Στην αρχέγονη αναζήτηση του τι κρατάει στη θέση τους τα αστέρια οι αρχαίοι Ελληνες είχαν δώσει απάντηση: Το «πέμπτο στοιχείο» είναι που – μετά τη Γη, τη φωτιά, το νερό και τον αέρα – πλημμυρίζει αιθέρια τον χώρο μεταξύ των πλανητών και τους κρατάει… μακριά από τα κεφάλια μας. Η εξήγηση αυτή ακούγεται τόσο απλοϊκή που πήρε πάνω από τρεις χιλιετίες ανθρώπινου πολιτισμού για να γίνει και επιστημονικά αποδεκτή. Ηταν στις 11 Φεβρουαρίου του τρέχοντος έτους που οι επιστήμονες της NASA το ανακοίνωσαν επίσημα: Τα στοιχεία που είχε συλλέξει ο δορυφόρος-ανιχνευτής ΜΑΡ «φωτογράφιζαν» ένα Σύμπαν που δημιουργήθηκε πριν από ακριβώς 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια και πάνω από τα δύο τρίτα του κατακλύζονται έκτοτε από τη μυστηριώδη «σκοτεινή ενέργεια». Την ανεξήγητη ενέργεια που επιτρέπει τη συνεχή διαστολή του Σύμπαντος και ακυρώνει τον Αρμαγεδδώνα της διαρραγής του από τη βαρύτητα. Την ίδια την πεμπτουσία των αρχαίων Ελλήνων ή quintessence, όπως τη σύστησαν οι Λατίνοι στους Δυτικούς!


Ο Πλάτων και ο Αριστοτέλης πίστευαν ότι ο χώρος και ο χρόνος έχουν έναν απόλυτο χαρακτήρα, σταθερό στο διηνεκές. Ο Ηράκλειτος και ο Δημόκριτος, αντιθέτως, πίστευαν ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν ήταν παρά σχέσεις μεταξύ εξελισσόμενων γεγονότων. Ακόμη πιο τολμηρός ο Επίκουρος είχε πει ότι το Σύμπαν δεν είναι μόνο ο κόσμος που βλέπουμε ή αισθανόμαστε αλλά και άλλοι κόσμοι – όμοιοι ή διαφορετικοί από τον δικό μας – τους οποίους δεν μπορούμε να αντιληφθούμε.


Από όλες αυτές τις κατευθύνσεις η μετά τους Ελληνες δυτική επιστήμη προτίμησε να ακολουθήσει τον ορθολογισμό και τη σαφήνεια του Αριστοτέλη. Ετσι, ο Νεύτων διδάσκει ως και σήμερα στα σχολικά εγχειρίδια ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ηλιο λόγω μιας μυστηριώδους έλξης που ασκεί, της βαρύτητας. Χρειάστηκε οι αιρετικές φωνές του Λάιμπνιτζ, του Μαχ, του Ρίιμαν και άλλων να συναντήσουν το λαμπρό μυαλό του Αϊνστάιν, για να παρουσιάσει αυτός το 1915 τη θεωρία της σχετικότητας, που αποκάλυπτε μεταξύ άλλων ότι ο Ηλιος καμπυλώνει τον χωροχρόνο γύρω του. Η ύλη ωθεί τον χωροχρόνο να συστρέφεται και αυτή η συστροφή, με τη σειρά της, επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο η ύλη κινείται – μια όμορφη γεωμετρική εξήγηση του φαινομένου της βαρύτητας. Χάρη σε αυτή τη νέα θεώρηση έγινε εφικτή η πρόβλεψη πληθώρας νέων κοσμολογικών φαινομένων, όπως οι μαύρες τρύπες, τα βαρυτικά κύματα και όλα όσα καθημερινά αποκαλύπτονται μέσω των δορυφόρων και των τηλεσκοπίων για το Σύμπαν μας.


