Το άπειρο είναι μια μαθηματική έννοια που αναφέρεται σε μια απεριόριστη ποσότητα μέσα σε ένα μέγεθος. Από την ανθρώπινη σκοπιά μας, είναι αδύνατο να συλλάβουμε. μιλάει πάντα για άπειρο σύμπαν αλλά είναι κάπως δύσκολο να το καταλάβεις. Κάθε φορά που απαντάμε σε μια ερώτηση για το σύμπαν, ανακύπτουν εκατοντάδες νέα ερωτήματα. Είναι το σύμπαν άπειρο ή έχει τέλος; Αυτό το ερώτημα, που συνδυάζει την αστρονομία και τη φιλοσοφία, είναι αναμφίβολα το βασικό ερώτημα της επιστήμης. Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα, μόλις βρεθεί, θα αλλάξει τα πάντα. Είναι άπειρο και οι επιπτώσεις του θα είναι εκπληκτικές και τρομακτικές ταυτόχρονα.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε για το άπειρο σύμπαν, τις θεωρίες που υπάρχουν και πολλά άλλα.
Είναι το σύμπαν άπειρο;
Όλα τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι το σύμπαν δεν έχει σύνορα. Με άλλα λόγια, καταρχήν, το σύμπαν είναι άπειρο. Γνωρίζουμε πολλά πράγματα για το σύμπαν. Θα μάθουμε περισσότερα στο μέλλον. Αλλά ήμασταν, είμαστε και θα περιοριζόμαστε από μια πτυχή: την ταχύτητα του φωτός. Όπως είπε ο Αϊνστάιν στη γενική θεωρία της σχετικότητας, η μόνη σταθερά στο σύμπαν είναι η ταχύτητα του φωτός, η οποία είναι 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Γνωρίζουμε επίσης ότι το σύμπαν γεννήθηκε στη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13.800 δισεκατομμύρια χρόνια, που ήταν η αρχή της διαστολής του σύμπαντος από τη χωροχρονική ιδιομορφία. Από τότε, γνωρίζουμε ότι επεκτείνεται και το κάνει με επιταχυνόμενους ρυθμούς. Στην πραγματικότητα, διαστέλλεται με ρυθμό 70 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο για κάθε επιπλέον απόσταση 3,26 εκατομμυρίων ετών φωτός.
Ποιο είναι όμως το πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε όταν προσπαθούμε να προσδιορίσουμε αν το σύμπαν έχει όριο; Όταν δηλαδή προσπαθούμε να προσδιορίσουμε αν είναι άπειρο ή όχι. Λοιπόν, είμαστε περιορισμένοι από τον χρόνο που έχει να ταξιδέψει το φως από τότε που γεννήθηκε το σύμπαν.
Το πιο μακρινό που μπορούμε να δούμε στο διάστημα είναι 13.800 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Καλά, τεχνικά, 13.799.620.000 εκατομμύρια έτη φωτός, επειδή κατά τα πρώτα 380.000 χρόνια ζωής του σύμπαντος, η ενέργεια ήταν τόσο υψηλή που τα άτομα δεν μπορούσαν να σχηματιστούν, έτσι τα υποατομικά σωματίδια ήταν ελεύθερα, σχηματίστηκαν για να μπλοκάρουν τα φωτόνια. Η αλήθεια είναι ότι το φως δεν εμφανίστηκε πραγματικά παρά μόνο 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Αυτό είναι λοιπόν το όριο μας. Δεν μπορούμε να δούμε περαιτέρω. Εφόσον δεν μπορούμε να δούμε μακρύτερα, δεν έχουμε κανέναν τρόπο να γνωρίζουμε αν το σύμπαν έχει πραγματικά μια άκρη ή, αντίθετα, αν είναι άπειρο. Έτσι, ο μόνος τρόπος για να προσδιορίσουμε αν το σύμπαν είναι αιώνιο ή πεπερασμένο είναι να βασιστούμε σε μαθηματικούς υπολογισμούς και αστρονομικές προβλέψεις.
Η γεωμετρία του σύμπαντος και η αιωνιότητα του
Ένας από τους κύριους τρόπους για να γνωρίζουμε αν το σύμπαν είναι άπειρο είναι να προσδιορίσουμε το σχήμα του. Είναι ένα απίστευτα πολύπλοκο έργο, αλλά οι μαθηματικές μετρήσεις και οι προβλέψεις καθορίζουν ότι το σύμπαν μπορεί να έχει μόνο τέσσερις πιθανές γεωμετρίες: Ευκλείδειο (επίπεδο), σφαιρικό, υπερβολικό (επίπεδο αλλά καμπύλο) ή τοροειδές (σαν ντόνατ).
Καταλήξαμε να εγκαταλείψουμε τον ανοιχτό δακτύλιο, επειδή η παρουσία δύο διαφορετικών καμπυλοτήτων (διαμήκους και εγκάρσιας) θα έκανε το φως να ταξιδεύει διαφορετικά στο διάστημα. Αυτό παραβιάζει την κοσμολογική αρχή, η οποία μας λέει ότι το σύμπαν είναι ισότροπο, δηλαδή οι φυσικές ιδιότητες δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση προς την οποία εξετάζονται.
Έτσι, έχουμε τρία πιθανά σχήματα: επίπεδα, σφαιρικά ή υπερβολικά. Η σφαιρική υπόθεση υπονοεί ότι το σύμπαν είναι κλειστό. Δηλαδή, είναι περιορισμένο. Εάν το σύμπαν είναι μια σφαίρα, δεν μπορεί να είναι άπειρο. Οι επίπεδες και υπερβολικές υποθέσεις, δεδομένου ότι και οι δύο υποθέτουν ένα ανοιχτό σύμπαν, υποδηλώνουν ότι το σύμπαν είναι άπειρο.
