από metereologos.gr
Πέμπτη 19 Ιουλίου 2018
 
 

Αποστολή «Planck»: τρίζουν τα θεμέλια της κοσμολογίας;

Οι μετρήσεις ακριβείας του διαστημοπλοίου «Planck» επιβεβαιώνουν την ασυμφωνία των δεδομένων με το καθιερωμένο πρότυπο δείχνοντας ότι το Σύμπαν δεν είναι ούτε ομογενές ούτε ισότροπο
Αποστολή «Planck»: τρίζουν τα θεμέλια της κοσμολογίας;
Στο βόρειο ημισφαίριο του ουρανού (πάνω από τη λευκή γραμμή) φαίνεται να επικρατούν χαμηλότερες θερμο-κρασίες (μπλε χρώμα) απ’ ό,τι στο νότιο (κόκκινο χρώμα). Δεξιά κάτω, διακρίνεται η ψυχρή (μπλε) κηλίδα
εκτύπωσημικρό μέγεθος  μεγάλο μέγεθος

 

Το διαστημόπλοιο «Planck» εκτοξεύθηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος με σκοπό την όσο το δυνατόν λεπτομερέστερη καταγραφή της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία αποτελεί τον απόηχο της Μεγάλης Εκρηξης κατά την οποία σχηματίστηκε το Σύμπαν που παρατηρούμε γύρω μας. Επειτα από 15 μήνες συνεχών παρατηρήσεων, δημοσιεύθηκαν πρόσφατα τα πρώτα αποτελέσματα αυτής της αποστολής. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να αναγνωστούν με δύο διαφορετικούς τρόπους. Ο πρώτος είναι ότι δεν μάθαμε τίποτα καινούργιο, αφού τα αποτελέσματα επαναλαμβάνουν απλώς τα ήδη γνωστά από παλαιότερες αποστολές χαρακτηριστικά αυτής της ακτινοβολίας, απλώς με μεγαλύτερη αριθμητική ακρίβεια. Ο άλλος είναι ότι τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν μια ασυνέπεια μεταξύ θεωρίας και παρατηρήσεων, η οποία δεν είναι πια δυνατό να αποδοθεί στην περιορισμένη ακρίβεια των μετρήσεων. Το ενδιαφέρον είναι ότι και οι δύο απόψεις είναι σωστές!

Ο απόηχος της Μεγάλης Εκρηξης
Το 1965 οι Arno Penzias και Robert Wilson, ηλεκτρονικοί μηχανικοί της AT&T Bell, της μοναδικής (τότε) εταιρείας τηλεπικοινωνιών των ΗΠΑ, παρατήρησαν μια ασθενή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε μήκη κύματος μερικών εκατοστών, η οποία έμοιαζε να προέρχεται με την ίδια ένταση από όλα τα σημεία του ουρανού. Σύντομα η ακτινοβολία αυτή αναγνωρίστηκε ως απόηχος της Μεγάλης Εκρηξης, και για τον λόγο αυτό οι Penzias και Wilson πήραν το βραβείο Νομπέλ Φυσικής του 1978. Είναι φανερό ότι η μελέτη αυτής της ακτινοβολίας θα μπορούσε να μας δώσει πληροφορίες για τις φυσικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά την παιδική ηλικία του Σύμπαντος. Εξαρχής έγινε κατανοητό ότι η μελέτη αυτή θα ήταν καλύτερο να γίνει από το Διάστημα, επειδή οι επίγειες παρατηρήσεις επηρεάζονται από την ατμόσφαιρα και τις παρεμβολές πηγών ανθρωπογενούς μικροκυματικής ακτινοβολίας, αλλά και επειδή η ατμόσφαιρα απορροφά ορισμένα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας. Ετσι η NASA σχεδίασε δύο διαστημικές αποστολές με σκοπό τη χαρτογράφηση του ουρανού στα μήκη κύματος της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

