Έχουμε λάθος τη θεωρία του Big Bang;
Το μόνο που θέλει ο Hans-Jörg Fahr είναι κάποιος να του αποδείξει ότι κάνει λάθος. Καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Βόννης στη Γερμανία, έχει πάρει θέση ενάντια σε ολόκληρο σχεδόν το πεδίο της κοσμολογίας υποστηρίζοντας ότι η διάχυτη λάμψη της ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου που λούζει τον ουρανό δεν είναι, όπως συνήθως πιστεύεται, μια μακρινή ηχώ του η Μεγάλη Έκρηξη, η πύρινη στιγμή της δημιουργίας του σύμπαντος. Η ιδέα που υποστηρίζει η κοσμολογική κοινότητα ότι οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας σε αυτό το υπόβαθρο μικροκυμάτων μας λένε για τη συσσωμάτωση του πρώιμου σύμπαντος, λέει, είναι λάθος. Ο κοσμολόγος μπορεί επίσης να κάνει δοκιμές Rorschach.
Όπως είναι λογικό, οι ιδέες του έχουν συναντήσει σκεπτικισμό μεταξύ πολλών. Ο Glenn Starkman, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Case Western Reserve University, το θέτει ως εξής:«Εάν επιδιώκετε να αντικαταστήσετε μια επιτυχημένη θεωρία με μια εναλλακτική, τότε [πρέπει] να αποδείξετε ότι η εναλλακτική σας εξηγεί ένα παρόμοιο πλήρες φάσμα φαινομένων… Σε αυτό το καθήκον [ο Fahr και οι συνάδελφοί του] δεν έχουν κάνει τη δέουσα επιμέλεια». Αλλά την ίδια στιγμή, οι ιδέες του Fahr έχουν τις ρίζες τους στη φυσική που έχει ήδη αποδειχθεί σε άλλα συστήματα και κάνουν παραποιήσιμες προβλέψεις. Πιεσμένος να υπερασπιστεί την αμφιλεγόμενη θέση του, ο ανορθόδοξος θεωρητικός στέκεται στη θέση του. Είτε του αρέσει είτε όχι, ο Fahr έχει γίνει κοσμολογικός εικονομάχος.
Δεν ξεκίνησε έτσι για τον Fahr. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 1970 και του 1980, ο Fahr λέει ότι υποστήριξε ολόψυχα τα συμβατικά μοντέλα Big Bang του σύμπαντος ενώ συνέχιζε τη δική του έρευνα στη διαστημική φυσική. Έχει κάνει σημαντική συμβολή στη μελέτη του ηλιακού ανέμου (το ρεύμα ηλεκτρονίων και πρωτονίων που εκπέμπονται από τον ήλιο) και του μακρινού ηλιακού συστήματος, όπου ο ηλιακός άνεμος προσκρούει στο αέριο και τη σκόνη του διαστρικού χώρου. Επινόησε τον όρο «ηλιόπαυση» για να περιγράψει αυτή τη συνοριακή περιοχή, την οποία το διαστημόπλοιο Voyager εξερευνά σήμερα. Όταν έγινε 65 ετών το 2005, οι συνάδελφοι του Fahr οργάνωσαν ένα συμπόσιο προς τιμήν του που επικεντρώθηκε σε άλυτα προβλήματα στη φυσική του ηλιακού ανέμου. Ένας συνάδελφος του Fahr's στο Πανεπιστήμιο της Βόννης τον περιγράφει ως «έναν από τους πιο έξυπνους ανθρώπους εδώ».
Παράλληλα με τις επιτυχίες του στη φυσική του ηλιακού ανέμου, ο Fahr ακολούθησε επίσης μια πιο ανορθόδοξη γραμμή έρευνας. Στη δεκαετία του 1990 αντιλήφθηκε ποια ήταν, κατά τη γνώμη του, περίεργα κενά στην τυπική ερμηνεία του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου. Το σύμπαν είναι ένα βαρύ μέρος, γεμάτο με απέραντα κενά διάσπαρτα με στενά, χορδοειδή νήματα γαλαξιών και σμήνη γαλαξιών. Ωστόσο, το φόντο των μικροκυμάτων είναι εκπληκτικά ομοιόμορφο σε θερμοκρασία, σε ένα μέρος στο 1.000. Οι κοσμολόγοι συνήθως υποθέτουν ότι η ομοιογένεια του υποβάθρου των μικροκυμάτων αντανακλά την ομοιογένεια του σύμπαντος όπως ήταν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Για να φτάσουν από αυτή την απαλή σαν κρέμα αρχή στο σημερινό κηλιδωτό σύμπαν γεμάτο κενά και νημάτια, οι κοσμολόγοι προσθέτουν έναν παράγοντα συσσωμάτωσης στο μοντέλο τους:μυστηριώδη σωματίδια σκοτεινής ύλης, η ύπαρξη των οποίων παραμένει ανεπιβεβαίωτη.
