Ο εορτασμός μιας επετείου είναι ένας από τους καλύτερους τρόπους για να διατηρήσει κανείς ζωντανή την εικόνα ενός σημαντικού γεγονότος. Ετσι σίγουρα αξίζει να γιορτάσουμε τα 2.000 χρόνια από τη γέννηση του Χριστού, αφού αυτή η προσωπικότητα έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ιστορία του πλανήτη μας. Αν όμως γιορτάζουμε την επέτειο της γέννησης του σωτήρα του κόσμου, δεν θα έπρεπε, πολύ περισσότερο, να γιορτάσουμε κάποτε και την επέτειο της γέννησης του ίδιου του κόσμου; Το ερώτημα αυτό δεν έχει μόνο φιλοσοφικό χαρακτήρα, όπως θα δούμε στη συνέχεια.
Η απάντηση που θα πάρει κάποιος στην ερώτηση «πότε και πώς γεννήθηκε ο κόσμος» εξαρτάται από την εποχή όπου γίνεται η ερώτηση. Κατά την ιστορική διαδρομή αυτού που σήμερα ονομάζουμε «δυτικό πολιτισμό» η απάντηση άλλαξε αρκετές φορές, κυρίως επειδή οι άνθρωποι κάθε εποχής είχαν διαφορετική αντίληψη για το τι είναι (και από τι αποτελείται) ο κόσμος. Θα μπορούσε λοιπόν να πει κανείς συνοπτικά ότι οι ιδέες μας για το Σύμπαν είναι θέμα εποχής. Ετσι από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων, που θεωρείται και η απαρχή του σύγχρονου πολιτισμού, ως τα μέσα του προηγούμενου αιώνα όλος ο τότε γνωστός κόσμος ήταν ο Ηλιος, η Σελήνη, η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες, που είναι συγκεντρωμένοι σε μια απόσταση μερικών ωρών φωτός. Στις αρχές του αιώνα μας ο γνωστός κόσμος είχε επεκταθεί σε απόσταση 100.000 ετών φωτός, περιλαμβάνοντας όλα τα αστέρια του Γαλαξία μας. Τέλος, σήμερα γνωρίζουμε ότι ο κόσμος εκτείνεται σε αποστάσεις 15 δισεκατομμυρίων ετών φωτός και αποτελείται από δισεκατομμύρια άλλους γαλαξίες, παρόμοιους με τον δικό μας, καθένας από τους οποίους έχει περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια αστέρια σαν τον Ηλιο μας.
Ολοι γνωρίζουμε ότι οι αρχαίοι είχαν διάφορες απόψεις σχετικά με τη δημιουργία της Γης, που λίγο απείχαν από τη μυθολογία. Οι περισσότεροι όμως δεν γνωρίζουν ότι, ακόμη και μετά την επανάσταση που έφερε στην Αστρονομία και στην Επιστήμη ο Γαλιλαίος, υπήρξαν άνθρωποι που δεν μπορούσαν να διακρίνουν την επιστημονική αλήθεια από τη θρησκευτική διδασκαλία. Ετσι λίγο προτού ανακαλυφθούν οι πραγματικά ασύλληπτες αποστάσεις των υπόλοιπων αστέρων από τη Γη και τον Ηλιο, ο James Ussher, αρχιεπίσκοπος του Armagh στη Βόρεια Ιρλανδία, είχε υπολογίσει για λογαριασμό της Εκκλησίας πότε είχε δημιουργηθεί η Γη από τον Θεό: τη Δευτέρα 23 Οκτωβρίου του έτους 4004 π.Χ., στις 9 το πρωί. Από τότε βέβαια έχουν αλλάξει πολλά. Σήμερα πιστεύουμε ότι οι γνώσεις μας σχετικά με τη δημιουργία της Γης έχουν φτάσει σε ένα τέτοιο επίπεδο ωριμότητας, που δύσκολα θα αλλάξουν στο μέλλον.
Η δημιουργία της Γης
Η Γη λοιπόν δημιουργήθηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν ένα τεράστιο σύννεφο από σκόνη και αέρια συμπυκνώθηκε για να δημιουργηθεί ένας περιστρεφόμενος πεπλατυσμένος δίσκος. Στο κέντρο αυτού του δίσκου δημιουργήθηκε ένα καινούργιο αστέρι, ο Ηλιος, ενώ το υλικό που περίσσεψε έφτιαξε ένα πλήθος από μικρά ακανόνιστα σώματα, που τα ονομάζουμε πλανητοειδείς. Οι πλανητοειδείς περιφέρονταν γύρω από τον Ηλιο σε διασταυρούμενες τροχιές και συγκρούονταν πολύ συχνά μεταξύ τους, με αποτέλεσμα άλλοτε οι κρούσεις να τους θρυμματίζουν σε μικρότερα κομμάτια και άλλοτε η δύναμη της βαρύτητας να τους ενώνει σε μεγαλύτερα. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν να δημιουργηθούν μεγάλοι ανώμαλοι όγκοι με πλούσια ατμόσφαιρα, οι εννέα πρωτο-πλανήτες, ένας από τους οποίους ήταν η πρωτο-Γη.
