Τα 42 Μεγαλύτερα Ερωτήματα για τη Ζωή, το Σύμπαν και τα Πάντα

Ως φόρο τιμής στο «Γυρίστε τον Γαλαξία με Ωτοστόπ», δυο φυσικοί καταγράφουν τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης.
Daniel Oberhaus
Κείμενο Daniel Oberhaus
14.5.18
Εικόνα: Shutterstock

Στο Γυρίστε τον Γαλαξία με Ωτοστόπ, την κλασική σουρεαλιστική βόλτα του Douglas Adams στο σύμπαν, ένας υπερυπολογιστής ονόματι Deep Thought (Βαθιά Σκέψη) ανακαλύπτει την απάντηση στο «Απόλυτο Ερώτημα για τη Ζωή, το Σύμπαν και τα Πάντα», αφού σκεφτόταν για επτά εκατομμύρια χρόνια. Η απάντηση είναι τελικά 42, αλλά ο Adams δεν αποκαλύπτει ποτέ ποιο ήταν το απόλυτο ερώτημα.

Σε ένα πρόσφατο άρθρο που δημοσιεύτηκε στο arXiv, οι φυσικοί Roland Allen και Suzy Lidstrom, του Πανεπιστημίου A&M στο Τέξας και του Πανεπιστημίου της Ουψάλα, αντίστοιχα, απάντησαν περιγράφοντας αυτά που πιστεύουν ότι είναι τα 42 απόλυτα ερωτήματα στη ζωή, στο σύμπαν και στα πάντα.

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

Σχετικά με τη μυστηριώδη απάντηση του Deep Thought θεωρούν πως «σημαίνει ότι υπάρχουν 42 βασικά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν, μέχρι να φτάσουμε στην απόλυτη διαφώτιση». Το άρθρο που προέκυψε είναι πάνω από 50 σελίδες, αλλά είναι μια σπουδαία εισαγωγή σε μερικά από τα μεγαλύτερα ζητήματα της επιστήμης – τουλάχιστον σύμφωνα με αυτούς τους δύο φυσικούς.

Παρόλο που η λίστα είναι υποκειμενική, το άρθρο αξίζει να διαβαστεί ολόκληρο. Για οικονομία χρόνου όμως, έκανα μια περίληψη των 42 ερωτημάτων των Allen και Lindstrom παρακάτω, περιορίζοντας τις εξηγήσεις σε 280 χαρακτήρες ή λιγότερους.

1. Γιατί η συμβατική φυσική προβλέπει μια κοσμολογική σταθερά που είναι υπερβολικά μεγάλη;

Η κοσμολογική σταθερά πρώτη φορά διατυπώθηκε ως θεωρία από τον Einstein και περιγράφει την ενεργειακή πυκνότητα του σύμπαντος. Το πρόβλημα είναι ότι σύμφωνα με αστρονομικές παρατηρήσεις η κοσμολογική σταθερά είναι πολύ μικρότερη απ’ όσο προβλέπει η φυσική.

2. Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια;

Το 1998, οι κοσμολόγοι με έκπληξη ανακάλυψαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχυνόταν. Αυτή η εκπληκτική παρατήρηση αποδόθηκε στη «σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη δύναμη που φαίνεται να αποτελεί τα 2/3 του σύμπαντος, αλλά ακόμη δεν έχει εξηγηθεί με πειστικό τρόπο.

3. Πώς μπορεί η θεωρία της βαρύτητας του Einstein να συμφιλιωθεί με την κβαντομηχανική;

Ο Einstein συνειδητοποίησε ότι η βαρύτητα, όπως τα πάντα στη Φύση, πρέπει να μπορεί να περιγραφεί με όρους κβαντομηχανικής. Αλλά προσπάθειες συμφιλίωσης της κβαντομηχανικής και της βαρύτητας αποτυγχάνουν, όταν δεν υπάρχει εξαιρετικά ισχυρή βαρύτητα, όπως γύρω από τις μαύρες τρύπες.

4. Ποια είναι η προέλευση της εντροπίας και της θερμοκρασίας των μαύρων τρυπών;

Παρά το ρηξικέλευθο έργο του Stephen Hawking στο ζήτημα της ακτινοβολία ς των μαύρων τρυπών, οι Allen και Lidstrom επισημαίνουν ένα «βασικό μυστήριο στο γιατί η εντροπία πρέπει να είναι ανάλογη με την περιοχή και όχι με τον όγκο, όπως συμβαίνει σε άλλα φυσικά συστήματα», όσον αφορά τις μαύρες τρύπες.

