Γκουίντο Τονέλι: «Σήμερα μπορούμε να εξηγήσουμε μόλις το 5% του Σύμπαντος»

Ο καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Πίζας, Γκουίντο Τονέλι, είναι διάσημος φυσικός σωματιδίων και ένας από τους πρωταγωνιστές στην ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς, γνωστού και ως το «σωματίδιο του Θεού». Αυτό το σωματίδιο έχει υπολογιστεί ότι είναι η ακριβής μάζα για να κρατήσει το Σύμπαν στα πρόθυρα της αστάθειας, με το ίδιο το πεδίο Χιγκς να αναδύεται στο σημείο στο οποίο δημιουργήθηκε το Σύμπαν και έκτοτε λειτούργησε ως δική του πηγή ενέργειας. Πριν από λίγο καιρό επισκέφθηκε τη χώρα μας και με απλά λόγια μάς εξήγησε άγνωστες πτυχές του άγνωστου Σύμπαντός μας, την υλικότητα του χωροχρόνου, το «χάος» της δημιουργίας, τις μεγάλες κατακτήσεις της σύγχρονης επιστήμης. Τον ευχαριστούμε.

Μετά την πρόσφατη πανδημία και με γνώμονα τη συνειδητοποίηση ότι δεν είμαστε άτρωτοι, οι προβολείς έπεσαν πάνω στην επιστημονική έρευνα. Ταυτόχρονα αναδύθηκε το φαινόμενο μιας εκτεταμένης δυσπιστίας προς την επιστημονική τεκμηρίωση. Πώς το βλέπετε εσείς όλο αυτό;

Αυτές είναι δύο όψεις του ίδιου ζητήματος. Στη μια πλευρά έχουμε την καθαρή επιστήμη, η οποία μέχρι και τις μέρες μας όχι μόνο έχει κάνει τεράστια βήματα προόδου αλλά είναι και ισχυρή. Μπορεί πια σε καθημερινή βάση να θεραπεύσει εκατομμύρια δυσανάγνωστα προβλήματα, κάτι που, για παράδειγμα, πριν από μόλις δύο δεκαετίες φάνταζε δύσκολο. Από την άλλη μεριά πολλοί άνθρωποι, ενώ αναγνωρίζουν την αναγκαιότητα της επιστήμης, δεν αντιλαμβάνονται πώς ακριβώς λειτουργεί. Πώς λειτουργεί η τεχνολογία. Κι έχουν δίκιο. Διαχρονικά, πόσο μάλλον στις μέρες μας με τις τόσες μεγάλες και «αθόρυβες», όπως υπαινίσσεστε, για τον πολύ κόσμο κατακτήσεις, η επιστήμη φαίνεται σαν να μην έχει ρίζες σε κάτι απτό. Εννοώ πως θεμελιακά σκέφτονται την επιστήμη σαν κάτι που πλησιάζει το υπερφυσικό. Εδώ δημιουργείται ο φόβος. Ο τρόμος πως το ον είναι αιχμάλωτο μιας πανίσχυρης δύναμης, που κυβερνά τη ζωή μας. Ενα προνόμιο μερικών επιστημόνων, οι οποίοι, εκτός του ότι δεν είναι αλάνθαστοι, μας λένε και τι να κάνουμε. Υπάρχει μια πολλαπλή εσωτερική αντίσταση στον κόσμο και χρειάζεται εμείς οι επιστήμονες να εξοπλιστούμε με υπομονή και να ξαναθυμηθούμε την αρχαία τέχνη της πειθούς. Επειδή μεταχειριζόμαστε στοιχεία και δεδομένα, δεν πρέπει να είμαστε αλαζονικοί απέναντι σε ανθρώπους που δεν καταλαβαίνουν την πειραματική διαδικασία. Ας κρατήσουμε την αισιοδοξία μας για να πείσουμε όσο το δυνατόν περισσότερους με στοιχειοθετημένα γεγονότα. Οι επιστήμονες δεν τα ξέρουν όλα ακόμη, κι αυτό ας το δηλώσουμε ανοιχτά. Η προσέγγισή μας θα πρέπει να είναι νηφάλια και με διαρκή πειθώ.

