Β. Πρωτιστολογία της Φύσης

1. Το Αίνιγμα της Ύλης

Αν γίνει αποδεκτό το θεμελιώδες οντολογικό αξίωμα που αναγνωρίζει την ύπαρξη εξωτερικής πραγματικότητας ουσιαστικά ανεξάρτητης από το «εγώ», η αμέσως επόμενη διαπίστωση είναι ότι η πραγματικότητα αυτή δημιουργεί την εντύπωση ότι είναι φτιαγμένη από κάποιο υλικό. Η τελική ουσία του υλικού αυτού, «η αρχή του κόσμου», υπήρξε αντικείμενο διαλογισμού και μελέτης από τα αρχαία χρόνια μέχρι τις μέρες μας, σε μια προσπάθεια να διαλευκανθεί ένα μυστήριο που εξακολουθεί και σήμερα να είναι εξαιρετικά πολύπλοκο και απατηλό.

Πρώτος ο Θαλής ο Μιλήσιος (640 – 585 π.Χ.) αποπειράθηκε να προσδιορίσει την αρχή του κόσμου, ταυτίζοντάς την με το νερό, από το οποίο υπέθεσε ότι προήλθαν όλα τα πράγματα. Ο μαθητής του Αναξίμανδρος (640 – 518 π.Χ.) αντιπρότεινε ως αρχή των πραγμάτων μια απεριόριστη άφθαρτη και αγέραστη μάζα, ικανή να παράγει αενάως νέα υλικά, που την ονόμασε «άπειρο». Ο μαθητής του Αναξιμένης (585 – 528 π.Χ.), επιστρέφοντας στις απόψεις του Θαλή, διατύπωσε την άποψη ότι όλα τα πράγματα σχηματίζονται από πυκνώματα και αραιώματα του αέρα. Ο Πυθαγόρας (580 – 500 π.Χ.), κατά κάποιο τρόπο εισηγητής του ιδεαλισμού, που ασπάστηκαν ο Σωκράτης (470 – 399 π.Χ.) και ο Πλάτωνας (428 – 347 π.Χ.), δίδασκε ότι κάτι «άυλο», οι αριθμοί, συγκροτούν την αληθινή φύση των πραγμάτων.

Ο Λεύκιππος (500 – 430 π.Χ.) και ο Δημόκριτος (460 – 360 π.Χ.) πρώτοι συνέλαβαν την ιδέα ότι τα πράγματα αποτελούνται από απειροελάχιστα αδιάτμητα σωματίδια που ονόμασαν «άτομα». Ο Εμπεδοκλής (490 – 430 π.Χ.) αποδέχτηκε την ύπαρξη τεσσάρων θεμελιωδών στοιχείων (γη, νερό, φωτιά και αέρας) από τα οποία συγκροτείται όλη η εξωτερική πραγματικότητα. Στη συνέχεια ο Πλάτωνας ταύτισε τη γη με τον κύβο, τον αέρα με το οκτάεδρο, το νερό με το εικοσάεδρο, τη φωτιά με το τετράεδρο και τον ουρανό με το δωδεκάεδρο, επινοώντας ταυτόχρονα μια άκρως ποιητική οντολογική ερμηνεία του κόσμου, σύμφωνα με την οποία όλα τα επίγεια πράγματα είναι αντίγραφα πρωτοτύπων που υπάρχουν ως αυθεντικά όντα στον κόσμο των «ιδεών». Ο Αριστοτέλης (384 – 322 π.Χ.) προσγείωσε τη θεωρία των ιδεών του δασκάλου του, διαμορφώνοντας μια θεωρία «ειδών», σύμφωνα με την οποία η ύπαρξη δημιουργείται από τη σύνθεση της ύλης (ως παθητικής δυνατότητας) και της μορφής (ως ενεργοποιούσας ουσιοδότριας αρχής).

Οι Στωικοί, που ακολούθησαν, εξοβέλισαν κάθε σκέψη συσχετισμού της πρώτης αρχής με ασώματες θεωρήσεις, αποδίδοντας την προέλευση της ύπαρξης στις «κατηγορίες» (υποκείμενο, ποιότητα, ιδιότητα, σχέση). Ο Φίλων ο Αλεξανδρεύς (40 – 40 μ.Χ.) θεώρησε την ύλη βάση του κακού και ο Πλωτίνος (204 – 270 μ.Χ.) αναζωογόνησε τις ιδέες του Πλάτωνα και του Αριστοτέλη, που μέσω αυτού διαδόθηκαν στον Αραβικό κόσμο και έγιναν η βάση της σχολαστικής ευρωπαϊκής φιλοσοφίας του Μεσαίωνα, όπου πλέον ο «κόσμος των ιδεών και των ειδών» μετεξελίχθηκε, φραστικά μόνο, σε «κόσμο του θείου πνεύματος».

2. Το Αίνιγμα της Υλοενέργειας

Η θαυμαστή αυτή, όσο και εναγώνια, περιπέτεια της αναζήτησης του μυστικού της ύλης, που τόσο επίπονα, αλλά και επίμονα, απασχόλησε τους αρχαίους στοχαστές, συνεχίστηκε με εξίσου εντυπωσιακό τρόπο από την εποχή της «επιστημονικής επανάστασης» του 17^ου αιώνα μέχρι τις μέρες μας. Κάθε τόσο νέες ανακαλύψεις και θεωρίες που διατυπώνονταν για την ερμηνεία τους, έδιναν την εντύπωση ότι έχουν αποκαλυφθεί σημαντικά μυστικά της «ουσίας» του κόσμου, μέχρι τη στιγμή που άλλες θεωρήσεις αποδείκνυαν ότι τα βήματα προσέγγισης της πραγματικότητας, που είχαν γίνει μέχρι τότε, ήταν και εξακολουθούν να είναι επώδυνα ανεπαρκή.

Εδώ και αρκετά χρόνια, από την εποχή του Αλβέρτου Αϊνστάιν (1879 – 1955), σύμφωνα με ένα από τους πιο γνωστούς μαθηματικούς τύπους της Φυσικής (Ε = mc²) έχει γίνει πλήρως αντιληπτό ότι δεν δικαιούμαστε πλέον να μιλάμε μόνο για ύλη (ως φορέα του είναι) ούτε απλά για ενέργεια (ως φορέα του γίγνεσθαι), αφού ύλη και ενέργεια είναι δύο διαφορετικές, αμοιβαία εναλλάξιμες μορφές της ίδιας οντότητας που μπορεί να ονομαστεί «υλοενέργεια». Η θεωρητική προσέγγιση του Αϊνστάιν επιβεβαιώθηκε με δύο θεμελιώδη πειραματικά δεδομένα, που αποδεικνύουν ότι είναι δυνατή τόσο η «εξαΰλωση» της ύλης (δηλαδή η μετατροπή της σε ενέργεια), όσο και η «υλοποίηση» της ενέργειας (δηλαδή η μετατροπή της σε ύλη).

Το πείραμα της εξαΰλωσης βασίζεται στη σύγκρουση ενός σωματιδίου με ένα αντισωματίδιο (όπως π.χ. ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου), οπότε παράγεται ακτινοβολία γ σύμφωνα με την αντίδραση:

_-1⁰ e + ₊₁⁰ e → 2 φωτόνια γ (1)

Το αντίστροφο πείραμα ονομάζεται «δίδυμη γένεση», επιτεύχθηκε για πρώτη φορά το 1933 σε θάλαμο ιονισμού Wilson και συνίσταται στη μετατροπή ακτινοβολίας γ (με ενέργεια μεγαλύτερη από 1,02 MeV) ταυτόχρονα σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο, σύμφωνα με την αντίδραση:

2 φωτόνια γ → _-1⁰ e + ₊₁⁰ e (2)

όπου η ακτινοβολία γ είναι μη ορατό πολύ διαπεραστικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα με πολύ μεγάλη συχνότητα (πολύ μικρό μήκος κύματος) και το ποζιτρόνιο είναι σωματίδιο «αντίθετο» με το ηλεκτρόνιο (με ίση μάζα και ίσο αλλά θετικό ηλεκτρικό φορτίο), ενώ τo MeV είναι μονάδα μέτρησης της ενέργειας ίση με 1,6021 . 10^-13 Joule.

3. Το Αίνιγμα των Δομικών Λίθων

Η άποψη ότι η ύλη που συγκροτεί τον απτό εξωτερικό κόσμο αποτελείται από στοιχειώδεις δομικούς λίθους πέρασε και αυτή από πολλά στάδια και περιπέτειες, καθώς οι θεωρίες που επιχειρούσαν να προσδιορίσουν τη φύση και το είδος τους ανατρέπονταν κάθε τόσο από νέες ανακαλύψεις και αντίστοιχες υποθέσεις. Το 1789 ο Αντουάν Λαβουαζιέ όρισε για πρώτη φορά την έννοια του «στοιχείου» ως της βασικής αδιαίρετης ουσίας από την οποία αποτελούνται όλα τα σώματα, καταγράφοντας 33 από αυτά σε αντιδιαστολή με τα τέσσερα των αρχαίων στοχαστών (αέρας, γη, φωτιά και νερό). Το 1803 ο Τζον Ντάλτον διατύπωσε την άποψη ότι τα στοιχεία αποτελούνται από «μόρια» και το 1811 ο Αμεντέο Αβογκάντρο συμπλήρωσε τη θεωρία αυτή παρατηρώντας ότι τα μόρια αποτελούνται από «άτομα». Το 1897 ο Τζόζεφ Τόμσον ανακάλυψε αρνητικά φορτισμένα υποατομικά σωματίδια, τα «ηλεκτρόνια» και το 1909 ο Έρνεστ Ράδερφορντ διαπίστωσε ότι τα ηλεκτρόνια περιβάλλουν ένα κεντρικό τμήμα του ατόμου, τον «πυρήνα» που αρχικά θεωρήθηκε ότι αποτελείται από θετικά φορτισμένα «πρωτόνια», διαλύοντας έτσι την άποψη ότι τα (ηλεκτρικά ουδέτερα) άτομα είναι αδιάτμητα. Το 1932 ο Τζέημς Τσάντγουϊκ ανακάλυψε τα «νετρόνια» συμπληρώνοντας την αντίληψη για την εσωτερική συγκρότηση του πυρήνα, που αποδείχτηκε ότι και αυτός ήταν περαιτέρω διαιρετός. Στο μεταξύ το 1913 ο Φρέντερικ Σόντυ διαπίστωσε την ύπαρξη ατόμων του ίδιου στοιχείου με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό πρωτονίων, τα οποία ονόμασε «ισότοπα» και τον ίδιο χρόνο ο Νιλς Μπορ διαμόρφωσε ένα απλοποιημένο σχήμα συγκρότησης του ατόμου που θύμιζε το πλανητικό σύστημα, στο οποίο τη θέση του ήλιου κατείχε ο πυρήνας και τη θέση των πλανητών τα ηλεκτρόνια.

Ενώ τα πράγματα μέχρι το σημείο αυτό έμοιαζαν να έχουν τακτοποιηθεί με τρόπο αρκετά βολικό, αφού ο μεγάκοσμος των ουράνιων σωμάτων φάνηκε προς στιγμή πως μπορούσε να συνταιριάζει με το μικρόκοσμο των ατόμων, το ζήτημα έγινε και πάλι περίπλοκο όταν το 1924 ο Λουί Ντε Μπρολί εισήγαγε «καινά δαιμόνια» με την υπόθεση ότι τα σωματίδια σε πολλές περιπτώσεις συμπεριφέρονται σαν ηλεκτρομαγνητικά κύματα παρά σαν υλικά σημεία, αποδίδοντάς τους έτσι ιδιότητες που ουσιαστικά τα συνταύτιζαν με το φως. Αποτέλεσμα της υπόθεσης αυτής ήταν η εισαγωγή της «απροσδιοριστίας» στον καθορισμό της θέσης και της ορμής των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα, που διατυπώθηκε από τον Βέρνερ Χάιζενμπεργκ το 1926, με συνέπεια την εγκατάλειψη του πλανητικού μοντέλου του Νιλς Μπορ και την υιοθέτηση ενός άλλου στο οποίο δεν ορίζονται πλέον τροχιές των ηλεκτρονίων, αλλά πολύμορφες «τροχιακές ζώνες» που αποτελούν ένα σύννεφο γύρω από τον πυρήνα σε κάθε θέση του οποίου τα ηλεκτρόνια έχουν απλώς πιθανότητα να βρίσκονται.

Το 1930 ο Βόλφγκανγκ Πάουλι (1900 – 1958) πρότεινε την ύπαρξη των «νετρίνο» (πάνω από ένα εκατομμύριο φορές ελαφρύτερων από τα ηλεκτρόνια) για να δικαιολογήσει τη διατήρηση της ενέργειας κατά την πυρηνική διάσπαση με εκπομπή ακτίνων β και το 1934 ο Ενρίκο Φέρμι (1901 – 1954) διατύπωσε μια θεωρία για τον τρόπο παραγωγής τους σε πυρηνικές αντιδράσεις. Το 1956 τα νετρίνο ανιχνεύτηκαν σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και επιταχυντές σωματιδίων και το 1960 αποδείχτηκε η ύπαρξή τους στον πυρήνα του ήλιου και ο σημαντικός ρόλος που διαδραματίζουν στη δημιουργία αστέρων και βαρέων στοιχείων.

Η επόμενη σημαντική εξέλιξη στο θέμα των στοιχειωδών δομικών λίθων της ύλης σημειώθηκε το 1964, όταν οι φυσικοί Μάρεϋ Γκελ-Μαν και Τζορτζ Ζβάιχ διατύπωσαν την άποψη ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι και αυτά περαιτέρω διαιρετά, αφού αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια που ονόμασαν «κουάρκ» (από την αγγλική λέξη που απομιμείται τη φωνή της πάπιας). Η ύπαρξη των κουάρκ επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1968 και υπήρξε η αφετηρία για την ανάπτυξη νεότερων θεωριών που επιχειρούν να εξηγήσουν τη φύση τους, όπως η θεωρία των «χορδών» και των «μεμβρανών», ενώ δεν λείπουν και ανεπιβεβαίωτες απόψεις, που υποθέτουν ότι και τα κουάρκ δεν είναι η τελική δομική μονάδα του σύμπαντος, αφού αποτελούνται και αυτά από ακόμη μικρότερα σωματίδια στα οποία δόθηκε το όνομα «προόνια» (ως υπάρχοντα πριν από τα κουάρκ).

Έχοντας υπόψη αυτή την εξακριβωμένη ιδιότητα της διαιρετότητας της ύλης, δεν έχει φυσικά κανείς λόγο να υποθέσει ότι και τα προόνια δεν αποτελούνται και αυτά από άλλα ακόμη πιο στοιχειώδη μικρότερα σωματίδια και αυτό θα μπορούσε να συνεχίζεται σε όλο και πιο μικρές στοιχειώδεις μονάδες. Υπάρχει εντούτοις ένα όριο σ’ αυτή τη σειρά των σωματιδίων, που ορίζεται από το «μήκος του Πλανκ», κάτω από το οποίο τυχόν υπάρχοντα σωματίδια θα έπρεπε να έχουν τόσο μεγάλη ενέργεια που θα βρισκόταν μέσα σε μαύρες τρύπες και θα ήταν αδύνατο να είναι ορατά. Το μήκος αυτό φαίνεται πως είναι της τάξεως του ενός χιλιοστού διαιρεμένου δια εκατό χιλιάδες δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια.