5. Χάνονται πληροφορίες στις μαύρες τρύπες;

Πιστεύεται ότι οι πληροφορίες κωδικοποιούνται στην επιφάνεια του ορίζοντα των γεγονότων και εκπέμπονται ξανά ως ακτινοβολία. Αλλά όλες οι μαύρες τρύπες συγκεκριμένης μάζας έχουν την ίδια ακτινοβολία, παρά τις πληροφορίες που φτάνουν στον ορίζοντα των γεγονότων. Αυτό δείχνει ότι οι μαύρες τρύπες καταστρέφουν πληροφορίες , κάτι που παραβιάζει τη θερμοδυναμική.

6. Το σύμπαν πέρασε μια περίοδο πληθωρισμού;

Πιστεύεται ότι το σύμπαν διαστελλόταν εκθετικά το πρώτο δευτερόλεπτο της ύπαρξής του. Τα δύο μεγάλα ερωτήματα είναι: ποια είναι η προέλευση του πληθωρισμού και υπάρχει άμεση απόδειξη του πληθωρισμού;

7. Γιατί υπάρχει ακόμη ύλη;

Με βάση το καθιερωμένο πρότυπο σωματιδιακής φυσικής, η ύλη και η αντιύλη εκμηδενίστηκαν τελείως στο πρώιμο σύμπαν, αφήνοντας μόνο φωτόνια. Υπάρχει όμως σχετική αφθονία ύλης και απουσία αντιύλης. Τι παίζει;

8. Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Η παρατήρηση των γαλαξιών δείχνει ότι περίπου το 1/4 του Σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ύλη, αλλά μέχρι στιγμής οι φυσικοί δεν έχουν μπορέσει να εντοπίσουν ένα σωματίδιο που να μπορεί να εξηγήσει όσα έχουν παρατηρήσει. Θα είναι axion, WIMP ή κάτι τελείως άλλο;

9. Γιατί τα σωματίδια της συνηθισμένης ύλης αντιγράφονται δυο φορές σε υψηλότερες ενέργειες;

Στο καθιερωμένο πρότυπο, υπάρχουν τέσσερα στοιχειώδη σωματίδια ύλης – τα άνω και κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίου. Ωστόσο, υπάρχουν δεύτερες και τρίτες γενιές (αντίγραφα) του κάθε σωματιδίου, όπως το γοητευτικό κουάρκ, το παράξενο κουάρκ και το μιόνιο. Γιατί όμως;

10. Ποια είναι η προέλευση τον μαζών των σωματιδίων και τι μάζες έχουν τα νετρίνα του ηλεκτρονίου;

Πού βρίσκουν τη μάζα τους τα τέσσερα προαναφερθέντα στοιχειώδη σωματίδια; Πιστεύεται ότι η μάζα σχετίζεται με τη δύναμη της αλληλεπίδρασης με τα σχετικά πεδία (π.χ. πεδίο Higgs), αλλά κάποιες ανωμαλίες κάνουν αυτή την απλή εξήγηση ανεπαρκή.

Al-Pd-Re, ένας ημικρύσταλλος που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο.

11. Υπάρχει η υπερσυμμετρία και γιατί οι ενέργειες των παρατηρηθέντων σωματιδίων είναι τόσο μικρές, σε σύγκριση με την πιο βασική (Planck) ενεργειακή κλίμακα;

Το καθιερωμένο πρότυπο δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί η αδύναμη πυρηνική δύναμη είναι τόσο πιο ισχυρή (10.000.000.000.000.000.000.000.000 φορές) από τη βαρύτητα.

12. Ποια είναι η Βασική Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία των Δυνάμεων;

Οι τρεις μη βαρυτικές δυνάμεις –ισχυρή, ασθενής, ηλεκτρομαγνητική– συνδυάζονται ως στοιχεία μιας μόνης δύναμης στη θεωρία της μεγάλης ενοποίησης. Ο τρόπος που αυτές οι δυνάμεις συνδυάζονται είναι ακόμη μυστήριο.

13. Η Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein και η Καθιερωμένη Θεωρία Πεδίου ισχύουν πάντα;

Οι συμμετρίες είναι ιδιότητες ενός συστήματος που παραμένουν απαράλλαχτες, όταν το σύστημα υφίσταται μετασχηματισμό. Η συζυγία φορτίου, η ομοτιμία και η αντιστροφή του χρόνου είναι μια συμμετρία (ονομάζεται CPT) που ποτέ δεν έχει παραβιαστεί, παρόλο που κάθε στοιχείο μόνο του έχει παραβιαστεί. Είναι δυνατό να παραβιαστεί η CPT;

14. Το σύμπαν μας είναι σταθερό;

Όψεις του μποζόνιου του Higgs δείχνουν ότι το Σύμπαν μας είναι μόνο οριακά σταθερό ή ίσως είναι σε μια μεταβατική φάση προς μια πιο σταθερή κατάσταση, που θα οδηγούσε σε ένα σύμπαν με θεμελιωδώς διαφορετικές ιδιότητες. Το ζήτημα είναι αν το σύμπαν μας είναι σταθερό τώρα ή όχι.