Περίπου δώδεκα χρόνια πριν είχατε ανακοινώσει την ανίχνευση του σωματιδίου Χιγκς. Αυτή η ανακάλυψη σε ποιον βαθμό είναι σημαντική για την ιστορία της ανθρωπότητας;

Ειλικρινά μιλώντας, όταν βρισκόμασταν στη μάχη για την ανακάλυψη, αυτά τα γεμάτα φρενίτιδα χρόνια, δεν είχαμε χρόνο να αναλογιστούμε τι κάνουμε ακριβώς. Με τα χρόνια, αντιλαμβάνομαι τη μεγάλη αλλαγή παραδείγματος που παραγάγαμε, για την κατανόηση του Σύμπαντος. Εν τω μεταξύ έχουν γίνει και άλλες σημαντικές ανακαλύψεις στη Φυσική, αλλά η συγκεκριμένη απάντησε σε ένα τεράστιο ζήτημα που κρατούσε για περίπου 2.500 χρόνια. Δηλαδή ανακαλύψαμε μια άλλη οπτική γωνία για να βλέπουμε την ύλη. Η μάζα από τους αρχαίους έλληνες φιλοσόφους, καθώς και από υψιπετείς επιστήμονες όπως ο Νεύτων, ο Γαλιλαίος, μέχρι και ο Αϊνστάιν αρχικά, λογιζόταν πάντα ως μια αυξητική ιδιότητα της ύλης. Εχουμε ύλη, έχουμε και μάζα. Με την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς αποδείξαμε ότι η μάζα είναι και δυναμική ιδιότητα. Κάτι που γεννιέται μέσα από την αλληλεπίδραση. Αυτό το αχανές πεδίο που καταλαμβάνει το μποζόνιο αλληλεπιδρά με κάθε σωματίδιο-μόριο εντός του, που θα μπορούσε να είναι άνευ μάζας, αλλά λόγω αυτής της δράσης την αποκτά. Αυτή ήταν η βασική διαδικασία μέσω της οποίας παρατηρούσαμε πως τα ξεχωριστά στοιχεία μπορούν να συμπεριφερθούν σαν σύνολο και να δημιουργήσουν υποατομικά σωματίδια, τα λεγόμενα πρωτόνια. Αν αφαιρέσεις τη μάζα από τα κουάρκ (βασικοί τύποι των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης), δεν υπάρχει συμπιεσμένη ύλη. Για παράδειγμα, δεν θα είχαμε αστέρια, σκόνη, πλανήτες, ανθρώπους. Αυτή η στοιχειώδης ελάχιστη ύλη υπάρχει από την αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος, και αυτή με τη σειρά της γέννησε πρωτόνια, κουάρκς και εν συνεχεία ηλεκτρόνια και αργότερα τα πρώτα άτομα, μέχρι να φτάσουμε στους πλανήτες, κ.ο.κ. Υστερα από αυτή την ανακάλυψη θα χρειαστεί να ξαναγράψουμε τα βιβλία της Φυσικής και να δούμε τον Κόσμο διαφορετικά.

Δηλαδή, στο άμεσο μέλλον θα είμαστε σε θέση να γράψουμε μια νέα Γένεση; Και ποια θα είναι τα κύρια κεφάλαια;

Αυτό ήταν το κίνητρο για να συγγράψω το βιβλίο «Γένεση, η μεγάλη ιστορία της προέλευσης του κόσμου» (μτφρ. Μαρία Οικονομίδου, Διόπτρα). Είναι αλήθεια ότι μπορούμε να εγγράψουμε τις μεγάλες μεταμορφώσεις που έδωσαν σχήμα στο Σύμπαν μας. Και από τη στιγμή που ανακαλύψαμε ότι ήταν επτά τον αριθμό, το συνδύασα με τις αντίστοιχες ημέρες της Δημιουργίας. Ο χρόνος στην καθεμία από αυτές τις ημέρες είναι εντελώς διαφορετικός απ’ ό,τι εμείς τον μετράμε συμβατικά. Ετσι η πρώτη ημέρα διαρκεί 10 (εις τη μείον 35) δευτερόλεπτα και η τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτές οι ημέρες μοιάζουν με καταστροφές. Κάθε φορά που το Σύμπαν μας άλλαζε εντελώς τη δομή του, θα μπορούσε να οδηγηθεί και στην ανυπαρξία. Ομως αυτό δεν συνέβη. Τούτες οι μεταμορφώσεις, αντίθετα, δημιούργησαν τον κόσμο γύρω μας, τη ζωή, τους πλανήτες και τους γαλαξίες. Αυτή η γενική εικόνα που έχουμε μέχρι σήμερα είναι πυκνή και καθαρή. Είναι εντελώς νέα και μαγική. Αξίζει να τονίσουμε εδώ ότι μας λείπουν ακόμη πολλά στοιχεία.