4. Φορείς και Αντιφορείς της Ύλης

Τα τελικά συμπεράσματα από τη μακρόχρονη διαδρομή της αναζήτησης του μυστικού των στοιχειωδών σωματιδίων, που προαναφέρθηκε, δεν είναι καθόλου αδιάφορα γι’ αυτόν που επιχειρεί να προσεγγίσει την υφή της πραγματικότητας που σχετίζεται με την ύλη.

Σύμφωνα με όλες τις υπάρχουσες ενδείξεις το σύμπαν, σε κάθε χρονική στιγμή της εξέλιξής του, διέπεται από τους ίδιους φυσικούς και χημικούς νόμους και τις ίδιες φυσικές σταθερές σε όλη του την έκταση. Αν προς στιγμή αγνοήσουμε τη θεωρία των «προονίων» τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία συγκροτείται όλη η ύλη του σύμπαντος εντάσσονται σε τρεις γενιές «φερμιονίων», που περιλαμβάνουν δύο τύπους «κουάρκ» και δύο τύπους «λεπτονίων» καθεμία. Επομένως, όπως φαίνεται και στον πίνακα 1 των στοιχειωδών σωματιδίων που παρατίθεται, υπάρχουν έξι συνολικά τύποι κουάρκ (u, d, c, s, t, b) που έχουν διαφορετική μάζα (που ποικίλλει από 2,4 μέχρι 171.200 MeV) και ηλεκτρικό φορτίο (2/3 ή -1/3) και έξι τύποι λεπτονίων (ηλεκτρόνιο, μιόνιο, ταυόνιο, e-νετρίνο, μ-νετρίνο και τ-νετρίνο) από τους οποίους οι τρεις πρώτοι έχουν ίσο αρνητικό φορτίο (-1), αλλά διαφορετική μάζα (που ποικίλλει από 0,511 μέχρι 106 MeV), ενώ τα νετρίνο έχουν πολύ μικρή μάζα και μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα φερμιόνια της 2^ης και 3^ης γενιάς, αν και είχαν σημαντική συμμετοχή στις αρχικές φάσεις σχηματισμού του σύμπαντος, έχουν συγκριτικά μεγάλη μάζα και είναι ασταθή, αφού έχουν την τάση να διασπώνται σε φερμιόνια 1^ης γενιάς (ηλεκτρόνια, νετρόνια e και κουάρκ u και d) που είναι τα μόνα που συναντιόνται στη φύση στις μέρες μας.

Εκτός από τη «μάζα», που δηλώνει τη μετρήσιμη ποσότητα της ύλης που μετριέται με την ισοδύναμή της ενέργεια σε MeV και το «ηλεκτρικό φορτίο» που μετριέται σε πολλαπλάσια ή υποπολλαπλάσια του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου, μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδιότητα των σωματιδίων είναι η «ιδιοστροφορμή» (spin) που έχει σχέση με το πώς φαίνονται τα σωματίδια από διάφορες κατευθύνσεις. Σωματίδια που χρειάζονται μία πλήρη περιστροφή για να αποκτήσουν την ίδια εμφάνιση με την αρχική θεωρείται πως έχουν ιδιοστροφορμή 1, ενώ σωματίδια που χρειάζονται μισή περιστροφή για το αποτέλεσμα αυτό θεωρείται πως έχουν ιδιοστροφορμή 2. Το περίεργο είναι ότι υπάρχουν σωματίδια, με ιδιοστροφορμή 1/2, που χρειάζονται δύο περιστροφές για να φαίνονται και πάλι ίδια. Τα φερμιόνια έχουν ιδιοστροφορμή 1/2.

Εξαιρετικό ενδιαφέρον παρουσιάζει η διαπίστωση ότι για κάθε ένα από τους προαναφερόμενους στοιχειώδεις φορείς ενέργειας υπάρχει και ένας «αντιφορέας», δηλαδή ένα σωματίδιο με την ίδια μάζα αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Το αντισωματίδιο π.χ. του ηλεκτρονίου (_-1⁰ e), το θετικό ηλεκτρόνιο, ονομάζεται ποζιτρόνιο (₊₁⁰e), ενώ τα αντισωματίδια των κουάρκ ονομάζονται αντικουάρκ και συμβολίζονται με u^-, d^-, c^-, s^-, t^-, b^-. Όπως προαναφέρθηκε η σύγκρουση ενός σωματιδίου με το αντισωματίδιό του συνεπάγεται την «εξαύλωση» και των δύο με ταυτόχρονη παραγωγή δύο φωτονίων.

Πίνακας 1. Στοιχειώδη Σωματίδια

Η σύνθεση των κουάρκ και αντικουάρκ σε διάφορους συνδυασμούς συνεπάγεται τη δημιουργία στοιχειωδών σωματιδίων ανώτερης τάξης που ονομάζονται «αδρόνια» και διακρίνονται σε δύο τύπους, τα «βαρυόνια» που αποτελούνται από 3 κουάρκ και τα «μεσόνια» που αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Βαρυόνια είναι τα συστατικά του πυρήνα του ατόμου που λέγονται νουκλεόνια (πρωτόνια, νετρόνια), καθώς και τα ασταθή και βραχύβια σωματίδια Δέλτα, Σίγμα, Λάμδα, Ξι και Ωμέγα που υπάρχουν μόνο στις κοσμικές ακτίνες, ενώ μεσόνια είναι τα επίσης ασταθή πιόνια και τα καόνια, με μάζα από 140 μέχρι 10.000 MeV και ιδιοστροφορμή 1.

Με βάση τα προαναφερθέντα η συγκρότηση των αδρονίων από κουάρκ μπορεί σχηματικά να αποδοθεί ως εξής:

- πρωτόνια: duu με ηλεκτρικό φορτίο -1/3 + 2/3 + 2/3 = +1.

- νετρόνια: ddu με ηλεκτρικό φορτίο -1/3 + -1/3 + 2/3 = 0.

- καόνια: su^- ή us^- ή ds^- ή sd^- με φορτίο -1, 1, 0 και 0.

- πιόνια: uu^- ή du^- ή dd^-- ή ud^- με φορτίο 0, -1, 0 και 1.

Και στην περίπτωση αυτή για κάθε αδρόνιο υπάρχει ένα αντιαδρόνιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Το αντιπρωτόνιο π.χ. έχει φορτίο -1 και σύνθεση d^- u^- u^- και είναι σταθερό μεν αλλά βραχύβιο, καθώς οι συγκρούσεις του με πρωτόνια οδηγούν στην άμεση «εξαύλωσή του.

5. Φορείς Αλληλεπιδράσεων

Μια άλλη σημαντική κατηγορία σωματιδίων είναι τα «μποζόνια» (από το όνομα του Ινδού φυσικού Satyendra Nath Bose 1894 – 1974), που, σε αντίθεση με τα φερμιόνια έχουν ιδιοστροφορμή 1 και ενεργούν ως φορείς αλληλεπιδράσεων ή απλούστερα «αγγελιοφόροι των δυνάμεων» που αναπτύσσονται ανάμεσα στα στοιχειώδη σωματίδια. Όπως φαίνεται στον πίνακα 1 της προηγούμενης παραγράφου, στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα «φωτόνια» (μηδενική μάζα και φορτίο), τα «γλοιόνια» (επίσης μηδενική μάζα και φορτίο, από τη λέξη «γλοιός» που σημαίνει κόλα), τα «ασθενόνια W» (φορτίο + ή - 1, μάζα 80.600 MeV), τα «ασθενόνια Ζ» (μηδενικό φορτίο, μάζα 91.160 MeV) και τα «βαρυτόνια» (μηδενική μάζα και φορτίο και ιδιοστροφορμή 2).

Τα πρώτα γλοιόνια εντοπίστηκαν πειραματικά το 1979, όταν με την εξαύλωση ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου, παράχθηκε ένα βραχύβιο φωτόνιο το οποίο εν συνεχεία υλοποιήθηκε δίνοντας ένα κουάρκ, ένα αντικουάρκ και ένα γλοιόνιο, σύμφωνα με την εξίσωση:

_-1⁰ e + ₊₁⁰ e → φωτόνιο γ → q + q^- + g. (3)

Από μια άποψη θα μπορούσε να πει κανείς ότι η «δύναμη» που μας απασχολεί ιδιαίτερα εδώ, είναι μια ιδιότητα της ύλης, μέσω της οποίας η ύλη εκδηλώνεται και γίνεται αισθητή στο περιβάλλον της, είναι δηλαδή με απλά λόγια «η γλώσσα επικοινωνίας» της ύλης με τον περίγυρό της, που αποτελείται πάλι από ύλη. Σε τι αποσκοπεί αυτή η επικοινωνία και σε ποιο βαθμό συμβάλλει στη διατήρηση της συνοχής του σύμπαντος είναι ένα δυσχερές αντικείμενο μελέτης που απασχολεί τους ανθρώπους από τα αρχαία χρόνια. Η ιδιότητα όμως αυτή καθεαυτή (όπως και τα υπόλοιπα 4 θεμελιακά μεγέθη) είναι τόσο σύμφυτη με την ύλη ώστε να μην είναι δυνατό να νοηθεί η μία ανεξάρτητα από την άλλη. Η δύναμη υπάρχει επειδή υπάρχει ύλη, αλλά και η ύλη δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς δύναμη.

Σε ειδολογικό επίπεδο μπορεί να διακρίνει κανείς τέσσερις βασικούς τύπους συμπαντικών πεδιακών δυνάμεων, ως εξής:

- Ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις ανάμεσα στα αδρόνια

- Ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις ανάμεσα στα λεπτόνια και τα κουάρκ

- Ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις ανάμεσα στα ηλεκτρικά φορτία

- Βαρυτικές δυνάμεις ανάμεσα στα μεγασώματα.

Σε αντιστοιχία με τη διάκριση αυτή μπορεί κανείς να πει ότι:

- Γλοιότητα (μετρούμενη ως «χρώμα») είναι η ικανότητα της ύλης να αισθάνεται τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις,

- Ασθενότητα (μετρούμενη ως «γεύση») είναι η ικανότητα της ύλης να αισθάνεται τις ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις,

- Ηλεκτρικότητα (μετρούμενη ως φορτίο) είναι η ικανότητα της ύλης να αισθάνεται τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις,

- Βαρύτητα (μετρούμενη ως βάρος) είναι η ικανότητα της ύλης να αισθάνεται τις βαρυτικές δυνάμεις,

Τα «χρώματα» της αδρότητας, που δεν έχουν βέβαια καμία σχέση με τα γνωστά χρώματα της καθημερινής ζωής, είναι τρία (κόκκινο, γαλάζιο και πράσινο) και είναι κατανεμημένα σε ίσες δόσεις στα κουάρκ που σχηματίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που σημαίνει ότι ένα από τα τρία κουάρκ είναι κόκκινο, ένα μπλε και ένα πράσινο. Οι «γεύσεις» της λεπτότητας είναι έξι και αντιστοιχούν με τους έξι τύπους των κουάρκ που ήδη αναφέρθηκαν (u, d, c, s, t, b), ενώ τα αντικουάρκ θεωρείται ότι έχουν τρία αντίστοιχα «αντιχρώματα» (αντικόκκινο, αντιγαλάζιο και αντιπράσινο) και έξι αντίστοιχα «αντιαρώματα» (u^-, d^-, c^-, s^-, t^-, b^-).

Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία των πεδίων καθένας από τους προαναφερόμενους βασικούς τύπους δυνάμεων μεταβιβάζεται ανάμεσα στους αντίστοιχους φορείς ύλης, που είναι ικανοί να αισθάνονται αυτό τον τύπο δύναμης, με ανταλλαγή μποζονίων που ενεργούν ως αγγελιοφόροι της δύναμης. Όσο περισσότερα είναι τα ανταλλασσόμενα μποζόνια τόσο ισχυρότερες είναι οι δυνάμεις. Συγκεκριμένα:

- Τα γλοιόνια μεταβιβάζουν τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις ανάμεσα στα αδρόνια,

- Τα ασθενόνια W και Z μεταβιβάζουν τις ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις ανάμεσα στα λεπτόνια,

- Τα φωτόνια μεταβιβάζουν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις ανάμεσα στα ηλεκτρικά φορτία,

- Τα βαρυτόνια μεταβιβάζουν τις βαρυτικές δυνάμεις ανάμεσα στα μεγασώματα.

Πρέπει να σημειωθεί ότι, σε αντίθεση με τις ηλεκτρομαγνητικές (και με τις βαρυτικές) δυνάμεις που εξασθενίζουν όσο τα ηλεκτρικά φορτία (ή τα σώματα αντίστοιχα) απομακρύνονται, οι ασθενείς και ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις αυξάνουν όσο η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων αυξάνει.

6. Ενοποιητικές Θεωρήσεις

Οι μελέτες των μετά το 1980 χρόνων έχουν κύριο γνώμονα τη διαμόρφωση θεωριών που θα μπορούσαν να δώσουν μια ενοποιητική και ενοποιημένη άποψη των φυσικών φαινομένων του κόσμου. Ήδη έχει αποδειχθεί ότι σε ενέργειες πάνω από 100.000 MeV η ηλεκτρομαγνητική και η ασθενής πυρηνική δύναμη συγχωνεύονται και επομένως μπορούν πλέον να θεωρούνται δύο διαφορετικές όψεις μιας δύναμης που ονομάζεται ηλεκτρασθενής. Υπάρχουν βάσιμες ελπίδες ότι θα εντοπιστούν ενδείξεις που θα υποστηρίξουν αντιλήψεις περαιτέρω συγχώνευσης της η ηλεκτρασθενούς δύναμης με την ισχυρή πυρηνική και με τη βαρυτική δύναμη σε μία γενικευμένη ενοποιητική θεώρηση του πεδίου των δυνάμεων.

Στα πλαίσια των κατευθύνσεων αυτών η Θεωρία της Υπερσυμμετρίας, επεκτείνοντας την ιδέα της συμμετρίας που προκύπτει από την ύπαρξη σωματιδίων και αντισωματιδίων, διατείνεται ότι για κάθε στοιχειώδες σωματίδιο του βασικού κορμού, όπως παρουσιάζονται στον πίνακα 1, υπάρχει ένα σωματίδιο – υπερεταίρος (που ονομάζεται και σσωματίδιο), προσδιορίζοντας ότι οι υπερεταίροι των φερμιονίων είναι μποζόνια και αντίθετα οι υπερεταίροι των μποζονίων είναι φερμιόνια, με ιδιοστροφορμή που διαφέρει κατά ½ από το συζυγές σωματίδιο. Έτσι οι υπερεταίροι των κουάρκ ονομάζονται σκουάρκ, και οι υπερεταίροι των λεπτονίων σλεπτόνια, ενώ για τα μποζόνια οι υπερεταίροι ονομάζονται γλοιίνο, βίνο, ζίνο, φωτίνο και βαρυτίνο, συζυγή του γλοιόνιου, ασθενόνιου W και Z, φωτόνιου και βαρυτόνιου αντίστοιχα. Η απόδειξη της ύπαρξης των σσωματιδίων είναι αντικείμενο συνεχούς πειραματικής έρευνας, που, αν έχει τελικά επιτυχία, η σημασία της θα είναι ανάλογη με την απόδειξη της ύπαρξης αντιύλης.