Ο Fahr αντιτίθεται ότι χρησιμοποιεί απλώς ένα άγνωστο για να εξηγήσει ένα άλλο άγνωστο και ότι πρέπει να υπάρξει μια απλούστερη λύση. «Αν το πάρετε στα σοβαρά ότι έχετε ένα δομημένο σύμπαν, τότε χρειάζεστε διαφορετικά μοντέλα από αυτά που χρησιμοποιούνται στην [κυρίως] κοσμολογία», λέει ο Fahr. «Πρέπει να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι έχετε κενά και τοιχώματα στο σύμπαν. Και η επέκταση των κενών κατασκευών είναι διαφορετική από την επέκταση των δομών τοίχου. Και όλα αυτά κάνουν τον Κόσμο πολύ πιο περίπλοκο».
Έχοντας αυτό κατά νου, ο Fahr ξεκίνησε να βρει ένα φαινόμενο που θα προκαλούσε φυσικά στο σύμπαν να εκπέμπει μια ομαλή λάμψη μικροκυμάτων από όλες τις κατευθύνσεις στο διάστημα, σαν μια λαμπερή κάρβουνα σε μερικές μοίρες πάνω από το απόλυτο μηδέν. Λέει ότι βρήκε ένα. «Δεν υπήρξε ποτέ ένα γεγονός ανασυνδυασμού», λέει ο Fahr για το μοντέλο του για το υπόβαθρο μικροκυμάτων. "Κατά την άποψή μου [το υπόβαθρο μικροκυμάτων] είναι απλώς ένα είδος χαρακτηριστικού εντροπίας του σύμπαντος όπως είναι."
Στη συζήτηση για την ερμηνεία του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων, ο Fahr ενώνεται με μια μακρά και διακεκριμένη σειρά ετερόδοξων αστροφυσικών, συμπεριλαμβανομένων των διάσημων αστρονόμων Halton Arp, Sir Fred Hoyle και του νομπελίστα Hannes Alfvén. Αυτοί οι σκεπτικιστές έχουν αποδώσει το υπόβαθρο των μικροκυμάτων σε ποικιλία από λαμπερά σύννεφα αερίου, σκόνης και φορτισμένων σωματιδίων σε όλο τον γαλαξία και το κοντινό σύμπαν. Αυτές οι μάζες μοριακών παρεμβολών, ισχυρίζονται, μεταφράζουν το φως των αστεριών που αναπηδά γύρω από το σύμπαν σε ένα ήσυχο και αμυδρό λουτρό φωτός μικροκυμάτων, λίγο σαν το πώς η ατμόσφαιρα της Γης διασκορπίζει το μπλε φως του ήλιου για να παράγει τον ουρανό της ημέρας.
Το πρόβλημα με αυτά τα εναλλακτικά μοντέλα ήταν ότι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων δεν είναι αποσπασματικό, όπως το αέριο, η σκόνη και τα φορτισμένα σωματίδια. Είναι δύσκολο να δούμε πώς τα συνονθύλευμα παπλώματα από σύννεφα και πλάσμα μπορούν να προσθέσουν μια ομαλή, πανκατευθυντική λάμψη μικροκυμάτων.
Σε μια αμφιλεγόμενη εργασία του 2009 στο περιοδικό Annalen der Physik , ο Fahr πρότεινε μια απάντηση σε αυτό το πρόβλημα, βασιζόμενος στη βαθιά του εμπειρία στον ηλιακό άνεμο. Οι διαστημικοί ανιχνευτές που ταξιδεύουν σε όλο το ηλιακό σύστημα τις τελευταίες πέντε δεκαετίες έχουν ανιχνεύσει απροσδόκητα θερμά και κρύα σημεία στον ηλιακό άνεμο καθώς περνάει από τους πλανήτες και προς το διαστρικό διάστημα. Αυτά προκύπτουν από ένα είδος τυρβώδους αλληλεπίδρασης φωτονίων με άλλα φωτόνια—μια αλληλεπίδραση που είναι συνήθως αδύνατη, αλλά ενεργοποιείται από τη μεσολάβηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα στον ηλιακό άνεμο.
