Γι’ αυτούς το εργαστήριο Dark Sector Laboratory είναι κάτι σαν τον «παράδεισο», όπου η παγωμένη και ξηρή ατμόσφαιρα επιτρέπει στα φωτόνια να ταξιδεύουν σχεδόν ανεμπόδιστα, παρέχοντάς τους με αυτόν τον τρόπο τις πιο ευκρινείς εικόνες του διαστήματος που έχουν τραβηχτεί ποτέ από τη Γη.

Επί τρία χρόνια μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον John Kovac από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, συγκέντρωνε στοιχεία από το τηλεσκόπιο Bicep2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization).

Τον περασμένο Μάρτη δημοσίευσαν τα αποτελέσματα των ερευνών τους.

Αν τα συμπεράσματά τους ευσταθούν, τότε ίσως έχουν ανοίξει ένα νέο «παράθυρο» στις απαρχές του Σύμπαντος και η έρευνά τους θα συγκαταλεχθεί σε μία από τις πιο σημαντικές κοσμολογικές αποκαλύψεις του αιώνα, γράφει ο Brian Greene για το Smithsonian Magazine.

Από το κυρτό Σύμπαν στη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang)

Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Αϊνστάιν έγραψε ξανά τους κανόνες του χωροχρόνου με τη θεωρία της Σχετικότητας.

Μέχρι τότε, σχεδόν όλοι συμφωνούσαν με τη νευτώνεια προοπτική, σύμφωνα με την οποία ο χώρος και ο χρόνος παρέχουν μια αμετάβλητη αρένα, μέσα στην οποία συμβαίνουν τα πάντα.

Το 1915 ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη γενική θεωρία της σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία η ελκτική δύναμη της βαρύτητας διαδίδεται στο χώρο με την ταχύτητα του φωτός και επηρεάζει οτιδήποτε υπάρχει στο χώρο, ακόμα και τις ακτινοβολίες, κάτι που καθιστά δυνατή την ύπαρξη μελανών οπών, φαινόμενο που παρατηρήθηκε πολύ αργότερα, όπως σημειώνει η Wikipedia.

Όσο αφηρημένη κι αν ήταν η διατύπωσης της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, καθιστούσε δυνατές οριστικές προβλέψεις, μερικές από τις οποίες επιβεβαιώθηκαν σύντομα με αστρονομικές παρατηρήσεις.

Αυτό ενέπνευσε μαθηματικά προσανατολισμένους στοχαστές σε όλο τον κόσμο να εξερευνήσουν λεπτομερώς τις προεκτάσεις της θεωρίας αυτής.

Το 1927 ο βέλγος ιερέας Georges Lemaître, ο οποίος κατείχε διδακτορικό στη Φυσική, εφάρμοσε τις εξισώσεις της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν σε όλο το Σύμπαν, και όχι απλά σε αντικείμενα μέσα σε αυτό, όπως τα αστέρια και οι μαύρες τρύπες.

Οι μαθηματικές πράξεις έδειξαν ότι το Σύμπαν δε μπορούσε να είναι στατικό: το «ύφασμα» του σύμπαντος είτε επεκτεινόταν ή συρρικνωνόταν.

Το 1929 οι αστρονομικές παρατηρήσεις του Edwin Hubble με τη βοήθεια του πανίσχυρου τηλεσκοπίου στο παρατηρητήριο Mount Wilson Observatory, αποκάλυψαν ότι οι μακρινοί γαλαξίες… έφευγαν ακόμη πιο μακριά.
Το Σύμπαν επεκτεινόταν.

Όπως είχε υποστηρίξει ο Lemaître, αν το σύμπαν επεκτείνεται τώρα, τότε αν κάποιος σκεφτόταν αντίστροφα θα κατέληγε στο συμπέρασμα ότι κάποτε το σύμπαν ήταν πιο μικρό, πιο πυκνό και πιο θερμό.

Και κάπως έτσι καταλήγουμε στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang).

Αν όμως αυτό είναι αλήθεια, τι είναι αυτό που οδηγεί το Σύμπαν στην επέκταση και πώς θα μπορούσε να ελεγχθεί αυτή η θεωρία;

Η θεωρία του πληθωρισμού

Αν το Σύμπαν προέκυψε από ένα πολύ θερμό και πυκνό αρχέγονο άτομο, όπως το αποκαλούσε ο Lemaître, τότε καθώς επεκτεινόταν θα έπρεπε να ψύχεται.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς ερευνητών από το πανεπιστήμιο George Washington τη δεκαετία του 1940 και δύο δεκαετίες αργότερα στο Princeton, η υπολειπόμενη θερμότητα της Μεγάλης Έκρηξης θα ήταν κάτι σαν ένα «λουτρό από φωτόνια» που θα απλώνονταν ομοιόμορφα στο διάστημα. Η θερμοκρασία των φωτονίων θα ήταν περίπου 2,7 βαθμοί πάνω από το 0, τοποθετώντας το μήκος κύματός τους στο τμήμα μικροκυμάτων του φάσματος, παρέχοντας μια εξήγηση γιατί αυτά τα πιθανά «λείψανα» του Big Bang ονομάζονται κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.