Κινούμενη προς την ίδια κατεύθυνση, σε μια προσπάθεια να συνδυάσει τις θεωρίες της βαρύτητας και της κβαντομηχανικής, η Θεωρία των Χορδών βασίζεται στην ιδέα ότι τα στοιχειώδη σωματίδια δεν είναι σημειακά αντικείμενα αλλά μονοδιάστατες «χορδές» ανοιχτές (σαν καμπύλη γραμμή) ή κλειστές (σαν κύκλος), που πάλλονται σε ένα χώρο 11 διαστάσεων με ένα τρόπο που καθορίζει τη μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο, το «χρώμα» και την ιδιοστροφορμή που δίνουν την εντύπωση πως είναι στοιχειώδη σωματίδια. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της ταλάντωσης της χορδής, τόσο μεγαλύτερη είναι η φαινόμενη μάζα του σωματιδίου. Καθώς οι χορδές κινούνται στο χώρο, αν θεαθούν όχι ως διακεκριμένες στιγμές, αλλά ως αδιάλειπτη ιστορία μέσα στο χρόνο, δίνουν την εντύπωση πως σχηματίζουν ένα συνεχές «κοσμικό φύλλο». Μετά την διαπίστωση αυτή συνειδητοποιήθηκε ότι οι χορδές είναι στην πραγματικότητα μέλη μιας ευρύτερης ομοταξίας αντικειμένων που μπορεί να υπάρχουν σε 1 μέχρι 11 διαστάσεις και ονομάστηκαν «p-βράνες» (με περικοπή της λέξης μεμβράνη). Η χορδή είναι μια μερική περίπτωση μονοδιάστατης βράνης με p=1, ενώ βράνη με p=2 είναι δισδιάστατη μεμβράνη. Από τις 11 αυτές διαστάσεις φαίνεται ότι εμείς μπορούμε να αντιληφθούμε μόνο τις 4 «μεγάλες διαστάσεις» του χώρου και του χρόνου, ενώ οι υπόλοιπες 7 διαστάσεις είναι περιελιγμένες σε βαθμό που τις κάνει τόσο μικρές ώστε δεν έχουν τη δυνατότητα να επηρεάσουν το σύμπαν και έτσι δεν είναι δυνατό να παρατηρηθούν. Κατά μία άλλη άποψη, σύμφωνα με τη θεωρία του «πολλαπλού σύμπαντος», δεν αποκλείεται το ενδεχόμενο να είμαστε δεσμευμένοι σε ένα τετραδιάστατο τμήμα του σύμπαντος, από το οποίο αδυνατούμε να αντιληφθούμε τις υπόλοιπες 7 διαστάσεις που δεν μπορούν να υπάρχουν στο τμήμα αυτό, αφού υπάρχουν σε ένα ευρύτερο σχήμα «πολυσύμπαντος», έξω από το δικό μας τμήμα.

7. Δυϊστικές Θεωρήσεις

Σε αντίθεση με αυτές τις θεωρήσεις που ακολουθούν την ενοποιητική κατεύθυνση του Παρμενίδη, υπάρχουν βάσιμες ενδείξεις ότι η φύση ακολουθεί ταυτόχρονα και δυϊστικά σχήματα εκδήλωσης. Σύμφωνα με τη Θεωρία της Κυματοσωματιδιακής Δυαδικότητας, που αποτελεί τη βάση της κβαντομηχανικής, τα βασικά συστατικά της ύλης και της ενέργειας παρουσιάζουν ταυτόχρονα και κυματική και σωματιδιακή συμπεριφορά.

"Κύμα" είναι μία διαταραχή ενός ελαστικού μέσου, ή ενός πεδίου δυνάμεων, που διαδίδεται με κάποια ταχύτητα μεταβιβάζοντας ενέργεια. Το κύμα "απλώνεται" στο χώρο και μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου με τρόπο που για να περιγραφτεί απαιτείται ένα ορισμένο πλήθος αριθμών (βαθμοί ελευθερίας) για κάθε σημείο του χώρου. Ενώ τα μηχανικά κύματα σχηματίζονται μόνο μέσα σε κάποιο υλικό μέσο, του οποίου η παραμόρφωση προκαλεί ελαστικές ανατακτικές δυνάμεις, η ηλεκτρομαγνητική και η βαρυτική ακτινοβολία ταξιδεύουν στο κενό χωρίς την παρουσία υλικού μέσου.

Μολονότι, σε πρώτη εντύπωση, φαίνεται παράδοξο, είναι διαπιστωμένο με πολυάριθμα πειράματα ότι τα σωματίδια έχουν και κυματικές ιδιότητες και τα κύματα συμπεριφέρονται σαν ρεύμα σωματιδίων, ιδίως κατά την εκπομπή και την απορρόφησή τους. Σε κάποια φαινόμενα εκδηλώνεται η κυματική φύση ενός σωματιδίου, ενώ σε κάποια άλλα εκδηλώνεται η σωματιδιακή του φύση. Οι δύο φύσεις αυτές είναι συμπληρωματικές και δεν αναιρούν η μία την άλλη. Το φαινόμενο ισχύει όχι μόνο για τα απειροστά υποατομικά σωματίδια, αλλά και για τα άτομα και τα μόρια και μάλιστα ακόμα και για τα μεγάλα αντικείμενα, των οποίων όμως τα συζυγή κύματα έχουν πολύ μικρό μήκος κύματος και έτσι δεν γίνονται αντιληπτά.

Σε αντιστοιχία με τις τέσσερις πεδιακές συμπαντικές δυνάμεις, μπορεί να γίνει διάκριση των συμπαντικών κυμάτων σε τέσσερα επίσης είδη ως εξής (σε όλες τις περιπτώσεις μεταφέρεται αντίστοιχο είδος ενέργειας):

- Τα βαρυτικά κύματα που αντιστοιχούν συζυγώς με τα βαρυτόνια μεταβιβάζουν τις βαρυτικές δυνάμεις

- Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που αντιστοιχούν με τα φωτόνια μεταβιβάζουν ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις

- Τα γλοιοτικά κύματα που αντιστοιχούν με τα γλοιόνια μεταβιβάζουν ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις

- Τα ασθενοτικά κύματα που αντιστοιχούν με τα ασθενόνια μεταβιβάζουν ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις.

Η σειρά των πειραμάτων με την οποία επιβεβαιώθηκε η κυματοσωματιδιακή δυαδικότητα ήταν θεαματική και ανάγεται στα χρόνια της διαμάχης του Ισαάκ Νεύτωνα (1642 – 1727) με τον Χριστιανό Χόϊγκενς (1629 – 1695) σχετικά με τη φύση του φωτός και της ύλης. Στα νεότερα χρόνια, πρώτα αποδείχτηκε η σωματιδιακή φύση του φωτονίου, το 1905 με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, κατά το οποίο παρατηρείται εκπομπή ηλεκτρονίων από επιφάνεια μετάλλου όταν αυτή φωτίζεται με φως χαμηλής ενέργειας. Η διαπίστωση αυτή επιβεβαιώθηκε το 1923 και σε μέσες ενέργειες με το φαινόμενο Compton, κατά το οποίο ακτίνες Χ σκεδάζονται από ηλεκτρόνια, μειώνοντας τη συχνότητά τους (λόγω μείωσης της ενέργειάς τους) μετά από σύγκρουση. Η επιβεβαίωση για τις υψηλές ενέργειες επιτεύχθηκε για πρώτη φορά το 1933 με τη δίδυμη γένεση, για την οποία έγινε ήδη λόγος. Η κυματική φύση του φωτονίου ήταν ήδη γνωστή τα χρόνια εκείνα από τα φαινόμενα της περίθλασης, της πόλωσης και της συμβολής, ενώ με την ανάκλαση, τη διάθλαση και την ευθύγραμμη διάδοση το φωτόνιο παρουσιάζει ταυτόχρονα ιδιότητες και κύματος και σωματιδίου. Από την άλλη μεριά, το 1927, με το πείραμα των C.Davisson – L. Germer που συνίσταται στην περίθλαση δέσμης ηλεκτρονίων μετά από ανάκλαση σε κρύσταλλο, αποδείχτηκε η κυματική φύση του ηλεκτρονίου, του οποίου η σωματιδιακή φύση, όπως προαναφέρθηκε, ήταν ήδη γνωστή από το 1897 από τις εργασίες του Τζόζεφ Τόμσον σχετικά με τις καθοδικές ακτίνες.

8. Ο Οντοχωροχρόνος

Η μακρόχρονη και περιπετειώδης ιστορία της ερμηνευτικής προσπάθειας του κόσμου των σωματιδίων, συνιστά ασφαλώς αυτή καθεαυτή μια επανάσταση της επιστημονικής σκέψης του 20^ου αιώνα. Μια άλλη όμως παράλληλη μεγάλη επανάσταση συντελέστηκε στα πρώτα χρόνια του 20^ου αιώνα με αφετηρία τις θεωρητικές εργασίες του Άλμπερτ Αϊνστάιν (1879 – 1955) και του Χέρμαν Μινκόφσκι (1864 – 1909) σχετικά με τον χώρο και τον χρόνο.

Στην παραδοσιακή, σκέψη που επικρατούσε μέχρι τότε, ο χώρος ήταν κατανοητός με τη γεωμετρική σημασία του, ως μαθηματικός τόπος του οποίου κάθε σημείο προσδιορίζεται με τη χρήση ενός συστήματος τριών συντεταγμένων (μήκος, πλάτος, ύψος). Ο χρόνος πιστευόταν ότι, ανεξάρτητα από την κίνηση, προχωρούσε με σταθερό ρυθμό, ίδιο σε όλα τα συστήματα συντεταγμένων.

Σε αντίθεση με τις αντιλήψεις αυτές το βασικό συμπέρασμα της Θεωρίας της Σχετικότητας είναι ότι δεν υπάρχει τίποτε απόλυτα ακίνητο στο σύμπαν και κατά συνέπεια δεν υπάρχει απόλυτη κίνηση (δηλαδή κίνηση σε σχέση με κάτι ακίνητο), ούτε απόλυτος χρόνος, που όλα τα ρολόγια του σύμπαντος (ακόμη και τα ακριβέστερα) θα μπορούσαν να μετρήσουν δίνοντας το ίδιο αποτέλεσμα. Αποτέλεσμα της θέασης αυτής είναι ότι μόνο η σχετική κίνηση των ταυτόχρονα κινούμενων συστημάτων αναφοράς είναι δυνατή και μόνο αυτή έχει νόημα και σημασία. Ο χρόνος, που εντάσσεται πλέον με τη μαθηματική έννοια ως τέταρτη συντεταγμένη στο χωρικό σύστημα των 3 συντεταγμένων, δεν μπορεί πια να νοείται ξέχωρα από τις 3 χωρικές διαστάσεις, αφού ο ρυθμός με τον οποίο κυλάει εξαρτάται από την ταχύτητα των αντικειμένων σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός και από την ένταση των βαρυτικών πεδίων που μπορούν να επιβραδύνουν τη ροή του χρόνου.

Η έννοια του χωροχρόνου που διαμορφώθηκε με αυτό τον τρόπο νοείται πλέον ως η αρένα μέσα στην οποία συντελούνται όλα τα «γεγονότα» του κόσμου, τα οποία χωρίζονται μεταξύ τους από «χωροχρονικά» (και όχι απλά χωρικά) «διαστήματα» που ορίζονται από τον τύπο:

s² = c²t² – x² (4)

όπου c η ταχύτητα του φωτός και t, x η διαφορά των χρονικών και χωρικών συντεταγμένων ανάμεσα στα γεγονότα.

Οι μαθηματικές συνέπειες της θεωρίας της σχετικότητας είναι πολλές και σε πολλές περιπτώσεις θεαματικές. Ο ίδιος ο τύπος (4) μπορεί να οδηγήσει σε περίπλοκους συλλογισμούς, αφού σ’ αυτόν ct είναι η χωρική απόσταση που διανύει το φως στο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα σε δύο γεγονότα και αυτή συγκρίνεται στον τύπο με την χωρική απόσταση x που τα χωρίζει. Όταν x < ct, το s² είναι θετικό, που σημαίνει ότι μεσολαβεί ανάμεσά στα γεγονότα αρκετός χρόνος ώστε να είναι αμοιβαία αντιληπτά με αποτέλεσμα να υπάρχει μεταξύ τους αιτιατή σχέση, οπότε μπορεί να θεωρηθεί ότι το καθένα απ’ αυτά συμβαίνει στο παρελθόν ή το μέλλον του άλλου. Όταν αντίθετα x > ct το s² είναι αρνητικό και τα γεγονότα δεν γίνονται αντιληπτά το ένα από το άλλο και επομένως δεν έχουν αιτιατή σχέση μεταξύ τους. Ο γεωμετρικός τόπος των σημείων που έχουν x = ct και s² = 0 σχηματίζει δύο κώνους εκατέρωθεν καθενός γεγονότος, έξω από τους οποίους τα γεγονότα που συμβαίνουν είναι μη αντιληπτά και μη συσχετιζόμενα με αυτό.

Ιδιαίτερη σημασία αποκτά στη θεωρία αυτή η ταχύτητα του φωτός c που θεωρείται σταθερή στο κενό, ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις και για όλους τους παρατηρητές ανεξάρτητα από τη σχετική κίνηση μεταξύ τους ή από την κίνηση της πηγής του φωτός και διαπλέκεται κατά περίεργο τρόπο με τη μάζα των σωμάτων. Η μάζα, ως μέτρο της αδράνειας ενός σώματος σε κάθε προσπάθεια μεταβολής της κινητικής του κατάστασης, δεν είναι πλέον σταθερή, αλλά μεταβάλλεται όταν το σώμα κινείται σύμφωνα με τον τύπο:

m = m₀ / (1 – v²/c²) ^½ (5)

όπου m₀ η μάζα του σώματος σε κατάσταση ηρεμίας. Όταν η ταχύτητα v του σώματος γίνεται πολύ μεγάλη πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός, η μάζα του μεγαλώνει επίσης πολύ, με ένα τρόπο που, θεωρητικά, θα έπρεπε να εμποδίζει την κίνησή του, οπότε η περαιτέρω αύξηση δεν θα έπρεπε να είναι δυνατή. Όταν η ταχύτητα γίνει ίση με την ταχύτητα του φωτός, θεωρητικά και πάλι, η μάζα γίνεται άπειρη (αφού η παράσταση 1 – v²/c² είναι ίση με μηδέν) και θα έπρεπε να αναμένεται ότι το σώμα δεν θα μπορεί πια να κινείται, πράγμα που σημαίνει ότι τίποτε δεν μπορεί να κινείται γρηγορότερα από το φως. Από την άλλη μεριά η μάζα, ως μέτρο του φυσικού περιεχομένου ενός σώματος, σύμφωνα με τη σχέση E = mc² θεωρείται όχι απλώς ισοδύναμη, αλλά ουσιαστικά ταυτόσημη με την ενέργεια και αμοιβαία μετατρέψιμη σε αυτήν.