Το σώμα αυτό υπέστη τρεις σημαντικές αλλαγές προτού γίνει ο πλανήτης που όλοι γνωρίζουμε σήμερα. Στην αρχή έχασε όλη την αρχική ατμόσφαιρα, όταν τα εξωτερικά στρώματα της ατμόσφαιρας του νεαρού τότε Ηλιου άρχισαν να διαφεύγουν με υπερηχητική ταχύτητα, σαρώνοντας τις ατμόσφαιρες των τεσσάρων κοντινότερων προς τον Ηλιο πρωτο-πλανητών, που έμελλε να εξελιχθούν στους πλανήτες Ερμή, Αφροδίτη, Γη και Αρη. Στη συνέχεια η πρωτο-Γη έλιωσε, καθώς οι διασπάσεις των ραδιενεργών ισοτόπων που υπήρχαν στο αρχικό υλικό θέρμαναν το εσωτερικό της. Τα αέρια που ήταν παγιδευμένα στα στερεά κομμάτια ανέβηκαν στην επιφάνεια, όπως οι φυσαλίδες του διοξειδίου του άνθρακα ανεβαίνουν στην επιφάνεια ενός ποτηριού μπίρας, και έτσι δημιουργήθηκε η δευτερογενής ατμόσφαιρα της Γης, αποτελούμενη κυρίως από μεθάνιο και αμμωνία.
Η τρίτη σημαντική αλλαγή που υπέστη ο πλανήτης μας είναι στενά συνδεδεμένη με τη ζωή. Οταν τα ραδιενεργά ισότοπα εξαντλήθηκαν σιγά σιγά και η παραγωγή θερμότητας ελαττώθηκε, η επιφάνεια του πλανήτη στερεοποιήθηκε και οι υδρατμοί συμπυκνώθηκαν σε βροχή, που δημιούργησε τις θάλασσες. Στις θάλασσες αναπτύχθηκαν οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί, αποτέλεσμα του μεταβολισμού των οποίων ήταν η αλλαγή της σύστασης της ατμόσφαιρας. Από τότε η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κατά ένα μεγάλο ποσοστό από οξυγόνο, το οποίο συντελεί στις καύσεις των τροφών που χρησιμοποιούν όλες οι προηγμένες μορφές ζωής στη Γη. Ετσι είναι φανερό ότι σήμερα οι γνώσεις μας για το πώς και πότε δημιουργήθηκε ο κόσμος που γνώριζαν οι αρχαίοι Ελληνες είναι λίγο-πολύ πλήρεις.
Η θεωρία της μεγάλης έκρηξης
Η μελέτη της δημιουργίας και της εξέλιξης του κόσμου, στις τεράστιες διαστάσεις που αντιλαμβανόμαστε σήμερα, αποτελεί έναν ξεχωριστό κλάδο της Αστρονομίας που ονομάζεται Κοσμολογία. Ο κλάδος αυτός άρχισε να αναπτύσσεται ουσιαστικά μετά τη διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας από τον Αϊνστάιν στις αρχές του αιώνα μας. Οι λύσεις των εξισώσεων της θεωρίας αυτής προβλέπουν ότι η «φυσική» κατάσταση του Σύμπαντος δεν είναι η στασιμότητα αλλά η κίνηση. Αυτό συμφωνεί απόλυτα με τις παρατηρήσεις των αστρονόμων, οι οποίοι έχουν διαπιστώσει ότι όλοι οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονται από τον δικό μας Γαλαξία, και μάλιστα με ταχύτητες που είναι τόσο μεγαλύτερες όσο μακρύτερα βρίσκονται από εμάς. Οι παρατηρήσεις αυτές, σε συνδυασμό με τα θεωρητικά αποτελέσματα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, μας βεβαιώνουν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. Φυσικά, αν όλοι οι γαλαξίες απομακρύνονται σήμερα ο ένας από τον άλλον, αυτό σημαίνει ότι υπήρξε μια εποχή όπου όλοι βρίσκονταν συγκεντρωμένοι σε μια πολύ μικρή περιοχή. Ετσι ξεκίνησε η θεωρία της μεγάλης έκρηξης, που αποτελεί τη σύγχρονη άποψη για τη δημιουργία του κόσμου.
Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, όλα ξεκίνησαν πριν από 15 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, όταν δημιουργήθηκε ένα «πρωταρχικό άτομο», το οποίο περιείχε όλο τον χώρο και όλη τη μάζα του Σύμπαντος συγκεντρωμένους σε μια απειροελάχιστα μικρή περιοχή. Ταυτόχρονα εμφανίστηκε και η έννοια του χρόνου. Ετσι δεν έχει νόημα, στο πλαίσιο της σημερινής Φυσικής, να ρωτάμε τι υπήρχε πριν από τη δημιουργία του κόσμου, για τον απλούστατο λόγο ότι η έννοια του προγενέστερου και μεταγενέστερου προϋποθέτει τη φυσική ροή του χρόνου, η οποία όμως δεν υπήρχε πριν από τη δημιουργία του κόσμου! Μπορούμε βέβαια να ρωτάμε γιατί και πώς δημιουργήθηκε ο κόσμος, δυστυχώς όμως οι απαντήσεις σε αυτά τα δύο ερωτήματα δεν είναι προς το παρόν εύκολες. Τα τελευταία χρόνια σε αυτή την κατεύθυνση εργάζεται ο γνωστός στους περισσότερους μαθηματικός Stephen Hawking, τα αποτελέσματα του οποίου όμως δεν έχουν γίνει αποδεκτά από την πλειονότητα των κοσμολόγων.
Τις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του το νεαρό Σύμπαν ήταν εξαιρετικά πυκνό και θερμό. Ενας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους δεν είμαστε σίγουροι για το τι συνέβη κατά τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, αμέσως μετά τη γέννησή του, είναι ότι οι φυσικές θεωρίες που έχουμε στη διάθεσή μας δεν είναι ικανές να περιγράψουν τόσο μεγάλες θερμοκρασίες και πυκνότητες. Σίγουρα όμως καθώς διαστελλόταν το Σύμπαν άρχισε να ψύχεται ραγδαία. Ετσι σε ηλικία ενός δευτερολέπτου η θερμοκρασία του ήταν «μόλις» 10 δισεκατομμύρια βαθμοί και στο Σύμπαν υπήρχε μόνο φως, αφού στη θερμοκρασία αυτή δεν είναι δυνατόν να υπάρξει καμιά μορφή ύλης.
Την επόμενη μισή ώρα από το φως αυτό δημιουργήθηκε όλη η ύλη που αποτελεί σήμερα τον κόσμο, η οποία και συμπυκνώθηκε για να φτιάξει τα δύο ελαφρότερα χημικά στοιχεία, το υδρογόνο και το ήλιον. Οση από την ακτινοβολία περίσσεψε παρέμεινε διάχυτη στο Σύμπαν και μπορεί να ανιχνευθεί ακόμη και σήμερα από τους αστρονόμους. Αλλωστε η ανακάλυψη το 1965 αυτής της ακτινοβολίας, που ονομάζεται ακτινοβολία υποβάθρου, ήταν το ισχυρότερο επιχείρημα για την ορθότητα της θεωρίας της μεγάλης έκρηξης.
