Not long after the James Webb Space Telescope began broadcasting from space εκπληκτικές του εικόνες πλανητών και νεφελωμάτων πέρυσι, οι αστρονόμοι, αν και έκθαμβοι, έπρεπε να παραδεχτούν ότι κάτι δεν πήγαινε καλά. Οκτώ μήνες αργότερα, με βάση εν μέρει τα όσα αποκάλυψε το τηλεσκόπιο, αρχίζει να φαίνεται ότι ίσως χρειαστεί να ξανασκεφτούμε βασικά χαρακτηριστικά της προέλευσης και της ανάπτυξης του σύμπαντος.
Το Webb, το οποίο ξεκίνησε στα τέλη του 2021 ως κοινό έργο της NASA, της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας και της Καναδικής Διαστημικής Υπηρεσίας, είναι ένα εργαλείο με απαράμιλλες δυνάμεις παρατήρησης, σε μια συναρπαστική αποστολή να κοιτάξει πίσω στο χρόνο, στην πραγματικότητα, στα πρώτα αστέρια και γαλαξίες. Αλλά ένα από τα πρώτα σημαντικά ευρήματα του Webb ήταν συναρπαστικό με μια άβολη έννοια: Ανακάλυψε την ύπαρξη πλήρως σχηματισμένων γαλαξιών πολύ νωρίτερα από ό,τι θα έπρεπε να ήταν δυνατό σύμφωνα με το λεγόμενο τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας.
Σύμφωνα με το τυπικό μοντέλο, το οποίο είναι η βάση για ουσιαστικά όλη την έρευνα στο πεδίο, υπάρχει μια σταθερή και ακριβής ακολουθία γεγονότων που ακολούθησαν το Big Bang: Πρώτον, η δύναμη της βαρύτητας συγκέντρωσε πυκνότερες περιοχές στο ψυκτικό κοσμικό αέριο, το οποίο μεγάλωσε για να γίνει αστέρια και μαύρες τρύπες. Στη συνέχεια, η δύναμη της βαρύτητας συγκέντρωσε τα αστέρια σε γαλαξίες.
Τα δεδομένα του Webb, ωστόσο, αποκάλυψαν ότι ορισμένοι πολύ μεγάλοι γαλαξίες σχηματίστηκαν πολύ γρήγορα, σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, τουλάχιστον σύμφωνα με το τυπικό μοντέλο. Αυτή δεν ήταν μικρή απόκλιση. Το εύρημα μοιάζει με τους γονείς και τα παιδιά τους που εμφανίζονται σε μια ιστορία όταν οι παππούδες και οι γιαγιάδες είναι ακόμη παιδιά.
Δεν ήταν, δυστυχώς, ένα μεμονωμένο περιστατικό. Υπήρξαν και άλλες πρόσφατες περιπτώσεις στις οποίες τα στοιχεία πίσω από τη βασική κατανόηση του σύμπαντος από την επιστήμη βρέθηκαν να είναι ανησυχητικά ασυνεπή.
Πάρτε το θέμα του πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν. Αυτό είναι ένα θεμελιώδες γεγονός στην κοσμολογική επιστήμη – η λεγόμενη σταθερά Hubble – ωστόσο οι επιστήμονες δεν έχουν καταφέρει να καταλήξουν σε έναν αριθμό. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι υπολογισμού του: Ο ένας περιλαμβάνει μετρήσεις του πρώιμου σύμπαντος (όπως το είδος που παρέχει το Webb). Το άλλο περιλαμβάνει μετρήσεις κοντινών αστεριών στο σύγχρονο σύμπαν. Παρά τις προσπάθειες δεκαετιών, αυτές οι δύο μέθοδοι συνεχίζουν να δίνουν διαφορετικές απαντήσεις.
Στην αρχή, οι επιστήμονες περίμεναν ότι αυτή η διαφορά θα επιλυόταν καθώς τα δεδομένα βελτιώνονταν. Αλλά το πρόβλημα παραμένει πεισματικά, ακόμη και όταν τα δεδομένα έχουν γίνει πολύ πιο ακριβή. Και τώρα νέα δεδομένα από το Webb έχουν επιδεινώσει το πρόβλημα. Αυτή η τάση υποδηλώνει ένα ελάττωμα στο μοντέλο, όχι στα δεδομένα.