Εξίσου αινιγματικές είναι και οι εξής διαπιστώσεις:

- Διαστολή του χρόνου: Τα κινούμενα ρολόγια γυρνάνε πιο αργά από ένα στάσιμο ρολόι ενός παρατηρητή. Οι χρόνοι που δείχνουν τα ρολόγια είναι ίδιοι μόνο αν τα ρολόγια είναι ακίνητα το ένα σε σχέση με το άλλο, ενώ διαφέρουν αν κινούνται.

-Συστολή του μήκους: Τα αντικείμενα παρατηρούνται να μικραίνουν στην κατεύθυνση που κινούνται σε σχέση με τον παρατηρητή.

- Σχετικότητα της ταυτοχρονικότητας: Δύο γεγονότα που φαίνονται να συμβαίνουν ταυτόχρονα σε έναν παρατηρητή Α, δε θα συμβαίνουν ταυτόχρονα για έναν παρατηρητή Β, αν ο Β κινείται σε σχέση με τον Α.

- Ο χρόνος περνά πιο αργά σε χαμηλότερα βαρυτικά δυναμικά. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «βαρυτική διαστολή του χρόνου».

- Οι τροχιές αλλάζουν με τρόπο μη αναμενόμενο από τη θεωρία του Νεύτωνα για τη βαρύτητα.

- Ακόμα και οι ακτίνες του φωτός (που είναι άμαζες) αλλάζουν πορεία παρουσία ενός βαρυτικού πεδίου.

- Το σύμπαν διαστέλλεται, και τα μακρινά μέρη του απομακρύνονται από εμάς πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός, καθώς είναι το ίδιο το σύμπαν το οποίο διαστέλλεται.

Η βαρύτητα ερμηνεύεται ως «καμπύλωση» του χωροχρόνου εξαιτίας της οποίας τα σώματα παρασέρνονται από την κλίση της καμπύλης και «κυλάνε» προς το σώμα που τα έλκει.

Η τελευταία υπόθεση επιβεβαιώθηκε πανηγυρικά το 1919 όταν παρατηρήθηκε κάμψη του φωτός ενός αστεριού που περνούσε κοντά από τον ήλιο κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, σε μια άμεση απόδειξη της παραμόρφωσης του χωροχρόνου εξαιτίας της βαρύτητας που προκάλεσε κοσμογονικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο η ανθρωπότητα αντιλαμβάνεται το σύμπαν. Με τη διαπίστωση αυτή η θεωρία της σχετικότητας μεταμόρφωσε το χώρο και το χρόνο, από απλά «περιέχοντα» που αποτελούν το παθητικό υπόβαθρο μέσα στο οποίο συμβαίνουν γεγονότα, σε ενεργούς μετόχους της δυναμικής του σύμπαντος, και επομένως σε ουσιαστικά συστατικά ενός αξεδιάλυτου όντος που αποτελείται από «ύλη, ενέργεια, ηλεκτρικά φορτία, δυνάμεις και χωροχρόνο» και το οποίο μπορεί πλέον να αποκαλείται «οντοχωροχρόνος».

9. Η Χημεία του Οντοχωροχρόνου

Σε γενικές γραμμές ο χώρος εμφανίζεται να είναι επίπεδος (με σχεδόν μηδενική καμπυλότητα), που σημαίνει ότι η Ευκλείδεια γεωμετρία είναι πειραματικά ορθή με μεγάλη ακρίβεια στο μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος. Ο χωροχρόνος εμφανίζεται να έχει επίσης απλή τοπολογία, τουλάχιστον στην κλίμακα του παρατηρήσιμου σύμπαντος, αλλά δεν αποκλείεται η τοπολογία του να είναι πολλαπλή, σε αναλογία με τις τοροειδείς τοπολογίες του δισδιάστατου χώρου. Δεν υπάρχει εξήγηση για τις ειδικές τιμές που εμφανίζεται να έχουν οι φυσικές σταθερές σε ολόκληρο το σύμπαν, όπως π.χ. η ταχύτητα του φωτός c, η επιτάχυνση της βαρύτητας g, η σταθερά του Πλανκ h και το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο e. Έχουν διατυπωθεί αρκετοί νόμοι διατήρησης των στοιχείων του κόσμου, όπως η αφθαρσία του ηλεκτρικού φορτίου, της ορμής, της στροφορμής και της υλοενέργειας, που σε πολλές περιπτώσεις μπορούν να αποδοθούν σε συμμετρίες ή μαθηματικές οντότητες.

Το σύμπαν έχει ηλικία 13,7 δισεκατομμυρίων χρόνων και βρίσκεται σε συνεχή εξέλιξη, που σημαίνει ότι δεν ήταν το ίδιο σε όλες τις χρονικές στιγμές της ιστορίας του, με κυριότερο χαρακτηριστικό μεταβολής την αύξηση του πληθυσμού των γαλαξιακών πυρήνων και των γαλαξιών, που αποδεικνύει ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Τα σχετικά κλάσματα των διαφόρων χημικών στοιχείων και ιδιαίτερα των ελαφρών ατόμων, όπως το υδρογόνο, το δευτέριο και το ήλιο, φαίνεται πως είναι ίδια σε όλη την έκταση του σύμπαντος και σε όλη τη διάρκεια της αντιληπτής ιστορίας του. Το σύμπαν φαίνεται πως έχει περισσότερη ύλη παρά αντιύλη, παρουσιάζοντας μια εμφανή ασυμμετρία που δεν έχει εξηγηθεί πλήρως. Από την άλλη μεριά το σύμπαν στο σύνολό του φαίνεται πως έχει μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο, μηδενική ορμή και μηδενική στροφορμή, που σημαίνει ότι κυρίαρχη αλληλεπίδραση σε κοσμολογική κλίμακα είναι μόνο η βαρύτητα.

Η έννοια «χημικό στοιχείο», σε αντιδιαστολή με τα «κοσμολογικά στοιχεία» (ύλη, ενέργεια, ηλεκτρικά φορτία, δυνάμεις και χωροχρόνος) που προαναφέρθηκαν, χρησιμοποιείται για το χαρακτηρισμό μιας ουσίας χημικά καθαρής που αποτελείται από όμοια άτομα με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, που ονομάζεται ατομικός αριθμός (Z), ενώ μαζικός αριθμός (Α) ονομάζεται το άθροισμα των πρωτονίων και των νετρονίων του πυρήνα. Τα στοιχεία παριστάνονται με σύμβολα της μορφής _Ζ^ΑΧ, όπου Χ ένα ή δύο χαρακτηριστικά γράμματα από το όνομα του στοιχείου. Το σύμβολο ₁²Η π.χ. παριστάνει το υδρογόνο και το σύμβολο ₂⁴He το ήλιο, που είναι τα απλούστερα στοιχεία, από την άποψη του πλήθους των σωματιδίων του ατόμου τους. Συνολικά έχουν εντοπιστεί 117 χημικά στοιχεία, από τα οποία 92 συναντιούνται στη φύση, ενώ τα στοιχεία με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο από 83 είναι ασταθή και διασπώνται με ραδιενεργό σχάση σε άλλα απλούστερα. Τα 117 χημικά στοιχεία παρουσιάζονται συνήθως καταταγμένα, κατά αύξοντα ατομικό αριθμό, σε ένα πίνακα με 8 βασικές κάθετες στήλες, που ονομάζεται περιοδικό σύστημα. Στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια στήλη του περιοδικού συστήματος έχουν ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα του ατόμου τους και παρουσιάζουν ανάλογες χημικές ιδιότητες, καθώς ο αριθμός αυτός καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα συμπλέκονται μεταξύ τους (με μεταβίβαση ή αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων) για να δημιουργήσουν μόρια του ίδιου στοιχείου ή χημικών ενώσεων με άλλα στοιχεία.

Οι οκτώ ομάδες στοιχείων που σχηματίζονται με αυτό τον τρόπο είναι οι ακόλουθες:

- Ι Αλκάλια: λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο, καίσιο, φράγκιο

- ΙΙ Αλκαλικές γαίες: βηρύλλιο, μαγνήσιο, ασβέστιο, στρόντιο,

βάριο, ράδιο

- ΙΙΙ Ομάδα αλουμινίου: βόριο, αργίλιο, γάλλιο, ίνδιο, θάλλιο

- ΙV Ομάδα άνθρακα: άνθρακας, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερος,

μόλυβδος

- V Ομάδα αζώτου: άζωτο, φώσφορος, αρσενικό, αντιμόνιο,

βισμούθιο

- VI Ομάδα οξυγόνου: οξυγόνο, θείο, σελήνιο, τελλούριο, πολώνιο

- VII Αλογόνα: φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο, αστάτιο

- VII Ευγενή αέρια: νέον, αργό, κρυπτό, ξένο, ραδόνιο.

Μεταξύ των ομάδων ΙΙ και ΙΙΙ παρεμβάλλονται δέκα υποομάδες των στοιχείων μετάπτωσης, που είναι μέταλλα με ενδιάμεσες ιδιότητες όπως ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος, το νικέλιο, το χρώμιο, ο χαλκός, ο άργυρος, ο χρυσός, ο λευκόχρυσος και ο υδράργυρος.

Πρέπει να σημειωθεί η περιοδικότητα που παρουσιάζουν τα στοιχεία, έτσι καταταγμένα, έχει σχέση με τη δομή του ατόμου τους, και ιδιαίτερα με το πλήθος των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας τους, και, εκτός από το είδος των χημικών δεσμών που σχηματίζουν, αφορά μερικές ακόμη ιδιότητες, όπως:

- Ενέργεια ιονισμού, δηλαδή ενέργεια που απαιτείται για την απόσπαση ηλεκτρονίων (μέγιστη στα ευγενή αέρια),

- Ηλεκτροσυγγένεια, δηλαδή ενέργεια που απελευθερώνεται με την απόσπαση ενός ηλεκτρονίου (μέγιστη στα αλογόνα),

- Ακτίνα του ατόμου (μέγιστη στις αλκαλικές γαίες),

- Όγκος του ατόμου (μέγιστος στις αλκαλικές γαίες)

- Σημείο τήξης και σημείο βρασμού (μέγιστα στα στοιχεία μετάπτωσης)

- Λανθάνουσα θερμότητα τήξης ή εξάτμισης (μέγιστη στα στοιχεία μετάπτωσης)

- Ηλεκτραρνητικότητα, δηλαδή τάση για έλξη και πρόσκτηση ηλεκτρονίων (μέγιστη στα αλογόνα).

Τα δώδεκα περισσότερο διαδεδομένα στοιχεία στο Γαλαξία μας, και, όπως δείχνουν τα πράγματα, σε όλο το σύμπαν, μετρούμενα σε μέρη μάζας ανά εκατομμύριο, είναι τα εξής:

Υδρογόνο 739.000, Ήλιο 240.000, Οξυγόνο 10.400, Άνθρακας 4.600, Νέον 1.340, Σίδηρος 1.090, Άζωτο 960, Πυρίτιο 650, Μαγνήσιο 580,

Θείο 440, Κάλιο 210 και Νικέλιο 100.

Ιδιαίτερη σημασία για την κατανόηση των χημικών φαινομένων έχει η διαπίστωση ότι οι βασικές συναρτήσεις και τα μεγέθη που τα διέπουν, έχουν ουσιαστικά σχέση με δυνάμεις και ηλεκτρικά φορτία και ότι επομένως εντάσσονται και αυτά στο γενικότερο πλαίσιο της μελέτης της φύσης με βάση τα 5 θεμελιώδη κοσμολογικά στοιχεία.

10. Γαλαξίες και Αστέρες

Ενδείξεις, που βασίζονται σε δεδομένα παρατηρήσεων σχετικά με τη συνεχή απομάκρυνση των γαλαξιών, την ύπαρξη κοσμικής ακτινοβολίας από όλες τις κατευθύνσεις και την αφθονία των ελαφρών στοιχείων, υποστηρίζουν την άποψη ότι το σύμπαν ξεκίνησε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια με μία Μεγάλη Έκρηξη μιας πολύ θερμής και πυκνής υλικής σφαίρας (γνωστής και ως «Κοσμικό Αυγό») που προκάλεσε εκτόξευση μάζας, αρχικά σε άτακτη «αέρια» μορφή, που από τότε βρίσκεται σε συνεχή διαστολική κίνηση προς όλες τις διευθύνσεις.

Ένα εκατομμύριο έτη μετά την έκρηξη άρχισαν να σχηματίζονται οι συσσωρεύσεις αερίων μαζών που ονομάστηκαν πρωτογαλαξίες και από αυτούς πριν από 10 δισεκατομμύρια έτη άρχισε η δημιουργία των γαλαξιών, διαφόρων σχημάτων (σπειροειδείς, ελλειπτικοί και ακανόνιστοι), καθένας από τους οποίους περιλαμβάνει ένα σύνολο αστέρων, νεφελωμάτων και ενδιάμεσης ύλης.

Σήμερα υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες και καθένας από αυτούς περιλαμβάνει κατά μέσο όρο 100 μέχρι 400 δισεκατομμύρια άστρα. Στο κέντρο κάθε γαλαξία υπάρχει μια εξαιρετικά μεγάλη συγκέντρωση μάζας με ταχύτητα διαφυγής μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός, γνωστή ως μαύρη τρύπα, που περιβάλλεται από μια πυκνή υλική άλω, γνωστή ως κβαζάρ.

Ο Γαλαξίας της Γης (αν με το όνομα αυτό μπορεί να διακριθεί από τους υπόλοιπους γαλαξίες) έχει σχήμα σπειροειδές με διάμετρο 100.000 έτη φωτός και πάχος 1000 έτη φωτός. Ο Ήλιος της Γης, είναι ένας μεσαίου μεγέθους «κίτρινος» αστέρας του Γαλαξία, βρίσκεται σε απόσταση 26.000 ετών φωτός από το κέντρο του, περιφέρεται γύρω από αυτό συμπληρώνοντας μία περιφορά σε 220 εκατομμύρια έτη και έχει διάμετρο 1.392.000 χιλιόμετρα (109 φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο της Γης).

