Το Κοσμικό Δίκτυο Γαλαξιών
Το σύμπαν μας περιέχει περίπου 200 δισεκατομμύρια γαλαξίες. Αυτοί οι γαλαξίες δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι. Υπό την έλξη της βαρύτητας, σχηματίζουν σμήνη και τα σμήνη σχηματίζουν υπερσμήνη. Ανάμεσα σε αυτά τα σμήνη, οι γαλαξίες ευθυγραμμίζονται κατά μήκος λεπτών νημάτων, των «γαλαξιακών νημάτων» (galactic filaments), τα οποία μπορεί να έχουν μήκος αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός. Τα γαλαξιακά σμήνη και νημάτια περιβάλλονται από κενά που περιέχουν πολύ λίγη ύλη. Συνολικά, ο κοσμικός ιστός μοιάζει κάπως με ανθρώπινο εγκέφαλο. Για να είμαστε πιο ακριβείς, η κατανομή της ύλης στο σύμπαν μοιάζει λίγο με το «connectome», το δίκτυο των νευρικών συνδέσεων στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Οι νευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο, επίσης, σχηματίζουν συστάδες και συνδέονται με άξονες, που είναι μακριές νευρικές ίνες που στέλνουν ηλεκτρικά ερεθίσματα από τον έναν νευρώνα στον άλλο.
Η ομοιότητα μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και του σύμπαντος δεν είναι εντελώς επιφανειακή, έχει αναλυθεί αυστηρά σε μια μελέτη του 2020 από τον Ιταλό αστροφυσικό Franco Vazza και τον νευροεπιστήμονα Alberto Feletti. Υπολόγισαν πόσες δομές διαφορετικών μεγεθών υπάρχουν στο σύνδεσμο του ανθρώπινου εγκεφάλου και στον κοσμικό ιστό και ανέφεραν «μια αξιοσημείωτη ομοιότητα». Βρήκαν ότι τα δείγματα ανθρώπινου εγκεφάλου σε κλίμακες κάτω από περίπου 1 χιλιοστό και η κατανομή της ύλης στο σύμπαν μέχρι περίπου 300 εκατομμύρια έτη φωτός είναι δομικά παρόμοια.
Θα μπορούσε, λοιπόν, το σύμπαν να είναι ένας γιγαντιαίος εγκέφαλος, όπου ο γαλαξίας μας είναι απλώς ένας νευρώνας; Γινόμαστε μάρτυρες του αυτοστοχασμού του σύμπαντος, όταν διατυπώνουμε τις (θεωρούμενες ως) δικές μας σκέψεις;
Σίγουρα, δεν ξέρουμε τι είναι η συνείδηση. Αλλά ξέρουμε ότι τα μόνα πράγματα που έχουμε εύλογη εμπιστοσύνη ότι μπορούν να σκέφτονται –οι εγκέφαλοι– έχουν πολλές συνδέσεις και στέλνουν πολλές πληροφορίες πέρα δώθε μέσω αυτών των συνδέσεων. Ακόμη και αν δεν καταλαβαίνουμε τη συνείδηση, η υψηλή συνδεσιμότητα και η γρήγορη σηματοδότηση φαίνονται αγώγιμα στη σκέψη. Το ότι το σύμπαν είναι δομικά παρόμοιο με τον εγκέφαλο εγείρει το ερώτημα εάν έχει παρόμοιες ικανότητες σκέψης.
Το Δίκτυο Νευρώνων του Εγκεφάλου
Πολύ μεγάλο για να σκέφτεται:
Το σύμπαν, ωστόσο, είναι διαφορετικό από τον ανθρώπινο εγκέφαλο με διάφορους τρόπους, κυρίως επειδή (ο χώρος) διαστέλλεται και η διαστολή του επιταχύνεται. Εάν τα σμήνη γαλαξιών ήταν οι νευρώνες του σύμπαντος, τότε θα απομακρύνονταν το ένα από το άλλο με ολοένα αυξανόμενη ταχύτητα – και το κάνουν ήδη εδώ και μερικά δισεκατομμύρια χρόνια.
