Τι γνωρίζουμε για τη δημιουργία του Κόσμου

 Πώς δημιουργήθηκε ο Κόσμος; Πάντα οι άνθρωποι ζητούσαν να το μάθουν και οι απαντήσεις προέρχονταν από όλες τις πλευρές: από τη θρησκεία, την παράδοση, τη φιλοσοφία, το μυστικισμό και την επιστήμη.
Παρόλο που αυτό δεν φαίνεται σαν πρόβλημα που επιδέχεται επιστημονική μέτρηση, έχει οδηγήσει τους επιστήμονες να δημιουργήσουν λύσεις με συναρπαστικές ιδέες και παρατηρήσεις: το Big Bang, την έννοια του πληθωρισμού, το γεγονός ότι το μεγαλύτερο μέρος του κόσμου αποτελείται από σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια που δεν μπορούμε να αντιληφθούμε, και πολλές άλλες ιδέες.
Φυσικά οι επιστήμονες δεν μπορούν να ισχυρίζονται ότι γνωρίζουν την οριστική αλήθεια. Αλλά μπορούμε να προσεγγίσουμε το θέμα από επιστημονική άποψη και να δούμε τι μπορούμε να ανακαλύψουμε. Πώς γίνεται αυτό; Κατ ‘αρχάς, να κοιτάξουμε τα δεδομένα. Χάρη στη σύγχρονη τεχνολογία, έχουμε πολύ περισσότερες πληροφορίες από ό,τι είχαν οι άνθρωποι τα προηγούμενα χρόνια, στην ίδια ερώτηση. Τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε επιστημονικές μεθόδους και τεχνικές για την ανάλυση των δεδομένων, να τα οργανώσουμε με ένα συνεκτικό τρόπο και να προσπαθήσουμε να εξάγουμε μια απάντηση. Αυτή η διαδικασία και τα κύρια πορίσματά της περιγράφονται παρακάτω.
Η ιδέα της δημιουργίας προσλαμβάνει μια ιδιαίτερη και συγκεκριμένη έννοια στο επιστημονικό πλαίσιο, και δεν πρέπει να συγχέεται με την έννοια της “δημιουργίας εκ του μηδενός» που συναντάμε στη μεταφυσική ή σε μονοθεϊστικές θεολογίες. Στη στενή και πιο συχνή χρησιμοποιούμενη έννοια της, σημαίνει τις προδιαγραφές που πρέπει να υπήρχαν στο σύμπαν στον αρχικό χρόνο, μαζί με τους νόμους της φυσικής οι οποίοι έχουν εξελιχθεί από αυτή την αρχική κατάσταση μέχρι σήμερα.
Η αρχική κατάσταση μπορεί να είναι ή μπορεί να μην είναι κατά προσέγγιση κλασική ή κβαντική και οι νόμοι της εξέλιξης μπορεί να περιλαμβάνουν εξισώσεις της κβαντομηχανικής ή της κλασικής φυσικής.
Μερικές φορές ο προσδιορισμός της αρχικής κατάστασης είναι μόνο στατιστικός, που επιλέγεται από κάποιο σύνολο καταστάσεων με μία καθορισμένη πιθανότητα. Στην περίπτωση αυτή, η ιδέα μιας αρχικής κατάστασης αντικαθίσταται από ένα σύνολο πιθανών αρχικών καταστάσεων και η κατανομή πιθανοτήτων σε αυτόν. Ακόμα και όταν ο Stephen Hawking περιγράφει τη δημιουργία του Σύμπαντος από το “τίποτα” η διαδικασία περιλαμβάνει τον προσδιορισμό ορισμένων αρχικών συνθηκών για την κβαντική κυματοσυνάρτηση.
Έτσι, προκειμένου να συζητήσουμε για τη δημιουργία, χρειαζόμαστε να εξετάσουμε ποιές μπορεί να ήταν οι αρχικές συνθήκες. Έτσι, η επιστημονική έννοια της «Δημιουργίας» είναι στην πραγματικότητα μια μαθηματική περιγραφή με εξισώσεις και αρχικές συνθήκες μιας «φυσικής αρχής» ή μια «εμφάνιση από κάτι».