Το 2009 ο Fahr λέει ότι άρχισε να συνειδητοποιεί ότι το ίδιο το κενό του διαστήματος έχει ένα είδος απομακρυσμένης συγγένειας με το πλάσμα. Σε τελική ανάλυση, η σύγχρονη φυσική περιγράφει το κενό ως αφρώδη με εικονικά ηλεκτρικά φορτία να δημιουργούνται μόνο για να εκμηδενιστούν και να εκσφενδονιστούν ξανά. Τυπικά, αν και όχι πάντα, αυτά τα εικονικά σωματίδια είναι ηλεκτρόνια και τα αντίστοιχα της αντιύλης ποζιτρόνια. Έτσι ο Fahr αναρωτήθηκε:Εάν το κενό είναι ένα πλάσμα ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, τότε γιατί δεν θα επέτρεπε επίσης τις ίδιες αλληλεπιδράσεις φωτονίων-φωτονίων που συμβαίνουν μέσα στον ηλιακό άνεμο;
Εάν συνέβαινε αυτό, τότε ο ίδιος ο κενός χώρος θα μπορούσε να είναι η πηγή του φόντου μικροκυμάτων. Τα φωτόνια του αστρικού φωτός που ρέουν στο σύμπαν για εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με την πάροδο του χρόνου, επιτυγχάνοντας σταδιακά ένα είδος θερμικής ισορροπίας και μετατρέποντας τις καυτές σημειακές πηγές του αστρικού φωτός σε μια θαμπή λάμψη στον ουρανό. «Είναι μια πολύ αργή διαδικασία που λειτουργεί», λέει ο Fahr. "Ωστόσο, αν υποθέσουμε ότι έχετε αρκετό χρόνο, τότε η διάχυση σας φέρνει από τις αστρικές εκπομπές σε εκπομπές παρασκηνίου."
Ο Fahr λέει ότι το αποτέλεσμα πρέπει να είναι παρατηρήσιμο στο εργαστήριο. Εάν το φως λέιζερ ενός μόνο μήκους κύματος αναπηδούσε εμπρός και πίσω σε κενό για ένα εξάμηνο ή περισσότερο, το χρώμα του θα πρέπει να αρχίσει να κηλιδώνει, με μερικά φωτόνια να γλιστρούν σε ελαφρώς μεγαλύτερα μήκη κύματος και άλλα σε ελαφρώς χαμηλότερα. «Είναι σαν μια προσομοίωση ελεύθερου χώρου—σαν φωτόνια που περνούν μέσα από τον κοσμικό χώρο», λέει ο Fahr. «Προβλέπω ότι τα φωτόνια δεν είναι ανεξάρτητα το ένα από το άλλο μακροπρόθεσμα. Αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ανακατανέμουν τις ενέργειές τους σε άλλες ενέργειες και άλλα μήκη κύματος.»
Ο Fahr προτείνει επίσης μια άλλη πειραματική δοκιμή που θα μπορούσε να αποφασίσει μεταξύ τυπικών και εναλλακτικών ερμηνειών του υποβάθρου μικροκυμάτων. Σύμφωνα με τη συμβατική κοσμολογία, το υπόβαθρο των μικροκυμάτων θυμίζει όταν το σύμπαν είχε κρυώσει αρκετά ώστε να γίνει διαφανές στο φως για πρώτη φορά, περίπου 300.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Πριν από αυτήν την κοσμική εποχή του «ανασυνδυασμού», το σύμπαν ήταν ένα πυκνό και αδιαφανές πλάσμα μέσω του οποίου το φως δεν μπορούσε να διαδοθεί. Όταν τα πλάσματα ανασυνδυάζονται, παράγουν μια έκρηξη φωτός σε ένα σύνολο μηκών κύματος χαρακτηριστικών των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου υδρογόνου. Αυτή η αποκαλούμενη «σειρά Lyman» φασματικών γραμμών είναι ένα οικείο ορόσημο για όποιον μελετά τη συμπεριφορά του πλάσματος στην αστρονομία. Αλλά δεν έχει παρατηρηθεί καμία ένδειξη μιας σειράς Lyman στις μετρήσεις του υποβάθρου μικροκυμάτων.
Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει τέτοια σειρά. Ο Fahr σημειώνει ότι οποιεσδήποτε κοσμικές φασματικές γραμμές Lyman θα ήταν ισχυρά μετατοπισμένες Doppler τα τελευταία 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια, και έτσι θα ήταν ισχυρότερες στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Κανείς δεν έχει προσπαθήσει ακόμη να παρατηρήσει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου στο υπέρυθρο, εν μέρει επειδή θα ήταν πολύ δύσκολο. Ο γαλαξίας Milky Way είναι ακόμα πιο θορυβώδης στο υπέρυθρο από ό,τι στα μικροκύματα, καθιστώντας τα κοσμικά σήματα ακόμα πιο δύσκολο να απομακρυνθούν από τον μολυσματικό γαλαξιακό θόρυβο στο προσκήνιο. Η φετινή μεγάλη ανακάλυψη κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων —που ισχυρίζεται ότι αποκαλύπτει στοιχεία βαρυτικών κυμάτων πρακτικά από τη στιγμή της γένεσης του σύμπαντος, αλλά δυνητικά μολυσμένα από σήματα στο προσκήνιο— προσφέρει μια προειδοποιητική ιστορία από αυτή την άποψη.