Η πρώτη, που είχε το όνομα COBE, εκτοξεύθηκε το 1989 και η δεύτερη, με το όνομα WMAP, το 2001. Τα αποτελέσματα των δύο αποστολών απασχόλησαν αρκετά τους επιστήμονες και τα μέσα ενημέρωσης, επειδή έδωσαν απάντηση σε πολλά κρίσιμα ερωτήματα των κοσμολόγων, όπως για παράδειγμα ποια είναι η ηλικία του Σύμπαντος, ποια είναι η έκτασή του και ποια είναι η σύστασή του. Οι πληροφορίες αυτές προέρχονται από το γεγονός ότι η ένταση της ακτινοβολίας δεν είναι ακριβώς η ίδια από όλες τις κατευθύνσεις, αλλά εμφανίζει απειροελάχιστες μεταβολές, που μπορούμε να τις μεταφράσουμε σε μικρές διαφορές της θερμοκρασίας και της πυκνότητας του Σύμπαντος κατά την παιδική του ηλικία. Η στατιστική μελέτη αυτών των περιοχών, δηλαδή το πόσες περιοχές υπάρχουν με μια συγκεκριμένη διάμετρο, είναι αυτή που δίνει τα ζητούμενα από τους κοσμολόγους στοιχεία. Οι περιοχές με τη χαμηλότερη θερμοκρασία και την υψηλότερη πυκνότητα εξελίχθηκαν στους σχηματισμούς που σήμερα παρατηρούμε ως γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών και κοσμολογικές δομές ακόμη μεγαλύτερων διαστάσεων.

Συμφωνεί με την... ασυμφωνία
Οι παρατηρήσεις της αποστολής WMAP είχαν 20 φορές καλύτερη διακριτική ικανότητα από αυτήν του COBE, δηλαδή έδειχναν λεπτομέρειες 20 φορές μικρότερες. Αυτό βοήθησε σημαντικά στο να δοθεί ακριβέστερη απάντηση στα βασικά ερωτήματα των κοσμολόγων, αλλά παράλληλα έφερε στην επιφάνεια κάτι που δεν ήταν φανερό από τις παρατηρήσεις του COBE: η εικόνα του ουρανού στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου δεν ήταν σύμφωνη με το μοντέλο του Σύμπαντος που αποδέχονται οι κοσμολόγοι.  Υπήρχαν τρεις συγκεκριμένες ασυμφωνίες εκ των οποίων οι δύο, μια ασυμμετρία του βόρειου με το νότιο ημισφαίριο του ουρανού και η ύπαρξη μιας μεγάλης «ψυχρής κηλίδας», είναι ορατές με απλή επισκόπηση της εικόνας του ουρανού που προέκυψε από τη γραφική απόδοση των μετρήσεων. Οι ασυμφωνίες αυτές είναι άραγε πραγματικές ή απλώς αποτελούν αποτέλεσμα πειραματικών σφαλμάτων και ατελούς επεξεργασίας των δεδομένων; Σε αυτό το ερώτημα, αλλά και στην ακριβέστερη εκτίμηση των παραμέτρων του Σύμπαντος, θα μπορούσε να απαντήσει η αποστολή «Planck». Ξεκινώντας από το δεύτερο, επιβεβαιώθηκαν - με μικρές διαφορές - οι αριθμητικές τιμές των παραμέτρων που είχε μετρήσει η αποστολή WMAP. Το Σύμπαν είναι άπειρο, έχει ηλικία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια και αποτελείται κατά 4,9% από συνηθισμένη ύλη, κατά 26,8% από σκοτεινή ύλη και κατά 68,3% από σκοτεινή ενέργεια. Οι παρατηρήσεις της αποστολής «Planck» όμως, που έχουν 2,5  φορές καλύτερη διακριτική ικανότητα από αυτή της αποστολής WMAP, απάντησαν και στο πρώτο ερώτημα: οι παρατηρούμενες ασυμφωνίες είναι πραγματικές.