Οι αστέρες έχουν διάμετρο που κυμαίνεται από 1/450 μέχρι 1000 φορές τη διάμετρο του Ήλιου, μάζα από 1/12 μέχρι 50 φορές τη μάζα του Ήλιου και θερμοκρασία από 3.000 μέχρι 30.000 βαθμούς Κελσίου. Ανάλογα με το μέγεθός τους διακρίνονται σε Υπεργίγαντες, Γίγαντες, Μεσαίου Μεγέθους και Νάνοι και ανάλογα με τη θερμοκρασία τους χαρακτηρίζονται ως Κυανοί (πάνω από 20.000 ⁰C, φασματική τάξη Β), Λευκοί (10 - 20.000 ⁰C, φασματική τάξη Α), Κίτρινοι (4 – 10.000 ⁰C, φασματική τάξη F και G), Πορτοκαλιοί (3 – 4.000 ⁰C, φασματική τάξη Κ) και Κόκκινοι (2 – 3.000 ⁰C, φασματική τάξη Μ). Στη σειρά αυτή οι κυανοί αστέρες είναι οι λαμπρότεροι και νεότεροι σε ηλικία και οι κόκκινοι οι αμυδρότεροι και αρχαιότεροι.

Η εξέλιξη της διαδρομής ενός άστρου μέσα στα χρόνια εξαρτάται από τη μάζα του. Ένα μικρού ή μεσαίου μεγέθους άστρο (με μάζα περίπου 1/12 μέχρι 1 ½ της μάζας του Ήλιου) αρχίζει τη «ζωή» του με τη μορφή Νεφελώματος (αστρικής σκόνης) που σταδιακά εξελίσσεται σε Πρωταστέρα κατά τη διάρκεια 50 εκατομμυρίων ετών. Στη συνέχεια το άστρο εισέρχεται στη φάση της Κύριας Αστρικής Ακολουθίας, που διαρκεί 10 δισεκατομμύρια έτη, κατά την οποία παράγει ενέργεια με πυρηνική σύντηξη υδρογόνου σε ήλιο με τη μέθοδο της αλυσίδας πρωτονίου – πρωτονίου, χρησιμοποιώντας την ακόλουθη σειρά πυρηνικών αντιδράσεων:

2 ¹₁ Η → ²₁ Η + ⁰₁ e + ν_e (νετρίνο)

²₁ Η + ¹₁ Η → ³₂ Ηe + ακτίνες γ

2 ³₂ Η → ⁴₂ Ηe + ¹₁ Η

όπου το νετρίνο είναι στοιχειώδες σωματίδιο με πολύ μικρή μάζα, ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός και μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο, ενώ οι ακτίνες γ είναι εξαιρετικά διαπεραστική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με πολύ μικρό μήκος κύματος.

Μετά το άστρο μετατρέπεται σε Κόκκινο Γίγαντα και διατηρείται στη μορφή αυτή επί 100 εκατομμύρια έτη για να μετατραπεί στη συνέχεια για χρονικό διάστημα 35.000 ετών σε Πλανητικό Νεφέλωμα, καταλήγοντας στη μορφή του Άσπρου Νάνου, με διάμετρο περίπου ίση με τη μισή του Ήλιου, όπου και παραμένει ως «αστρικό πτώμα» μέχρι να μετατραπεί τελικά (θεωρητικά, διότι αυτό δεν έχει προλάβει να συμβεί σε κανένα άστρο μέχρι τώρα) σε Μαύρο Νάνο με θερμοκρασία ίση με το απόλυτο μηδέν για όλη την υπόλοιπη ζωή του.

Ένα μεγάλου μεγέθους άστρο (με μάζα περίπου 3 μέχρι 50 φορές της μάζας του Ήλιου) έχει εξίσου, αν όχι περισσότερο, θεαματική εξέλιξη. Από τη φάση του Νεφελώματος – Πρωταστέρα, όπου παραμένει επί 500.000 έτη εισέρχεται στη φάση της Κύριας Αστρικής Ακολουθίας που διαρκεί 10 εκατομμύρια έτη, μετατρέπεται σε Κόκκινο Υπεργίγαντα και διατηρείται στη μορφή αυτή επί 4 εκατομμύρια έτη για να υποστεί επί δύο έτη ισχυρή έκρηξη, καταρρέοντας κάτω από τη δύναμη της ίδιας του της βαρύτητας ως Υπερκαινοφανής Αστέρας (Σουπερνόβα) και να καταλήξει να γίνει και πάλι ένα «αστρικό πτώμα», είτε με τη μορφή ενός Άστρου Νετρονίων (Pulsar) αν έχει μάζα ίση περίπου με 3 φορές τη μάζα του Ήλιου, είτε με τη μορφή Μαύρης Τρύπας, αν η μάζα του είναι μεγαλύτερη.

11. Είδη Υλοενέργειας

Εκτός από τη διάκριση σε ύλη και αντιύλη, που βασίζεται στο πρόσημο του ηλεκτρικού φορτίου των σωματιδίων που την απαρτίζουν, χρησιμοποιείται μία ακόμη διάκριση της ύλης που με κριτήριο την παρατηρησιμότητά της, κατατάσσεται σε τρία είδη που είναι γνωστά με τα ονόματα «κρύα σκοτεινή ύλη», «θερμή σκοτεινή ύλη» και «βαρυονική ύλη». Αξιόπιστες μετρήσεις δείχνουν ότι στο σύμπαν κυριαρχεί η κρύα σκοτεινή ύλη, ενώ οι άλλες δύο μορφές αντιπροσωπεύουν το 18% της ύλης του σύμπαντος.

Η θεωρία της κρύας σκοτεινής ύλης επεκτείνει την ιδέα της μεγάλης έκρηξης με την πρόσθετη υπόθεση ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης του σύμπαντος αποτελείται από υλικό που δεν μπορεί να γίνει αντιληπτό από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του, αλλά μόνο από τη βαρυτική του επίδραση, και επομένως είναι «σκοτεινό», ενώ ταυτόχρονα τα σωματίδια που την αποτελούν είναι αργοκίνητα και επομένως «κρύα». Σχετικά με την ακριβή φύση του υλικού που απαρτίζει την κρύα σκοτεινή ύλη, η πιθανότερη εκδοχή είναι ότι αυτό αποτελείται από μαύρες τρύπες, αστέρες νετρονίων, λευκούς νάνους και θαμπά αστέρια ή ακόμη και μη λαμπερά σώματα όπως οι πλανήτες, αλλά το ζήτημα είναι αντικείμενο περαιτέρω πειραματικής έρευνας. Η θεωρία αυτή διευκολύνει την ερμηνεία της μετάβασης του σύμπαντος από την αρχική ισότροπη κατάσταση στη σημερινή ασυνεχή κατανομή σε «σβώλους», όπως οι γαλαξίες και τα συμπλέγματά τους. Κύρια αφορμή για την υπόθεση της ύπαρξής της ήταν η παρατήρηση ότι οι γαλαξίες περιστρέφονται γύρω από το κέντρο τους με ταχύτητα πολύ μεγαλύτερη από αυτή που θα μπορούσε να τους συγκρατεί στην τροχιά τους, αντισταθμίζοντας τη βαρυτική έλξη που υπολογίζεται και μπορεί να δικαιολογηθεί με βάση την υπάρχουσα κατανομή των ορατών αστέρων.

Η θερμή σκοτεινή ύλη είναι υποθετική μορφή της σκοτεινής ύλης που αποτελείται από σωματίδια όπως τα νετρίνο ή τα «αξιόνια» (ή άλλα ακόμη πιο «εξωτικά» άγνωστα προς το παρόν σωματίδια), που έχουν πολύ μικρή μάζα και είναι αναίσθητα στις δύο από τις τέσσερις θεμελιώδεις συμπαντικές δυνάμεις, καθώς αλληλεπιδρούν μόνο με την ασθενή πυρηνική και τη βαρυτική δύναμη, οι οποίες όμως είναι πολύ αδύνατες και επομένως τα νετρίνο είναι δύσκολα παρατηρήσιμα.

Η βαρυονική ύλη αποτελείται κυρίως από βαρυόνια (πρωτόνια και νετρόνια) και περιλαμβάνει άτομα κάθε είδους και επομένως αντιστοιχεί σχεδόν στο σύνολο της γνωστής ύλης που συναντάμε στην καθημερινή ζωή μας, περιλαμβανομένων και των ίδιων των σωμάτων μας. Σε αντιδιαστολή με αυτήν η μη βαρυονική ύλη αποτελείται από νετρίνο, νέφη ελεύθερων ηλεκτρονίων ή μαύρες τρύπες.

Η σκοτεινή ενέργεια αντίστοιχα είναι μια υποθετική μορφή ενέργειας που είναι διασκορπισμένη σε όλο το σύμπαν, ακόμη και στο χώρο που ονομάζουμε «κενό», με την έννοια ότι δεν περιέχει ύλη, και έχει την τάση να προκαλεί αύξηση του ρυθμού διαστολής του. Η ιδέα της σκοτεινής ενέργειας, που εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύει ποσοστό 74% της συνολικής υλοενέργειας του σύμπαντος, εξυπηρετεί ικανοποιητικά την ερμηνεία πρόσφατων παρατηρήσεων ότι το σύμπαν φαίνεται πως επεκτείνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αυτό σημαίνει ότι για το σύμπαν το σύνολο της ύλης (σκοτεινής ή όχι) έχει σχετικά μικρή σημασία, αφού ο άδειος χώρος περιέχει ενέργεια τουλάχιστον δύο φορές περισσότερη από αυτήν που σχετίζεται με την υπάρχουσα ύλη (περιλαμβανομένης και της σκοτεινής).

Η σημερινή ολική πυκνότητα του σύμπαντος είναι πολύ μικρή, περίπου 9,9 x 10-30 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Η υλοενέργεια αυτή εμφανίζεται να αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια σε ποσοστό 73%, κρύα σκοτεινή μάζα σε ποσοστό 23% και βαρυονική (κανονική) ύλη σε ποσοστό 4%. Η πυκνότητα των ατόμων είναι της τάξεως του ενός απλού ατόμου υδρογόνου σε κάθε κυβικό μέτρο όγκου του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη συμπεριφέρεται βαρυτικά σαν βαρυονική ύλη και επομένως επενεργεί επιβραδυντικά στην επέκταση του σύμπαντος, ενώ αντίθετα η σκοτεινή ενέργεια επιταχύνει τη διαστολή.

12. Χωροχρονικές Σήραγγες

Μια εντυπωσιακή θεωρητική ιδιότητα του χωροχρόνου είναι η δυνατότητα βραχυκύκλωσης των μεγάλων συμπαντικών αποστάσεων με χρήση χωροχρονικών ενδοσυμπαντικών «σηράγγων» μέσα από τις οποίες μπορεί κανείς να οδηγηθεί σε πολύ μακρινούς προορισμούς σε πολύ σύντομο χρόνο. Η ύπαρξη των σηράγγων αυτών, που ονομάζονται παραστατικά και «σκουληκότρυπες», προκύπτει ως συμπέρασμα της μαθηματικής ανάλυσης των τοπολογικών στοιχείων του χωροχρόνου και, μολονότι σε πολλά σημεία μοιάζει με εύρημα επιστημονικής φαντασίας, υποστηρίζεται υποθετικά, ως εναλλακτική λύση μαθηματικών προτύπων του σύμπαντος, από επιστημονικές θεωρίες, όπως η θεωρία της σχετικότητας, που κατά άλλα έχουν πλήρως επαληθευτεί.

Η βασική ιδέα μιας τέτοιας ενδοσυμπαντικής σήραγγας είναι ότι πρόκειται για μια περιοχή του χωροχρόνου με σύμπυκνη βαρυτική επίδραση που μπορεί να συνδέει ένα τόπο με ένα άλλο, έχοντας ως στόμιο εισόδου μια «μαύρη τρύπα» και ως στόμιο εξόδου μια «άσπρη τρύπα». Σε ένα τέτοιο ζεύγος η μαύρη τρύπα «ρουφάει» την ύλη που την πλησιάζει και τροφοδοτεί με αυτή τη δίδυμή της άσπρη τρύπα, που αποτελώντας το θεωρητικό αντίθετο της μαύρης τρύπας, απωθεί την ύλη και, σαν ακροφύσιο, την «πετάει» έξω από τη σήραγγα. Έτσι, ενώ ένα διαστημόπλοιο, σε ένα κανονικό διαστημικό ταξίδι, θα χρειαζόταν δεκάδες χιλιάδες χρόνια για να διασχίσει το γαλαξία ακόμη και με ταχύτητα που θα πλησίαζε την ταχύτητα του φωτός, περνώντας μέσα από μια σκουληκότρυπα θα μπορούσε να φτάσει στην άκρη του γαλαξία και να γυρίσει πίσω μέσα σε μια μέρα. Στην περίπτωση αυτή η συντόμευση δεν προκύπτει από αύξηση της ταχύτητας, αλλά από εξαιρετικά μεγάλη μείωση της απόστασης, καθώς μέσα από τη σήραγγα επιλέγεται ένα χωροχρονικό μονοπάτι που βραχυκυκλώνει σε απίστευτο βαθμό την κανονική διαδρομή και με την ίδια ταχύτητα οδηγεί στον ίδιο προορισμό σε ελάχιστο χρόνο. Ως μηχανικό ανάλογο μιας τέτοιας «σκουληκότρυπας» θα μπορούσε να φανταστεί κανείς ένα τούνελ που διαπερνάει τη βάση ενός βουνού και που, αν το χρησιμοποιήσει ένας ταξιδιώτης για να περάσει απέναντι, κερδίζει πολύ χρόνο ταξιδιού σε σύγκριση με μια διαδρομή που θα ανηφόριζε στην κορυφή και μετά θα κατηφόριζε στην απέναντι υπώρεια.

Ένα παρόμοιο θεωρητικό δίπολο μαύρης / άσπρης τρύπας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί (αν πράγματι μπορεί να έχει πρακτική εφαρμογή) για διαπλανητικά ταξίδια σε ελάχιστο χρόνο. Αν υποθέσουμε ότι θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε συνθήκες μαύρης τρύπας σε ορισμένο σημείο στην επιφάνεια της γης που θα ήταν η θεωρητική αφετηρία του ταξιδιού μας, θα ήταν πιθανό να σχηματίσουμε το δίπολο, συνδέοντας αυτή τη μαύρη τρύπα με μια άσπρη τρύπα, με όμοιο τρόπο δημιουργημένη μέσα σε ένα διαστημόπλοιο που, κινούμενο μέσα στο χώρο, ως ακροφύσιο του διπόλου θα επιμήκυνε το «λαιμό» της σκουληκότρυπας, και θα μας έβγαζε σε ελάχιστο χρόνο στο σημείο του υποθετικού προορισμού μας. Η ταχύτητα του διαστημοπλοίου στην περίπτωση αυτή δεν θα έπρεπε υποχρεωτικά να είναι πολύ μεγάλη και ενδεχομένως θα αρκούσε και μία ταχύτητα επιτεύξιμη με τα σημερινά τεχνικά μέσα.

