Το σύμπαν μας είναι απίστευτα απέραντο, ως επί το πλείστον μυστηριώδες, και γενικά προκαλεί σύγχυση. Είμαστε περιτριγυρισμένοι από περίπλοκες ερωτήσεις σε κλίμακες τόσο μεγάλες όσο και μικρές. Έχουμε κάποιες απαντήσεις, όπως το Τυπικό Μοντέλο Φυσικής των σωματιδίων, που μας βοηθούν (φυσικοί τουλάχιστον) να κατανοήσουν τις θεμελιώδεις υποατομικές αλληλεπιδράσεις και τη θεωρία του Big Bang για το πώς άρχισε ο κόσμος, που συνδιάζει μια κοσμική ιστορία πάνω από το παρελθόν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
Αλλά παρά τις επιτυχίες αυτών των μοντέλων, έχουμε ακόμα πολλές δουλειές. Για παράδειγμα, τι στον κόσμο είναι η σκοτεινή ενέργεια, το όνομα που δίνουμε στην κινητήρια δύναμη πίσω από την παρατηρούμενη επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος; Και στο αντίθετο άκρο της κλίμακας, τι ακριβώς είναι τα νετρίνο, εκείνα τα φαινομενικά μικρά σωματίδια που φερώνουν και ζουμ μέσα από τον Κόσμο χωρίς να αλληλεπιδρούν με τίποτα;
Με την πρώτη ματιά, αυτά τα δύο ερωτήματα φαίνονται τόσο ριζικά διαφορετικά όσον αφορά την κλίμακα και τη φύση και όλα όσα μπορούμε να υποθέσουμε ότι πρέπει να τα απαντήσουμε.
Αλλά θα μπορούσε να είναι ότι ένα μόνο πείραμα θα μπορούσε να αποκαλύψει απαντήσεις και στις δύο. Ένα τηλεσκόπιο της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας έχει σχεδιαστεί για να χαρτογραφήσει το σκοτεινό σύμπαν - κοιτάζοντας πολύ πίσω στο χρόνο, περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν πιστεύεται ότι η σκοτεινή ενέργεια έχει μαστίζει. Ας σκάψουμε.
Πηγαίνετε μεγάλο και πηγαίνετε σπίτι
Για να σκάψουμε, πρέπει να κοιτάξουμε. Πάνω προς τα πάνω. Σε κλίμακες πολύ, πολύ μεγαλύτερες από τους γαλαξίες (μιλάμε για δισεκατομμύρια έτη φωτός εδώ, λαοί), όπου το σύμπαν μας μοιάζει με ένα τεράστιο, λαμπερό αράχνη. Εκτός αυτού, ο αράχνης δεν είναι κατασκευασμένος από μετάξι, αλλά από γαλαξίες. Μακριές, λεπτές τρύπες γαλαξιών που συνδέουν πυκνούς, γεμάτους κόμβους κόμβους. Αυτοί οι κόμβοι είναι οι συστάδες, οι πολυσύχναστες πόλεις των γαλαξιών και το ζεστό, πλούσιο φυσικό αέριο - τεράστιοι, ευρείς τοίχοι χιλιάδων και χιλιάδων γαλαξιών. Και ανάμεσα σε αυτές τις δομές, που παίρνουν το μεγαλύτερο μέρος του όγκου στο σύμπαν, είναι τα μεγάλα κοσμικά κενά, ουράνια ερήμματα γεμάτα με τίποτα πολύ καθόλου.
Ονομάζεται κοσμικός ιστός και είναι το μεγαλύτερο πράγμα στο σύμπαν.
Αυτός ο κοσμικός ιστός κατασκευάστηκε αργά κατά τη διάρκεια των δισεκατομμυρίων ετών από την ασθενέστερη δύναμη στη φύση: βαρύτητα. Ο δρόμος πίσω όταν το σύμπαν ήταν το μικρότερο κομμάτι του σημερινού μεγέθους του, ήταν σχεδόν απόλυτα ομοιόμορφο. Αλλά το "σχεδόν" είναι σημαντικό εδώ: Υπήρχαν μικροσκοπικές μεταβολές της πυκνότητας από σημείο σε σημείο, με ορισμένες γωνιές του σύμπαντος να είναι λίγο πιο πολυσύχναστες από το μέσο όρο και άλλες λιγότερο.
Με τον καιρό, η βαρύτητα μπορεί να κάνει καταπληκτικά πράγματα. Στην περίπτωση του κοσμικού μας ιστού, αυτές οι ελαφρώς υψηλότερες από τις μέσες πυκνές περιοχές είχαν βαρύτητα που ήταν λίγο ισχυρότερη, προσελκύοντας το περιβάλλον τους, γεγονός που έκανε τις δέσμες αυτές ακόμα πιο ελκυστικές, γεγονός που προσέλκυσε περισσότερους γείτονες κ.ο.κ. σύντομα.
Γρήγορα μπροστά τη διαδικασία αυτή ένα δισεκατομμύριο χρόνια, και έχετε αναπτύξει τον δικό σας κοσμικό ιστό.
Μια καθολική συνταγή
Αυτή είναι η γενική εικόνα: Για να δημιουργήσετε ένα κοσμικό ιστό, χρειάζεστε κάποια "πράγματα" και χρειάζεστε κάποια βαρύτητα. Αλλά όπου γίνεται πραγματικά ενδιαφέρον είναι στις λεπτομέρειες, ειδικά στις λεπτομέρειες του υλικού.
