Το μεγάλο σχέδιο

[οι αποδελτιώσεις δεν αντικαθιστούν το διάβασμα των βιβλίων, αντίθετα το κεντρίζουν]

Hawking, St., Mlodinow, L. (2010), Το μεγάλο σχέδιο, Αθήνα: Κάτοπτρο, σ.

1. Το μυστήριο του όντος           

Ποια είναι η φύση της πραγματικότητας; 13

Η φιλοσοφία όμως έχει πεθάνει καθώς δεν συμβάδισε με τις σύγχρονες εξελίξεις στην επιστήμη, ιδιαίτερα στον χώρο της φυσικής. 13

Η κβαντική φυσική και η παραδοσιακή φυσική βασίζονται σε πολύ διαφορετικές αντιλήψεις περί φυσικής πραγματικότητας. 14

· Θα συνεχίζουμε να βρίσκουμε ολοένα και καλύτερες θεωρίες, αλλά ποτέ τη μία και μοναδική εκείνη θεωρία που δεν θα επιδέχεται περαιτέρω βελτίωση; 16

· Η θεωρία Μ αποτελεί μια ολόκληρη οικογένεια διαφορετικών θεωριών, καθεμιά από τις οποίες συνιστά απλώς μια καλή περιγραφή παρατηρήσεων σε ορισμένο μόνο φάσμα φυσικών καταστάσεων. 17

Αλλά όπως δεν υπάρχει επίπεδος χάρτης ο οποίος να αποτελεί καλή αναπαράσταση της συνολικής επιφάνειας της Γης, έτσι δεν υπάρχει αι και μία μοναδική θεωρία που να αναπαριστά ικανοποιητικά όλες τις παρατηρήσεις μας σε κάθε δυνατή κατάσταση. 17-18

Γιατί υπάρχει κάτι αντί για το τίποτα;

Γιατί υπάρχουμε εμείς;

Γιατί αυτό το σύνολο νόμων και όχι κάποιο άλλο; 19

2. Η εξουσία του νόμου

Με το Θαλή εμφανίστηκε η ιδέα ότι η Φύση υπακούει σε ένα συνεπές σύνολο αρχών, οι οποίες μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν. 26

Το είδος μας, ο Homo Sapiens, πρωτοεμφανίστηκε στην Αφρική περίπου 200.000 χρόνια πριν. Η γραπτή γλώσσα ανάγεται μόλις στο 7.000 π..Χ., όντας προϊόν κοινωνιών επικεντρωμένων στην καλλιέργεια των σιτηρών. 26

Μέσα στους αιώνες, μεγάλο μέρος της επιστήμης των Ιώνων περιέπεσε σε λήθη – απλώς για να ανακαλυφθεί ή να εφευρεθεί εκ νέου, ενίοτε περισσότερες από μία φορές. 28

Ο Αναξίμανδρος συμπέρανε ότι οι άνθρωποι θα πρέπει να έχουν εξελιχθεί από άλλα ζώα. 29

Παρότι οι θεωρίες του Αριστοτέλη είχαν συχνά ελάχιστη προβλεπτική αξία, η επιστημονική του προσέγγιση δέσποσε στη δυτική σκέψη επί 2.000 χρόνια περίπου. 35

Οι χριστιανοί διάδοχοι των αρχαίων Ελλήνων απέρριψαν την ιδέα ότι το Σύμπαν διέπεται από τους «αδιάφορους» φυσικούς νόμους. 35

Απέρριψαν επίσης την ιδέα ότι οι άνθρωποι δεν κατέχουν προνομιακή θέση στους κόλπους του Σύμπαντος. 36

Ο επίσκοπος Τεμπιέ των Παρισίων, το 1277, υπό τις οδηγίες του Πάπα Ιωάννη ΚΑ΄, δημοσίευσε ένα κατάλογο 219 σφαλμάτων ή αιρέσεων που επρόκειτο να καταδικαστούν. Ανάμεσα στις αιρέσεις βρίσκουμε και την ιδέα ότι η Φύση διέπεται από Νόμους, άποψη που ερχόταν σε σύγκρουση με την παντοδυναμία του Θεού. 36

Αν η Φύση διέπεται από νόμους, τότε αναφύονται τρία ερωτήματα:

1. Ποια είναι η προέλευση των νόμων;

2. Υπάρχουν εξαιρέσεις στους νόμους – συμβαίνουν θαύματα;

3. Υπάρχει ένα μόνο σύνολο δυνατών νόμων; 40

Στον Laplace (Λαπλάς) συνήθως αποδίδουμε την πρώτη σαφή διατύπωση του αιτήματος περί επιστημονικής αιτιοκρατίας (ή ντετερμινισμού): Δεδομένης μιας κατάστασης του Σύμπαντος σε ορισμένη χρονική στιγμή, ένα πλήρες σύνολο νόμων καθορίζει εξ ολοκλήρου τόσο το μέλλον όσο και το παρελθόν του. 42-43

Ο νηματώδης σκώληκας Caenorhabditis elegans αποτελείται από 959 μόνο κύτταρα. 44

Μέσω ηλεκτρικού ερεθισμού των κατάλληλων εγκεφαλικών περιοχών, μπορούμε να επάγουμε στον ασθενή την επιθυμία να κινήσει την παλάμη, το χέρι ή την πατούσα του, να κινήσει τα χείλη του και να μιλήσει. 44