Το ίδιο δίπολο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και για ταξίδια μέσα στο χρόνο. Στην περίπτωση αυτή η άκρη της σήραγγας με την άσπρη τρύπα, που βρίσκεται μέσα στο διαστημόπλοιο, πρέπει να κινηθεί μέσα στο διάστημα με ισχυρή επιτάχυνση μέχρι να φτάσει μια ταχύτητα όσο γίνεται πλησιέστερη στην ταχύτητα του φωτός, ενώ η άλλη άκρη της σήραγγας, με τη μαύρη τρύπα, θα έχει παραμείνει ακίνητη στη γη. Όταν το διαστημόπλοιο επιστρέψει στο σημείο αναχώρησης, το φαινόμενο της διαστολής του χρόνου, που προβλέπεται από τη θεωρία της σχετικότητας θα έχει προκαλέσει την πάροδο λιγότερου χρόνου για το άκρο που επιταχύνθηκε σε σχέση με το ακίνητο άκρο. Αυτό σημαίνει ότι ένας παρατηρητής που θα έμπαινε από το επιταχυνόμενο άκρο θα έβγαινε από το ακίνητο άκρο όταν το ακίνητο άκρο θα είχε ηλικία όση είχε το επιταχυνόμενο άκρο κατά τη στιγμή της εισόδου. Αν, για παράδειγμα, πριν από την είσοδο στη σήραγγα, ο παρατηρητής σημείωνε ότι το ρολόι στο επιταχυνόμενο άκρο έδειχνε 2007, ενώ το ρολόι στο σταθερό άκρο έδειχνε 2012, τότε ο παρατηρητής θα έβγαινε από το σταθερό άκρο όταν το ρολόι του θα έδειχνε 2007. Αυτό για τους εξωτερικούς παρατηρητές θα ήταν ένα ταξίδι στο παρελθόν, στην πραγματικότητα όμως πρέπει να θεωρείται περισσότερο ένα συντομευμένο μονοπάτι μέσα στο χρόνο, που δεν θα ήταν ποτέ δυνατό να φτάσει σε χρονικό σημείο προγενέστερο της κατασκευής της χρονομηχανής που το προκάλεσε, πράγμα που εξηγεί γιατί δεν έχουν υπάρξει μέχρι σήμερα επισκέπτες από το μέλλον. .

Από την άλλη μεριά ταξίδι στο μέλλον, σύμφωνα πάντα με τη θεωρία της σχετικότητας, θα ήταν δυνατό αν ένα διαστημόπλοιο ταξίδευε στο διάστημα με ταχύτητα πολύ κοντινή με την ταχύτητα του φωτός, που θα έδινε τη δυνατότητα ενός χρόνου με βραδύτερο ρυθμό από τον χρόνο στη Γη, οπότε ο χρονοναύτης επιστρέφοντας θα έβρισκε τους φίλους του σε μελλοντική εποχή, πολύ πιο γερασμένους απ’ αυτόν. Γενικότερα ταξίδια στο χρόνο, σε θεωρητικό επίπεδο είναι δυνατά μόνο σε περιοχές όπου ο χωροχρόνος εμφανίζει βρόχους ανακυκλώσεων, δηλαδή κλειστά μονοπάτια που επιστρέφουν επανειλημμένα στο σημείο εκκίνησης, εξαιτίας έντονων παραμορφώσεων της χωροχρονικής δυναμικής, πράγμα που συμβαίνει, όπως έχει επαληθευτεί πειραματικά στο μικρόκοσμο των σωματιδίων.

Από τη διαπίστωση όμως αυτή μέχρι το σημείο να μπορεί να συμπεράνει κανείς ότι το ίδιο μπορεί να συμβαίνει και στο μακρόκοσμο των ανθρώπων, η απόσταση είναι μεγάλη και δυσχεραίνεται όχι μόνο από το γεγονός ότι δίπολα μαύρης / άσπρης τρύπας δεν έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα στο σύμπαν, αλλά και από το ότι η χρήση της θεωρητικής αυτής δυνατότητας για τέτοιους σκοπούς φαντάζει ασύλληπτη για τα σημερινά δεδομένα της ανθρώπινης τεχνολογίας. Είναι επομένως αρκετά επιπόλαιο, για τους λάτρεις των περιπετειών επιστημονικής φαντασίας, να σπεύδουν να επικαλούνται τέτοιου είδους τεχνικές λύσεις για να καταστήσουν αληθοφανές το ενδεχόμενο επίσκεψης εξωγήινων όντων ή ανθρώπων από το μέλλον στη Γη.

13. Σύντομη Ιστορία του Οντοχωροχρόνου

Ο όρος Μεγάλη Έκρηξη αναφέρεται στην ιδέα ότι το σύμπαν αναπτύχθηκε από μια αρχέγονη θερμή και πυκνή κατάσταση σε ορισμένη χρονική στιγμή του παρελθόντος (και συγκεκριμένα πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει να διαστέλλεται μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με τις επικρατέστερες υποθέσεις το αρχικό σύμπαν ήταν γεμάτο, ομοιογενώς και ισότροπα, με τρομακτικά μεγάλη πυκνότητα υλοενέργειας σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις και η εκτόνωση που ακολούθησε, συνοδευόμενη από ψύξη, ήταν πολύ γρήγορη. Η εξέλιξη που σημειώθηκε από τότε μπορεί σε γενικές γραμμές να διαιρεθεί σε τρεις φάσεις: το απώτατο σύμπαν (από 0 μέχρι 10^-12 δευτερόλεπτα), το πρώιμο σύμπαν (από 10^-12 δευτερόλεπτα μέχρι 150 εκατομμύρια χρόνια) και το δομημένο σύμπαν (από 150 εκατομμύρια χρόνια μέχρι σήμερα).

Η φάση του απώτατου σύμπαντος άρχισε με την εποχή του Πλανκ (μέχρι 10^-43 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη) κατά την οποία οι 4 θεμελιώδεις δυνάμεις είχαν ίδια ισχύ με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ενοποιημένες σε μία θεμελιώδη δύναμη, εξαιτίας της οποίας άρχισε, με ρυθμό αυξανόμενο εκθετικά, η κοσμική διόγκωση. Κατά την εποχή της μεγάλης ενοποίησης που ακολούθησε (από 10^-43 μέχρι 10^-36 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη) η βαρυτική δύναμη άρχισε να ξεχωρίζει από τις υπόλοιπες 3 θεμελιώδεις δυνάμεις. Η ενοποιημένη εμφάνιση των τριών αυτών δυνάμεων (της ασθενούς και της ισχυρής πυρηνικής και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης) σημαίνει ότι τα μόνα σωματίδια που θα μπορούσαν να υπάρχουν κατά την περίοδο αυτή είναι τα υποθετικά μποζόνια Higgs, με μηδενικό φορτίο και ιδιοστροφορμή και μάζα 112.000 MeV.

Κατά τη διάρκεια της εποχής της ηλεκτρασθενότητας (από 10^–36 μέχρι 10^–12 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη) η θερμοκρασία ήταν αρκετά χαμηλή ώστε η ισχυρή πυρηνική δύναμη (γλοιότητα) να ξεχωρίσει από την ηλεκτρασθενή (όνομα που δίνεται στο συνδυασμό της ασθενούς πυρηνικής και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης) παράγοντας μαγνητικά μονόπολα. Η εποχή αυτή διακρίνεται σε δύο υποπεριόδους. Κατά την πρώτη υποπερίοδο που ονομάζεται διογκωτική (από 10^-36 μέχρι 10^-32 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη) ο ρυθμός της κοσμικής διόγκωσης ήταν εκρηκτικός. Από το 10^-32 δευτερόλεπτο μετά την έκρηξη, άρχισε η υποπερίοδος της αναθέρμανσης κατά την οποία ο ρυθμός διόγκωσης άρχισε να ελαττώνεται, αλλά οι αλληλεπιδράσεις των σωματίων ήταν ακόμη αρκετά ισχυρές, ώστε από τα μποζόνια Higgs να δημιουργηθούν και να συνυπάρχουν ασθενόνια W και Z. Ταυτόχρονα η δυναμική ενέργεια του πεδίου δυνάμεων αποσυντέθηκε σε ένα πλάσμα από σωματίδια μέσα στο οποίο άρχισαν να σχηματίζονται γλοιόνια, κουάρκ, ηλεκτρόνια και νετρίνο, ενώ τα μαγνητικά μονόπολα άρχισαν να εξαφανίζονται. Η θερμοκρασία ήταν αρκετά υψηλή ώστε οι τυχαίες κινήσεις των σωματιδίων να είναι γρήγορες με αποτέλεσμα να συμβαίνουν συνεχώς συγκρούσεις σωματιδίων και αντισωματιδίων όλων των ειδών, τα οποία αλληλοκαταστρέφονταν ταυτόχρονα με τη δημιουργία τους. Σε κάποια χρονική στιγμή μία αντίδραση που ονομάστηκε βαρυογένεση παραβίασε τη συμμετρία του αριθμού των βαρυονίων, οδηγώντας σε ένα μικρό πλεόνασμα των κουάρκ και των λεπτονίων έναντι των αντικουάρκ και των αντιλεπτονίων (της τάξεως του ενός μέρους στα 30 εκατομμύρια). Αυτό κατέληξε στην υπεροχή της ύλης σε σχέση με την αντιύλη στο σημερινό σύμπαν.

Η φάση του πρώιμου σύμπαντος που ακολούθησε άρχισε με την εποχή των κουάρκ (από 10^-12 μέχρι 10^-6 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη) κατά την οποία αρχικά διαλύθηκε η υπερσυμμετρία, οπότε οι μάζες των σωματιδίων και των υπερεταίρων τους έπαυσαν να είναι ίσες (γεγονός που εξηγεί γιατί δεν έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα κανένας υπερεταίρος γνωστού σωματιδίου) και στη συνέχεια διαλύθηκε και η ηλεκτρασθενής συμμετρία, οπότε οι 4 θεμελιώδεις συμπαντικές δυνάμεις (βαρυτική, ηλεκτρομαγνητική, ισχυρή και ασθενής πυρηνική) απέκτησαν τη σημερινή μορφή τους, αλλά η θερμοκρασία του σύμπαντος ήταν ακόμη αρκετά υψηλή ώστε να επιτρέπει το σχηματισμό αδρονίων με συνένωση των κουάρκ.

Κατά την αμέσως επόμενη εποχή των αδρονίων (από 10^-6 μέχρι 1 δευτερόλεπτο μετά την έκρηξη) το πλάσμα γλοιονίων – κουάρκ που αποτελούσε το σύμπαν, είχε ήδη ψυχθεί σε βαθμό που επέτρεψε τη δημιουργία αδρονίων, περιλαμβανομένων και βαρυονίων, όπως πρωτόνια και νετρόνια. Η μικρή υπεροχή των κουάρκ έναντι των αντικουάρκ οδήγησε σε μια αντίστοιχη υπεροχή των βαρυονίων έναντι των αντιβαρυονίων. Η θερμοκρασία δεν ήταν πια αρκετά υψηλή για τη δημιουργία ζευγών πρωτονίων – αντιπρωτονίων και νετρονίων – αντινετρονίων και έτσι ακολούθησε μια φάση αφανισμού μάζας που άφησε μόνο το 1/1000 των αρχικών πρωτονίων και νετρονίων και κανένα από τα αντισωματίδιά τους. Μια παρόμοια διαδικασία συνέβη 1 δευτερόλεπτο μετά την έκρηξη για τα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια. Μετά τους αφανισμούς αυτούς η πυκνότητα υλοενέργειας του σύμπαντος εξουσιαζόταν από φωτόνια και σε μικρότερο βαθμό από νετρίνο τα οποία αποσυνδέθηκαν και κυκλοφορούσαν ελεύθερα στο χώρο.

Κατά την εποχή των λεπτονίων (από 1 δευτερόλεπτο μέχρι 3 λεπτά μετά την έκρηξη) αρχικά η πλειονότητα των αδρονίων και αντιαδρονίων αλληλοεξουδετερωνόταν, αφήνοντας τα λεπτόνια και αντιλεπτόνια να κυριαρχούν στη μάζα του σύμπαντος. Περίπου 3 δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη η θερμοκρασία του σύμπαντος είχε πέσει σε σημείο που δεν μπορούσαν πλέον να δημιουργηθούν νέα ζεύγη λεπτονίων και αντιλεπτονίων και τα περισσότερα απ’ αυτά εξουδετερωνόταν σε αντιδράσεις εξαύλωσης, αφήνοντας μόνο ένα μικρό υπόλοιπο λεπτονίων.

Κατά την εποχή των φωτονίων (από 3 λεπτά μέχρι 380.000 χρόνια μετά την έκρηξη) η θερμοκρασία ήταν ένα δισεκατομμύριο βαθμοί Κέλβιν και η πυκνότητα ίση με του αέρα και το σύμπαν εξουσιαζόταν από φωτόνια, που (επί 300.000 χρόνια) αλληλεπιδρούσαν συχνά με φορτισμένα πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Από κάποια στιγμή και μετά, τα πρωτόνια και νετρόνια άρχισαν να συμπλέκονται σχηματίζοντας με πυρηνική σύντηξη πυρήνες δευτερίου και ηλίου, σε μία διαδικασία που ονομάστηκε πυρηνοσύνθεση (από 3 μέχρι 20 λεπτά μετά την έκρηξη), κατά την οποία πολλά πρωτόνια παρέμειναν ασυνδύαστα σαν πυρήνες υδρογόνου. Η πυρηνοσύνθεση διάρκεσε μόνο 17 λεπτά και μετά η θερμοκρασία και η πυκνότητα του σύμπαντος έπεσε σε σημείο που δεν ήταν πλέον δυνατή η πυρηνική σύντηξη. Τη στιγμή εκείνη υπήρχε 3 φορές περισσότερο υδρογόνο παρά ήλιο και μόνο ίχνη άλλων πυρήνων. Κατά την υποπερίοδο της κυριαρχίας της μάζας (από 20 λεπτά μέχρι 70.000 χρόνια μετά την έκρηξη) οι πυκνότητες μάζας από πυρήνες ατόμων και ακτινοβολίας από φωτόνια ήταν ίσες, ενώ είχε ήδη αρχίσει ο ανταγωνισμός ανάμεσα στη βαρυτική έλξη και την πίεση λόγω θερμικής ενέργειας. Κατά την υποπερίοδο του ανασυνδυασμού (240.000 μέχρι 310.000 χρόνια μετά την έκρηξη) άρχισαν να σχηματίζονται άτομα υδρογόνου και ηλίου και η πυκνότητα του σύμπαντος άρχισε να μειώνεται. Αρχικά τα άτομα αυτά ήταν ιονισμένα, χωρίς ηλεκτρόνια συσχετισμένα με τους πυρήνες και επομένως ηλεκτρικά φορτισμένα. Όσο όμως το σύμπαν συνέχισε να ψύχεται τα ηλεκτρόνια συλλαμβάνονταν από τους πυρήνες και ο ιονισμός εξουδετερωνόταν. Στο τέλος της υποπεριόδου του ανασυνδυασμού τα περισσότερα άτομα ήταν ουδέτερα, η υπόλοιπη πυκνότητα της υλοενέργειας άρχισε να υπερέχει της ακτινοβολίας των φωτονίων και έτσι η ακτινοβολία αποσυνδέθηκε από τη μάζα και συνέχισε αδέσμευτη την πορεία της στο χώρο, κάνοντας το σύμπαν διαφανές. Τα φωτόνια αυτά είναι αισθητά σήμερα με τη μορφή της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας, που ουσιαστικά αποτελεί την εικόνα του σύμπαντος όπως ήταν την εποχή εκείνη. Πριν όμως από την αποσύνδεση, σε εποχή που ονομάστηκε σκοτεινή περίοδος, τα περισσότερα φωτόνια αλληλεπιδρούσαν με ηλεκτρόνια και πρωτόνια μέσα στο ρευστό των φωτονίων και βαρυονίων. Αυτό προκάλεσε μια «θαμπή» και «ομιχλώδη» ακτινοβολία που δεν μπορεί να παρατηρηθεί με τα τηλεσκόπια.