Το 1964 δύο ερευνητές από το εργαστήριο Bell Telephone Laboratories, οι Arno Penzias και Robert Wilson, κατασκεύαζαν ένα ραδιοφωνικό δέκτη (κεραία) και έπιασαν υψηλότερες θερμοκρασίες (ακτινοβολία) από αυτές που περίμεναν.

Αρχικά, πίστεψαν ότι αυτή η ανωμαλία οφειλόταν στα περιστέρια και τις κουτσουλιές που άφηναν πίσω τους, όμως παρότι καθάρισαν και… εξαφάνισαν τα περιστέρια που είχαν φωλιάσει μέσα στην κεραία, η «ανωμαλία» αυτή επέμενε.

Την ίδια περίοδο, μια ερευνητική ομάδα από το πανεπιστήμιο Πρίνστον, με επικεφαλής τον Robert Dicke, προσπαθούσε να βρει αποδείξεις για την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν, ότι αυτό που έψαχναν το είχαν ανακαλύψει οι Penzias και Wilson.

Και οι δύο ομάδες δημοσίευσαν τις μελέτες τους στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal το 1965.
Οι Penzias και Wilson κέρδισαν το 1978 βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψή τους.

Ωστόσο, ενώ η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης εξηγούσε πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν μερικά δευτερόλεπτα μετά το Big Bang, δε μπορούσε να δώσει μια απάντηση για το πώς ξεκίνησε.

Ο μεταδιδακτορικός ερευνητής στο τμήμα Φυσικής του πανεπιστημίου Stanford, Alan Guth, «κάλυψε» αυτό το κενό.

Μαζί με το συνεργάτη του Henry Tye από το πανεπιστήμιο Cornell προσπαθούσαν να κατανοήσουν πώς ορισμένα υποθετικά σωματίδια, που ονομάζονται μονόπολα, θα μπορούσαν να παραχθούν τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.

Στις 6 Δεκεμβρίου του 1979 ο Guth συνειδητοποίησε, ότι οι εξισώσεις επάνω στις οποίες εργαζόταν δεν έδειχναν μόνο ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας κάλυπτε ένα κενό στη νευτώνεια βαρύτητα, αλλά αποκάλυπταν ακόμη πως η βαρύτητα μπορούσε να συμπεριφερθεί με απροσδόκητο τρόπο, προσθέτει ο αρθρογράφος.

Σύμφωνα με το Νεύτωνα –και την καθημερινή εμπειρία όλων- η βαρύτητα είναι μια ελκτική δύναμη. Οι εξισώσεις όμως «έλεγαν» στον Guth ότι η βαρύτητα μπορούσε να είναι και αποκρουστική και να ωθεί προς τα έξω.

Μια ελάχιστη περιοχή, λοιπόν, με την κατάλληλη ενέργεια θα μπορούσε να επεκταθεί από την ισχυρή απωστική βαρύτητα, ενδεχομένως και να επεκταθεί τόσο, όσο το παρατηρήσιμο σύμπαν σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου.
Και αυτό θα αποκαλούνταν ένα «bang».

Ένα «big bang».

Και κάπως έτσι, ο Guth μαζί με τους Andrei Linde, Paul Steinhardt και Andreas Albrecht «γέννησαν» τη θεωρία του πληθωρισμού στην κοσμολογία.

Έχουν όμως δίκιο;

Τεστάροντας τη θεωρία του πληθωρισμού

Στις 12 Μαρτίου το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian εξέδωσε μια ανακοίνωση στον Τύπο, υποσχόμενο μια «τεράστια ανακάλυψη».

Στις 17 Μαρτίου, μετά από πάνω από ένα χρόνο προσεκτικών αναλύσεων όλων των δεδομένων που είχαν συλλεχτεί με τη βοήθεια του τηλεσκοπίου Bicep2, η ερευνητική ομάδα ανακοίνωσε ότι είχε εντοπίσει βαρυτικά κύματα από τις πρώτες στιγμές δημιουργίας του Σύμπαντος.