15. Τα κουάρκ είναι πάντα περιορισμένα μέσα στα σωματίδια που αποτελούν;

Γενικά υποτίθεται ότι τα κουάρκ είναι περιορισμένα μέσα στον όγκο του πρωτονίου τους και απαιτούν σχετικά μεγάλες ποσότητες ενέργεια, για να φύγουν από αυτόν τον χώρο. Υπάρχουν αυξανόμενες αποδείξεις ότι τα κουάρκ πρέπει πάντα να είναι περιορισμένα, αλλά δεν έχει αποδειχθεί ενδελεχώς.

16. Ποια είναι τα ολοκληρωμένα διαγράμματα φάσεων για ένα σύστημα με μη ευκαταφρόνητες δυνάμεις, όπως η ισχυρή πυρηνική δύναμη;

Ειλικρινά δεν έχω ιδέα, οπότε ιδού ένα screenshot από την έρευνα:

17. Τι καινούργια σωματίδια μένει να ανακαλύψουμε;

Οι επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) έχουν οδηγήσει στην ανακάλυψη νέων σωματιδίων. Θα συνεχίσει αυτό να συμβαίνει; Είναι ένα σοβαρό ζήτημα για τους φυσικούς σε κέντρα όπως το CERN.

18. Τι καινούργια αστροφυσικά αντικείμενα περιμένουν να τα ανακαλύψουμε;

Ίσως υπάρχουν καινούργιοι αστέρες που περιμένουν να τους ανακαλύψουμε, όπως ο τεράστιος Πληθυσμός Αστέρων III που σχηματίστηκε στο πρώιμο σύμπαν και αποτελείτο μόνο από υδρογόνο και ήλιο ή τα «σκοτεινά αστέρια» που αντλούν ενέργεια από εκμηδένιση σκοτεινής ύλης και όχι από σύντηξη.

19. Ποιες νέες μορφές υπεραγωγιμότητας και υπερρευστότητας μένουν να ανακαλυφθούν;

Τις τελευταίες δεκαετίες, φυσικοί δημιούργησαν έναν αριθμό υπερρευστών (ένα υγρό χωρίς ιξώδες) και υπεραγωγών (υλικά χωρίς ηλεκτρική αντίσταση) εκθέτοντας υλικά σε ακραίες θερμοκρασίες. Τι άλλα υλικά μπορεί να δείξουν αυτές τις ιδιότητες στο μέλλον;

20. Τι καινούργιες τοπολογικές φάσεις μένει να ανακαλυφθούν;

Οι τοπολογικοί μονωτές είναι υλικά που δρουν ως μονωτικό υλικό στο εσωτερικό, αλλά έχουν αγωγιμότητα εξωτερικά. Πού αλλού μπορεί να βρεθούν;

21. Τι επιπλέον ιδιότητες μπορεί να ανακαλυφθούν σε υψηλά συσχετισμένα ηλεκτρονικά υλικά;

Οι τοπολογικοί μονωτές που αναφέραμε έχουν εμφανιστεί σε συστήματα ενός ηλεκτρονίου ή οιονεί σωματιδίων. Τι άλλοι τύποι υλικών μπορεί να μπορούν να εκμεταλλευτούν τα οιονεί σωματίδια;

22. Τι άλλες νέες φάσεις και μορφές ύλης μένει να ανακαλυφθούν;

Οι ερευνητές έχουν βρει μια αφθονία νέων φάσεων ύλης στα πρόσφατα χρόνια, όπως τους ημικρυστάλλους και τους χρονοκρυστάλλους. Υπάρχουν και άλλα να ανακαλυφθούν;


VICE Video: Ο Πρώτος Ελληνικός Μικρο-δορυφόρος Κατασκευάστηκε σε Ένα Κρύο Υπόγειο

Παρακολουθήστε όλα τα βίντεo του VICE, μέσω της νέας σελίδας VICE Video Greece στο Facebook.


