Γιατί ο Αϊνστάιν επέμενε σε ένα στατικό σύμπαν;
8 Οκτωβρίου 2017[Προηγούμενη δημοσίευση:https://www.pemptousia.gr/?p=16425 ]
2. Γιατί αναφέρθηκε ο Αϊνστάϊν στην κοσμολογική σταθερά ως το μεγαλύτερο σφάλμα της επιστημονικής ζωής του; Και γιατί επέμενε σε ένα στατικό σύμπαν;
Ο Αϊνστάϊν εισάγοντας τις τρεις υποθέσεις του για το κοσμολογικό του πρότυπο, με μεγάλη του απογοήτευση ανακάλυψε ότι οι εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας δεν είχαν λύσεις. Δηλαδή υποστήριζε ότι το Σύμπαν είναι στατικό και ακόμη ότι η στατικότητα αυτή δεν μπορεί να προκύψει ως λύση των εξισώσεων πεδίου:
Gμν = k Tμν,
όπου ο παράγοντας Gμν, καλείται τανυστής Einstein και δίνεται από την σχέση:
Gμν = Rμν – 0,5 gμν R,
όπου Rμν είναι ο τανυστής Ricci, R = η βαθμωτή καμπυλότητα (scalar curvature) και gμν ο μετρικός τανυστής (metric tensor) με 16 συνιστώσες gμν (x, Ξ, z, t) από τις οποίες ορίζεται η απόσταση:
dS= gμν dxμ dxν.
Επομένως, για να βρει μια λύση, αναγκάστηκε να εισαγάγει στις εξισώσεις του έναν ακόμη όρο, έναν αυθαίρετο παράγοντα διάφορο του μηδενός, που τον ονόμασε «κοσμολογική σταθερά» λ και έτσι οι εξισώσεις πεδίου πήραν την μορφή:
Gμν + λ gμν = k Tμν.
Αν κανείς ομιλεί με Νευτώνειους όρους, η βαρύτητα είναι μια ελκτική δύναμη. Η Γή έλκει τα πάντα, ενώ και έξω απ’ αυτήν, στο πλανητικό σύστημα, οι κομήτες, για παράδειγμα, έλκονται από τον Ήλιο.
Το ερώτημα, λοιπόν, που ανακύπτει είναι:
Γιατί η βαρύτητα δεν είχε ήδη προκαλέσει την κατάρρευση αυτής καθ’ εαυτής της ύλης του Σύμπαντος, αφού κάθε ουράνιο σώμα έλκει όλα τα άλλα;
Η βαρύτητα, λοιπόν, φαινόταν ασυμβίβαστη με το στατικό, αιώνιο και αμετάβλητο Σύμπαν του Αϊνστάϊν.
Σημειωτέον ότι και ο Νεύτωνας θεωρούσε ότι κάποτε, σε έναν πεπερασμένο χρόνο, η βαρύτητα θα έπρεπε να προκαλέσει την κατάρρευση του Σύμπαντος. Ως πιστός χριστιανός, όμως, πίστευε ότι το Σύμπαν δεν είχε καταρρεύσει, επειδή ο Θεός διατηρούσε τις κατάλληλες αποστάσεις ανάμεσα στα ουράνια σώματα, μεταβάλλοντας από καιρό σε καιρό τις μεταξύ τους αποστάσεις.
Ο Αϊνστάϊν δεν θέλησε να επικαλεστεί τον Θεό στα κοσμολογικά προβλήματα, οπότε υπέθεσε ότι εκτός από την βαρυτική δύναμη υπήρχε και μια άλλη δύναμη, απωστική, η οποία εξισορροπούσε τα πράγματα. Συνεπώς, η κοσμολογική σταθερά θα μπορούσε να ερμηνευτεί σαν μια απωστική δύναμη άγνωστης προέλευσης, η οποία ισορροπούσε την έλξη της βαρύτητας σε όλη την ύλη του κλειστού Σύμπαντος του Αϊνστάϊν και εμπόδιζε αυτή την ύλη να κινείται!
Φυσικά, δεν υπήρχαν ενδείξεις για την ύπαρξη της απωστικής-απωθητικής αυτής δύναμης, αλλά ο Αϊνστάϊν συμπέρανε ότι αναγκαστικά έπρεπε να υπάρχει, ώστε να ισχύει το στατικό Σύμπαν.
Ωστόσο, η εισαγωγή του όρου αυτού σε μια πιο γενική θεώρηση, σήμαινε ότι το Σύμπαν -εν απουσία μάζας και ενέργειας- δεν θα είχε δομή χωροχρόνου και θα ήταν επίπεδο, δηλαδή δεν θα μπορούσε να ικανοποιεί ακριβώς τις απαιτήσεις της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
Ο Αϊνστάϊν δυστυχώς γι’ αυτόν, όταν έμαθε, το 1929, για την ανακάλυψη, από τον Αμερικανό αστροφυσικό Edwin Hubble (1889-1953), της διαστολής του Σύμπαντος, αντιλήφθηκε ότι θα μπορούσε να την είχε προβλέψει, αν είχε μεγαλύτερη πίστη στην αρχική μορφή των εξισώσεών του. Μετάνιωσε, λοιπόν, για την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς και την χαρακτήρισε ως το μεγαλύτερο σφάλμα της επιστημονικής ζωής του!
Εξάλλου, οι σύγχρονες θεωρητικές εξελίξεις της σωματιδιακής Φυσικής υποδεικνύουν ότι στο αρχικό Σύμπαν η κοσμολογική σταθερά θα μπορούσε να μην έχει μηδενική τιμή και ότι η τιμή αυτή θα μπορούσε επιπλέον να είναι στενά συνδεδεμένη με αυτήν ακριβώς τη νφύση της κατάστασης κενού.
Ωστόσο, ο Αϊνστάϊν επέμενε στο στατικό του Σύμπαν – δηλαδή ότι οι μεγάλης κλίμακας ιδιότητές του δεν αλλάζουν με τον χρόνο – παρά το ότι ο Βέλγος αστροφυσικός abbe Lemaitre (1894-1966) είχε αποδείξει, ήδη από το 1927, ότι η στατική λύση που πρότεινε ο Αϊνστάϊν δεν ήταν ευσταθής και πως η πιο μικρή διαταραχή οδηγούσε σε διαστελλόμενα ή παλλόμενα συμπαντικά μοντέλα. Αυτό σημαίνει ότι παρά την αυθαίρετη εισαγωγή του επιπλέον παράγοντα η στατική λύση δεν επετεύχθη.
Λόγω των όσων αναφέρθηκαν, οι μετά τον Αϊνστάιν κοσμολόγοι χρησιμοποιούσαν τις εξισώσεις πεδίου δεχόμενοι ότι λ = 0. Τα κοσμολογικά αυτά πρότυπα, όπως του Λεμαίτρ (Lemaitre) και του Ρώσου αστροφυσικού Φρήντμαν (friedmann) εξελίσσονται με τον χρόνο.