Ενώ μπορούμε να δεχτούμε ότι η ανθρώπινη συμπεριφορά υπάγεται πράγματι στους νόμους της Φύσης, φαίνεται επίσης εύλογο να συμπεράνουμε ότι το τελικό αποτέλεσμα καθορίζεται από ένα τόσο περίπλοκο πλέγμα μεταβλητών ώστε στην πράξη κάθε πρόβλεψη να καθίσταται αδύνατη. 45

Στη φυσική, ενεργός θεωρία είναι ένα επινοημένο σύνολο που αποσκοπεί στη μοντελοποίηση ορισμένων παρατηρούμενων φαινομένων χωρίς διεξοδική περιγραφή κάθε επιμέρους διαδικασίας. 45

· Στην περίπτωση των ανθρώπων, εφόσον δεν μπορούμε να επιλύσουμε τις εξισώσεις που καθορίζουν τη συμπεριφορά μας, βασιζόμαστε στην ενεργό θεωρία ότι οι άνθρωποι διαθέτουν ελεύθερη βούληση. 46

3. Τι είναι πραγματικότητα;   

Το 1992, η Ρωμαιοκαθολική εκκλησία αναγνώρισε ότι είχε κάνει λάθος που καταδίκασε τον Γαλιλαίο. 55

Δεν υπάρχει έννοια της πραγματικότητας ανεξάρτητη από κάποια απεικόνιση ή μια θεωρία. Αντίθετα, εμείς θα υιοθετήσουμε την ιδέα την οποία θα ονομάσουμε «ρεαλισμό κατά το μοντέλο» – δηλαδή, ότι μια φυσική θεωρία ή ένα κοσμοείδωλο δεν είναι παρά ένα μοντέλο (μαθηματικού χαρακτήρα, γενικά) και ένα σύνολο κανόνων που συνδέουν τα στοιχεία του μοντέλου με τις παρατηρήσεις. 56

Σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής φυσικής, η οποία αποτελεί μια ακριβή περιγραφή της Φύσης, τα σωματίδια δεν διαθέτουν συγκεκριμένη θέση ή ταχύτητα, εκτός αν, και μέχρι να, μετρηθούν οι ποσότητες αυτές από κάποιον παρατηρητή. 57

· Και αν αποδειχθεί σωστή μια θεωρία ονόματι ολογραφική αρχή, τότε εμείς κα ο τεταρτοδιάστατος κόσμος μας ενδέχεται να αποτελούμε από σκιές πάνω στο σύνορο ενός μεγαλύτερου, πενταδιάστατου χωροχρόνου. 57-58

Ο Χιουμ είχε γράψει ότι, αν και δεν υπάρχει ορθολογική βάση για την πίστη στην αντικειμενική πραγματικότητα, δεν έχουμε άλλη επιλογή από το να συμπεριφερόμαστε σαν αυτή να ήταν αληθινή. 59

Οι αισθητήριες αντιλήψεις μας – και κατά συνέπεια οι παρατηρήσεις επί των οποίων θεμελιώνονται οι θεωρίες μας – δεν είναι άμεσες, αλλά μάλλον διαμεσολαβούνται από ένα είδος φακού, την ερμηνευτική δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου. 60

Ο εγκέφαλος δομεί μια νοητική εικόνα, ή μοντέλο. 61

Παρότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια φέρονται ως αποτελούμενα από κουάρκ, δεν θα παρατηρήσουμε ποτέ ούτε ένα κουάρκ, καθώς η δύναμη που τα συνδέει αυξάνεται σε κάθε απόπειρα διαχωρισμού – οπότε, μεμονωμένα, ελεύθερα κουάρκ δεν μπορούν να υπάρξουν στη Φύση. 63

Ένα μοντέλο είναι καλό, όταν:

1. είναι κομψό,

2. περιέχει ελάχιστες αυθαίρετες ρυθμίσεις ή ρυθμίσεις παραμέτρους

3. συμφωνεί με όλες τις τρέχουσες παρατηρήσεις και τις εξηγεί,

4. κάνει λεπτομερείς προβλέψεις σχετικά με μελλοντικές παρατηρήσεις, οι οποίες μπορεί να καταρρίψουν ή να διαψεύσουν το μοντέλο, αν τυχόν δεν πραγματοποιηθούν. 66

Το φως συμπεριφέρεται τόσο ως σωματίδιο όσο και ως κύμα. 73

Ο όρος δυισμός έχει καθιερωθεί ως μετάφραση του αγγλικού όρου duality. Ωστόσο, το δυισμός αντιστοιχεί στον όρο dualism, ο οποίος έχει διαφορετικό νόημα, κυρίως ως φιλοσοφικός όρος (σημαίνει τη συνύπαρξη δύο αντίθετων προσδιορισμών – π.χ., σώμα – πνεύμα). 73

Για του νόμους που διέπουν το Σύμπαν: μοιάζει να μην υπάρχει ένα μοναδικό μαθηματικό μοντέλο, ή θεωρία, που να περιγράφει κάθε πτυχή του Σύμπαντος. 74

Αντίθετα μάλλον έχουμε να κάνουμε με ένα δίκτυο θεωριών, το οποίο ονομάζουμε δίκτυο θεωριών Μ. 74-75

· Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία (και πιο ειδικά τις εναλλακτικές ιστορίες), το Σύμπαν δεν έχει μία μόνο ύπαρξη, ή ιστορία, αντίθετα, φαίνεται να υπάρχει ταυτόχρονα κάθε δυνατή εκδοχή του σε αυτό που ονομάζουμε κβαντική υπέρθεση. 75

4. Εναλλακτικές ιστορίες

Παρότι τα συστατικά μέρη των καθημερινών αντικειμένων υπακούουν στην κβαντική φυσική, οι νόμοι του Νεύτωνα σχηματίζουν μια ενεργό θεωρία που περιγράφει με πολύ μεγάλη ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται οι μακροσκοπικές δομές του καθημερινού μας κόσμου. 84

· Στην περίπτωση της κβαντικής φυσικής, οι φυσικοί ακόμη προσπαθούν να κατανοήσουν τις λεπτομέρειες σχετικά με την ανάδυση των νευτώνειων νόμων από το κβαντικό βασίλειο. 84-85

Όσο μεγαλύτερο είναι ένα αντικείμενο τόσο λιγότερο εμφανή κα έντονα γίνονται τα κβαντικά φαινόμενα. 86

Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας (Χάιζενμπεργκ, 1926), υπάρχουν κάποιοι περιορισμοί στη δυνατότητα να μετρήσουμε ταυτόχρονα τη θέση και την ταχύτητα ενός σωματιδίου. Για παράδειγμα, αν πολλαπλασιάσουμε την αβεβαιότητα στη θέση ενός σωματιδίου με την αβεβαιότητα στην ορμή του, το αποτέλεσμα δεν μπορεί ποτέ να είναι μικρότερο από μια ορισμένη ποσότητα που ονομάζεται σταθερά του Πλανκ. Με όσο μεγαλύτερη ακρίβεια μετράμε την ταχύτητα ενός σωματιδίου, με τόσο λιγότερη ακρίβεια θα καταφέρουμε να μετρήσουμε τη θέση του, και τανάπαλιν. Έτσι, αν περιορίσουμε στο ήμισυ την αβεβαιότητα στη θέση, θα πρέπει αν περιμένουμε διπλασιασμό της αβεβαιότητας στην ταχύτητα. 88

Δεδομένης της αρχικής κατάστασης ενός συστήματος, η Φύση δεν καθορίζει τη μελλοντική του κατάσταση μέσω μιας διαδικασίας που είναι θεμελιωδώς αβέβαιη. 89

Η κβαντική φυσική δημιουργεί την εντύπωση πως υπονομεύει την ιδέα ότι η Φύση διέπεται από νόμους – αντίθετα, μας ωθεί στην υιοθέτηση μιας νέας μορφής αιτιοκρατίας: δεδομένης της κατάστασης ενός συστήματος σε ορισμένη χρονική στιγμή, οι νόμοι της Φύσης καθορίζουν τις πιθανότητες διαφόρων καταστάσεων στο μέλλον και το παρελθόν αντί να τις καθορίζουν με βεβαιότητα. 90

Η κβαντική φυσική μάς λέει ότι κανένα αντικείμενο δεν καταλαμβάνει ποτέ συγκεκριμένη θέση στο χώρο, διότι, αν συνέβαινε κάτι τέτοιο, η αβεβαιότητα της ορμής θα ήταν υποχρεωτικά άπειρη. 91

· Η παρατήρηση ενός συστήματος μεταβάλλει υποχρεωτικά την πορεία του. 100

· Η κβαντική μηχανική αναγνωρίζει ότι η πραγματοποίηση μιας παρατήρησης προϋποθέτει αλληλεπίδραση με το παρατηρούμενο αντικείμενο. 100

Για παράδειγμα, αν θέλουμε να δούμε ένα αντικείμενο με την παραδοσιακή έννοια, αυτό θα πρέπει κάπως να φωτίζεται…

Η απειροελάχιστη όμως ποσότητα φωτός πάνω σε ένα μικροσκοπικό κβαντικό σωματίδιο – δηλ. ο βομβαρδισμός του με φωτόνια – θα έχει υπολογίσιμη επίδραση στη συμπεριφορά του – κα κάτι τέτοιο θα μεταβάλλει τα αποτελέσματα κάθε σχετικού πειράματος όπως ακριβώς προβλέπει η κβαντική φυσική – γεγονός που επιβεβαιώνεται στα εργαστήρια. 100

Η κβαντική φυσική μας λέει ότι, ανεξαρτήτως των διεξοδικών ή μη παρατηρήσεων του παρόντος, το (απαρατήρητο) παρελθόν, όπως και το μέλλον δεν είναι καθορισμένο – απλώς υφίσταται ως φάσμα πιθανοτήτων. Το Σύμπαν, κατά την κβαντική φυσική, δεν έχει ένα μοναδικό παρελθόν, ή ιστορία. 103

5. Η θεωρία των πάντων   

Το Σύμπαν είναι κατανοητό επειδή διέπεται από επιστημονικούς νόμους – με άλλα λόγια, η συμπεριφορά του μπορεί να μοντελοποιηθεί. 109

Σύμφωνα με του νόμους του Νεύτωνα, οποιοδήποτε αντικείμενο που δε θα ήταν προσδεδεμένο στον πλανήτη μας θα συνέχιζε να κινείται με την αρχική ταχύτητα της Γης (1.770 χιλ. ανά ώρα, στο πλάτος του Ισημερινού). 110

Οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές αλληλεπιδράσεις είναι πολύ ισχυρότερες από τη βαρύτητα, συνήθως όμως δεν τις παρατηρούμε στην καθημερινή ζωή, διότι ένα μακροσκοπικό σώμα περιέχει σχεδόν ίσα θετικά και αρνητικά φορτία. Αυτό σημαίνει ότι και οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές δυνάμεις ανάμεσα σε δύο μακροσκοπικά σώματα σχεδόν αλληλοαναιρούνται, σε αντίθεση με τις βαρυτικές δυνάμεις που προστίθενται. 11

Μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις ήταν το ότι οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές δυνάμεις συσχετίζονται: ένα ηλεκτρικό φορτίο εν κινήσει ασκεί δύναμη σε μαγνήτες, ενώ ένας κινούμενος μαγνήτης ασκεί δύναμη σε ηλεκτρικά φορτία. 110

Πιθανό τα μάτια μας να εξελίχθηκαν αναπτύσσοντας την ικανότητα να ανιχνεύουν την ακτινοβολία στη συγκεκριμένη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, ακριβώς επειδή αυτή ακτινοβολία είναι περισσότερο διαθέσιμη. 114

· Μπορείτε να μεγαλώσετε τη διάρκεια της ζωής σας πετώντας μονίμως προς ανατολάς… 124

… όπως ακριβώς ο ορισμός των διευθύνσεων αριστερά / δεξιά, εμπρός / πίσω ή πάνω / κάτω εξαρτάται από τον προσανατολισμό του παρατηρητή, έτσι και η διεύθυνση του χρόνου ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα του παρατηρητή. 124

· Η μικρότερη απόσταση μεταξύ δύο σημείων στην επιφάνεια της Γης φαίνεται καμπύλη όταν τη χαράξουμε σε επίπεδο χάρτη. 126

Η βαρύτητα στη θεωρία του Αϊνστάιν δεν είναι μια δύναμη σαν τις άλλες – αποτελεί μάλλον συνέπεια του γεγονότος ότι η μάζα παραμορφώνει τον χωροχρόνο, παράγοντας καμπυλότητα. 127

Μολονότι και η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell και η αϊνστάνια θεωρία της βαρύτητας (η γενική σχετικότητα) έφεραν επανάσταση στη φυσική, αμφότερες συνιστούν, όπως και η φυσική του Νεύτωνα, κλασικές θεωρίες. Με άλλα λόγια, πρόκειται για μοντέλα στα οποία το Σύμπαν έχει μία και μοναδική ιστορία. 128

Πρέπει να βρούμε κβαντικές εκδοχές όλων των νόμων της Φύσης. Πρόκειται για τις λεγόμενες κβαντικές θεωρίες πεδίου. 129

Οι γνωστές δυνάμεις της Φύσης μπορούν να διακριθούν:

1. Βαρυτική. Αν και ασθενέστερη από τις 4 δυνάμεις, είναι δύναμη μεγάλης εμβέλειας και δρα ελκτικά σε κάθε σώμα στο Σύμπαν. Αυτό σημαίνει ότι, στην περίπτωση μεγάλων σωμάτων, οι βαρυτικές δυνάμεις, αθροιζόμενες, μπορούν να κυριαρχούν έναντι των άλλων δυνάμεων. 129

2. Ηλεκτρομαγνητική. Πρόκειται ομοίως για δύναμη μεγάλης εμβέλειας, ενώ είναι και πολύ ισχυρότερη από τη βαρύτητα, δρα όμως μόνο σε σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο. Οι ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεγάλων σωμάτων αλληλοεξουδετερώνονται, κυριαρχούν όμως στις κλίμακες των ατόμων και των μορίων. Οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις είναι υπεύθυνες για το σύνολο των δομών της χημείας και της βιολογίας. 129

3. Ασθενής πυρηνική. Σε αυτήν οφείλεται η ραδιενέργεια, ενώ παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό των χημικών στοιχείων στα άστρα και στο πρώιμο σύμπαν. Ωστόσο, αυτή τη δύναμη δεν τη συναντούμε στην καθημερινότητά μας. 129-130

4. Ισχυρή πυρηνική. Συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα. Επίσης συνέχει τα ίδια τα πρωτόνια και τα νετρόνια, κάτι απαραίτητο, καθώς τα σωματίδια αυτά αποτελούνται από τα κουάρκ. Αποτελεί την ενεργειακή πηγή του Ήλιου και των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής – όπως όμως και με την ασθενή δύναμη, δεν έχουμε άμεση επαφή με αυτήν. 130