Το σύμπαν σήμερα
Επειδή θέλουμε να γνωρίζουμε αν το σύμπαν είχε μια αρχή και αν ναι, πώς ξεκίνησε το σύμπαν, θα βοηθούσε να κατασκευάσουμε μια εικόνα του πρώιμου σύμπαντος – πώς θα ήταν στις πρώτες – πρώτες στιγμές του; Το καταφέρνουμε εξετάζοντας το σύμπαν σήμερα. Γνωρίζουμε πολλά για τους νόμους της φύσης σήμερα, και έχουμε πολλές ενδείξεις ότι δεν έχουν αλλάξει στη διάρκεια της ζωής του σύμπαντος. Έτσι, μπορούμε να τους χρησιμοποιήσουμε για να κατασκευάσουμε μια εικόνα του πρώιμου σύμπαντος.
Μπορούμε να δούμε το σύμπαν σήμερα – το περιεχόμενο, το μέγεθος καθώς και την ανάπτυξη του – και να προσπαθήσουμε να κάνουμε μια προέκταση προς τα πίσω. Ένας άλλος συμπληρωματικός τρόπος μάθησης σχετικά με την κατάσταση του σύμπαντος στις πρώτες στιγμές βασίζεται στη θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν. Αυτή η θεωρία μας λέει ότι το φως που έρχεται έπρεπε να ταξιδέψει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Έτσι, το φως που παρατηρούμε σήμερα από απομακρυσμένες πηγές εκπέμφθηκε όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νεότερο, κι έτσι προσφέρει πληροφορίες για μια στιγμή που πολύ καιρό πριν.
Όταν κοιτάξετε τον κόσμο σήμερα, τι θα βρείτε; Ξεκινάμε με το τι μπορούμε να δούμε. Αποδεικνύεται ότι δεν μπορούμε να δούμε πολλά! Πολύ μικρό μέρος του σύμπαντος είναι η ορατή ύλη, στην πραγματικότητα, περίπου πέντε τοις εκατό μόνο. Αυτή αποτελείται από αστέρια και αέρια (κυρίως υδρογόνου), όλα συνδέονται μεταξύ τους με τη βαρύτητα μέσα σε γαλαξίες. Οι γαλαξίες επίσης συνδέονται μεταξύ τους, οργανωμένοι σε ομάδες.
Κλίμακες μήκους στο Σύμπαν
  • Μια χρήσιμη μονάδα είναι η απόσταση παρσέκ, η οποία είναι η τυπική απόσταση μεταξύ των άστρων.
  • 1pc = 3,26 έτη φωτός – περίπου 30 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.
  • τυπικό μέγεθος γαλαξία: 10 Kiloparsec, ή 30.000 έτη φωτός.
  • απόσταση μεταξύ των γαλαξιών: 500 Kpc, ή περίπου 1,5 εκατομμύρια έτη φωτός.
  • απόσταση από το πλησιέστερο γαλαξιακό σμήνος: 20 Mpc (εκατομμύρια παρσέκ)
  • μέγεθος του ορατού σύμπαντος: 10 Gpc (1 gigaparsec είναι ένα δισεκατομμύριο παρσέκ), περίπου 30 δισεκατομμύρια έτη φωτός.
  • Η πυκνότητα του είναι μόνο 1,4×10-29 gr/cm3
Τα αστέρια είναι σφαιρικά σώματα που αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο. Ένα αστέρι εκπέμπει φως, επειδή έχει ένα φυσικό πυρηνικό αντιδραστήρα μέσα του, που καίει με σταθερή “καύση” το υδρογόνο. Υπάρχουν περίπου εκατό δισεκατομμύρια αστέρια σε έναν γαλαξία, και εκατοντάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες στο ορατό σύμπαν – που έχουν συνολικά 10.000.000.000.000.000.000.000 άστρα. Οι γαλαξίες περιστρέφονται με μια εκπληκτική ταχύτητα, μία πλήρη περιστροφή κάθε εκατό εκατομμύρια χρόνια.
