Εκανε λάθος ο Αϊνστάιν για το σύμπαν;

  Η «Κ» επικοινώνησε με τον υπεύθυνο της έρευνας που έχει προκαλέσει συζητήσεις στην επιστημονική κοινότητα

• 
  

• 
  

Tο τηλεσκόπιο Blanco στο όρος Cerro Tololo των Χιλιανών Ανδεων. Εχει διάμετρο κατόπτρου τέσσερα μέτρα και ονομάστηκε έτσι το 1995 προς τιμήν του Πορτορικανού αστρονόμου Victor Manuel Blanco. Φωτ. CTIO / NSF’S NOIRLAB / AURA / H. STOCKEBRAND

 

ΔΙΟΝΥΣΗΣ Π. ΣΙΜΟΠΟΥΛΟΣ*

 

14.06.2021 • 13:06

 

 

Η ΚΑΘΗΜΗΕΡΙΝΗ

Τις τελευταίες 15 ημέρες στον διεθνή και εγχώριο Τύπο δημοσιεύθηκαν διάφορα άρθρα, τα οποία διατυπώνουν την άποψη ότι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ) του Αλμπερτ Αϊνστάιν (1879-1955) ίσως να είναι λανθασμένη με βάση τα αποτελέσματα των ερευνών μιας κοινοπραξίας με την επωνυμία Επισκόπηση Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Survey-DES), που ανακοινώθηκαν στα τέλη του περασμένου μήνα.

Η πολυεθνική αυτή ομάδα των 400 ερευνητών από 25 ερευνητικά κέντρα σε επτά χώρες ανακοίνωσε όντως τα αποτελέσματα της συνεχιζόμενης μελέτης των παρατηρήσεων που έκανε από το 2013 έως το 2019, μια μελέτη στην οποία εξετάστηκαν 226 εκατομμύρια γαλαξίες και χιλιάδες αστρικές εκρήξεις σουπερνόβα. 

⇒ Διαβάστε επίσης: Καταρρίφθηκε η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν;

Η εξαιρετικής λεπτομέρειας έρευνα της DES έγινε με τη βοήθεια μιας ιδιαίτερα ευαίσθητης ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής τεσσάρων τόνων, που αποτελείται από 62 ευαίσθητα CCD με 570 εκατομμύρια εικονοστοιχεία (megapixels). Η μηχανή αυτή είναι τοποθετημένη στο μεγάλο τηλεσκόπιο Blanco (με διάμετρο κατόπτρου τεσσάρων μέτρων) που βρίσκεται στην κορυφή Cerro Tololo των χιλιανών Ανδεων. Τα αποτελέσματα, όμως, αυτά δεν συνάδουν καθ’ οιονδήποτε τρόπο με όσα αναφέρει μέρος τουλάχιστον του Τύπου.

Ενα τμήμα από τον χάρτη της Σκοτεινής Υλης όπως καταγράφηκε από την DES (ομάδα 400 ερευνητών από 25 ερευνητικά κέντρα σε επτά χώρες).

Η σύγκριση

Γιατί όταν η DES συνέκρινε τα δικά της αποτελέσματα με τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck, που δίνει μια ακριβή εικόνα του σύμπαντος πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, καθώς και με το καθιερωμένο κοσμολογικό μας πρότυπο που προβλέπει με ποιον τρόπο η σκοτεινή ύλη θα έπρεπε να έχει εξελιχθεί μέχρι σήμερα, επιβεβαιώνουν με μεγάλη ακρίβεια το μοντέλο της ψυχρής σκοτεινής ύλης και μιας κοσμολογικής σταθεράς, σαν αυτή που προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας αν και οι μετρήσεις της DES, όπως και άλλων παρόμοιων γαλαξιακών επισκοπήσεων, μας πληροφορούν ότι το σημερινό σύμπαν είναι λιγότερο πυκνό απ’ ό,τι προβλέπει το μοντέλο μας. 

Οι μικροδιαφορές αυτές, ωστόσο, δεν οφείλονται αποκλειστικά σε πιθανά λάθη του κοσμολογικού μας μοντέλου. Γι’ αυτό άλλωστε στις 29 εργασίες που δημοσιεύθηκαν δεν αναφέρεται οτιδήποτε που να έχει άμεση σχέση με λάθη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Για να ξεκαθαρίσει το σημείο αυτό στις αναφορές του Τύπου, επικοινώνησα με τον διευθυντή της κοινοπραξίας DES Ρίτσαρντ Κρον (Richard Kron), καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου και ερευνητή στο Fermilab, ο οποίος με διαβεβαίωσε ότι: «Παρόλο που η έρευνά μας συνδέεται με τον Αϊνστάιν λόγω του ότι το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο μας βασίζεται στη ΓΘΣ, και στο οποίο έχουν ενσωματωθεί με φυσικό τρόπο η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, εντούτοις τα αποτελέσματα των παρατηρήσεών μας δεν σημαίνουν ότι η ΓΘΣ τίθεται σε αμφισβήτηση. Αντιθέτως, βρήκαμε μια αξιοσημείωτη συμφωνία του καθιερωμένου κοσμολογικού μας μοντέλου, με τα δεδομένα πολύ διαφορετικών πειραμάτων που μετρούν διαφορετικά πράγματα με διαφορετικούς τρόπους».