Δύο σοβαρά ζητήματα με το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας θα ήταν αρκετά ανησυχητικά. Αλλά το μοντέλο έχει ήδη επιδιορθωθεί πολλές φορές τον τελευταίο μισό αιώνα για να συμμορφώνεται καλύτερα με τα καλύτερα διαθέσιμα δεδομένα — τροποποιήσεις που μπορεί κάλλιστα να είναι απαραίτητες και σωστές, αλλά που, υπό το φως των προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε τώρα, θα μπορούσαν να προκαλέσουν σκεπτικισμό ως λίγο πολύ βολικό.
Οι φυσικοί και οι αστρονόμοι αρχίζουν να έχουν την αίσθηση ότι κάτι μπορεί να είναι πραγματικά λάθος. Δεν είναι μόνο ότι ορισμένοι από εμάς πιστεύουν ότι ίσως χρειαστεί να ξανασκεφτούμε το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας· ίσως χρειαστεί επίσης να αλλάξουμε τον τρόπο που σκεφτόμαστε μερικά από τα πιο βασικά χαρακτηριστικά του σύμπαντός μας – μια εννοιολογική επανάσταση που θα είχε επιπτώσεις πολύ πέρα από τον κόσμο της επιστήμης.
Ένας ισχυρός συνδυασμός δεδομένων που κερδήθηκαν με κόπο και σπάνιας αφηρημένης μαθηματικής φυσικής, το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας δικαίως κατανοείται ως ένας θρίαμβος της ανθρώπινης ευρηματικότητας. Έχει τις ρίζες του στην ανακάλυψη του Edwin Hubble στη δεκαετία του 1920 ότι το σύμπαν διαστέλλεται – το πρώτο κομμάτι της απόδειξης για τη Μεγάλη Έκρηξη. Στη συνέχεια, το 1964, οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου ανακάλυψαν το λεγόμενο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων, την «απολιθωμένη» ακτινοβολία που φτάνει σε εμάς λίγο μετά την έναρξη της διαστολής του σύμπαντος. Αυτό το εύρημα μας είπε ότι το πρώιμο σύμπαν ήταν μια καυτή, πυκνή σούπα υποατομικών σωματιδίων που συνεχώς ψύχεται και γίνεται λιγότερο πυκνή από τότε.
Τα τελευταία 60 χρόνια, η κοσμολογία έχει γίνει όλο και πιο ακριβής ως προς την ικανότητά της να παρέχει τα καλύτερα διαθέσιμα δεδομένα για το σύμπαν. Αλλά στην πορεία, για να αποκτήσουν τόσο υψηλό βαθμό ακρίβειας, οι αστροφυσικοί έπρεπε να υποθέσουν την ύπαρξη συστατικών του σύμπαντος για τα οποία δεν έχουμε άμεσες αποδείξεις. Το τυπικό μοντέλο σήμερα υποστηρίζει ότι η «κανονική» ύλη – η ουσία που αποτελείται από ανθρώπους και πλανήτες και οτιδήποτε άλλο μπορούμε να δούμε – αποτελεί μόνο περίπου το 4 τοις εκατό του σύμπαντος. Το υπόλοιπο είναι αόρατο υλικό που ονομάζεται σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια (περίπου 27 τοις εκατό και 68 τοις εκατό).
Ο κοσμικός πληθωρισμός είναι ένα παράδειγμα μιας ακόμη εξωτικής προσαρμογής που έγινε στο τυπικό μοντέλο. Επινοήθηκε το 1981 για να επιλύσει τα παράδοξα που προκύπτουν από μια παλαιότερη εκδοχή του Big Bang, η θεωρία υποστηρίζει ότι το πρώιμο σύμπαν επεκτάθηκε εκθετικά γρήγορα για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η θεωρία λύνει ορισμένα προβλήματα αλλά δημιουργεί άλλα. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τις περισσότερες εκδοχές της θεωρίας, αντί να υπάρχει ένα σύμπαν, το δικό μας είναι μόνο ένα σύμπαν σε ένα πολυσύμπαν – ένας άπειρος αριθμός συμπάντων, τα άλλα από τα οποία μπορεί να είναι για πάντα απαρατήρητα για εμάς όχι μόνο στην πράξη αλλά και στην θεωρία.