Στην πραγματικότητα υπάρχουν πολύ περισσότερα αστέρια από τους κόκκους της άμμου στις ακτές μας!
  • Το μέσο μέγεθος ενός κόκκου άμμου είναι 1 mm. έτσι υπάρχουν ένα δισεκατομμύριο κόκκοι άμμου ανά τετραγωνικό μέτρο.
  • Σε ένα χιλιόμετρο θαλάσσιας ακτής υπάρχουν περίπου δέκα χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα – δηλαδή περίπου 1013 κόκκους άμμου.
  • Η χώρα μας έχει εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα αιγιαλού – 1017 κόκκους της άμμου! Το νούμερο αυτό είναι επτά τάξεις μεγέθους (ένα εκατομμύριο φορές) μικρότερο από το ποσό των αστεριών στον ουρανό.
Τι άλλο περιέχει το Σύμπαν;
Αν η ορατή ύλη είναι περίπου το 5% του σύμπαντος μόνο, τι άλλο υπάρχει; Περίπου το ένα τέταρτο του είναι αόρατη ύλη, και γι ‘αυτό ονομάζεται «σκοτεινή ύλη», μέσα και γύρω από τους γαλαξίες και τα σμήνη. Υπάρχει περίπου έξι φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από την ορατή ύλη! Αλλά πώς ξέρουμε ότι είναι εκεί έξω; Η σκοτεινή ύλη ασκεί βαρυτική δύναμη πάνω στην ορατή ύλη. Μπορούμε να το δούμε αυτό με δύο τρόπους.
darkMatterPie Πρώτον, μετράμε την ταχύτητα περιστροφής των άστρων και από αυτήν γίνεται εκτίμηση της κεντρομόλου δύναμης και από αυτή η ποσότητα της ύλης που ασκεί αυτή η δύναμη.
Δεύτερον, «παρατηρούμε» σμήνη γαλαξιών. Ένα παράδειγμα ενός διάσημου σμήνους γαλαξιών είναι το σμήνος του Περσέα. Πώς μπορούμε να σχεδιάσουμε την σκοτεινή ύλη σε ένα σμήνος γαλαξιών; Χαράζοντας τις κατάλληλες ταχύτητες των μεμονωμένων γαλαξιών και άστρων, κοιτάζοντας τον χάρτη της θερμοκρασίας, αναλύοντας τον βαρυτικό εστιασμό και από την ανακατασκευή των συγκρούσεων. Καταλήγουμε έτσι στο συμπέρασμα ότι σε σμήνη γαλαξιών, επίσης, υπάρχει περίπου πέντε φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από την ορατή ύλη.
Μέχρι στιγμής μετρήσαμε περίπου 5% ορατή ύλη και στη συνέχεια άλλο ένα 25% σκοτεινή ύλη – και το υπόλοιπο είναι πράγματι κάτι άγνωστο. Αυτό το υπόλοιπο συστατικό του σύμπαντος το λέμε “σκοτεινή ενέργεια”, και κατανέμεται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το σύμπαν. Πως το ξέρουμε; Αυτή είναι μια μακρά και συναρπαστική ιστορία, και δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί.
Πώς συμπεριφέρεται το σύμπαν;
Μέχρι ώρα έχουμε περιγράψει τι περιέχει το σύμπαν. Η επόμενη ερώτηση είναι: Τι κάνει;
Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν ακούσει ότι διαστέλλεται. Οι άνθρωποι ρωτούν συχνά: Σε τι επεκτείνεται; Μια δημοφιλής εξήγηση είναι ότι το σύμπαν είναι ένα είδος μπαλονιού.
 Σχεδιάζουμε αστέρια στην επιφάνεια του μπαλονιού, και καθώς το φυσάμε βλέπουμε τα άστρα σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους. Αλλά το μπαλόνι επεκτείνεται στον περιβάλλοντα αέρα. Το σύ