Διαφορετικά είδη ύλης θα συγκεντρωθούν και θα διαμορφώσουν διαφορετικά τις δομές. Ορισμένα είδη ύλης μπορεί να μπερδευτούν στον εαυτό τους ή πρέπει να απομακρύνουν την υπερβολική θερμότητα προτού να κατακλύσουν, ενώ άλλοι μπορούν εύκολα να ενταχθούν στο πλησιέστερο κόμμα. Ορισμένα είδη ύλης κινούνται αρκετά αργά ώστε η βαρύτητα να μπορεί να κάνει αποτελεσματικά τη δουλειά της, ενώ άλλα είδη ύλης είναι τόσο στόλος και ευκίνητος που η βαρύτητα μπορεί να πάρει μόλις τα αδύνατα χέρια της πάνω σε αυτό.
Με λίγα λόγια, αν αλλάξετε τα συστατικά του σύμπαντος, παίρνετε διαφορετικούς κοσμικούς ιστούς. Σε ένα σενάριο, μπορεί να υπάρχουν πιο πλούσιοι συμπλέκτες και λιγότερα κενά κενά σε σύγκριση με ένα άλλο σενάριο, στο οποίο τα κενά κυριαρχούν εξ ολοκλήρου στην αρχή του κόσμου, χωρίς να σχηματίζονται καθόλου ομάδες.
Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα συστατικό είναι το νετρίνο, το προαναφερθέν φάντασμα σωματίδιο. Δεδομένου ότι το νετρίνο είναι τόσο ελαφρύ, ταξιδεύει σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την "εξομάλυνση" των δομών στο σύμπαν: Η βαρύτητα απλά δεν μπορεί να κάνει τη δουλειά της και να τραβήξει τα νετρίνα σε μικρές μικρές μπάλες. Έτσι, αν προσθέσετε πάρα πολλά νετρίνα στο σύμπαν, τα πράγματα όπως ολόκληροι οι γαλαξίες καταλήγουν να μην μπορούν να σχηματιστούν στον πρώιμο κόσμο.
Μικρά προβλήματα, μεγάλες λύσεις
Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ίδιο τον κοσμικό ιστό σαν ένα τεράστιο εργαστήριο φυσικής για τη μελέτη νετρίνων. Με την εξέταση της δομής του ιστού και τη διάσπασή του στα διάφορα μέρη του (clusters, κενά και ούτω καθεξής), μπορούμε να έχουμε μια εκπληκτικά άμεση λαβή στα νετρίνα.
Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα αναστάτωσης: Τα νετρίνα δεν είναι το μόνο συστατικό του σύμπαντος. Ένας σημαντικός παράγοντας συγχύσεως είναι η παρουσία σκοτεινής ενέργειας, η μυστηριώδης δύναμη που χωρίζει το σύμπαν μας. Και όπως ίσως έχετε υποψιαστεί, αυτό επηρεάζει τον κοσμικό ιστό σε σημαντικό βαθμό. Είναι εξάλλου δύσκολο να οικοδομήσουμε μεγάλες δομές σε ένα ταχύτατα αναπτυσσόμενο σύμπαν, μετά από όλα. Και αν κοιτάξετε μόνο ένα μέρος του κοσμικού ιστού (ας πούμε, για παράδειγμα, τα συσσωματώματα των γαλαξιών), τότε ίσως να μην έχετε αρκετές πληροφορίες για να πείτε τη διαφορά μεταξύ των αποτελεσμάτων του ουδέτερου και των σκοτεινών ενεργειακών επιδράσεων - οι οποίες εμποδίζουν τη συσσώρευση " υλικό."
Σε μια πρόσφατη δημοσίευσή τους στο περιοδικό preprint arXiv, οι αστρονόμοι εξήγησαν πως οι επερχόμενες έρευνες γαλαξιών, όπως η αποστολή Euclid της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, θα βοηθήσουν στην αποκάλυψη τόσο των ιδιοτήτων του νετρίνο όσο και της σκοτεινής ενέργειας. Ο δορυφόρος Euclid θα χαρτογραφήσει τις θέσεις εκατομμυρίων γαλαξιών, ζωγραφίζοντας ένα πολύ ευρύ πορτρέτο του κοσμικού ιστού. Και μέσα σε αυτή τη δομή υπάρχουν υπαινιγμοί για την ιστορία του σύμπαντος μας, ένα παρελθόν που εξαρτάται από τα συστατικά του, όπως τα νετρίνα και η σκοτεινή ενέργεια.
Εξετάζοντας έναν συνδυασμό των πιο πυκνοκατοικημένων θέσεων στο σύμπαν (τα σμήνη των γαλαξιών) και των μοναχικών, πιο κενών θέσεων στον κόσμο (τα κενά), θα μπορούσαμε να απαντήσουμε τόσο στη φύση της σκοτεινής ενέργειας (η οποία θα δηλώσει μια εποχή της ολοκαίνουργιας γνώσης φυσικής) και τη φύση των νετρίνων (που θα κάνουν το ίδιο ακριβώς πράγμα). Μπορούμε να μάθουμε, για παράδειγμα, ότι η σκοτεινή ενέργεια χειροτερεύει ή βελτιώνεται, ή ίσως να είναι ακριβώς η ίδια. Και θα μπορούσαμε να μάθουμε πόσο μαζικά νετρίνα είναι ή πόσοι από αυτούς κινούνται γύρω από το σύμπαν. Αλλά δεν έχει σημασία τι, είναι δύσκολο να πούμε τι θα πάρουμε μέχρι να δούμε πραγματικά.
Paul M. Sutter είναι ένας αστροφυσικός στο Το κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο, υποδοχής του Ρωτήστε έναν διαστημόπλοιο και Διαστημικό ραδιόφωνο, και συγγραφέας του Η Θέση σας στο Σύμπαν.
