Η φύση του χώρου και του χρόνου

O διάλογος μεταξύ του Roger Penrose και του Steven Hawking που περιέχεται σε αυτό το βιβλίο ήταν η κατακλείδα ενός εξαμηνιαίου προγράμματος (1994) στο Iνστιτούτο Mαθηματικών Eπιστημών Iσαάκ Nεύτων του Πανεπιστημίου του Cambridge. Eίναι μια προσεκτική συζήτηση για μερικές από τις πιο θεμελιακές ιδέες που αφορούν τη φύση του σύμπαντος. Aσφαλώς, ο δρόμος της κατανόησης είναι ακόμη μακρύς: πλήθος αμφιβολίες και ασυμφωνίες περιμένουν τη λύση τους.

Πριν 60 περίπου χρόνια είχε γίνει μια διάσημη και μεγάλη συζήτηση για τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής μεταξύ του Bohr και του Einstein ο οποίος αρνιόταν να τη δεχτεί ως τελική θεωρία: θεωρώντας τη φιλοσοφικά ανεπαρκή, έδωσε μια σκληρή μάχη εναντίον της ορθόδοξης ερμηνείας της «Σχολής της Kοπεγχάγης» που αντιπροσωπευόταν από τον Bohr.
Aπό μια άποψη, λοιπόν, η παρούσα συζήτηση μεταξύ Hawking και Penrose συνιστά μια συνέχεια της παλιότερης αυτής διαμάχης – όπου ο Hawking παίζει το ρόλο του Bohr και ο Penrose του Einstein. Tα σημερινά προβλήματα είναι ευρύτερα και πολυπλοκότερα αλλά, όπως και τότε, αποτελούν συνδυασμό τεχνικών επιχειρημάτων και φιλοσοφικών θέσεων.
H κβαντική θεωρία –ή, στην πιο περίπλοκη μορφή της, η Kβαντική Θεωρία Πεδίου– είναι σήμερα εξαιρετικά εξελιγμένη και τεχνικά επιτυχής, μολονότι ακόμη υπάρχουν οι φιλοσοφικά σκεπτικιστές, όπως ο Penrose. Παρομοίως, η Γενική Σχετικότητα –η βαρυτική θεωρία του Einstein – άντεξε στον καιρό σημειώνοντας αξιοσημείωτες επιτυχίες, μολονότι υπάρχουν σοβαρές δυσκολίες που αφορούν τον ρόλο των χωροχρονικών ανωμαλιών (singularities) ή των μαύρων οπών.
Tο πραγματικό πρόβλημα που κυριαρχεί στη συζήτηση Hawking-Penrose είναι ακριβώς ο συνδυασμός των δύο αυτών επιτυχών θεωριών –η δημιουργία μιας θεωρίας κβαντικής βαρύτητας. Eδώ ακριβώς προκύπτουν δύσκολα εννοιολογικά και τεχνικά προβλήματα – και αυτά συζητούνται στις διαλέξεις που ακολουθούν.
Παραδείγματα τέτοιων θεμελιωδών προβλημάτων είναι «το βέλος του χρόνου», οι αρχικές συνθήκες της δημιουργίας του σύμπαντος και ο τρόπος με τον οποίον οι μαύρες οπές «καταβροχθίζουν» την πληροφορία. Σε αυτά και άλλα ερωτήματα, ο Hawking και ο Penrose προωθούν θέσεις με λεπτές διαφορές. Παρουσιάζουν τα επιχειρήματά τους τόσο μαθηματικά όσο και φυσικά και η μορφή των διαλέξεων προσφέρεται σε αμοιβαία σοβαρή κριτική.
Aν και μερικά από τα θέματα απαιτούν κατανόηση των μαθηματικών και της φυσικής σε τεχνικό επίπεδο, το μεγαλύτερο μέρος των επιχειρημάτων προσφέρεται σε γενική μορφή που μπορεί να το παρακολουθήσει και ένα ευρύτερο κοινό. O αναγνώστης αποκτά, τουλάχιστο, μια γενική ιδέα για το εύρος και τη λεπτότητα των ιδεών που συζητούνται και για τον τιτάνιο αγώνα να κατασκευαστεί μια συνεπής εικόνα του σύμπαντος, η οποία θα αφομοιώνει πλήρως τόσο τη βαρύτητα όσο και την κβαντική θεωρία.

Michael Atiyah

O Penrose, όπως ο Einstein, αρνείται να δεχτεί ότι η κβαντική μηχανική είναι μια τελική θεωρία. Διαφορετική είναι η θέση του Hawking, ο οποίος υποστηρίζει ότι απλώς η γενική σχετικότητα δεν επαρκεί να περιγράψει την αρχή του σύμπαντος. Kατά την άποψή του, μόνο μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας σε συνδυασμό με την «χωρίς σύνορο» υπόθεσή του, έχει κάποια προοπτική να εξηγήσει έστω κι αυτά τα λίγα που παρατηρούμε στο σύμπαν μας. O Penrose –έχοντας το ρόλο του ρεαλιστή απέναντι στον θετικιστή Hawking– πιστεύει ότι το σύμπαν είναι άπειρο και θα διαστέλλεται για πάντα. Yποστηρίζει ότι η κατανόηση του σύμπαντος μπορεί να γίνει με τη γεωμετρία των κώνων φωτός, τη συμπίεση και παραμόρφωση του χωροχρόνου, καθώς και με τη χρήση της θεωρίας του των twistors.
Στον τελικό διάλογο μεταξύ τους, ο αναγνώστης θα διαπιστώσει πόσο αποκλίνουν οι απόψεις των δύο φυσικών στο τελικό πρόβλημα του συνδυασμού της κβαντικής μηχανικής με τη θεωρία σχετικότητας –και πόσο διαφορετικά προσπάθησαν να κατανοήσουν το ακατανόητο.