Πόσο χρονών είναι το σύμπαν; Η απάντησή μας γίνεται όλο και πιο ακριβής.

Σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, η

Google

μπορεί να υπηρετήσει ένα γεγονός που διέφευγαν εδώ και καιρό πολλοί από τους βαθύτερους στοχαστές της ανθρωπότητας: Το σύμπαν είναι σχεδόν 14 δισεκατομμυρίων ετών. Και πολλοί κοσμολόγοι συνεχίζουν να αποκτούν μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση σε αυτόν τον αριθμό. Τον Δεκέμβριο του 2020, μια συνεργασία ερευνητών που εργάζονται στο κοσμολογικό τηλεσκόπιο Atacama (ACT) στη Χιλή

δημοσίευσαν την τελευταία τους εκτίμηση

: 13,77 δισεκατομμύρια χρόνια, συν ή πλην μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Η απάντησή τους ταιριάζει με αυτή της αποστολής Planck, ενός ευρωπαϊκού δορυφόρου που έκανε παρόμοιες παρατηρήσεις μεταξύ 2009 και 2013.

Οι ακριβείς παρατηρήσεις του ACT και του Planck έρχονται μετά από περισσότερο από μια χιλιετία ανθρώπων που παρακολουθούν τον ουρανό και σκέφτονται από πού θα μπορούσαν να προέρχονται όλα. Κάπως έτσι, τα πρωτεύοντα με διάρκεια ζωής μικρότερη από έναν αιώνα έπιασαν τον έλεγχο των γεγονότων που έλαβαν χώρα αιώνες πριν από την ύπαρξη του πλανήτη τους -ακόμα και των αρχαίων αστέρων και ατόμων που θα σχημάτιζαν τον πλανήτη τους. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή του πώς ήρθε η ανθρωπότητα για να καταλάβει πόσο παλιό είναι το σύμπαν.

Αρχαιότητα: Η αρχή της δημιουργίας

Κάθε πολιτισμός έχει έναν μύθο δημιουργίας. Οι Βαβυλώνιοι, για παράδειγμα, πίστευαν ότι οι ουρανοί και η γη ήταν λαξευμένες από το κουφάρι ενός σκοτωμένου θεού. Αλλά λίγα συστήματα πεποιθήσεων προσδιορίστηκαν πότε άρχισε να υπάρχει η ύπαρξη (μια εξαίρεση είναι ο Ινδουισμός, ο οποίος διδάσκει ότι το σύμπαν μεταρρυθμίζεται κάθε 4,3 δισεκατομμύρια χρόνια, όχι τόσο μακριά από την πραγματική ηλικία της Γης).

Η ιδέα που κόλλησε, τουλάχιστον στη Δύση, προήλθε από τους Έλληνες φιλοσόφους και ήταν στην πραγματικότητα κάτι σαν επιστημονικό βήμα πίσω. Τον τέταρτο και τρίτο αιώνα π.Χ.

Ο Πλάτωνας, ο Αριστοτέλης και άλλοι φιλόσοφοι

συμμετείχαν στην ιδέα ότι οι πλανήτες και τα αστέρια ήταν ενσωματωμένα σε αιώνια περιστρεφόμενες ουράνιες σφαίρες. Για την επόμενη χιλιετία περίπου, λίγοι περίμεναν ότι ολόκληρο το σύμπαν θα έχει ηλικία.

1600 έως 1900: Το τέλος του απείρου

Ο αστρονόμος Johannes Kepler

πραγματοποιήθηκε το 1610

ότι μια σημαντική ρωγμή της δημοφιλούς ελληνικής εμπνευσμένης κοσμολογίας κοίταζε κατάματα τους αστρολόγους καθ’ όλη τη διάρκεια. Εάν ένα αιώνιο σύμπαν φιλοξενούσε έναν άπειρο αριθμό αστέρων, όπως πολλοί είχαν πιστέψει, γιατί όλα αυτά τα αστέρια δεν γέμισαν το σύμπαν με ένα εκτυφλωτικό φως; Ένας σκοτεινός νυχτερινός ουρανός, σκέφτηκε, πρότεινε ένα πεπερασμένο σύμπαν όπου τα αστέρια τελικά σβήνουν.