Η θεωρία της σχετικότητας ήταν μια ρηξικέλευθη θεωρία, συνάμα όμως και κλασική, υπό την έννοια ότι οι ποσότητες που εμφανίζονται σε αυτήν έχουν πάντοτε ορισμένη τιμή και οι εξισώσεις της θεωρίας μάς λένε το πώς οι ποσότητες αυτές εξελίσσονται στον χρόνο. Τα πάντα δηλαδή και στη θεωρία της σχετικότητας είναι σαφή, χωρίς πιθανότητες. Ωστόσο πολύ σύντομα – από τη δεύτερη δεκαετία του 20ού αιώνα – οι φυσικοί διαπίστωσαν ότι ο κόσμος στον οποίο ζούμε δεν είναι ακριβώς έτσι. Συγκεκριμένα, στο δομικό του υπόβαθρο, τον κόσμο των σωματιδίων της ύλης, τίποτε δεν μπορεί να μετρηθεί επακριβώς, για τα πάντα ενεδρεύει κάποια ασάφεια και τα πάντα προσεγγίζονται με πιθανολογικές προβλέψεις. Εκεί η ενέργεια δεν είναι ομαλή και συνεχής – όπως έλεγε η θεωρία του Αϊνστάιν – αλλά εκπέμπεται σε διακριτά «πακέτα», τα κβάντα. Αποτέλεσμα αυτής της νέας θεωρίας, της κβαντικής, ήταν όλη η σύγχρονη τεχνολογία, από τα τρανζίστορ και τα λέιζερ ως τους υπολογιστές και τα τρένα υπεραγωγιμότητας.


Η «διχασμένη προσωπικότητα»


Μολονότι λοιπόν ο κόσμος μας προόδευσε τεχνολογικά στον βαθμό που σήμερα γνωρίζουμε, το δεύτερο μισό του προηγούμενου αιώνα κύλησε με τη Φυσική σε κατάσταση «διχασμένης προσωπικότητας». Από τη μια είχε τη θεωρία της σχετικότητας για να κατανοεί το τι συμβαίνει στις μεγάλες κλίμακες της φύσης και από την άλλη είχε την κβαντική θεωρία για τις απειροελάχιστες κλίμακες των συστατικών του ατόμου. Η ανάγκη όμως μιας ενιαίας θεωρίας, που να εξηγεί τον κόσμο μας σε όποια κλίμακα, είναι πρόδηλη για όλους μας καθώς δεν είναι νοητό να διέπουν νόμοι άλλης θεωρίας το πάτημα των πλήκτρων που γράφουν αυτό το κείμενο και άλλης τη σύγκρουση μετεωριτών με τους πλανήτες. Εφόσον όλα συμβαίνουν στο ίδιο Σύμπαν και τίποτε έξω από αυτό, κάπως πρέπει να συνδέονται.


Τη σκέψη αυτή θα την είχαν κάνει βέβαια οι φυσικοί πολύ νωρίτερα, αν άκουγαν προσεκτικότερα τους… Ελληνες: Ο Ζήνων της αρχαιότητας είχε γράψει κατά της πραγματικότητας της κίνησης με επιχειρήματα που προϋπέθεταν ότι το Διάστημα είναι μοναδοποιημένο – πεπερασμένο και όχι συνεχές. Το ίδιο υπονοεί τώρα και η κβαντική θεωρία για τον χωροχρόνο: ότι οφείλει να υπάρχει μια θεμελιώδης μονάδα του που δεν μπορεί να διαιρεθεί σε μια μικρότερη. Η προσπάθεια λοιπόν για την ενοποίηση των θεωριών προσανατολίστηκε στην κβαντοποίηση της κυρίαρχης δύναμης του χωροχρόνου, της βαρύτητας. Ο Αϊνστάιν είχε καταγράψει το πρόβλημα από το 1915 στη μελέτη του για τα βαρυτικά κύματα και ξόδεψε τα τελευταία 30 χρόνια της ζωής του προσπαθώντας να παρουσιάσει μια νέα ενοποιητική θεωρία αλλά… απέτυχε.


Ανάγλυφο ή ομαλό Σύμπαν;


Από το 1970 είχε αρχίσει να κερδίζει έδαφος μια νέα θεωρία, η θεωρία των χορδών, που διατεινόταν ότι η θεμελιώδης οντότητα της φύσης είναι μια μικροσκοπική χορδή ασύλληπτα μικρού πάχους και πολύ μικρού μήκους. Παλλόμενες συγχορδίες είναι αυτές που παράγουν τα γνωστά σωματίδια της φύσης, σαν να ήταν οι «μουσικές νότες» της.