Το δομημένο σύμπαν άρχισε να σχηματίζεται 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και συνεχίζεται μέχρι σήμερα (13,7 δισεκατομμύρια χρόνια μετά την έκρηξη). Για μεγάλο χρονικό διάστημα οι ελαφρά πυκνότερες περιοχές της σχεδόν ομοιόμορφα κατανεμημένης ύλης του σύμπαντος ασκούσαν ελκτική βαρυτική επίδραση στις γειτονικές της μάζες και έτσι σταδιακά γίνονταν όλο και πυκνότερες, σχηματίζοντας νέφη αερίων, αστέρες, γαλαξίες και άλλα αστρονομικά σχήματα που είναι σήμερα γνωστά. Κατά την περίοδο επανιονισμού (150 εκατομμύρια μέχρι 1 δισεκατομμύρια χρόνια μετά την έκρηξη), το σύμπαν απαρτιζόταν από πλάσμα, από το οποίο σχηματίστηκαν οι πρώτες δομές, τα κβαζάρ, που βρίσκονται στο κέντρο της σημερινής μορφής των γαλαξιών, ενώ αρχικά ήταν τα ίδια φωτεινοί ενεργοί γαλαξίες, και των οποίων η έντονη ακτινοβολία προκάλεσε επανιονισμό του περιβάλλοντος σύμπαντος.

Ο σχηματισμός της δομής φαίνεται πως προχώρησε ιεραρχικά με διαμόρφωση πρώτα των μικρότερων και μετά των μεγαλύτερων συστημάτων, αλλά υπάρχουν βάσιμες ενδείξεις ότι η μορφή του σύμπαντος δεν έχει ολοκληρωθεί, αφού ο σχηματισμός νέων γαλαξιών συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας.. Ο πρώτος αστέρας σχηματίστηκε 155 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Από τότε αστέρες δημιουργούνται συνεχώς στον ενδιάμεσο χώρο των γαλαξιών με μια διαδικασία κατά την οποία μικρά πυκνά μέρη μοριακών νεφών καταρρέουν σε μεγάλα, κρύα μοριακά νέφη αέριου υδρογόνου. Αρχικά σχηματίζεται ένας πρωταστέρας που είναι θερμός και λαμπρός, εξαιτίας της ενέργειας που παράγεται από τη βαρυτική συστολή. Στη συνέχεια το κέντρο του πρωταστέρα γίνεται αρκετά θερμό ώστε να προκαλεί συντήξεις των ατόμων υδρογόνου σε ήλιο, οπότε αρχίζει η κυρίως ζωή του αστέρα. Μετά το σχηματισμό των αστέρων, μέσα στη μάζα τους αρχίζει μια διαδικασία μετατροπής των ελαφρών στοιχείων (υδρογόνο, ήλιο και λίθιο), που σχηματίστηκαν με τη Μεγάλη Έκρηξη, σε βαρύτερα. Οι γαλαξίες σχηματίζονται από την κατάρρευση μεγάλων όγκων μάζας ενώ η βαρυτική έλξη μεταξύ τους σχηματίζει ομάδες, συμπλέγματα και υπερσυμπλέγματα γαλαξιών που είναι οι μεγαλύτερες γνωστές δομές του σύμπαντος, καθώς η σημερινή επιταχυνόμενη διαστολή του, όπως φαίνεται, εμποδίζει την ανάπτυξη νέων μαζικότερων και πολυπλοκότερων δομών

14. Το Μέλλον του Οντοχωροχρόνου

Αν η ιδέα ότι το σύμπαν άρχισε με τη Μεγάλη Έκρηξη είναι ορθή, όπως είναι γενικά αποδεκτό, η τελική μοίρα του εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες της περιεχόμενης υλοενέργειας, τη μέση πυκνότητα και το ρυθμό διαστολής. Ιδιαίτερη σημασία για την πρόβλεψη του μέλλοντός του έχει το σχήμα του σύμπαντος, που εξαρτάται από την πυκνότητα της μάζας του. Αν η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη από κάποια κρίσιμη τιμή, το σύμπαν έχει κλειστό σχήμα, όμοιο με σφαίρα και η γεωμετρία του είναι ελλειψοειδής χωρίς παράλληλες γραμμές. Αν η πυκνότητα είναι μικρότερη από την κρίσιμη τιμή, το σύμπαν έχει ανοικτό σχήμα, όμοιο με σαμάρι και η γεωμετρία του είναι υπερβολοειδής, που σημαίνει ότι οι γραμμές που δεν τέμνονται δεν είναι ποτέ ισαπέχουσες, αλλά έχουν ένα σημείο ελάχιστης απόστασης μεταξύ τους. Τέλος αν η πυκνότητα είναι ίση με την κρίσιμη τιμή, το σύμπαν είναι επίπεδο με ευκλείδεια γεωμετρία, όπου οι παράλληλες γραμμές ισαπέχουν σε όλο το μήκος τους.

Ακόμη και χωρίς την παρουσία σκοτεινής ενέργειας, το ανοικτό και το επίπεδο σύμπαν, εφόσον άρχισαν με τη μεγάλη έκρηξη, θα διαστέλλονται συνεχώς, ενώ το ίδιο ισχύει και για το κλειστό σύμπαν αν ληφθεί υπόψη η επιταχυντική επίδραση της σκοτεινής ενέργειας. Η μόνη περίπτωση που το σύμπαν μπορεί να παύσει να διαστέλλεται είναι το κλειστό σύμπαν αν δεν ληφθεί υπόψη η επίδραση της σκοτεινής ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή κάποια στιγμή η βαρύτητα θα διακόψει την επέκταση και μετά από αυτό το σύμπαν θα αρχίσει να συστέλλεται μέχρι να συρρικνωθεί σε ένα νέο κοσμικό αυγό, οπότε θα προκληθεί νέα μεγάλη έκρηξη. Σε αντιστοιχία με τα προαναφερόμενα οι θεωρίες για την πιθανή τελική τύχη του σύμπαντος είναι δύο, η μεγάλη ψύξη (για διαρκώς διαστελλόμενο σύμπαν) και η μεγάλη αναπήδηση (για παλλόμενο σύμπαν).

Σύμφωνα με μία εκδοχή της θεωρίας της Μεγάλης Ψύξης, που είναι η επικρατέστερη και ισχύει για την περίπτωση του διαρκώς διαστελλόμενου σύμπαντος που έχει εφαρμογή σε όλα τα πιθανά σχήματα του σύμπαντος, εκτός από το κλειστό χωρίς σκοτεινή ενέργεια, η επέκταση του σύμπαντος θα επιβραδυνθεί αλλά δεν θα διακοπεί ποτέ. Σε περίπου 100 τρισεκατομμύρια (10¹⁴) χρόνια από σήμερα, ο σχηματισμός αστέρων θα σταματήσει, καθώς θα έχει εξαντληθεί όλο το αέριο του διαστρικού χώρου σε όλους τους γαλαξίες. Τα υπάρχοντα αστέρια θα εξαντλήσουν τα καύσιμά τους και θα γίνουν, ανάλογα με το μέγεθός τους, λευκοί νάνοι, άστρα νετρονίων ή μαύρες τρύπες. Σταδιακά (σε περίπου 10²⁰ χρόνια) οι συγκρούσεις μεταξύ τους θα προκαλέσουν συσσώρευση της μάζας σε όλο και μεγαλύτερες μαύρες τρύπες και η μέση θερμοκρασία θα μειωθεί ασυμπτωτικά στο απόλυτο μηδέν (κατάσταση που ονομάζεται μεγάλη ψύξη). Επιπλέον, σε ακόμη μεγαλύτερη χρονική περίοδο, η βαρυονική ύλη θα εξαφανιστεί, καθώς η αποσύνθεση των πρωτονίων (σε 10³² μέχρι 10⁴⁰ χρόνια από σήμερα) θα μετατρέψει τη διαστρική ύλη και τα υπολείμματα των άστρων σε λεπτόνια (όπως ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια) και φωτόνια, ενώ και τα λεπτόνια θα αλληλοεξουδετερωθούν αφήνοντας μόνο ακτινοβολία και μαύρες τρύπες, οι οποίες σύντομα (σε 10⁴⁰ μέχρι 10¹⁰⁰ χρόνια από σήμερα) θα εξαερωθούν εκπέμποντας ακτινοβολία. Στο σημείο αυτό (μετά τα 10¹⁰⁰ χρόνια από σήμερα) το σύμπαν θα αποτελείται από ένα λουτρό σωματιδίων και ακτινοβολίας (ηλεκτρονίων, ποζιτρονίων, νετρίνο και φωτονίων) χαμηλής ενέργειας, κατά την οποία τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια θα αλληλοεξουδετερώνονται σταδιακά με τυχαίες συγκρούσεις και το σύμπαν θα φτάσει σε μια κατάσταση ελάχιστης ενέργειας, όπου πια η εντροπία του (που εκφράζει τη δυνατότητα παραγωγής μηχανικού έργου) θα έχει αυξηθεί σε σημείο που δεν θα είναι πλέον δυνατή η εξαγωγή καμίας οργανωμένης μορφής ενέργειας (κατάσταση που ονομάζεται θερμικός θάνατος).

Πριν γίνουν γνωστές οι παρατηρήσεις που οδήγησαν στη θεωρία της σκοτεινής ενέργειας, επικρατούσε η άποψη ότι το σύμπαν είναι κλειστό (με πυκνότητα μάζας μεγαλύτερη από την κρίσιμη τιμή), οπότε πιστευόταν ότι είναι πιθανό το σύμπαν να συνεχίσει τη διαστολή του με σταθερό ρυθμό, μέχρι κάποιο μέγιστο μέγεθος, μετά από το οποίο (σε 100 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα) θα μπορούσε να συμβεί αντιστροφή της κίνησης (φαινόμενο που ονομάστηκε Μεγάλη Αναπήδηση) και το σύμπαν θα άρχιζε να συστέλλεται οδεύοντας σε μία κατάσταση ολοένα και πιο πυκνή και θερμή που θα κατέληγε σε ένα νέο κοσμικό αυγό (φαινόμενο που ονομάστηκε Μεγάλη Σύνθλιψη), με τελικό αποτέλεσμα μια νέα Μεγάλη Έκρηξη. Η άποψη αυτή προβαλλόταν σε συνδυασμό με τη Θεωρία του Παλλόμενου Σύμπαντος, σύμφωνα με την οποία το σύμπαν διέρχεται αλλεπάλληλους κύκλους συστολής – έκρηξης – διαστολής, που συνέβησαν πολλές φορές στο παρελθόν και θα συμβαίνουν πάντα στο μέλλον.

Μετά τη διαπίστωση ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται και το συνακόλουθο συμπέρασμα ότι η διακοπή της είναι μαθηματικά ελάχιστα πιθανή, το ενδεχόμενο να είναι ορθή η θεωρία της Μεγάλης Αναπήδησης έχει μειωθεί σημαντικά. Αλλά και η περισσότερο προτιμούμενη θεωρία της Μεγάλης Ψύξης παρουσιάζει σοβαρά κενά, καθώς δεν εξηγεί ούτε τι συνέβαινε πριν από τη μεγάλη έκρηξη αλλά ούτε και τι θα συμβεί μετά το θερμικό θάνατο. Το ενδεχόμενο να συμβούν γεγονότα που θα υποκινήσουν την επαναδραστηριοποίηση της αδρανούς και χωρίς μάζα ενεργειακής κατάστασης στην οποία θα βρίσκεται το σύμπαν στις χρονικές αυτές περιόδους, πρέπει να πιθανολογείται βάσιμο, αφού σε αντίθετη περίπτωση δεν θα είναι δυνατό να εξηγηθεί πειστικά πώς δημιουργήθηκε η μεγάλη συσσώρευση υλοενέργειας κατά τη μεγάλη έκρηξη.

Αν όμως ισχύει η θεωρία του πολλαπλού σύμπαντος, αν δηλαδή το σύμπαν αποτελείται από άπειρο αριθμό μη παρατηρήσιμων τμημάτων όμοιων με το δικό μας (του οποίου η απόσταση από άκρο σε άκρο είναι 80 δισεκατομμύρια έτη φωτός), τότε το δικό μας «ορατό σύμπαν» είναι, μέσα στο σύνολο του πολυσύμπαντος, τόσο ασήμαντο όσο ασήμαντος είναι ο Γαλαξίας μας μέσα στο ορατό σύμπαν και όσο ασήμαντος είναι ο Ήλιος μας μέσα στον Γαλαξία. Τα άπειρα μέρη του πολυσύμπαντος μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετική εξελικτική φάση το καθένα σε σχέση με τα υπόλοιπα, μπορεί δηλαδή τη στιγμή που σε κάποιο συμβαίνει Μεγάλη Έκρηξη σε κάποιο άλλο να συμβαίνει Μεγάλη Σύνθλιψη, σε μια συνεχή αλληλουχία αφανισμών και αναγεννήσεων που δεν έχει ούτε αρχή ούτε τέλος. Αν μάλιστα σε ένα τέτοιο πολυσύμπαν ο αριθμός των επιμέρους ιστοριών είναι πεπερασμένος, όπως προβλέπεται από την κβαντομηχανική, τότε κάθε πιθανή ιστορία είναι ενδεχόμενο να συμβαίνει σε πολλά μέρη, ταυτόχρονα ή σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Στην περίπτωση αυτή ο πολιτισμός μας είναι κάθε άλλο παρά μοναδικός, αφού στην απέραντη έκταση του πολυκόσμου ενδέχεται να υπάρχουν πολλοί πολιτισμοί όμοιοι με αυτόν.

Η ιδέα του άπειρου πολυσύμπαντος μπορεί να αποδειχτεί ότι είναι τελικά κατ’ αρχήν μη αποδείξιμη, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να καταλήξει στο μέλλον να γίνεται αποδεκτή μόνο ως γοητευτικό, αλλά και αυτοφανές, οντολογικό αξίωμα, εξίσου ανθρώπινα κατανοητό και θεμελιώδες με αυτό που δέχεται ότι, πέρα από την ατομική μας συνείδηση, υπάρχει εξωτερικός κόσμος (αίτημα που και αυτό δεν είναι δυνατό να αποδειχτεί),

15. Εσχατολογική Εξέταση της Φύσης

Σε γενικές γραμμές θα μπορούσε να πει κανείς ότι τα χαρακτηριστικά του γνωστού παρατηρήσιμου σύμπαντος συμβαίνει να είναι συμβατά με την ανάπτυξη ευφυούς ζωής, με ένα τρόπο που μπορεί να θεωρηθεί απλός. Η κατανομή μάζας και ενέργειας είναι αξιοσημείωτα ομοιόμορφη. Η ιεραρχία των σύμπλοκων δομών, από τα συμπλέγματα γαλαξιών μέχρι τα υποατομικά σωματίδια, μπορεί να περιγραφτεί με όρους που αναφέρονται σε λίγες δεκάδες στοιχειωδών συστατικών και σε μικρό αριθμό δυνάμεων, συσχετισμένων με απλές συμμετρίες. Εντούτοις η μέχρι σήμερα αποτυχία στη διατύπωση μιας ενοποιημένης θεωρίας του σύμπαντος, ακόμη και από τα πιο εξελιγμένα στοχαστικά συστήματα, όπως η θεωρία των υπερχορδών, αφήνει περιθώρια για ανθρωπομορφικές ερμηνείες, που ενέχουν τον κίνδυνο της αυθαιρεσίας.

