι πρέπει να είναι για τη ζωή. Αυτό είναι ένα πρόβλημα για το Multiverse. παραμένει ένα παζλ. "
Ωστόσο, οι μελέτες της ομάδας δημιουργούν επίσης αμφιβολίες σχετικά με την ικανότητα της Θεωρίας Πολύσπορων να εξηγήσει την παρατηρούμενη αξία της Σκοτεινής Ενέργειας στο Σύμπαν μας. Σύμφωνα με την έρευνά τους, εάν ζούμε σε ένα Multiverse, θα παρατηρούμε 50 φορές περισσότερη Σκοτεινή Ενέργεια από ό, τι είμαστε. Αν και τα αποτελέσματά τους δεν αποκλείουν την πιθανότητα του Πολυσύμπαντος, η μικρή ποσότητα Σκοτεινής Ενέργειας που έχουμε παρατηρήσει θα εξηγηθεί καλύτερα από την παρουσία ενός ακόμη μη ανακτηθέντος νόμου της φύσης.
Όπως εξήγησε ο καθηγητής Richard Bower, μέλος του Ινστιτούτου Υπολογιστικής Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου Durham και συν-συγγραφέας στην εφημερίδα:
«Ο σχηματισμός των άστρων σε ένα σύμπαν είναι μια μάχη μεταξύ της έλξης της βαρύτητας και της απώθησης της σκοτεινής ενέργειας. Διαπιστώσαμε στις προσομοιώσεις μας ότι τα Σύμπαν με πολύ περισσότερη σκοτεινή ενέργεια από τα δικά μας μπορούν ευτυχώς να σχηματίσουν αστέρια. Γιατί λοιπόν μια τόσο μικρή ποσότητα σκοτεινής ενέργειας στο Σύμπαν μας; Νομίζω ότι θα έπρεπε να αναζητούμε έναν νέο νόμο της φυσικής για να εξηγήσουμε αυτήν την παράξενη ιδιότητα του Σύμπαντός μας, και η θεωρία του Πολυσύμπαντος δεν κάνει πολλά για να σώσει την ταλαιπωρία των φυσικών. "
Αυτές οι μελέτες είναι έγκαιρες, δεδομένου ότι έρχονται στα τακούνια της τελικής θεωρίας του Stephen Hawking, η οποία δημιουργεί αμφιβολίες για την ύπαρξη του Multiverse και προτείνει ένα πεπερασμένο και λογικά ομαλό Σύμπαν. Βασικά, και οι τρεις μελέτες δείχνουν ότι η συζήτηση σχετικά με το εάν ζούμε σε ένα Πολυσύμπαν ή όχι και ο ρόλος της Σκοτεινής Ενέργειας στην κοσμική εξέλιξη δεν έχει ολοκληρωθεί. Αλλά μπορούμε να προσβλέπουμε σε αποστολές επόμενης γενιάς που θα παρέχουν μερικές χρήσιμες ενδείξεις στο μέλλον.
Αυτά περιλαμβάνουν το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), το Τηλεσκόπιο έρευνας υπερύθρου ευρέως πεδίου (WFIRST), και επίγεια παρατηρητήρια όπως το Σειρά τετραγωνικών χιλιομέτρων (SKA). Εκτός από τη μελέτη των εξωπλανητών και των αντικειμένων στο Ηλιακό μας Σύστημα, αυτή η αποστολή θα αφιερωθεί στη μελέτη του τρόπου με τον οποίο σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες και προσδιορίστηκε ο ρόλος που διαδραματίζει η Dark Energy.
Επιπλέον, όλες αυτές οι αποστολές αναμένεται να συγκεντρώσουν το πρώτο τους φως κάποια στιγμή στη δεκαετία του 2020. Μείνετε λοιπόν συντονισμένοι, γιατί περισσότερες πληροφορίες - με κοσμολογικές επιπτώσεις - θα φτάσουν σε λίγα χρόνια!