Αλλά αν οι επιστήμονες έψαχναν για ένα φάσμα Lyman στο υπέρυθρο και δεν το έβρισκαν, θα ήταν άλλο ένα κομμάτι στην πανοπλία της σύγχρονης κοσμολογίας.
Ο Joan Solà, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης, δίνει βαθμούς στον Fahr για την ευρηματικότητα της θεωρίας του, αλλά δεν πείθεται. «Το παιχνίδι του με τους αριθμούς είναι διασκεδαστικό, αλλά δεν μπορεί να προσφέρει μια κλειστή ιστορία που να είναι εσωτερικά συνεπής από μόνη της», λέει ο Solà.
Για παράδειγμα, ένα από τα επιχειρήματα που προβάλλει ο Fahr για τη θεωρία του υποβάθρου μικροκυμάτων κενού είναι ότι μπορεί να εξηγήσει την παρατηρούμενη αναλογία φωτονίων προς σωματίδια ύλης στο σύμπαν (είναι 1 δισεκατομμύριο προς ένα). Αλλά ο Solà επισημαίνει ότι ένας από τους αριθμούς που χρησιμοποιεί ο Fahr για αυτόν τον υπολογισμό (η αναλογία υδρογόνου προς ήλιο στο σύμπαν) προέρχεται ακριβώς από την ίδια την τυπική θεωρία του Big Bang, καθιστώντας το επιχείρημα εσωτερικά ασυνεπές.
Ο Fahr αντιτείνει ότι, ενώ οι θεωρίες της Μεγάλης Έκρηξης προβλέπουν σωστά τις αναλογίες ηλίου προς υδρογόνο, ορισμένες πρόσφατες μελέτες έχουν βρει πολύ λιγότερο λίθιο στο σύμπαν από ό,τι προβλέπουν, ενώ ορισμένα μοντέλα που δεν είναι της Μεγάλης Έκρηξης έχουν ισχυριστεί ότι ταίριαζαν καλύτερα. Αμφισβητώντας τις αναλογίες των στοιχείων που δημιουργήθηκαν μέσω της πυρηνοσύνθεσης στο πρώιμο σύμπαν και την ερμηνεία του υποβάθρου των μικροκυμάτων, ο Fahr επιτίθεται σε δύο από τους τρεις βασικούς πυλώνες των αποδεικτικών στοιχείων που υποστηρίζουν την τυπική θεωρία του Big Bang. Ο τρίτος πυλώνας βασίζεται στην παρατήρηση ότι όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπισή του στο κόκκινο, κάτι που υποδηλώνει ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται. Ωστόσο, στην εργασία του το 2009, ο Fahr αναφέρει μια μελέτη του 1993 που υποστηρίζει μια παρόμοια σχέση απόστασης-μετατόπισης κόκκινου σε ένα μη διαστελλόμενο σύμπαν - ένα σύμπαν που δεν είχε Big Bang.
Από την οπτική γωνία του Solà, μια τέτοια αμφιβολία για το τυπικό μοντέλο του Big Bang μπορεί γρήγορα να μετατραπεί στην επιστήμη του κρακ ποτ. Αλλά δεν υπολογίζει τον Φαχρ ως τσακ ποτ. «Δεν αντέχω τους μάγκες και τους φωτισμένους ανόητους», λέει ο Σόλα. «Φυσικά ο Fahr δεν είναι τίποτα τέτοιο… Είναι πραγματικός επιστήμονας και καλός παρεμπιπτόντως. Αλλά αυτό είναι ένα πράγμα και το άλλο είναι να αγοράσω όλες τις ιδέες του». Παρόλο που είναι σκεπτικιστής της ανορθόδοξης κοσμολογίας του Fahr, ο Solà λέει ότι η ίδια η συζήτηση έχει αξία. «Η επιστήμη προοδεύει μόνο επειδή διαφωνούμε κατά καιρούς με τις αρχαίες ιδέες. Οπότε είναι καλό να συνεχίσουμε να προσπαθούμε».
Ο Mark Anderson είναι δημοσιογράφος επιστήμης και τεχνολογίας που έχει γράψει για το Discover, Technology Review, Scientific American, Science, Wired, IEEE Spectrum, New Scientist, and Rolling Stone.