Η πρώτη δύναμη για την οποία δημιουργήθηκε μια κβαντική εκδοχή ήταν η ηλεκτρομαγνητική. Η κβαντική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η επονομαζόμενη κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED), αναπτύχθηκε από τον R. Feynman και άλλους τη δεκαετία του 1940, και συνιστά πλέον μοντέλο για κάθε κβαντική θεωρία πεδίου. Στις κβαντικές θεωρίες πεδίου, όμως, τα πεδία των δυνάμεων αναπαρίστανται ως συγκροτούμενα από διάφορα στοιχειώδη σωματίδια που ονομάζονται μποζόνια – σωματίδια – φορείς αλληλεπιδράσεων, τα οποία πηγαινοέρχονται μεταξύ των σωματιδίων ύλης, μεταδίδοντας τις δυνάμεις. Τα σωματίδια ύλης ονομάζονται φερμιόνια. Τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ αποτελούν παραδείγματα φερμιονίων. Το φωτόνιο αποτελεί παράδειγμα μποζονίου. Πρόκειται για το μποζόνιο που μεταδίδει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Βασικά, ένα σωματίδιο ύλης, όπως το ηλεκτρόνιο, εκπέμπει ένα μποζόνιο (σωματίδιο δύναμης) και στη συνέχεια ανακρούει, όπως περίπου ένα κανόνι μετά την εκτόξευση του βλήματος. 130

Κατόπιν, το σωματίδιο δύναμης συγκρούεται με ένα άλλο σωματίδιο ύλης και απορροφάται, μεταβάλλοντας την κίνηση του σωματιδίου αυτού. 130-131

Ο διαχωρισμός όμως των φυσικών δυνάμεων σε 4 κατηγορίες είναι ενδεχομένως τεχνητός και απότοκος της έλλειψης κατανόησης εκ μέρους μας. 135 Πολλοί, λοιπόν, αναζητούν μια Θεωρία των Πάντων που θα μπορέσει να ενοποιήσει αυτές τις 4 κατηγορίες σε έναν μοναδικό νόμο, συμβατό με την κβαντική θεωρία. 135-136 Κάτι τέτοιο είναι πραγματικά το Άγιο Δισκοπότηρο της φυσικής. 136

Σύμφωνα με τη QED, το πρωτόνιο, το νετρόνιο και πολλά άλλα στοιχειώδη σωματίδια ύλης αποτελούνται από κουάρκ – τα οποία έχουν μια ιδιαίτερη ιδιότητα που οι φυσικοί έχουν ονομάσει χρώμα (ή χρωματικό φορτίο), εξ ου και ο όρος χρωμοδυναμική – δεν έχουν καμιά σχέση με τα χρώματα του φωτός. 136

Τρία κουάρκ, ένα από κάθε χρώμα, σχηματίζουν τα επονομαζόμενα βαρυόνια – σταθερά σωματίδια, παραδείγματα των οποίων είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι τα βαρυόνια που συναπαρτίζουν τον πυρήνα των ατόμων και αποτελούν τη βάση όλης της συνηθισμένης ύλης στο Σύμπαν. 137

Οι περισσότεροι φυσικοί υιοθέτησαν μια ad hoc θεωρία, το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο, το οποίο αποτελείται από την ενοποιημένη θεωρία της ηλεκτρασθενούς δύναμης και την QED ως θεωρία για τη ισχυρή δύναμη. Στο μοντέλο αυτό όμως οι ηλεκτρασθενείς δυνάμεις και οι ισχυρές δυνάμεις δρουν χωριστά και δεν είναι πραγματικά ενοποιημένες. 139

· Καθώς η αρχή της αβεβαιότητας δεν επιτρέπει στις τιμές του πεδίου και του ρυθμού μεταβολής του να είναι ακριβείς, ο χώρος δεν είναι ποτέ κενός. 141

Η υπερσυμμετρία αποτελεί ένα περισσότερο αδιόρατο είδος συμμετρίας, το οποίο δεν μπορεί να συσχετιστεί με κάποιον μετασχηματισμό του συνηθισμένου χώρου. 142

· Μία από τις σημαντικότερες συνέπειες της υπερσυμμετρίας είναι ότι τα σωματίδια δυνάμεων και τα σωματίδια ύλης – άρα, οι δυνάμεις και η ύλη – αποτελούν στην πραγματικότητα δύο όψεις του ίδιου πράγματος. 142-143

Σύμφωνα με τη θεωρία των χορδών, τα σωματίδια δεν είναι μαθηματικά σημεία αλλά μοτίβα ταλάντωσης, με μήκος αλλά όχι ύψος ή πλάτος – σαν απείρως λεπτές χορδές. 144

· Η θεωρία των χορδών έχει ένα ακόμη ασυνήθιστο χαρακτηριστικό: είναι συνεπής μόνο αν θεωρήσουμε ότι ο χωροχρόνος έχει 10 διαστάσεις, αντί για τις συνηθισμένες 4. 144

Αν υπάρχουν πράγματι επιπλέον διαστάσεις, πώς και δεν τις έχουμε παρατηρήσει έως τώρα; Σύμφωνα με τη θεωρία των χορδών, οι διαστάσεις αυτές είναι περιελιγμένες σε χώρο εξαιρετικά μικρού μεγέθους. 144

Στη θεωρία των χορδών, οι επιπλέον διαστάσεις είναι περιελιγμένες σε αυτό που θα ονομάζαμε εσωτερικό χώρο, σε αντίθεση με τον τρισδιάστατο χώρο της καθημερινής μας εμπειρίας. 145

Κανείς δε φαίνεται να γνωρίζει τι ακριβώς αντιπροσωπεύει το γράμμα «Μ», αλλά ενδέχεται να αναφέρεται στις λέξεις master, miracle ή mystery (κυριαρχία, θαύμα ή μυστήριο). 146