Μια άλλη σημαντική διαφορά είναι ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να διασχίσουν τα σήματα το σύμπαν. Οι νευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο στέλνουν περίπου 5-50 σήματα το δευτερόλεπτο. Τα περισσότερα από αυτά τα σήματα (80%) είναι μικρής απόστασης, διανύουν μόνο περίπου 1 χιλιοστό, αλλά περίπου το 20% είναι σε μεγάλες αποστάσεις, συνδέοντας διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου. Χρειαζόμαστε και τα δύο για να σκεφτούμε. Τα σήματα στον εγκέφαλό μας ταξιδεύουν με περίπου 100 μέτρα το δευτερόλεπτο, ένα εκατομμύριο φορές πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Αλλά ο εγκέφαλος είναι μικρός και χρειάζονται μόνο κλάσματα δευτερολέπτων για να ελιχθούν τα σήματα μέσα του.
Το σύμπαν, αντίθετα, έχει σήμερα διάμετρο περίπου 90 δισεκατομμύρια έτη φωτός και –όπως μας δίδαξε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν– τίποτα δεν ταξιδεύει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι αν μια πλευρά του υποθετικού «σύμπαντος-εγκεφάλου» ήθελε τουλάχιστον να λάβει υπόψη της την άλλη πλευρά του, αυτό θα χρειαζόταν 90 δισεκατομμύρια χρόνια ακόμη και με την ταχύτητα του φωτός. Και η αποστολή ενός μόνο σήματος στον πλησιέστερο «νευρώνα», το σμήνος γαλαξιών M81, θα χρειαζόταν τουλάχιστον 11 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτό σημαίνει ότι, αισιόδοξα, το σύμπαν μπορεί να έχει διαχειριστεί περίπου 1000 ανταποκρίσεις μεταξύ των πλησιέστερων νευρώνων του από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αν αφήσουμε τις συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας εντελώς στην άκρη, αυτό είναι περίπου όσο ο εγκέφαλός μας σε 3 λεπτά. Και η ικανότητα του σύμπαντος να συνδέεται με τον εαυτό του μειώνεται με τη διαστολή του, οπότε θα φθίνει από εδώ και πέρα. Αυτό σημαίνει ότι αν το σύμπαν σκέφτεται, δεν σκέφτεται πολύ. Για τους περισσότερους φυσικούς, αυτό είναι το τέλος της ιστορίας. Τι γίνεται όμως αν το σύμπαν δεν είναι τόσο μεγάλο όσο δείχνει;
Όλα συνδέονται
Ερευνητές στην εταιρεία DeepMind, που ανήκει στην Google, δίδαξαν πρόσφατα φυσική σε μια τεχνητή νοημοσύνη. Έδωσαν στο πρόγραμμα του υπολογιστή πολλές ώρες βίντεο και έμαθαν, μεταξύ άλλων, ότι τα αντικείμενα δεν εξαφανίζονται αυθόρμητα, αλλά μετακινούνται συνεχώς από ένα μέρος σε κοντινά μέρη. Στη φυσική, αυτό το ονομάζουμε «τοπικότητα». Είναι μια από τις πιο βασικές ιδιότητες της φύσης. Και είναι από αυτά που καταλαβαίνουμε λιγότερο.
Δεν είναι μόνο ότι δεν καταλαβαίνουμε γιατί το σύμπαν σέβεται την τοπικότητα. Δεν είμαστε σίγουροι ότι η τοπικότητα ισχύει και στην υποατομική κλίμακα. Αν όχι, τότε αυτό θα μπορούσε να έχει βαθιές συνέπειες. Θα μπορούσε ο ίδιος ο χώρος να έχει πολύ περισσότερες συνδέσεις από όσες παρατηρούμε, μη τοπικές, που να συμπεριφέρονται ως «πύλες»: Πας στο ένα άκρο (μιας πύλης) και τηλεμεταφέρεσαι στιγμιαία σε διαφορετικό μέρος.