Τα ανωτέρω επιβεβαίωσαν σε πρόσφατη συζήτησή μας και δύο από τους πιο έγκριτους Ελληνες επιστήμονες, ο Μανώλης Πλειώνης και ο Σταύρος Κατσανέβας. Ο διακεκριμένος καθηγητής του Πανεπιστημίου των Παρισίων Στ. Κατσανέβας, ο οποίος διευθύνει επίσης το Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο Βαρύτητας (EGO-VIRGO) στην Πίζα της Ιταλίας, επιβεβαίωσε πρώτα απ’ όλα «τις εκπληκτικής ακρίβειας μετρήσεις που έκαναν οι συνάδελφοι της DES, οι οποίοι μετά από πολλά στάδια διαδοχικής βαθμονόμησης κατόρθωσαν να δημιουργήσουν την πληρέστερη και μεγάλης ακρίβειας τρισδιάστατη εικόνα του σύμπαντος. Αποτέλεσμα όλων αυτών είναι και η διαπίστωση πως ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος παραμένει σταθερός στον χρόνο και πλησιάζει με μεγάλη ακρίβεια (περίπου 3%) την κοσμολογική σταθερά της ΓΘΣ του Αϊνστάιν την οποία ταυτίσαμε πρόσφατα με τη σκοτεινή ενέργεια και η οποία δεν δείχνει, προς το παρόν, να έχει χαρακτηριστικά πεδίου αλλά παραμένει μάλλον ως σταθερά, όπως εισήχθη πριν από 100 χρόνια από τον ίδιο τον Αϊνστάιν. Η δεύτερη σημαντική διαπίστωση των μετρήσεων της DES είναι ότι η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι ποσοστιαία πολύ κοντά στις μετρήσεις που έκανε το 2018 ο ευρωπαϊκός δορυφόρος Planck, γεγονός ιδιαίτερα εκπληκτικό αφού ο Planck μετράει τις παραμέτρους του κοσμολογικού μας μοντέλου την περίοδο της Μεγάλης Εκρηξης, πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ οι μετρήσεις της DES ξεκινούν 7 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα και μέχρι σήμερα».

Και ο Στ. Κατσανέβας συνέχισε ως εξής: «Εκεί όπου όντως παρατηρήθηκε μια μικρή διαφορά είναι στα φαινόμενα ασθενούς εστίασης. Στη ΓΘΣ η μάζα καμπυλώνει τον χώρο με αποτέλεσμα να δημιουργούνται διάφορα φαινόμενα εστίασης όπως “οπτικές απάτες”, φαινόμενα προσέγγισης, κατοπτρισμού κ.λπ. Στις μετρήσεις αυτές βρέθηκαν τιμές “κοσμικής διάτμησης” (cosmic shear) σε απόκλιση των μετρήσεων του Planck, που όμως δεν είναι ακόμη στατιστικά σημαντικές για να θεμελιώσουν μια πραγματική απόκλιση από το καθιερωμένο κοσμολογικό μας μοντέλο. Θα χρειαστούν περισσότερες μετρήσεις από τα επόμενα δεδομένα της DES και τις παρατηρήσεις που θα κάνουν τα επόμενα μερικά χρόνια τα τηλεσκόπια Vera Rubin στη Χιλή και Euclid στο Διάστημα. Αν αυτές οι αποκλίσεις επιβεβαιωθούν στατιστικά θα έχουν σίγουρα επίδραση στην κοσμολογία, αν και θα πρέπει να προσθέσουμε ταυτόχρονα ότι ο δρόμος για τη διάψευση της ΓΘΣ αυτής καθ’ εαυτήν, και όχι του κοσμολογικού μοντέλου που βασίστηκε σε αυτήν, είναι ακόμη πολύ μακρύς».

Από αριστερά, ο διευθυντής της κοινοπραξίας DES, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου και ερευνητής στο Fermilab Ρίτσαρντ Κρον, ο καθηγητής Παρατηρησιακής Κοσμολογίας στο ΑΠΘ Μανώλης Πλειώνης και ο καθηγητής του Πανεπιστημίου των Παρισίων Σταύρος Κατσανέβας.