Μπορεί να φταίει το ότι οι παραδοσιακές προσδοκίες των φυσικών για μια μοναδική θεωρία της Φύσης είναι αβάσιμες, και το ότι δεν υπάρχει μια μοναδική μαθηματική διατύπωση. 146

Είτε υφίσταται η θεωρία Μ ως μία μοναδική διατύπωση είτε ως ένα δίκτυο θεωριών, γνωρίζουμε κάποιες από τις ιδιότητές της. κατά πρώτον, η θεωρία Μ έχει 11 χωροχρονικές διαστάσεις, και όχι 10. 146

· Οι νόμοι της θεωρίας Μ αφήνουν περιθώριο για διαφορετικά σύμπαντα, στοιχείο το οποίο σημαίνει ότι η θεωρία Μ επιτρέπει την ύπαρξη 10⁵⁰⁰ διαφορετικών συμπάντων, το καθένα με τους δικούς του νόμους. 148

6 Επιλέγοντας το Σύμπαν μας

Ο όρος Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) εισήχθη από τον αστροφυσικό του Καίμπριτζ Fred Hoyle, ο οποίος πίστευε σε ένα σύμπαν αέναα διαστελλόμενο και χρησιμοποίησε τον όρο με χλευαστική διάθεση. 159

Αυτή η ακτινοβολία (αχνό κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων ου διαποτίζει το Σύμπαν) του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου είναι ίδια με τα μικροκύματα στον φούρνο σας, αλλά έχει μικρότερη ένταση. Μπορείτε και εσείς να παρατηρήσετε αυτή τη διάχυτη κοσμική ακτινοβολία αν συντονίσετε την τηλεόρασή σας σε ένα αχρησιμοποίητο κανάλι (ένα ποσοστό από το «χιόνι» οφείλεται σε αυτήν). 159

[για την προέλευση του σύμπαντος]. Η γενική σχετικότητα προβλέπει την ύπαρξη ενός σημείου στον χρόνου, όπου η θερμοκρασία, η πυκνότητα και η καμπυλότητα του Σύμπαντος λαμβάνουν άπειρη τιμή, κατάσταση την οποία οι μαθηματικοί ονομάζουν (χωροχρονική) ανωμαλία η ιδιομορφία. 160

· Η σχετικότητα επιτάσσει ότι τίποτα δεν είναι δυνατόν να κινηθεί ταχύτερα από το φως, αλλά το όριο της ταχύτητας δεν ισχύει για τη διαστολή του ίδιου του χώρου. 161

Παρότι η γενική σχετικότητα ενοποιεί τον χρόνο και τον χώρο σε χωροχρόνο, με συνέπεια τη μείξη σε ορισμένο βαθμό του χώρου και του χρόνου, ο χρόνος εξακολουθεί να είναι κάτι διακριτό από τον χώρο, και αμφότεροι έχουν αρχή και τέλος είτε «ξετυλίγονται» στο διηνεκές. 167

Αν η γένεση του Σύμπαντος είναι ένα κβαντικό γεγονός, θα πρέπει αν περιγράφεται με ακρίβεια από την άθροιση ιστοριών κατά Feynmn. Αλλά η εφαρμογή της κβαντικής θεωρίας σε ολόκληρο το Σύμπαν – όπου οι παρατηρητές αποτελούν μέρους του παρατηρούμενου συστήματος – δεν είναι τόσο απλή υπόθεση. 169

Εμείς δεν αποτελούμε παρά το προϊόν των κβαντικών διακυμάνσεων στο πολύ πρώιμο Σύμπαν. 173

Σύμφωνα με τη θεωρία Μ, ο χωροχρόνος έχει 10 χωρικές και1 χρονική διάσταση. Η ιδέα είναι ότι οι 7 χωρικές διαστάσεις έχουν περιελιχθεί τόσο σφιχτά ώστε να μην τις παρατηρούμε αφήνοντάς μας την ψευδαίσθηση ότι το μόνο που υπάρχει είναι οι 3 εναπομένουσες μεγάλες διαστάσεις με τιε οποίες είμαστε εξοικειωμένοι. 175

7 Το φαινόμενο θαύμα  

Παραδοσιακά οι επιστήμονες ορίζουν ως κατοικίσιμη ζώνη ενός δεδομένου άστρου τη στενή περιοχή γύρω του όπου οι θερμοκρασίες είναι τέτοιες ώστε να μπορεί να υπάρξει νερό σε υγρή μορφή. 187

Η κατοικίσιμη αυτή ζώνη λέγεται μερικές φορές και «ζώνη της Χρυσομαλλούσας», καθώς το προαπαιτούμενο της ύπαρξης νερού σε υγρή μορφή συνεπάγεται ότι, όπως και στο παραμύθι της Χρυσομαλλούσας, η ανάπτυξη νοήμονος ζωής προϋποθέτει για τις πλανητικές θερμοκρασίες να είναι «όσο ακριβώς χρειάζεται». 186-187

Η ίδια μας η ύπαρξη επιβάλλει κανόνες που καθορίζουν από πού και σε ποια χρονική στιγμή θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε το Σύμπαν. Με άλλα λόγια, το ίδιο το γεγονός της ύπαρξής μας θέτει περιορισμούς στα χαρακτηριστικά του είδους περιβάλλοντος στο οποίο βρισκόμαστε ως παρατηρητές. (ασθενής ανθρωπική αρχή). 188