Ούτε ομογενές ούτε ισότροπο!
Βασικό στοιχείο του σήμερα αποδεκτού μοντέλου του Σύμπαντος είναι ότι χαρακτηρίζεται ως «ομογενές και ισότροπο». Δηλαδή το Σύμπαν φαίνεται το ίδιο σε όποια θέση παρατήρησης κι αν βρεθούμε (ομογενές) και προς όποια κατεύθυνση και αν παρατηρήσουμε (ισότροπο). Φυσικά όλοι αντιλαμβανόμαστε ότι αυτό δεν ισχύει για μικρές κλίμακες αποστάσεων, αφού η ύλη είναι συγκεντρωμένη σε «ομάδες» (άτομα, αστέρια, γαλαξίες). Ομως η θεωρία έλεγε ότι για πραγματικά μεγάλες διαστάσεις αυτές οι συγκεντρώσεις «χάνονται» και η εικόνα της ύλης στο Σύμπαν αρχίζει να μοιάζει με αυτή ενός ρευστού, του οποίου τα μόρια δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι. Μέχρι πρότινος η διάσταση αυτής της «ομογενοποίησης» θεωρούνταν ότι είναι της τάξεως των εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός. Ομως πριν από δύο μήνες ανακαλύφθηκε από επίγεια τηλεσκόπια μια ομάδα από quasars, η οποία έχει διάμετρο 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η ανακάλυψη αυτή έδειξε ότι το Σύμπαν μοιάζει να μην είναι όσο ομογενές θα ήθελαν οι κοσμολόγοι, αφού η διάσταση αυτή είναι μόλις 4 φορές μικρότερη από τη μέγιστη απόσταση στην οποία μπορούμε να δούμε σήμερα, 13,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός, δηλαδή όση είναι η ηλικία του Σύμπαντος επί την ταχύτητα του φωτός. Αρα τέτοιου είδους δομές δεν είναι δυνατό να θεωρηθούν ως τα μόρια ενός ρευστού. Τώρα οι παρατηρήσεις της αποστολής «Planck» έδειξαν ότι το Σύμπαν δεν είναι ούτε όσο ισότροπο θα ήθελαν οι κοσμολόγοι.

Το τελικό συμπέρασμα κάνει πολλούς από εμάς να νιώθουμε κάπως «άβολα» με το υπάρχον σήμερα μοντέλο του Σύμπαντος, αφού η διαμόρφωση των ερωτημάτων που τίθενται προς απάντηση από τις παρατηρήσεις βασίζεται στην κοσμολογική αρχή ότι το Σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο. Ομως οι ίδιες οι παρατηρήσεις, που καλούνται να δώσουν απαντήσεις στα ερωτήματα, βάζουν σε αμφισβήτηση την ίδια την αρχή από την οποία τα ερωτήματα προέκυψαν! Σε άλλους η ασυμφωνία αυτή φαίνεται ως απλή λεπτομέρεια και σε άλλους ως σημαντικό πρόβλημα. Το μέλλον θα δείξει ποια από τις δύο «σχολές» προσεγγίζει καλύτερα την πραγματικότητα. 

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής τουΤμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.


ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
Science περισσότερες ειδήσεις

εκτύπωσημικρό μέγεθος  μεγάλο μέγεθος

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ

 
 
σχόλια (9)
 
 
απομένουν 700 χαρακτήρες
Τα πεδία που είναι σημειωμένα με * είναι υποχρεωτικά
 
Τα μηνύματα που δημοσιεύονται στο χώρο αυτό εκφράζουν τις απόψεις των αποστολέων τους. Το ΒΗΜΑ δεν υιοθετεί καθ’ οιονδήποτε τρόπο τις απόψεις αυτές. Ο καθένας έχει δικαίωμα να εκφράζει την γνώμη του, όποια και να είναι αυτή. Δεν δημοσιεύονται συκοφαντικά ή υβριστικά σχόλια και όσα είναι γραμμένα με κεφαλαία γράμματα. Τέτοια μηνύματα θα διαγράφονται όποτε εντοπίζονται.
     