Ποιες μπορεί να είναι αυτές οι μεταμορφώσεις;

Η πρώτη έρχεται από τη διακύμανση των ελάχιστων κβάντα μέσα στο Κενό, που μεταμορφώνονται σε μια Φούσκα η οποία διαστέλλεται από τον μηχανισμό που ονομάζουμε κοσμολογικό πληθωρισμό. Από αυτόν τον μηχανισμό δεν γνωρίζουμε όλες τις λεπτομέρειες, αλλά γνωρίζουμε μικροσκοπικά πως αυτή η Φούσκα μέσα σε κλάσματα δευτερολέπτου παίρνει το μέγεθος μιας μπάλας ποδοσφαίρου. Η δεύτερη μεταμόρφωση έρχεται μέσα από το μποζόνιο του Χιγκς. Στο στάδιο επέκτασης αυτού του τέλειου Σύμπαντος, τα σωματίδια χωρίς μάζα – που δεν είναι σε θέση να δημιουργήσουν ακόμα σύνολο – τρέχουν παντού με την ταχύτητα του φωτός. Κάποτε το Σύμπαν ηρεμεί και όταν το μποζόνιο του Χιγκς παγώσει, τότε αυτό το καινούργιο πεδίο αλλάζει τα χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Ολα αυτά συμβαίνουν σε χρόνο 10 (εις το μείον 11) δευτερόλεπτα και μετά τα σωματίδια, όταν γκρουπαριστούν, είναι σε θέση δυνητικά να δημιουργήσουν την πρώτη μορφή ύλης που είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Υστερα από μερικά δευτερόλεπτα εισερχόμαστε στο Σύμπαν που ξέρουμε, μέσα από αυτό το τεράστιο σύννεφο με σωματίδια που συνθέτουν το σώμα μας, τα βράχια, το νερό, τον αέρα κ.λπ. Ωστόσο το Σύμπαν δεν είναι ακόμη σε θέση να δημιουργήσει άστρα, γιατί η θερμοκρασία του είναι πολύ υψηλή. Για να δημιουργηθούν τα πρώτα άτομα χρειάζεται να περιμένουμε πολλές χιλιάδες χρόνια, όταν το φως διαχωρίζεται από την ύλη.

Γιατί παίρνει τόσο πολύ στο να δημιουργηθούν τα πρώτα άτομα;

Λόγω της θερμοκρασίας. Διότι η ένωση των ηλεκτρονίων με τα πρωτόνια μέσω ηλεκτρομαγνητικής δύναμης είναι ασθενής και με υψηλή θερμοκρασία δεν μπορούν να σταθούν. Οταν η θερμοκρασία κατέβει πολύ, τότε έχουμε τη δημιουργία των πρώτων ατόμων. Υπάρχουν αυτά τα τεράστια νέφη από υδρογόνο και ήλιο και μετά πρέπει να περιμένουμε άλλα 400 εκατομμύρια χρόνια για να έχουμε τα πρώτα άστρα.