Σύγκρουση και σύντηξη δύο πυρήνων υδρογόνου δίνει το ήλιο. Δύο άτομα ηλίου δίνουν ομοίως βηρύλλιο (4 πρωτόνια). 193

Ο άνθρακας δημιουργείται στο εσωτερικό των άστρων από τις συγκρούσεις 3 πυρήνων ηλίου, φαινόμενο το οποίο θα ήταν εξαιρετικά απίθανο αν οι νόμοι της φυσικής δεν κατείχαν μια ιδιαίτερη ιδιότητα. 195

· Σε χώρο μεγαλύτερο των 3 διαστάσεων, η βαρυτική έλξη δύο σωμάτων μειώνεται πιο ραγδαία από όσο στις 3 διαστάσεις. 197

Αν δεν υπήρχε μια σειρά από εκπληκτικές συμπτώσεις στις ακριβείς λεπτομέρειες των φυσικών νόμων, οι άνθρωποι και οι παρόμοιες μορφές ζωής δε θα είχαν εμφανιστεί ποτέ. 198

Στον δυτικό πολιτισμό, η Παλαιά Διαθήκη περιέχει την ιδέα του θεϊκού σχεδίου στη δικής της ιστορία περί Δημιουργίας – όμως, μεγάλη επίδραση δέχτηκε η παραδοσιακή χριστιανική άποψη και από τον Αριστοτέλη, ο οποίος πίστευε «σε ένα νοήμονα φυσικό κόσμο που λειτουργεί βάσει σκόπιμου σχεδιασμού». 200

Στις ΗΠΑ, όπου το Σύνταγμα απαγορεύει τη θρησκευτική διδασκαλία στα σχολεία, ο τύπος αυτής της ιδέας ονομάζεται «ευφυές σχέδιο», υπονοώντας εμμέσως πλην σαφώς ότι ο σχεδιαστής αυτός είναι ο Θεός. 202

Όπως ο Δαρβίνος εξήγησε με ποιο τρόπο ο φαινομενικά θαυμαστός σχεδιασμός των έμβιων μορφών μπορούσε να προκύψει χωρίς την παρέμβαση κάποιου ανώτατου όντος, έτσι και η ιδέα του πολυσύμπαντος μπορεί να εξηγεί τις λεπτές ρυθμίσεις των φυσικών νόμων χωρίς ανάγκη επίκλησης ενός καλοκάγαθου δημιουργού ο οποίος έφτιαξε το Σύμπαν για δικό μας όφελος. 202

Κατά τον 19^ο αιώνα και τις αρχές του 20^ου αιώνα, ο Μάξουελ και ο Αϊνστάιν ενοποίησαν τις θεωρίες του ηλεκτρισμού, του μαγνητισμού και του φωτός. Κατά τη δεκαετία του ’70, διαμορφώθηκε το Καθιερωμένο Μοντέλο, μια μοναδική θεωρία για την ασθενή πυρηνική, την ισχυρή πυρηνική και την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Ακολούθησαν η θεωρία χορδών και η θεωρία Μ, σε μια προσπάθεια συμπερίληψης και της εναπομένουσας δύναμης, της βαρυτικής. Στόχος ήταν να βρεθεί, όχι απλώς μια μοναδική θεωρία που να εξηγεί το σύνολο των δυνάμεων, αλλά μια θεωρία η οποία να εξηγεί τους θεμελιώδεις αριθμούς, όπως η ένταση των δυνάμεων ή η μάζα και το φορτίο των στοιχειωδών σωματιδίων. 203

8. Το μεγάλο σχέδιο

Είδαμε ότι οι κανονικότητες που παρατηρούνται στην κίνηση αστρονομικών σωμάτων υποδηλώνουν ότι υπαγόμαστε σε σταθερούς νόμους αντί να είμαστε υποκείμενοι στις αυθαιρεσίες και στις παραξενιές θεών και δαιμόνων. 209

Οι νόμοι αυτοί θα πρέπει να ισχύουν παντού – διαφορετικά, δεν είναι νόμοι. Δεν υπάρχει χώρος για εξαιρέσεις ή θαύματα. Δεν υπάρχει χώρος για θεούς και δαίμονες στη διαφέντευση ενός τέτοιου Σύμπαντος. 209

· Δεν νοείται εξέταση της πραγματικότητας ανεξάρτητη μοντέλου. Κατά συνέπεια, ένα καλά δομημένο μοντέλο δημιουργεί τη δική του πραγματικότητα. 210

Πρόκειται για ένα αιτιοκρατικό Σύμπαν: άπαξ και ορίσουμε μια εναρκτήρια διαμόρφωση – την αρχική συνθήκη -, οι νόμοι πλέον καθορίζουν το τι θα συμβεί στο μέλλον. 211

Το εν λόγω σύμπαν καθίσταται ενδιαφέρον από το γεγονός ότι, αν και η θεμελιακή «φυσική» του είναι απλή, η «χημεία» του μπορεί να είναι περίπλοκη. Με άλλα λόγια, σύνθετα αντικείμενα απαντούν σε διαφορετικές κλίμακες. 214

Όπως και στο δικό μας Σύμπαν, στο Παιχνίδι της Ζωής η πραγματικότητά μας εξαρτάται από το μοντέλο που επιστρατεύουμε. 215