Αυτές οι μη τοπικές συνδέσεις θα έπρεπε να είναι πολύ μικρές όμως, πολύ μικρές για εμάς ή ακόμα και για στοιχειώδη σωματίδια για να τις διαβούμε – διαφορετικά θα το είχαμε ήδη παρατηρήσει. Αλλά θα συνέδεαν το διάστημα με τον εαυτό του. Με αυτόν τον τρόπο, δύο μέρη που πιστεύουμε ότι βρίσκονται σε αντίθετα άκρα του σύμπαντος μπορεί να είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Το σύμπαν τότε θα ήταν μόνο φαινομενικά μεγάλο, μια ψευδαίσθηση που γεννήθηκε από την περιορισμένη μας αντίληψη.
Οι συνάδελφοί μου στη φυσική κάνουν εικασίες σχετικά με αυτό για διάφορους λόγους. Πρώτον, γνωρίζουμε ότι τα κβαντικά εφέ μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρές μη τοπικές συνδέσεις μεταξύ των σωματιδίων. Αυτή η «διεμπλοκή» (entanglement), όπως λέγεται, είναι που δίνει στους κβαντικούς υπολογιστές το προβάδισμά τους. Η διεμπλοκή δεν επιτρέπει τη μη τοπική μεταφορά πληροφοριών, αλλά μας δείχνει ότι η οικεία σε μας τοπικότητα σφαιρών που κυλούν σε κεκλιμένα επίπεδα δεν είναι η μόνη πραγματικότητα.
Γνωρίζουμε επίσης ότι η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν περιέχει σκουληκότρυπες (wormholes) που είναι συντομεύσεις μεταξύ τόπων που φαίνονται να είναι μακριά. Ενώ οι μεγάλες σκουληκότρυπες δεν μπορούν να υπάρχουν στο σύμπαν μας επειδή θα έκλειναν αμέσως, κανείς δεν ξέρει πραγματικά τι μπορεί να ισχύει για σκουληκότρυπες στο κβαντικό βασίλειο. Για να το μάθουμε, θα χρειαζόμασταν μια θεωρία για τις κβαντικές ιδιότητες του χώρου, την οποία – παρά τα 80+ χρόνια αναζήτησης – δεν την έχουμε ακόμα. Πολύ πιθανό, ωστόσο, οι κβαντικές σκουληκότρυπες να δημιουργούν μη τοπικές συνδέσεις.
Υπάρχει το ζήτημα ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να καταστρέψουν πληροφορία. Μόλις διασχίσετε τον ορίζοντα γεγονότων (event horizon), θα πρέπει να κινηθείτε πιο γρήγορα από το φως για να μπορέσετε να επιστρέψετε (πράγμα αδύνατο). Αλλά μια μη τοπική σύνδεση στην επιφάνεια του ορίζοντα γεγονότων θα μπορούσε να «βγάλει έξω» πληροφορίες. Μερικοί φυσικοί έχουν μάλιστα προτείνει ότι η σκοτεινή ύλη (dark matter), ένας υποθετικός τύπος ύλης που υποτίθεται ότι αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, είναι στην πραγματικότητα μια εσφαλμένη εκτίμηση. Θα μπορούσε να υπάρχει μόνο η κανονική ύλη, απλώς η βαρυτική της έλξη να πολλαπλασιάζεται και να απλώνεται επειδή τα μέρη της δεν συνδέονται τοπικά μεταξύ τους.