Αναφέρετε στα βιβλία σας ότι η υλική ενέργεια και ο χρόνος δεν υπήρχαν από πάντα. Ωστόσο γεννήθηκαν μαζί; Πώς φτάνουμε σε αυτό το συμπέρασμα;

Το συμπέρασμα έρχεται από μελέτες που ξεκινούν πριν από τριάντα χρόνια. Τότε που οι επιστήμονες μετρούν τις ιδιότητες του Σύμπαντος. Οι επιστήμονες είναι σαν τα μικρά παιδιά και μέσα από τις αφελείς ερωτήσεις παράγεται αποτέλεσμα. Εχει αυτό το σύστημα ηλεκτρική ενέργεια; Εχει αδράνεια; Ποια η κατεύθυνση της ταχύτητάς του; Ανακαλύφθηκε λοιπόν ότι το Σύμπαν έχει συνολική ενέργεια που είναι ίση με το μηδέν. Για κάθε θετική ενέργεια υπάρχει ισοδύναμη αρνητική, και σημαίνει ότι πίσω από κάθε «φανερή» δράση πάντα κάτι κρύβεται από πίσω. Αυτό ήταν μια μεγάλη έκπληξη. Δεν το συλλαμβάνουμε ακόμη και σήμερα. Το Σύμπαν λοιπόν έχει τον ίδιο κβαντικό αριθμό με το Κενό, που είναι [0 0 0]. Αυτό σημαίνει ότι τα δύο συστήματα παραμένουν αξεχώριστα και φυσικά ισοδύναμα. Ετσι ολόκληρο το Σύμπαν αποτελεί μια μορφή κενού. Το Κενό όμως δεν σημαίνει το τίποτα. Το σύστημα του Κενού είναι ένα σύστημα υλικό.

Για να ξαναγυρίσουμε στον χρόνο που με ρωτήσατε. Εκείνο που είχε παραμεληθεί για δεκαετίες ήταν το εξής: όταν χρειάζεται να παραχθεί μάζα (π.χ. ένα άστρο), θέλεις μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αλλά όταν έχεις τα πρώτα άστρα ή έναν πλανήτη μέσα σε έναν χωρόχρονο, αρχίζει και παράγεται η βαρύτητα. Ο σχηματισμός του χωροχρόνου λοιπόν γεννά την έλξη μεταξύ των σωμάτων, κάνει τη Γη να γυρίζει γύρω από τον Ηλιο κ.λπ. Η έλξη αυτή σημαίνει ότι ο χωρόχρονος είναι γεμάτος από αρνητική ενέργεια που είναι ισοδύναμη με τη θετική.  Ο χωρόχρονος τελικά είναι και υλικό στοιχείο. Τούτο σημαίνει πως μπορεί να δημιουργηθεί το Σύμπαν από το κενό. Με την παραγωγή μάζας (που συνεπάγεται ενέργεια) και την εν συνεχεία τοποθέτησή της στον χωρόχρονο.

Τι ακριβώς είναι το Κενό;

Είναι ένα αχανές ρεζερβουάρ σωματιδίων και αντισωματιδίων. Το Κενό, για να κάνουμε μια αναλογία, μοιάζει με τον αριθμό μηδέν. Μια τεράστια δεξαμενή ύλης και αντιύλης. Μικροσκοπικά το Κενό κάθε άλλο παρά στατικό είναι. Εχουμε μια έξαλλη παραγωγή φυσαλίδων (γεμάτες ύλη και αντιύλη), για ένα μικροκλάσμα του δευτερολέπτου. Είμαι σίγουρος πως αν κατανοήσουμε τις ιδιότητες του συστήματος του Κενού θα μπορέσουμε να αποσπάσουμε γνώση που θα μας δώσει ακόμα πιο νέες και αδιανόητες τεχνολογίες από τις υπάρχουσες. Εννοώ να βάλουμε το Σύμπαν στο μικροσκόπιο και να εξεταστεί κάθε ελάχιστη λεπτομέρειά του. Ξέρετε, το Κενό προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη «χάος», που τη χρησιμοποιούσε και ο Ησίοδος. Το χάος έχει πολλές ερμηνείες. Δεν σημαίνει μόνο αταξία στο σύστημα. Αλλά και κάτι το οργανικό που διέπεται από ακανόνιστους κανόνες.