23. Ποιο είναι το μέλλον των κβαντικών υπολογιστών, της κβαντικής πληροφορίας και άλλο εφαρμογών κβαντικού εναγκαλισμού;

Ο αγώνας για τη δημιουργία ενός μεγάλης κλίμακας κβαντικού υπολογιστή που μπορούσε να ξεπεράσει σε απόδοση έναν κλασικό υπολογιστή σε διάφορες εργασίες, όπως το να σπάει τις περισσότερες μορφές κρυπτογράφησης, καλά κρατεί. Αλλά αυτές οι εφαρμογές θα καταφέρουν να βγουν από το εργαστήριο ή είναι πολύ εύθραυστες, για να είναι κάτι παραπάνω από κάτι αξιοπερίεργο;

24. Ποιο είναι το μέλλον της κβαντικής οπτικής και της φωτονικής;

Ένα κβαντικό ίντερνετ θα βοηθούσε στην προστασία δεδομένων, αλλά για να γίνει θα χρειαζόταν άνευ προηγουμένου έλεγχος φωτονίων σε μεγάλες αποστάσεις. Το τρέχον ρεκόρ για τη μετάδοση εναγκαλισμένων φωτονίων το έκανε πέρσι ένας κινέζικος δορυφόρος. Τι άλλες καινοτομίες μας περιμένουν;

25. Υπάρχουν υψηλότερες διαστάσεις;

Αν υπάρχουν άλλες διαστάσεις, πώς δομείται το εσωτερικό διάστημα της διάστασης;

26. Υπάρχει Πολυσύμπαν;

Υπάρχει ένας απεριόριστος αριθμός συμπάντων, το καθένα με τους δικούς του νόμους; Μήπως το Σύμπαν μας είναι άψογα ρυθμισμένο για την εμφάνιση νοήμονος ζωής, μια ιδέα γνωστή ως ανθρωπική αρχή; Το ακόμη σημαντικότερο, πώς θα αποδεικνύαμε οτιδήποτε από αυτά με επιστημονικό τρόπο;

27. Υπάρχουν εξωτικά χαρακτηριστικά στη γεωμετρία του χωροχρόνου;

Ποιο είναι το σχήμα του Σύμπαντος; Αν το Σύμπαν είναι δομημένο με τέτοιο τρόπο, που γυμνές μοναδικότητες, σκουληκότρυπες και/ ή κλειστοί χρονικοί βρόχοι είναι εφικτά, θα ήταν δυνατά πράγματα, όπως το να ταξιδεύουμε πίσω στον χρόνο.

28. Πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν και ποια είναι η μοίρα του;

Γιατί υπάρχει προέλευση του Σύμπαντος και ξεκίνησε όντως με μια έκρηξη; Αν εξετάσουμε το παρελθόν, ελπίζουμε να καταλάβουμε το μέλλον και αν οδεύουμε προς μια «μεγάλη ρήξη» όπου τελικά όλη η ύλη θα διαλυθεί.

29. Ποια είναι η προέλευση του χωροχρόνου; Γιατί ο χωροχρόνος έχει τέσσερις διαστάσεις και γιατί ο χρόνος είναι διαφορετικός από τον χώρο;

Δεν ξέρω τι να πω γι’ αυτό που δεν περιλαμβάνεται στο ερώτημα, εκτός από το ότι μπορεί να θέλεις να την πιεις λιγάκι προτού προσπαθήσεις να απαντήσεις σ’ αυτά τα ερωτήματα.

30. Τι εξηγούν η Θεωρία της Σχετικότητας και η βαρύτητα του Einstein;

Οι ενοποιημένες θεωρίες, όπως η Υπερσυμμετρία και η Θεωρία των Χορδών, τείνουν να υποθέτουν τη γενική σχετικότητα, παρά να την εξηγούν. Αλλά μπορεί η θεωρία του Einstein για τη βαρύτητα να προέρχεται από την ενέργεια μηδενικού πεδίου ή τα πεδία της Θεωρίας των Χορδών; Αν όχι, από πού προήλθε η βαρύτητα;

31. Γιατί όλες οι δυνάμεις έχουν τη μορφή θεωριών βαθμίδας;

Όλες οι δυνάμεις στο καθιερωμένο πρότυπο –ασθενής, ισχυρή, ηλεκτρομαγνητική και βαρύτητα– περιγράφονται με μια θεωρία βαθμίδας που δείχνει πώς τα στοιχειώδη σωματίδια αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένα πεδία. Γιατί, όμως, υπάρχουν μόνο αυτές οι δυνάμεις και γιατί η ύλη αλληλεπιδρά ασθενώς με αυτά τα πεδία;

32. Γιατί η Φύση περιγράφεται ως κβαντικά πεδία;

Μπορεί η κβαντομηχανική να εξηγηθεί, αν επικαλεστούμε μια βαθύτερη αρχή του Σύμπαντος; Αυτή η θεωρία θα εξηγούσε γιατί το Σύμπαν αποτελείται από κβαντικά πεδία και θα εξηγούσε τις παρατηρήσεις που μας μπερδεύουν, όπως η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης κατά τη διάρκεια μιας μέτρησης.