Η σύνθεση των στοιχείων
Η κατανομή της ύλης στα αρχικά στάδια της ζωής του Σύμπαντος δεν ήταν απόλυτα ομογενής. Ετσι δημιουργήθηκαν τοπικές συμπυκνώσεις, που αποτέλεσαν τον πυρήνα γύρω από τον οποίο συγκεντρώθηκε το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος. Οι συγκεντρώσεις αυτές αποτέλεσαν στη συνέχεια τους πρωτο-γαλαξίες. Μέσα σε κάθε πρωτο-γαλαξία υπήρχαν τεράστια σύννεφα από υδρογόνο και ήλιον, τα μοναδικά συστατικά της ύλης εκείνη την εποχή, πολλά από τα οποία συμπυκνώθηκαν με τη σειρά τους για να φτιάξουν τα αστέρια πρώτης γενιάς. Στο εσωτερικό των αστεριών η θερμοκρασία και η πίεση είναι τέτοιες, ώστε είναι δυνατόν να συμβαίνουν θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης, παρόμοιες με αυτές που προκαλούν την έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου: τέσσερις πυρήνες υδρογόνου ενώνονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα ηλίου, τρεις πυρήνες ηλίου ενώνονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα άνθρακα, ένας πυρήνας άνθρακα ενώνεται με έναν πυρήνα ηλίου για να σχηματίσουν έναν πυρήνα οξυγόνου κ.ο.κ. Επειδή η μάζα των προϊόντων αυτών των αντιδράσεων είναι μικρότερη από τη μάζα των αρχικών συστατικών, προκύπτει ότι η μάζα που «χάνεται» μετατρέπεται σε ενέργεια, σύμφωνα με την πασίγνωστη εξίσωση του Αϊνστάιν Ε = mc2. Με τον τρόπο αυτόν αφενός παράγεται η ενέργεια που ακτινοβολούν τα αστέρια, αφετέρου παράγονται όλα τα βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιον στοιχεία. Πολλά από τα αστέρια της πρώτης γενιάς, κυρίως αυτά που ήταν πολύ μεγαλύτερα από τον Ηλιο, εξερράγησαν, όταν έφτασαν στο τέλος της ζωής τους, δημιουργώντας το φαινόμενο των υπερκαινοφανών (supernova). Η ύλη τους, εμπλουτισμένη με τα καινούργια αυτά στοιχεία, διασκορπίστηκε στον μεσοαστρικό χώρο του κάθε γαλαξία και, ανακατεμένη με το υλικό των πρωταρχικών νεφών υδρογόνου και ηλίου, αποτέλεσε την πρώτη ύλη για τη δημιουργία των αστεριών δεύτερης γενιάς. Τα μεγαλύτερα από αυτά εξερράγησαν με τη σειρά τους και τροφοδότησαν τον μεσοαστρικό χώρο με περισσότερα βαριά στοιχεία.
Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας έκρηξης υπερκαινοφανούς, 10 περίπου δισεκατομμύρια έτη από τη στιγμή της μεγάλης έκρηξης, ένα ως τότε αραιό και ψυχρό σύννεφο από αέριο και σκόνη άρχισε να συμπυκνώνεται δημιουργώντας έναν πεπλατυσμένο δίσκο που περιστρεφόταν όλο και πιο γρήγορα. Από την ύλη στο κέντρο του δίσκου δημιουργήθηκε ένα αστέρι τρίτης γενιάς, ενώ από την ύλη στην περιφέρεια του δίσκου δημιουργήθηκαν μεγάλοι ακανόνιστοι στερεοί όγκοι, οι πλανητοειδείς. Από τους αλληλοσυγκρουόμενους πλανητοειδείς δημιουργήθηκαν εννέα πλανήτες και έτσι φτάσαμε στο σημείο από το οποίο ξεκινήσαμε την εξιστόρηση της γέννησης του γνωστού στους προγόνους μας κόσμου: το νέο αυτό αστέρι τρίτης γενιάς ήταν ο Ηλιος μας.
Τα «γενέθλια» του Σύμπαντος
Ετσι λοιπόν γνωρίζουμε πώς δημιουργήθηκε ο ορατός κόσμος, η μικρή γειτονιά μας που παρατηρούσαν οι αρχαίοι Ελληνες και το αχανές Διάστημα που αντιλαμβανόμαστε εμείς σήμερα. Η λέξη «ορατός» δεν χρησιμοποιείται τυχαία εδώ. Ενα από τα μεγαλύτερα σύγχρονα προβλήματα της Κοσμολογίας είναι ακριβώς ότι, εκτός από την ύλη που αποτελεί τα αστέρια και τους πλανήτες (και άρα είναι ορατή), φαίνεται ότι υπάρχει και αόρατη ύλη στο Σύμπαν. Η αόρατη μάλιστα ύλη φαίνεται ότι είναι πολύ περισσότερη από την ορατή, ίσως και 100 φορές. Κανένας δεν έχει σήμερα την παραμικρή ιδέα για το πώς δημιουργήθηκε και σε τι μορφή βρίσκεται αυτή η ύλη. Μερικοί μάλιστα σκεπτικιστές διερωτώνται πώς μπορούμε να θεωρούμε ότι κατανοούμε τον κόσμο, όταν δεν αντιλαμβανόμαστε καν την ύπαρξη του μεγαλύτερου τμήματός του. Εν τούτοις γνωρίζουμε τουλάχιστον την ηλικία του Σύμπαντος με αρκετή ακρίβεια: είναι «περίπου» 15 δισεκατομμύρια χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα κάνουμε σοβαρό λάθος αν ορίσουμε την επέτειο εορτασμού της γέννησής του οποιαδήποτε χρονιά την προσεχή χιλιετία.
Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος Φυσικής στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.