Η σύγκρουση μεταξύ του νυχτερινού ουρανού και του άπειρου σύμπαντος έγινε γνωστή ως το παράδοξο του Όλμπερ, που πήρε το όνομά του από τον Χάινριχ Όλμπερ, έναν αστρονόμο που το έκανε γνωστό το 1826. Μια πρώιμη εκδοχή της σύγχρονης λύσης προήλθε, από όλους τους ανθρώπους, από τον ποιητή Έντγκαρ Άλαν Πόε. Βιώνουμε τη νύχτα, εικάζει μέσα

το πεζό του ποίημα «Εύρηκα»

το 1848, γιατί το σύμπαν δεν είναι αιώνιο. Υπήρχε μια αρχή και δεν έχει περάσει αρκετός χρόνος από τότε για να φωτίσουν πλήρως τα αστέρια τον ουρανό.

Δεκαετία 1900: Το πρώιμο και το σύγχρονο σύμπαν εμφανίζονται

Αλλά η επίλυση του παραδόξου του Όλμπερ πήρε χρόνο για να βυθιστεί. Όταν η ίδια η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν του είπε ότι το σύμπαν πιθανότατα μεγάλωσε ή συρρικνώθηκε με την πάροδο του χρόνου το 1917, πρόσθεσε έναν παράγοντα φοντάν στις εξισώσεις του-

η κοσμολογική σταθερά

—να κρατήσει το σύμπαν ακίνητο (επιτρέποντάς του να αντέξει για πάντα).

[Related: How old is Earth?]

Εν τω μεταξύ, μεγαλύτερα τηλεσκόπια είχαν φέρει καθαρότερες όψεις άλλων γαλαξιών στα προσοφθάλμια των αστρονόμων, προκαλώντας μια έντονη συζήτηση για το αν κοιτούσαν μακρινά «νησιωτικά σύμπαντα» ή κοντινά αστρικά σμήνη μέσα στον Γαλαξία μας. Τα οξυδερκή μάτια του Έντουιν Χαμπλ έλυσαν το επιχείρημα στα τέλη της δεκαετίας του 1920, μετρώντας για πρώτη φορά διαγαλαξιακές αποστάσεις. Βρήκε ότι όχι μόνο οι γαλαξίες ήταν τεράστια και μακρινά αντικείμενα, αλλά και πετούσαν μακριά ο ένας από τον άλλο.

Το σύμπαν διαστέλλονταν και το Hubble μέτρησε τον ρυθμό διαστολής του στα 500 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, μια σταθερά που τώρα φέρει το όνομά του. Με τη διαστολή του σύμπαντος στο χέρι, οι αστρονόμοι είχαν ένα ισχυρό νέο εργαλείο για να κοιτάξουν πίσω στο χρόνο και να μετρήσουν πότε ο Κόσμος άρχισε να αναπτύσσεται. Το έργο του Hubble το 1929 προσδέθηκε την κοσμική διαστολή με τέτοιο τρόπο ώστε το σύμπαν να

ηλικίας περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών

.

“Ο ρυθμός διαστολής σας λέει πόσο γρήγορα μπορείτε να επαναφέρετε την

ιστορία

του Σύμπαντος, όπως μια παλιά κασέτα VHS”, λέει

Ντάνιελ Σκόλνικ

, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο Duke. «Αν ο ρυθμός επαναφοράς είναι πιο γρήγορος, τότε αυτό σημαίνει ότι η ταινία είναι μικρότερη».