Τα μαθηματικά της νέας θεωρίας υπόσχονταν ότι όντως αυτές οι χορδές λύνουν τα περισσότερα προβλήματα της ενοποίησης των προηγούμενων θεωριών και χτίζουν μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Ενώ όμως εξηγούν με επάρκεια τη δόμηση της ύλης, οι χορδές δεν μας εξηγούν τον χώρο στον οποίο αναπτύσσονται. Σε αυτές τις διαστάσεις – υποψιάζεται η θεωρία – οι διαστάσεις δεν είναι τέσσερις (όπως έλεγε ο Αϊνστάιν) αλλά πέντε, έξι, επτά… ως 11, ακόμη και 26! Κανένας όμως δεν μπορούσε να αποδείξει την ύπαρξή τους, καθώς υπολογίζονταν ότι είναι συνεστραμμένες σε κύκλους διαμέτρου 10-33 του εκατοστού του μέτρου! Οι καλύτεροι επιταχυντές σωματιδίων στον κόσμο δεν μπορούσαν να «δουν» τι συνέβαινε σε διαστάσεις κάτω των 10-16 εκατοστών.


Οι μικροσκοπικές «μπούκλες»



Φθάνοντας στην αυγή του 21ου αιώνα χωρίς απτά αποτελέσματα μια άλλη προσέγγιση άρχισε να κερδίζει έδαφος. Ο φυσικός Lee Smolin και συνεργάτες του προώθησαν τη θεωρία της βοστρυχωτής κβαντικής βαρύτητας (LQG – Loop Quantum Gravity), κατά την οποία ο κόσμος μας είναι χτισμένος από απείρως μικροσκοπικές «μπούκλες» που αλληλεπιδρούν. Τα συστρεφόμενα αυτά δίκτυα, εξελισσόμενα, είναι που γεννούν τα συστατικά του Σύμπαντος, από την πιο μικρή ως την πιο μεγάλη κλίμακα. Πώς όμως γίνεται αυτό;


Η Φωτεινή σε χώρα θαυμάτων


Λίγο προτού μπει το 2000 ενσωματώθηκε στην ομάδα των ερευνητών της LQG ένα νέο στέλεχος: η 29χρονη τότε ελληνίδα φυσικός Φωτεινή Μαρκοπούλου-Καλαμάρα. Κόρη γλυπτών, η Φωτεινή, όταν διαπίστωσε το στάδιο των ερευνών και τα προβλήματα που έμεναν ανεπίλυτα για την ολοκλήρωση του θεωρητικού μοντέλου, πρότεινε κάτι πραγματικά καινοτόμο: αντί να αναλύουν τη δομή της φύσης ελπίζοντας να τους αποκαλυφθεί, γιατί να μη «φτιάξουν» ένα δομικό στοιχείο ικανό να «παράγει φύση» και μετά… να αναζητήσουν αποδείξεις ότι αυτό ανταποκρίνεται και στην πραγματικότητα; Μια ολότελα ριζοσπαστική για τη Φυσική συνθετική προσέγγιση, τόσο φυσική όμως για έναν γλύπτη και δημιουργό!


Η Φωτεινή Μαρκοπούλου-Καλαμάρα ταξίδεψε σαν μια νέα Αλίκη στη Χώρα των Θαυμάτων στην υποτιθέμενη αυτή δομή του Σύμπαντος. Τόλμησε να δοκιμάσει συνδυασμούς «αιρετικούς» και βρήκε ότι τα συστρεφόμενα δίκτυά της μπορούν και δημιουργούν ακόμη και τους περίφημους κώνους φωτός (light cones) της θεωρίας του Αϊνστάιν, τις περιοχές εκείνες του χωροχρόνου όπου το φως – ή ό,τι άλλο – μπορεί να φθάσει σε ένα συγκεκριμένο στιγμιότυπο. Οι κώνοι αυτοί διασφαλίζουν ότι το αίτιο προηγείται του αποτελέσματος. Είναι όπως όταν εμείς κοιτάζουμε τον νυχτερινό ουρανό και νιώθουμε ότι υπάρχουν αναρίθμητα αστέρια που δεν τα βλέπουμε ακόμη, γιατί δεν έχει περάσει ο απαραίτητος χρόνος από τη δημιουργία τους ώστε το φως τους να έχει ταξιδέψει ως εμάς. Βρίσκονται πέρα από τον κώνο φωτός μας.