Αν όμως αναζητήσουμε απαντήσεις όχι μόνο για τη δομή και της ιδιότητες της φύσης, αλλά και για την προέλευση των νόμων που τις καθορίζουν, αν δηλαδή αναρωτηθούμε για την ισχύ της αιτιότητας όχι απλώς στη λειτουργία, αλλά στην ίδια τη δημιουργία των νόμων, ίσως καταλήξουμε να αναζητάμε την ευφυία μέσα στο σύμπαν, ως αποτέλεσμα μιας υπερκείμενης εξελικτικής διαδικασίας, όχι πλέον της βιόσφαιρας αλλά των ίδιων των «συμπάντων» ως μέρους του πολυσύμπαντος. Κάθε «σύμπαν» που παράγεται είναι τότε «γενετικά» εξελιγμένο προϊόν άλλων συμπάντων που προϋπήρξαν. Στην περίπτωση αυτή κάποιο σύμπαν που μπορεί να προέκυψε από επιλογή με σκοπό να δημιουργεί ευφυίες, όπως οι ανθρώπινες, θα είναι πιθανό (ίσως στα πλαίσια κάποιων πειραμάτων φυσικής υψηλής ενέργειας, όπου ο χωροχρόνος θα μπορεί να παραμορφώνεται σε βαθμό που θα μπορεί να παράγει νέους χωροχρόνους) να δημιουργεί πλέον το ίδιο άλλα σύμπαντα, που θα έχουν ευφυία με ελαφριά «γενετική» παραλλαγή, από την οποία μπορεί να έχει προκύψει η δυνατότητα δημιουργίας και εξέλιξης των φυσικών νόμων. Αν μια τέτοιου είδους συμπαντική εξελικτική διαδικασία πράγματι υπάρχει, τότε η ανθρώπινη ευφυία είναι το σκόπιμο «γενετικό» αποτέλεσμα μιας αντανακλαστικής αλληλεπίδρασης ευφυϊών που προϋπήρξαν σε άλλα ευφυή σύμπαντα, τα οποία σκόπιμα επέλεξαν να δημιουργήσουν μια συντηρήσιμη τάξη πραγμάτων, με τη μορφή υποστηρίξιμων φυσικών νόμων που και εκείνοι εξελίσσονται.

Μια άλλη εκδοχή της ίδιας σκέψης είναι το ενδεχόμενο κάθε σύμπαν που παράγεται να είναι αναθεωρημένη έκδοση του προηγούμενου σε ένα ατέλειωτο πλήθος παραλλαγών, χωρίς τελική κατάληξη. Κάθε σχέδιο έκδοσης που προκύπτει μ’ αυτό το τρόπο, έχει τον δικό του χωροχρόνο που δημιουργεί μια ξεχωριστή «φέτα» πραγματικότητας με αυστηρά καθορισμένη αιτιοκρατία. Η μεταβολή του περιεχομένου οποιασδήποτε χρονικής στιγμής σε κάποια έκδοση μπορεί στην περίπτωση αυτή να αποτελεί την αφορμή για μια ντετερμινιστική αναθεώρηση όλης της συμπαντικής ιστορίας στην επόμενη έκδοση, με ένα τρόπο που γεμίζει όλες τις χρονικές στιγμές προς όλες τις κατευθύνσεις του χωροχρόνου. Και βέβαια το μείζον θέμα σε μια τέτοια εκδοχή είναι ποιος και γιατί, σε μεταφυσικό επίπεδο, ορίζει ποια είναι η απαιτούμενη μεταβολή από την οποία προκύπτει η ανάγκη της αναθεώρησης.

Από την ανθρωπομορφική οπτική πλευρά, σε πρώτη εντύπωση όλα αυτά είναι αρκετά περίπλοκα και δυσερμήνευτα σε βαθμό που μπορεί να προκαλέσει αρκετή σκοτούρα και πονοκέφαλο σε ένα απλό νοικοκύρη, που θα του αρκούσε να αναγνωρίζει στην ύλη το ξύλο με το οποίο κατασκευάζει τα έπιπλα του σπιτιού του (από αυτό άλλωστε έχει προκύψει η λέξη «ύλη») και θα προτιμούσε να σκέπτεται ότι (οτιδήποτε κι αν συμβαίνει στο σύμπαν) όλα γίνονται σύμφωνα με την τάξη που όρισε ο «θεός» και με την ιδέα αυτή να κοιμάται τα βράδια χωρίς εφιάλτες.

Όμως αυτό που συνέβη στο σύμπαν μετά τη μεγάλη έκρηξη και συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας είναι κοσμογονικά συναρπαστικό και συντελειακά εφιαλτικό σε βαθμό που πράγματι δεν άφησε αδιάφορους τους ανθρώπους. Οι αφηγήσεις π.χ. των αρχαίων Ελλήνων για την Τιτανομαχία και τη Γιγαντομαχία, αν αποκωδικοποιήσει κανείς την έννοια των προσωποποιημένων παραστάσεων, μπορούν να θεωρηθούν μακρινή εναίσθηση της αληθινής τιτανομαχίας, μιας ακατάπαυστης διαπάλης (της «φιλότητας» και του «νείκους», όπως θα έλεγε ο Εμπεδοκλής), που εξελίχθηκε κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών μεταξύ ποικιλώνυμων στοιχείων της φύσης, από τα πρώτα μαγνητικά δίπολα, τα κουάρκ και τα αντικουάρκ, τα λεπτόνια και αντιλεπτόνια, τα βαρυόνια και αντιβαρυόνια, τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια μέχρι τον ανταγωνισμό της βαρυτικής έλξης και της θερμικής πίεσης ή της ύλης και της ακτινοβολίας.

Κατά τρόπο όμως εξίσου θαυμαστό οι σύγχρονες αντιλήψεις αφήνουν να εννοηθεί ότι κατά κάποιο τρόπο κανένας από τους αρχαίους Έλληνες στοχαστές δεν είχε εντελώς άδικο. Η πλήρης αποδοχή της άποψης ότι η ύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια δικαιώνει ασφαλώς απόλυτα τον Λεύκιππο και τον Δημόκριτο, αλλά η συνταύτιση της ύλης με κάτι τόσο «άυλο» όσο η ενέργεια και των σωματιδίων με κάτι τόσο «απροσδιόριστο» όσο τα «ηλεκτρομαγνητικά κύματα», καθώς και η διαπλοκή των εννοιών όχι μόνο του χώρου και του χρόνου αλλά και του κενού και του μη κενού, που υποδηλώθηκε από τις θεωρίες της Σχετικότητας και της Κβαντομηχανικής, δικαιώνει ταυτόχρονα και τους φιλόσοφους του δυϊσμού που υπογράμμισαν τις άυλες ιδιότητες της ύλης.

Στο σημείο αυτό πρέπει να υπογραμμιστεί η οριακής σημασίας σπουδαιότητα των πέντε θεμελιακών κοσμολογικών στοιχείων, για τα οποία έχει γίνει ήδη λόγος, που ενώ θεωρούνται γνωστά και οικεία, σε βαθμό που να αναγνωρίζονται εύκολα, στην πραγματικότητα αποδεικνύονται μυστηριώδη και δυσερμήνευτα. Ύλη, ενέργεια, ηλεκτρικό φορτίο, δύναμη και χωροχρόνος φαίνεται πως ουσιαστικά εκπροσωπούν ένα όριο στο οποίο μπορεί να φτάσει η αναλυτική και εκφραστική δυνατότητα του ανθρώπινου νου, αδυνατώντας να προχωρήσει σε περισσότερη ανάλυση, διότι, καθώς σχετίζονται με τα εσχατολογικά σημεία εκδήλωσης του συμπαντικού όντος, είναι πρακτικά ασύλληπτο να προσδιοριστεί τι ακριβώς είναι το καθένα απ’ αυτά. Είναι επομένως «στοιχειώδη μεγέθη» με τη λογική έννοια ότι αυτά μετέχουν στον ορισμό και την ταυτοποίηση άλλων φαινομένων, ενώ αυτά τα ίδια ορίζονται μόνο από τον εαυτό τους, δεν υπάρχουν δηλαδή άλλες θεμελιωδέστερες έννοιες οι οποίες μπορούν να υπεισέλθουν στον δικό τους ορισμό. Μπορεί π.χ. να πει κανείς ότι «κίνηση» είναι η «μετατόπιση της ύλης μέσα στο χωροχρόνο με δαπάνη ενέργειας», κάνοντας ήδη χρήση των τριών από τα πέντε προαναφερόμενα βασικά μεγέθη, αλλά για την ίδια την «ύλη» μπορεί να πει μόνο ότι «είναι το υλικό από το οποίο αποτελούνται τα ορατά πράγματα του σύμπαντος», δίνοντας ένα ορισμό στον οποίο εμπεριέχεται και πάλι η έννοια της ύλης. Και με τη διαπίστωση βέβαια αυτή δικαιώνεται για δεύτερη φορά ο Πλάτωνας (και μαζί του ο Εμπεδοκλής) που αναζητούσαν την ουσία της φύσης στο συνδυασμό πέντε βασικών κοσμολογικών στοιχείων.

Πώς θα μπορούσε όμως τελικά να χαρακτηρίσει κανείς αυτή την πολυθρύλητη πενταπλή «ουσία» του όντος, γνωρίζοντας όσα προεκτέθηκαν; Αν υποθετικά μπορούσαμε να περιηγηθούμε μέσα στο σύμπαν διασχίζοντας το χώρο των υποατομικών σωματιδίων, έχοντας «μάτια» ικανά να βλέπουν όλο το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που με τη γενικότερη έννοια είναι το «φως», θα βρισκόμαστε μπροστά σε ένα εκθαμβωτικό κόσμο από απειράριθμες «λαμπίδες» που γεμίζουν από άκρη σε άκρη όλο το σύμπαν, κινούμενες με ακατάστατο και ταυτόχρονα αυστηρά ορισμένο τρόπο. Καθεμία από τις λαμπίδες αυτές είναι ένα εστιακό σημείο που αποτελεί το κέντρο ενός πεδίου δυνάμεων που εκδηλώνονται επειδή η λαμπίδα είναι έδρα υλοενέργειας και ταυτόχρονα ηλεκτρικού φορτίου που συνυπάρχουν αδιαίρετα, με ένα τρόπο που εμφανίζει τη συμπεριφορά τους σαν «κύμα», δηλαδή σαν φως. Οι λαμπίδες υπάρχουν μέσα σε μια τοπολογική έκταση που θα μπορούσε να ονομάσει κανείς χώρο, με μια αλληλουχία εκδηλώσεων που δίνει την αίσθηση του χρόνου, με ένα τρόπο που ό,τι συμβαίνει μέσα στο χώρο επηρεάζει το χρόνο και αντίστροφα.

Όλο το σύμπαν είναι ένα τεράστιο «σφουγγάρι» από λαμπίδες, αλλά και κάθε «σώμα» μέσα στο σύμπαν, είτε είναι υπερμεγέθης αστέρας, είτε είναι μόριο σκόνης, είναι και αυτό ένα «σφουγγάρι» από λαμπίδες μικρότερου μεγέθους, που αποτελείται από «πυκνώματα» και «αραιώματα» λαμπίδων (και ιδού πάλι που δικαιώνεται και στο σημείο αυτό ένας ακόμη αρχαίος φιλόσοφος, ο Αναξιμένης).

Ο αέρας γύρω μου, το μολύβι, το χαρτί, το τραπέζι όπου γράφω αποτελείται από λαμπίδες όμοιες ακριβώς με τις λαμπίδες που αποτελούν το σώμα μου. Οι λαμπίδες αυτές σχηματίστηκαν στη μορφή που έχουν σήμερα με τη δημιουργία του σύμπαντος και είναι οι ίδιες που υπήρχαν στο αρχικό νεφέλωμα που δημιούργησε το γαλαξία, στο νεφέλωμα που δημιούργησε τον ήλιο και την κόρη του τη Γη. Είμαι, όπως όλοι μας, κατά κάποιο τρόπο ένα παιδί των αστεριών, τα συστατικά του σώματός μου αποτελούνται από διαστρική ύλη που δημιουργήθηκε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Όταν πεθάνω οι λαμπίδες του σώματός μου θα εξακολουθούν να υπάρχουν ίδιες όπως είναι τώρα μέσα μου, θα ενωθούν με τις υπόλοιπες λαμπίδες του σύμπαντος και θα γίνουν ένα με το υλικό του. Όταν η Γη θα απορροφηθεί από τον ήλιο οι λαμπίδες μου θα περάσουν μέσα στη μάζα του, όταν ο ήλιος θα απορροφηθεί από τη μαύρη τρύπα που θα έχει γίνει ο γαλαξίας μας, οι λαμπίδες μου θα γίνουν ύλη της μαύρης τρύπας, όταν η μαύρη τρύπα θα εξαϋλωθεί οι λαμπίδες μου θα γίνουν ακτινοβολία και θα σκορπίσουν στο χάος που θα είναι τότε το σύμπαν.

Αλλά ποια θα είναι τότε η ουσία του κόσμου; Τι είδους αλλαγή θα έχουν υποστεί οι λαμπίδες; Άϋλη ακτινοβολία είναι τώρα, άϋλη ακτινοβολία θα έχουν γίνει και τότε. Θα έχουν άραγε «εξαφανιστεί» ή μήπως απλώς θα έχουν αλλάξει «ενεργειακή τάξη». Και αν συμβαίνει το δεύτερο, θα είναι άραγε δυνατό να συμβεί μια ενεργειακή ανάταξη που θα προκαλέσει την ολική επαναφορά του σύμπαντος; Στο ερώτημα αυτό οι θεϊστές θα απαντούσαν ότι μόνο ο «θεός» θα μπορούσε να αποκαταστήσει την κίνηση της δημιουργίας (και γι’ αυτό άλλωστε υπάρχει), ο Αριστοτέλης θα υποδείκνυε το «ακίνητο κινούν» ως τελική ενεργοποιό δύναμη της «εντελέχειας» και ένας θετικιστής απλώς θα αναζητούσε το «μηχανισμό» με τον οποίο θα μπορούσε να συμβεί μια τέτοια ενεργειακή αναβάθμιση, που θα μπορούσε να είναι μια «ενεργειακή άσπρη τρύπα».