Κατά μια εκτίμηση βασισμένη στην πρώιμη δουλειά του μαθηματικού John von Neumann, το ελάχιστο μέγεθος ενός αυτοαναπαραγόμενου μοτίβου στο Παιχνίδι της Ζωής είναι 10 τρισεκατομμύρια τετράγωνα – σχεδόν το πλήθος των μορίων σε ένα ανθρώπινο κύτταρο. 217

· Θα μπορούσε κανείς να ορίσει τα ζωντανά πλάσματα ως πολύπλοκα συστήματα εντός κάποιων ορίων μεγέθους τα οποία είναι ευσταθή και αναπαράγουν τον εαυτό τους. 217

Θα μπορούσε μια τέτοια μορφή ζωής να έχει επίγνωση του εαυτού της; Να διαθέτει αυτοσυνειδησία; Εδώ, οι απόψεις διίστανται. Ορισμένοι ισχυρίζονται ότι η αυτεπίγνωση απαντά αποκλειστικά στον άνθρωπο και τον προικίζει με την ελεύθερη βούληση, την ικανότητα να επιλέγει ανάμεσα σε διαφορετικούς άξονες δράσης. 218

Δεν μπορούμε καν να λύσουμε εξισώσεις για τρία ή περισσότερα αλληλεπιδρώντα σωματίδια. Καθώς ένας εξωγήινος στο μέγεθος του ανθρώπου θα περιείχε περίπου ένα εννεάκις εκατομμύριο σωματίδια, ακόμη και αν ήταν ρομπότ, θα αδυνατούσαμε να λύσουμε τις εξισώσεις και να προβλέψουμε τι θα κάνει. 218

Οπότε, είμαστε αναγκασμένοι να πούμε ότι κάθε πολύπλοκο πλάσμα διαθέτει ελεύθερη βούληση – όχι ως θεμελιώδες γνώρισμά του, αλλά ως ενεργό θεωρία, ως παραδοχή της ανικανότητάς μας να κάνουμε τους υπολογισμούς που θα μας επέτρεπαν να προβλέψουμε τις ενέργειές του. 218-219

Από το παράδειγμα του παιχνιδιού του Conway προκύπτει ότι ακόμη κα ένα απλό σύνολο νόμων μπορεί να παραγάγει πολύπλοκα γνωρίσματα, παρόμοια με εκείνα της νοήμονος ζωής. 219

Όπως και στο σύμπαν του Conway, οι νόμοι του Σύμπαντός μας, δοθείσης μιας κατάστασης σε ορισμένη χρονική στιγμή, καθορίζουν την εξέλιξη του Σύμπαντος. 219

Μια προϋπόθεση που θα πρέπει να πληροί οποιοδήποτε σύνολο νόμων της Φύσης είναι να έχει θετική ενέργεια ένα απομονωμένο σώμα που περιβάλλεται από κενό χώρο – με άλλα λόγια, να απαιτείται παραγωγή έργου για τη σύνθεση του εν λόγω σώματος. 219

Επειδή η βαρυτική δύναμη είναι ελκτική, η βαρυτική ενέργεια είναι αρνητική: χρειάζεται να δαπανήσουμε έργο για να διαχωρίσουμε ένα βαρυτικά συνδεδεμένο σύστημα, όπως το σύστημα Γης και Σελήνης. 220

· Επειδή η βαρύτητα διαμορφώνει τον χώρο και τον χρόνο, επιτρέπει στον χωροχρόνο να είναι τοπικά σταθερός αλλά καθολικά ασταθής. Στην κλίμακα ολόκληρου του Σύμπαντος, η θετική ενέργεια της ύλης μπορεί αν αντισταθμιστεί από την αρνητική βαρυτική ενέργεια , οπότε δεν υφίσταται περιορισμός όσον αφορά τη δημιουργία ολόκληρων συμπάντων. 221

Η αυθόρμητη δημιουργία είναι ο λόγος που υπάρχει το Σύμπαν. Δεν είμαστε υποχρεωμένοι να επικαλεστούμε το Θεό ως αρχικό πυροδότη του Σύμπαντος. Αυτός είναι ο λόγος που υπάρχει κάτι αντί για το τίποτα – αυτή είναι η αιτία της ύπαρξής μας. 221

Η θεωρία Μ είναι η πιο γενική υπερσυμμετρική θεωρία για τη βαρύτητα. Λόγω αυτού, η θεωρία Μ παραμένει ο μοναδικός υποψήφιος για μια πλήρη θεωρία του Σύμπαντος. Αν είναι πεπερασμένη – και αυτό απομένει να αποδειχθεί -, θα αποτελεί το μοντέλο ενός σύμπαντος το οποίο δημιουργεί τον εαυτό του. Πρέπει να είμαστε μέρος αυτού του σύμπαντος, διότι δεν υπάρχει κανένα άλλο συνεπές μοντέλο. 221

Η θεωρία Μ αποτελεί την ενοποιημένη θεωρία που ήλπιζε να βρει ο Αϊνστάιν. 222

Αν η θεωρία επιβεβαιωθεί, θα είναι η επιτυχέστερη κατάληξη μιας αναζήτησης που άρχισε περισσότερο από 3.000 χρόνια πριν. Τότε, θα έχουμε ανακαλύψει το Μεγάλο Σχέδιο. 222