    Video ESA | 26/07/2015 17:31
    Αντί για οποιοδήποτε σχόλιο, αγαπητοί φίλοι, παρακολουθείστε το video τριών ερευνητών του ESA για τα πρόσφατα συμπεράσματα από το πείραμα Planck. Θα το βρείτε στη Διεύθυνση http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2013/03/ESA_Euronews_Planck_maps_the_dawn_of_time/(lang)/gr Τρεις Ερευνητές θα σας δώσουν την απάντηση που ζητάτε Φίλοι, το πείραμα Planck απέδειξε ότι η περίφημη Κοσμολογική αρχή επί της οποίας στηρίχθηκε ο Μύθος του Big Bang δεν ισχύει. … και υπήρχαν φωνές που από τις αρχές του 20oυ αιώνα με ατράνταχτα στοιχεία και πειράματα το αποδείκνυαν ( Βirkeland, Kr. Hannes Alfven, Fernd Hoyl κλπ) Τώρα γιατί η επιστημονική κοινότητα ταλαιπωρήθηκε άσκοπα επί εναν αιώνα και δυστυχώς θα συνεχίσει να ταλαιπωρείται για πολύ ακόμη γιατί οι θιασώτες του Μύθου δεν το βαζουν εύκολα κάτω, αυτό είναι μια άλλη πολλή μεγάλη ιστορία
    Μιλτιάδης Αδαμόπουλος
    απάντηση00
     
     
     
    Ναι μεν, αλλά. | 09/04/2013 21:04
    Θα έλεγα ότι κάνετε μια μάλλον βιαστική ανάγνωση των αποτελεσμάτων του Planck για δύο λόγους. Ο 1ος είναι ότι όλη αυτή η επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων του WMAP και η επαλήθευση των παραμέτρων που υποδεικνύουν το καθιερωμένο ΛCDM μοντέλο που αναφέρετε και εσείς είναι αντιφατική με το ενδεχόμενο μιας ανισοτροπικής και ανομοιογενούς και άρα μη-στάνταρ κοσμολογίας. Ο 2ος είναι ότι τόσο το WMAP όσο και το Planck πρέπει τελικά να αφαιρέσουν το θόρυβο από το γαλαξία και δεν μπορεί να πει κανένας αυτή τη στιγμή ότι τον καταλαβαίνουμε τόσο καλά αυτόν το θόρυβο ώστε να μπορούμε να αποκλείσουμε το ενδεχόμενο π.χ. αυτό το cold spot να μην είναι απλά αποτέλεσμα της επεξεργασίας που κάνουμε στα δεδομένα.
    Vagelford
    απάντηση52
    Απαντήσεις  1 | Εμφάνιση όλων
     
     
    Μια πρόταση | 08/04/2013 12:30
    Αγαπητέ κ καθηγητά. Ίσως να με θυμάστε από ένα αρνητικό σχόλιό μου στο άρθρο σας, «ταχύτερα από το φως με την άδεια του Αϊνστάιν». Θέλω να δεχθείτε τα συγχαρητήρια μου για αυτό το άρθρο, διότι με δυο σελίδες, μας περιγράψατε με ωραίο τρόπο όλες τις υπάρχουσες σκέψεις για το καθιερωμένο πρότυπο. Στην θεωρία των «σημειακών φορτίων» που περιγράφω στο βιβλίο «From the Inside of Quarks and up to Beyond the Universe», στις σελίδες 105 έως 107, προτείνω έναν Κόσμο, ο οποίος αποτελείται από πολλά ανισότροπα και ανομοιογενή Σύμπαντα και Αντισύμπαντα. Νομίζω ότι η περιγραφή του Κόσμου που προτείνω προσομοιάζει πολύ στα σημερινά δεδομένα της Κοσμολογίας και σας παρακαλώ να την λάβετε πολύ σοβαρά υπόψη.
    Βαγγέλης Τάλιος
    απάντηση814