Η ερώτηση του ενός εκατομμυρίου

Σήμερα μπορούμε να αποδείξουμε ότι υπάρχει μόνο ένας χωρόχρονος;

Αυτή είναι η ερώτηση του ενός εκατομμυρίου. Υπάρχει ένα τεράστιο εάν εδώ. Μέχρι στιγμής δεν έχει αποδειχθεί κάτι. Εάν δηλαδή υπάρχει ένα άλλο Σύμπαν το οποίο θηλυκώνει με το δικό μας. Που σημαίνει ακριβώς πως κάπου εκεί έξω υπάρχει ένας άλλος χωρόχρονος με τις δικές του ιδιότητες, που όμως μπλέκεται με τον δικό μας. Τότε τι γίνεται; Οι έρευνες έχουν ενταθεί τα τελευταία χρόνια. Είμαστε σίγουροι ότι είμαστε οι μοναδικοί σε όλα τα μήκη και τα πλάτη του χωροχρόνου που γνωρίζουμε; Τα σύγχρονα τηλεσκόπια φτάνουν στις πιο σκοτεινές μεριές του Σύμπαντος. Οι αστρονόμοι για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, μελετούν κατά πόσο οι ιδιότητες του δικού μας χωροχρόνου είναι ομογενείς. Εάν δεν υπάρχει άλλος γαλαξίας κοντά, τότε ο χωρόχρονός μας ακολουθεί μια συνήθη δομή. Αλλά εάν υπάρχει ένα άλλο Σύμπαν που δένει με το δικό μας, τότε ο δικός μας χωρόχρονος θα είναι διαταραγμένος και ακόλουθα η ζωή δεν θα είναι παρά ένα παράξενο μοτίβο. Αν είμαστε τυχεροί και βρούμε στοιχεία από άλλο Σύμπαν, τότε θα αλλάξουν όλα.

Η γέννηση ενός Σύμπαντος έχει τελικά κάποιον σκοπό;

Οχι, είναι βασισμένο στην τυχαιότητα. Δείτε το γενικότερα: έχουμε δισεκατομμύρια γαλαξίες, με δισεκατομμύρια άστρα ο καθένας, που περιβάλλονται από πλανήτες. Σταθείτε για μια στιγμή εδώ. Και ξάφνου μέσα σε έναν πολύ μικρό γαλαξία εμφανιζόμαστε εμείς. Σκεφτείτε, είμαστε μέχρι στιγμής μια απίθανη εξαίρεση. Τότε ποια η αναγκαιότητα του Σύμπαντός μας. Είναι πρώτα οι νόμοι της Φυσικής, και αυτοί με τη σειρά τους προέρχονται από κρυμμένες συμμετρίες. Για τις οποίες έχουμε βρει ορισμένους βασικούς κανόνες. Υπάρχουν όμως και άλλοι νόμοι της Φυσικής όπως η Αρχή της Αβεβαιότητας ή η Κβαντομηχανική κ.ά., όπου τους χρησιμοποιούμε αλλά δεν γνωρίζουμε από πού προέρχονται. Υπάρχουν δηλαδή και άλλες κρυμμένες συμμετρίες που χρειάζονται εξερεύνηση.

Τελικά υπάρχει Θεός;

Ο Θεός ξέρετε είναι πέρα από τη φύση. Ο καθένας είναι ελεύθερος να φανταστεί και να πιστεύει τι κυβερνά και δημιουργεί ίσως τα πάντα. Η επιστήμη εκεί δεν μπορεί να επέμβει. Το μεγάλο ερώτημα είναι η σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος. Σήμερα ό,τι μπορούμε να εξηγήσουμε είναι μόλις το 5% του Σύμπαντος συνολικά. Ολη μας η γνώση απλώνεται σε μια μικρή φλοίδα του Σύμπαντος. Το υπόλοιπο 95% παραμένει υπό έρευνα. Ξέρετε, χωρίς τη σκοτεινή ύλη ο Γαλαξίας μας θα είχε διαλυθεί κομματάκια. Είναι ο μηχανισμός μέσα από τον οποίο ο χωρόχρονος συνεχίζει να διαστέλλεται. Αυτό σημαίνει ότι ο Γαλαξίας μας επιταχύνει. Ετσι η επέκταση του Σύμπαντός μας που κάποτε πιστεύαμε ότι θα ήταν πεπερασμένη λόγω της βαρύτητας, συνεχίζει να επεκτείνεται προς το άπειρο.