Με αυτή την έννοια, ο προσδιορισμός του σχήματος του σύμπαντος μας λέει αν είναι άπειρο ή όχι. Μπορούμε να γνωρίζουμε τη γεωμετρία του; Ναι, τουλάχιστον κατά προσέγγιση. Αναλύοντας το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Αυτή είναι η ακτινοβολία που έμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη. Ήταν οι πρώτες φωτεινές ηχώ που εμφανίστηκαν στο σύμπαν 380.000 χρόνια μετά τη γέννησή του. Είναι η ακτινοβολία που έχει διανύσει μεγάλη απόσταση για να μας φτάσει.
Είναι λοιπόν αυτή η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου που επηρεάζεται περισσότερο από την καμπυλότητα (ή μη καμπυλότητα) του σύμπαντος. Εάν το σύμπαν είναι επίπεδο, η καμπυλότητά του είναι 0. Εάν το σύμπαν είναι σφαιρικό, η καμπυλότητά του είναι θετική (μεγαλύτερη από 0) και αν είναι υπερβολική, η καμπυλότητά του είναι αρνητική (μικρότερη από 0). Σε αυτή την περίπτωση, αυτό που κάνουμε είναι να υπολογίσουμε την παραμόρφωση που έχει υποστεί η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου κατά τη διάρκεια του ταξιδιού της από την αρχή του σύμπαντος. Συγκρίνουμε τις εκτιμήσεις του μεγέθους της κοσμικής κηλίδας υποβάθρου μικροκυμάτων με το μέγεθος της μάζας που βλέπουμε στην πραγματικότητα. Εάν η καμπυλότητα είναι θετική (σφαιρική γεωμετρία), βλέπουμε μεγαλύτερες κηλίδες από αυτές που υπολογίζει το μαθηματικό μοντέλο.
Εάν η καμπυλότητα είναι αρνητική (υπερβολική γεωμετρία), βλέπουμε ότι οι κηλίδες είναι μικρότερες από τις εκτιμήσεις του μαθηματικού μοντέλου. Χωρίς καμπυλότητα (επίπεδη γεωμετρία), θα βλέπαμε κηλίδες ίδιου μεγέθους όπως υπολογίζεται από το μαθηματικό μοντέλο.
Τι βλέπουμε; Καμία παραμόρφωση. Ή τουλάχιστον η καμπυλότητά μας είναι πολύ κοντά στο 0. Η γεωμετρία του σύμπαντος φαίνεται να είναι επίπεδη. Αν το σύμπαν είναι επίπεδο, σημαίνει ότι είναι ανοιχτό. Αν είναι ανοιχτό, τότε είναι άπειρο. Η φαινομενικά επίπεδη γεωμετρία του, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η σκοτεινή ενέργεια δεν αραιώνεται στο διάστημα ανεξάρτητα από το πόσο διαστέλλεται το σύμπαν, φαίνεται να υποδηλώνει ότι το σύμπαν είναι πράγματι άπειρο. Δεν έχει όρια. Θα ανακαλύπτετε νέους γαλαξίες και νέα αστέρια κάθε φορά που ταξιδεύετε μέσα από αυτό. Δεν θα βρείτε ποτέ το όριο ή δεν θα επιστρέψετε στο ίδιο μέρος. Το σύμπαν είναι αιώνιο.
Είναι λοιπόν το Σύμπαν πραγματικά άπειρο;
Αν και οι μελέτες της κοσμικής γεωμετρίας και της σκοτεινής ενέργειας φαίνεται να υποδηλώνουν ότι το σύμπαν είναι πράγματι άπειρο, δεν μπορούμε ποτέ να είμαστε σίγουροι για αυτό. Αυτό είναι βασικά επειδή δεν μπορούμε να είμαστε 100% σίγουροι ότι το σύμπαν είναι επίπεδο.
Γνωρίζουμε ότι έχει καμπυλότητα περίπου 0, αλλά δεν είμαστε απολύτως σίγουροι. Ο υπολογισμός δεν μπορεί να είναι απόλυτα ακριβής, επομένως μπορεί να υπάρχει μια ελαφρά θετική καμπυλότητα που δεν μπορούμε να μετρήσουμε (δεν έχει μεγάλη σημασία αν είναι αρνητική, αφού θα είναι υπερβολική και θα εξακολουθεί να είναι άπειρη).
Το σύμπαν είναι επίπεδο ή ελαφρώς σφαιρικό. Αλλά αν ήταν ελαφρώς σφαιρικό, αυτό θα σήμαινε ήδη ότι το σύμπαν θα ήταν μια κλειστή σφαίρα, οπότε αυτό θα έκανε το σύμπαν ένα πεπερασμένο μέρος. Ίσως να μην μπορέσουμε ποτέ να μετρήσουμε με ακρίβεια την καμπυλότητά του. Θα ήμασταν τελείως τυφλοί αν δεν ξέραμε αν όντως ξεκίνησε από την αρχή. Αυτή η μικρή αριθμητική διαφορά θα μας οδηγήσει από την έννοια του άπειρου σύμπαντος σε αυτήν του πεπερασμένου σύμπαντος. Για να μην αναφέρουμε, ακόμα δεν γνωρίζουμε το πραγματικό μέγεθος του σύμπαντος. Είμαστε περιορισμένοι από τα μέρη του σύμπαντος που μας επιτρέπει να δούμε το φως.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το άπειρο σύμπαν και αν είναι πραγματικά ή όχι.