Δεν υπάρχει τίποτα εγγενές με αυτά τα χαρακτηριστικά του τυπικού μοντέλου. Οι επιστήμονες συχνά ανακαλύπτουν καλά έμμεσα στοιχεία για πράγματα που δεν μπορούμε να δούμε, όπως οι υπερπυκνές ιδιομορφίες μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Όμως, στον απόηχο των συγκεχυμένων δεδομένων του Webb σχετικά με το σχηματισμό γαλαξιών και του επιδεινούμενου προβλήματος με τη σταθερά του Hubble, δεν μπορεί να κατηγορηθείς ότι άρχισες να αναρωτιέσαι αν το μοντέλο δεν έχει ενωθεί.
Μια οικεία αφήγηση σχετικά με το πώς λειτουργεί η επιστήμη συχνά ξετυλίγεται σε αυτό το σημείο για να κατευνάσει τα άγχη. Έχει ως εξής: Οι ερευνητές πιστεύουν ότι έχουν μια επιτυχημένη θεωρία, αλλά νέα δεδομένα δείχνουν ότι είναι εσφαλμένη. Σηκώνοντας με θάρρος τα μανίκια τους, οι επιστήμονες επιστρέφουν στους μαυροπίνακες τους και βρίσκουν νέες ιδέες που τους επιτρέπουν να βελτιώσουν τη θεωρία τους ταιριάζοντας καλύτερα τα στοιχεία.
Είναι μια ιστορία ταπεινότητας και θριάμβου, και εμείς οι επιστήμονες λατρεύουμε να την λέμε. Και μπορεί να συμβαίνει και σε αυτή την περίπτωση. Ίσως η λύση στα προβλήματα που μας αναγκάζει να αντιμετωπίσουμε ο Webb θα απαιτήσει μόνο από τους κοσμολόγους να βρουν ένα νέο «σκοτεινό» κάτι ή ένα άλλο που θα επιτρέψει στην εικόνα μας για το σύμπαν να συνεχίσει να ταιριάζει με τα καλύτερα κοσμολογικά δεδομένα.
Υπάρχει, ωστόσο, μια άλλη πιθανότητα. Μπορεί να βρισκόμαστε σε ένα σημείο όπου χρειαζόμαστε μια ριζική απομάκρυνση από το τυπικό μοντέλο, κάτι που μπορεί ακόμη και να απαιτήσει να αλλάξουμε τον τρόπο που σκεφτόμαστε τα στοιχειώδη συστατικά του σύμπαντος, πιθανώς ακόμη και τη φύση του χώρου και του χρόνου.
Η κοσμολογία δεν είναι σαν τις άλλες επιστήμες. Δεν είναι σαν να μελετάς ποντίκια σε έναν λαβύρινθο ή να βλέπεις χημικά να βράζουν σε ένα ποτήρι ζέσεως σε ένα εργαστήριο. Το σύμπαν είναι ό,τι υπάρχει· είναι μόνο ένα και δεν μπορούμε να το δούμε από έξω. Δεν μπορείτε να το βάλετε σε ένα κουτί σε ένα τραπέζι και να εκτελέσετε ελεγχόμενα πειράματα σε αυτό. Επειδή είναι περιεκτική, η κοσμολογία αναγκάζει τους επιστήμονες να αντιμετωπίσουν ερωτήματα σχετικά με το ίδιο το περιβάλλον στο οποίο λειτουργεί η επιστήμη: τη φύση του χρόνου, τη φύση του χώρου, τη φύση των νόμων της κανονικότητας, τον ρόλο των παρατηρητών που κάνουν τις παρατηρήσεις.