Αλλά η μέτρηση των αποστάσεων από τους μακρινούς γαλαξίες είναι ακατάστατη υπόθεση. Μια πιο καθαρή μέθοδος έφτασε το 1965, όταν οι ερευνητές εντόπισαν ένα αχνό τρίξιμο μικροκυμάτων που ερχόταν από κάθε κατεύθυνση στο διάστημα. Οι κοσμολόγοι είχαν ήδη προβλέψει ότι ένα τέτοιο σήμα θα έπρεπε να υπάρχει, καθώς το φως που εκπέμπεται μόλις εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά τη γέννηση του σύμπαντος θα είχε τεντωθεί από την επέκταση του διαστήματος σε μεγαλύτερα μικροκύματα. Με τη μέτρηση των χαρακτηριστικών αυτού

Κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων

(CMB), οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να τραβήξουν ένα είδος στιγμιότυπου του νεαρού σύμπαντος, συνάγοντας το πρώιμο μέγεθος και το περιεχόμενό του. Το CMB χρησίμευσε ως αδιάψευστη απόδειξη ότι ο Κόσμος είχε μια αρχή.

«Το πιο σημαντικό πράγμα που επιτεύχθηκε με την τελική ανακάλυψη του [CMB] το 1965 ήταν να μας αναγκάσει όλους να λάβουμε σοβαρά υπόψη την ιδέα ότι

υπήρχε ένα πρώιμο σύμπαν

», έγραψε ο νομπελίστας Steven Weinberg στο βιβλίο του το 1977,

Τα πρώτα τρία λεπτά

.

1990 έως σήμερα: Βελτίωση του υπολογισμού

Το CMB επέτρεψε στους κοσμολόγους να καταλάβουν πόσο μεγάλο ήταν το σύμπαν σε μια πρώιμη χρονική στιγμή, κάτι που τους βοήθησε να υπολογίσουν το μέγεθος και την διαστολή του σήμερα. Ο Scolnic παρομοιάζει τη διαδικασία με την παρατήρηση ότι το χέρι ενός παιδιού εμφανίζεται με το ένα πόδι σε μια φωτογραφία μωρού και στη συνέχεια με εκτίμηση του ύψους και της ταχύτητας ανάπτυξης του αντίστοιχου εφήβου. Αυτή η μέθοδος έδωσε στους ερευνητές έναν νέο τρόπο να μετρήσουν τον τρέχοντα ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Αποδείχθηκε ότι ήταν σχεδόν δέκα φορές πιο αργό από τα 500 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο του Hubble ανά megaparsec, ωθώντας τη στιγμή της κοσμικής γένεσης πιο πίσω στο χρόνο. Στη δεκαετία του 1990, οι εκτιμήσεις ηλικίας κυμαίνονταν από

ηλικίας 7 έως 20 δισεκατομμυρίων ετών

.

Επίπονες προσπάθειες από πολλές ομάδες προσπάθησαν να βελτιώσουν την καλύτερη εκτίμηση της κοσμολογίας για τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Οι παρατηρήσεις των γαλαξιών από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble το 1993 προσέδεσαν την τρέχουσα σταθερά Hubble στα 71 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, μειώνοντας την ηλικία του σύμπαντος στα 9 με 14 δισεκατομμύρια χρόνια.

[Related: Stellar telescopes for your

space

-loving kids]

Στη συνέχεια, το 2003, το διαστημόπλοιο WMAP κατέγραψε έναν χάρτη του CMB με ωραία χαρακτηριστικά. Με αυτά τα δεδομένα, οι κοσμολόγοι υπολόγισαν την ηλικία του σύμπαντος μεταξύ 13,5 και 13,9 δισεκατομμυρίων ετών. Περίπου μια δεκαετία αργότερα, ο δορυφόρος Planck μέτρησε το CMB με ακόμη περισσότερες λεπτομέρειες, λαμβάνοντας σταθερά Hubble 67,66 και ηλικία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Η νέα ανεξάρτητη μέτρηση CMB από την ACT έλαβε βασικά τους ίδιους αριθμούς, ενισχύοντας περαιτέρω την εμπιστοσύνη των κοσμολόγων ότι ξέρουν τι κάνουν.