Ένα μη τοπικά συνδεδεμένο σύμπαν, επομένως, θα είχε νόημα για πολλούς λόγους. Εάν αυτές οι εικασίες είναι σωστές, το σύμπαν μπορεί να είναι γεμάτο με μικροσκοπικές πύλες που συνδέουν φαινομενικά μακρινά μέρη. Οι φυσικοί Φωτεινή Μαρκοπούλου και Lee Smolin υπολόγισαν ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να περιέχει έως και 10 (με εκθέτη 360) τέτοιων μη τοπικών συνδέσεων (!!). Και αφού οι συνδέσεις δεν είναι τοπικές, ούτως ή άλλως, δεν έχει σημασία ότι επεκτείνονται με το (διαστελλόμενο χώρο στο) σύμπαν. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος, για σύγκριση, έχει μόνο 10 (με εκθέτη 15) συνδέσεις.
Επιτρέψτε μου να ξεκαθαρίσω ότι δεν υπάρχει καμία απόδειξη ότι υφίστανται μη τοπικές συνδέσεις ή ότι, αν υπήρχαν, θα επέτρεπαν πράγματι στο σύμπαν να σκεφτεί. Δεν μπορούμε όμως να αποκλείσουμε ούτε αυτό το ενδεχόμενο. Όσο τρελό κι αν ακούγεται, η ιδέα ότι το σύμπαν είναι ευφυές είναι συμβατή με όλα όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα.
Πηγή θαύματος
Έκανα όνομα, καλώς ή κακώς, απομυθοποιώντας ανόητα πρωτοσέλιδα περί φυσικής. Αυτό αφορά οτιδήποτε, από την υποτιθέμενη παρατήρηση αρνητικής μάζας (δεν υπάρχει κάτι τέτοιο) μέχρι την αποστολή μηνυμάτων ταχύτερα από το φως με το κβαντικό Διαδίκτυο (δεν γίνεται) για να έρθετε σε επαφή με παράλληλα σύμπαντα (σας διαβεβαιώνω ότι δεν υπήρξε καμία).
Αλλά καθώς με πολλούς από τους συναδέλφους μου είμαστε παρόντες εκεί έξω -στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης- απομυθοποιώντας ψεύτικες επιστημονικές ειδήσεις, διαπίστωσα ότι έτσι ζωγραφίζουμε μια μονόπλευρη εικόνα. Η επιστήμη έχει περισσότερα να πει από το «όχι, δεν μπορείς». Ανοίγει επίσης το μυαλό μας σε νέες δυνατότητες, νέες πηγές θαύματος και νέους τρόπους για να κατανοήσουμε την ύπαρξή μας. Είναι πιθανό ότι το Σύμπαν μπορεί να σκεφτεί, ότι η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να επαναληφθεί και ότι αντίγραφά σας μπορεί να ζουν σε παράλληλους κόσμους. Αυτές είναι δυνατότητες που περιλαμβάνονται στις θεωρίες μας στη Φυσική. Δεν υποστηρίζονται από αποδεικτικά στοιχεία, και μπορεί να μην υποστηριχθούν ποτέ. Αλλά ούτε αντικρούονται με στοιχεία. Και αυτές είναι ιστορίες που αξίζει επίσης να ειπωθούν.
Της Sabine Hossenfelder* | 25 Αυγούστου 2022
Μετάφραση και Επιμέλεια: Κώστας Α. Μαρκάκης
Πηγή: https://time.com/6208174/maybe-the-universe-thinks/
Adapted from EXISTENTIAL PHYSICS by Sabine Hossenfelder, published by Viking, an imprint of Penguin Publishing Group, a division of Penguin Random House, LLC. Copyright © 2022 by Sabine Hossenfelder.
* Η Sabine Hossenfelder είναι ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης, Γερμανία, και έχει δημοσιεύσει περισσότερα από ογδόντα ερευνητικά άρθρα σχετικά με τα θεμέλια της φυσικής, συμπεριλαμβανομένης της κβαντικής βαρύτητας, της φυσικής πέρα από το τυπικό μοντέλο, της σκοτεινής ύλης και των κβαντικών θεμελίων. Έχει γράψει για τη φυσική για ένα ευρύ κοινό για δεκαπέντε χρόνια. Το πρώτο της βιβλίο, Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray, εμφανίστηκε το 2018.