Αυτά τα σπάνια ζητήματα δεν εμφανίζονται στις περισσότερες «κανονικές» επιστήμες (αν και συναντά κανείς παρόμοια σκιώδη ζητήματα στην επιστήμη της συνείδησης και στην κβαντική φυσική). Δουλεύοντας τόσο κοντά στα όρια μεταξύ επιστήμης και φιλοσοφίας, οι κοσμολόγοι στοιχειώνονται συνεχώς από τα φαντάσματα των βασικών υποθέσεων που κρύβονται αόρατα στα εργαλεία που χρησιμοποιούμε — όπως η υπόθεση ότι οι επιστημονικοί νόμοι δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Αλλά αυτό ακριβώς είναι το είδος της υπόθεσης που ίσως χρειαστεί να αρχίσουμε να αμφισβητούμε για να καταλάβουμε τι είναι λάθος με το τυπικό μοντέλο. Μια πιθανότητα, που έθεσαν ο φυσικός Lee Smolin και ο φιλόσοφος Roberto Mangabeira Unger, είναι ότι οι νόμοι της φυσικής μπορούν να εξελιχθούν και να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου. Διαφορετικοί νόμοι μπορεί ακόμη και να ανταγωνίζονται για αποτελεσματικότητα. Μια ακόμη πιο ριζοσπαστική πιθανότητα, που συζητήθηκε από τον φυσικό John Wheeler, είναι ότι κάθε πράξη παρατήρησης επηρεάζει το μέλλον και ακόμη και την προηγούμενη ιστορία του σύμπαντος. (Ο Δρ. Wheeler, που εργαζόταν για να κατανοήσει τα παράδοξα της κβαντικής μηχανικής, συνέλαβε ένα «συμμετοχικό σύμπαν» στο οποίο κάθε πράξη παρατήρησης ήταν κατά κάποιο τρόπο μια νέα πράξη δημιουργίας.)
Δεν είναι προφανές, τουλάχιστον, πώς τέτοιες επαναστατικές αναθεωρήσεις της επιστήμης μας θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα τα κοσμολογικά δεδομένα που μας ταράζουν. (Μέρος της δυσκολίας είναι ότι τα ίδια τα δεδομένα διαμορφώνονται από τις θεωρητικές υποθέσεις εκείνων που τα συλλέγουν.) Θα ήταν αναγκαστικά ένα άλμα πίστης να κάνουμε ένα βήμα πίσω και να ξανασκεφτούμε τέτοιες θεμελιώδεις αρχές για την επιστήμη μας.
Αλλά μια επανάσταση μπορεί να καταλήξει να είναι ο καλύτερος δρόμος για την πρόοδο. Αυτό σίγουρα συνέβη στο παρελθόν με επιστημονικές ανακαλύψεις όπως ο ηλιοκεντρισμός του Κοπέρνικου, η θεωρία της εξέλιξης του Δαρβίνου και η σχετικότητα του Αϊνστάιν. Και οι τρεις αυτές θεωρίες κατέληξαν επίσης να έχουν τεράστια πολιτιστική επιρροή – απειλώντας την αίσθηση της ιδιαίτερης θέσης μας στον κόσμο, αμφισβητώντας τη διαίσθησή μας ότι ήμασταν θεμελιωδώς διαφορετικοί από άλλα ζώα, ανατρέποντας την πίστη μας στις ιδέες της κοινής λογικής για τη ροή του χρόνου. Οποιαδήποτε επιστημονική επανάσταση του είδους που φανταζόμαστε θα είχε πιθανώς συγκρίσιμες αντηχήσεις στην κατανόηση του εαυτού μας.
Ο φιλόσοφος Robert Crease έχει γράψει ότι η φιλοσοφία είναι αυτό που απαιτείται όταν η επιστήμη μπορεί να μην απαντήσει σε μια επιστημονική ερώτηση. Δεν είναι ακόμα ξεκάθαρο αν αυτό χρειάζεται για να ξεπεραστεί η κρίση στην κοσμολογία. Αλλά αν περισσότερες τροποποιήσεις και προσαρμογές δεν κάνουν το κόλπο, μπορεί να χρειαζόμαστε όχι μόνο μια νέα ιστορία του σύμπαντος αλλά και έναν νέο τρόπο για να πούμε ιστορίες για αυτό.
*Φωτογραφία εξωφύλλου: Virginia Gabrielli
Του Adam Frank και Marcelo Gleiser
Source: nytimes