«Τώρα καταλήξαμε σε μια απάντηση όπου ο Planck και ο ACT συμφωνούν», είπε η Simone Aiola, κοσμολόγος στο Ινστιτούτο Flatiron και μέλος της συνεργασίας ACT.

σε δελτίο τύπου

την εποχή εκείνη. «Μιλάει για το γεγονός ότι αυτές οι δύσκολες μετρήσεις είναι αξιόπιστες».

Επόμενο: Μια κοσμολογική σύγκρουση

Αλλά καθώς οι μετρήσεις του πρώιμου και του σύγχρονου σύμπαντος έχουν γίνει πιο ακριβείς, άρχισαν να συγκρούονται. Ενώ οι μελέτες που βασίζονται στην εικόνα του μωρού CMB υποδηλώνουν μια σταθερά του Hubble στα υψηλά 60s χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, οι μετρήσεις απόστασης των σημερινών γαλαξιών (που το Scolnic συγκρίνει με μια κοσμική “selfie”) δίνουν ταχύτερους ρυθμούς επέκτασης από τα χαμηλά έως τα μέσα της δεκαετίας του ’70. Η Scolnic συμμετείχε σε μια τέτοια έρευνα το 2019 και

μια άλλη μέτρηση που βασίζεται στη φωτεινότητα διαφόρων γαλαξιών

κατέληξε σε ένα παρόμοιο συμπέρασμα (ότι το σύγχρονο σύμπαν διαστέλλεται γρήγορα) τον Ιανουάριο του 2021.

Με την ονομαστική τους αξία, όσο πιο γρήγοροι ρυθμοί παίρνουν αυτές οι ομάδες θα μπορούσε να σημαίνει ότι το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια νεότερο από τα κανονικά 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια από τους Planck και ACT. Ή, η αναντιστοιχία μπορεί να υπονοεί ότι κάτι βαθύτερο λείπει από την εικόνα της πραγματικότητας της σύγχρονης αστρονομίας. Η σύνδεση του CMB με το σήμερα περιλαμβάνει υποθέσεις σχετικά με την κακώς κατανοητή σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια που φαίνεται να κυριαρχούν στο σύμπαν μας, για παράδειγμα, και το γεγονός ότι οι σταθερές μετρήσεις του Hubble δεν ευθυγραμμίζονται θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι ο υπολογισμός της πραγματικής ηλικίας του σύμπαντος θα περιλαμβάνει κάτι περισσότερο από απλώς το τύλιγμα της ταινίας.

[Related: How to weigh the universe, according to astronomers]

Αλλο

αμφιλεγόμενη εκτίμηση

ισχυρίζεται ότι το σύμπαν θα μπορούσε να είναι 26,7 δισεκατομμυρίων ετών, δηλαδή δύο φορές αρχαιότερο από όσο πιστεύεται σήμερα. Αυτό βασίζεται στην ανεπιβεβαίωτη αντίληψη ότι το φως μετατόπισης προς το ερυθρό από μακρινούς γαλαξίες μπορεί να μεταβληθεί από φυσικές σταθερές διαφορετικές από τη διαστολή του διαστήματος. Ένας τρόπος για να το ελέγξετε αυτό είναι μέσω πεπερασμένων μετρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.

«Δεν είμαι σίγουρος για το πώς αντλούμε την ηλικία του σύμπαντος», λέει ο Scolnic. «Δεν λέω ότι είναι λάθος, αλλά δεν μπορώ να πω ότι είναι σωστό».

The post Πόσο χρονών είναι το σύμπαν; Η απάντησή μας γίνεται όλο και πιο ακριβής. εμφανίστηκε πρώτα στο Popular Science.

Τα άρθρα ενδέχεται να περιέχουν συνδέσμους συνεργατών που μας επιτρέπουν να μοιραζόμαστε τα έσοδα από τυχόν αγορές που πραγματοποιούνται.

https://www.popsci.com/