Η διευκρίνιση

Τέλος, από τη δική του πλευρά, ο καθηγητής Παρατηρησιακής Κοσμολογίας στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Μανώλης Πλειώνης, γενικός διευθυντής και πρόεδρος του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, μου διευκρίνισε επίσης ότι «η μεγάλης κλίμακας δομή του κοσμικού ιστού, που δημιουργείται από βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, παρόλο που συνάδει με τις γενικές προβλέψεις του βασικού κοσμολογικού μας προτύπου, παρουσιάζει όντως κάποιες ενδείξεις για αποκλίσεις σε ορισμένες κλίμακες μεγεθών. Οποτε εμφανίζονται παρόμοιες αποκλίσεις μεταξύ δεδομένων και θεμελιωμένων θεωριών απαιτείται, φυσικά, η εφαρμογή επιστημονικά εξαντλητικών και αυστηρών διαδικασιών ελέγχου, που ακόμη όμως δεν έχουν γίνει. Οι αποκλίσεις αυτές θα μπορούσαν να ερμηνευτούν με αρκετούς διαφορετικούς τρόπους, ένας μόνον από τους οποίους είναι και η διόρθωση ίσως της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας στις αναλογούσες κλίμακες. Θέλω όμως να τονίσω ότι η ΓΘΣ συνεχίζει να επιβεβαιώνεται περίτρανα σε διαφορετικές κλίμακες και πεδία με εξειδικευμένα πειράματα, το τελευταίο εκ των οποίων ήταν και ο εντοπισμός βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση μελανών οπών και αστέρων νετρονίων από τα Παρατηρητήρια Βαρυτικών Κυμάτων LIGO και VIRGO».

Είναι γνωστό άλλωστε ότι τα τελευταία 105 χρόνια, η βαρυτική θεωρία του Αϊνστάιν, που περιγράφεται από τη ΓΘΣ, περιλαμβάνει με τον καλύτερο τρόπο όλα όσα γνωρίζουμε σήμερα για τον χώρο, τον χρόνο και τη βαρύτητα, ενώ οι ενδείξεις που συγκεντρώνονται από διάφορες ερευνητικές ομάδες οδηγούν τους επιστήμονες να συμπεράνουν ότι η ΓΘΣ όχι μόνο δεν είναι λάθος αλλά αντιθέτως φαίνεται ότι ο Αϊνστάιν είχε για άλλη μία φορά δίκιο στους υπολογισμούς του για το σύμπαν. 

Είναι, φυσικά, μάλλον βέβαιο ότι ακόμη και αυτή η καταπληκτική θεωρία δεν μπορεί από μόνη της να εξηγήσει όλα τα φαινόμενα που παρατηρούμε στη φύση, διότι απλούστατα δεν περιλαμβάνει και όλα όσα παρατηρούνται στον μικρόκοσμο. Κάποια στιγμή, δηλαδή, η σύγχρονη επιστήμη θα πρέπει να κάνει πραγματικότητα το όνειρο του Αϊνστάιν για την ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων της φύσης που θα σημάνει συγχρόνως και την ενοποίηση των δύο μεγάλων θεωριών του 20ού αιώνα: τη Γενική Σχετικότητα και την Κβαντομηχανική.

Χιλιάδες επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να υλοποιήσουν το όνειρο αυτό του Αϊνστάιν χωρίς μέχρι τώρα να το έχουν πετύχει. Στη σύγχρονη εποχή όμως οι δυνατότητες που μας έχουν δώσει οι τεράστιοι επιταχυντές των πυρηνικών φυσικών και η ευκρίνεια με την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε με τα τηλεσκόπιά μας γεγονότα στο σύμπαν που απέχουν μεταξύ τους δισεκατομμύρια έτη φωτός, και στον χώρο και στον χρόνο, μας κάνουν να ελπίζουμε ότι και αυτό ακόμη θα επιβεβαιωθεί σύντομα, αφού χωρίς την πειραματική επιβεβαίωση τίποτα δεν είναι σίγουρο. 
Οπως τόσο χαρακτηριστικά έλεγε και ο Ρίτσαρντ Φάινμαν (Richard Feynman – Νομπέλ Φυσικής 1965): «Δεν έχει καμιά σημασία πόσο όμορφη είναι μια θεωρία, ή πόσο έξυπνος είναι αυτός που τη διαμόρφωσε, ή ποιο είναι το όνομά του. Αν διαφωνεί με τα πειραματικά δεδομένα, είναι σίγουρα λάθος».
 
* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.