Καθόσον η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη, ο καθένας μας βλέπει μια πεπερασμένη «φέτα του Σύμπαντος». Η θέση μας στον χωροχρόνο είναι μοναδική, οπότε και η φέτα του καθενός μας είναι διαφορετική από κάθε άλλου. Αν και δεν υπάρχει κάποιος «εξωτερικός παρατηρητής» του Σύμπαντος ώστε να το δει ολόκληρο, μπορούμε να χτίσουμε ένα κατανοητό πορτρέτο του από τις επί μέρους πληροφορίες του καθενός μας.


Εκτός του ότι κάτι τέτοιο σημαίνει πως μια «θεωρία του παντός» θα πρέπει στην ουσία να είναι ένα σύστημα θεωριών, η Φωτεινή γκρέμισε με μια κίνηση το κλασικότερο θεμέλιο του ορθολογιστικού κόσμου της Δύσης: Εφόσον κανένας δεν έχει πρόσβαση στην πλήρη γνώση των γεγονότων στο Σύμπαν, δεν μπορούμε πάντα να λέμε αν κάτι είναι σωστό ή λάθος – όπως μας δίδασκε ως τώρα ο Αριστοτέλης. Νέα συστήματα λογικής, που αποδέχονται μόνο την επί μέρους πληροφόρηση, και αυτή εξαρτημένη από την κατάσταση του παρατηρητή, καταυγάζουν τη φύση της κοινωνίας. Η «κοσμολογική λογική» μόλις θεμελιώθηκε!


Το… σούσι της Μαρίας



Η γρήγορη κούρσα προς την κορυφή των φυσικών της θεωρίας LQG δεν έμεινε βέβαια απαρατήρητη από τους θιασώτες της θεωρίας των χορδών. Αντίθετα, βρίσκονται και αυτοί μόλις μια ανάσα μακριά από τις αποδείξεις που ζητούσαν. Καταλύτης στην πορεία τους ήταν το «άγγιγμα του Μίδα» μιας ακόμη νεαρής ελληνίδας φυσικού: η Μαρία Σπυροπούλου, απόφοιτος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου, τέθηκε επικεφαλής των πειραμάτων SUSY στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermi Lab) στο Σικάγο.


Χρησιμοποιώντας τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων, τον Tevatron του Fermi Lab, η Μαρία και οι συνεργάτες της σκηνοθετούν συγκρούσεις σωματιδίων ύλης και αντι-ύλης, που κινούνται με την ταχύτητα του φωτός. Ψάχνουν να βρουν ένα ίχνος, μια «υπογραφή», που καταγράφεται όχι ως παρουσία αλλά ως έλλειμμα ενέργειας. Αυτό που χάθηκε από το σκηνικό της σύγκρουσης θα είναι ένας φορέας της βαρύτητας, ένα βαρυτόνιο (graviton), που δραπέτευσε σε μια άλλη διάσταση. Η ανίχνευση αυτής της υπερδιάστασης θα ανοίξει την πόρτα για την παραγωγή «σκοτεινής ύλης» (πεμπτουσίας) στο εργαστήριο!


* Τα αποτελέσματα των πειραμάτων που θα αποδεικνύουν την ορθότητα του δρόμου είτε της Μαρίας είτε της Φωτεινής δεν αναμένονται πριν από το 2005-2006. Εν αναμονή των εξελίξεων «Το Βήμα» πήρε κοινή συνέντευξη από τις δύο ελληνίδες φυσικούς, την οποία και θα δημοσιεύσει στο φύλλο της Κυριακής. Εν τω μεταξύ για ένα πράγμα μπορούμε να είμαστε ήδη σίγουροι: Είτε με την ανάλυση της Μαρίας είτε με τη σύνθεση της Φωτεινής, η Φυσική και η Κοσμολογία στις ημέρες μας αναδομούνται και ξαναστήνονται στις βάσεις απ’ όπου ξεκίνησαν, τις ελληνικές. Τι κρίμα που ξοδέψαμε 2.500 χρόνια «κοιτώντας το δάχτυλο αντί για το Διάστημα»…