33. Η φυσική είναι μαθηματικά συνεπής;

Οι καλές θεωρίες είναι μαθηματικά συνεπείς με τα πειράματα. Αλλά οι σχετικά απλές θεωρίες κβαντικού πεδίου δεν έχουν δείξει ακόμη ότι είναι μαθηματικά συνεπείς.

34. Ποια η σχέση ανάμεσα στον φορμαλισμό της φυσικής και την πραγματικότητα της ανθρώπινης εμπειρίας;

Αν τα μαθηματικά και η φυσική που περιγράφουν είναι ανθρώπινες δημιουργίες, τότε πρέπει να εξηγήσουμε τη σχέση ανάμεσα στη συνείδηση και την πραγματικότητα, καθώς και σχετικά ερωτήματα όπως γιατί υπάρχει κάτι κι όχι τίποτα.

35. Ποια είναι τα τελικά όρια των θεωρητικών, υπολογιστικών πειραματικών και των τεχνικών παρατήρησης;

Πώς θα βελτιώσουν τα πρότυπα μας οι καλύτεροι υπολογιστές ή πώς θα βοηθήσουν να καταλάβουμε μερικά από τα πιο περίπλοκα πειράματά μας, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων; Καθώς τα τηλεσκόπιά μας εξελίσσονται, τι θα αποκαλύψουν για τη φύση του Σύμπαντος;

36. Ποιο είναι το απόλυτο όριο της χημείας, της εφαρμοσμένης φυσικής και της τεχνολογίας;

Ζούμε σε μια εποχή άνευ προηγουμένου επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου. Υπάρχει ταβάνι σε αυτήν την πρόοδο ή ο ρυθμός ανακάλυψης θα συνεχίσει μόνο να επιταχύνεται; Το ερώτημα έχει ιδιαίτερα σχέση με την Τεχνητή Νοημοσύνη, που στόχο έχει να δημιουργήσει μια πραγματικά υπερευφυή μηχανή.

37. Τι είναι η ζωή;

Το διάσημο ερώτημα του Erwin Schrodinger τέθηκε το 1944. Πάνω από 70 χρόνια αργότερα, οι βιολόγοι ακόμη αναζητούν απαντήσεις σε αυτήν την παραπλανητικά απλή ερώτηση.

38. Πώς ξεκίνησε η ζωή στη Γη;

Τα οργανικά μόρια προέκυψαν από μια αρχέγονη σούπα στην πρώιμη Γη ή μεταφέρθηκαν από το μακρινό διάστημα από αστεροειδείς (μια θεωρία γνωστή ως πανσπερμία); Επιπλέον, πώς οι μονοκύτταροι πρόγονοί μας εξελίχθηκαν σε πολύπλοκες μορφές;

39. Η ζωή στο σύμπαν υπάρχει εν αφθονία;

Ρομπότ στον Άρη αναζητούν οργανική ύλη στο ηλιακό μας σύστημα και οι αστρονόμοι του SETI σαρώνουν τα κοσμικά ραδιοκύματα, αλλά μέχρι στιγμής δεν υπάρχει απόδειξη ζωής –νοήμονος ή όχι– αλλού στον γαλαξία. Θα μπορούσαμε να είμαστε όντως μόνοι στο αχανές σύμπαν;

40. Πώς η ζωή λύνει προβλήματα φαινομενικά απίστευτης πολυπλοκότητας;

Φαινομενικά «ηλίθιοι» βιολογικοί οργανισμοί μπορούν να εκτελούν εργασίες που είναι τρομερά περίπλοκες, όπως η αναδίπλωση πρωτεϊνών ή η ικανότητα των κυττάρων να σχηματίζουν περίπλοκες δομές όπως μάτια, καρδιές, εγκεφάλους και άλλα όργανα. Τι φάση;

41. Πώς μπορούμε να καταλάβουμε και να θεραπεύσουμε τις ασθένειες που πλήττουν τη ζωή;

Η τεράστια ποικιλία βιολογικής ζωής, ακόμη και στα ίδια είδη, έχει κάνει απίστευτα δύσκολη τη θεραπεία των χειρότερων ασθενειών. Θα είναι ποτέ δυνατόν να απαλείψουμε τις ασθένειες και τον θάνατο ολοκληρωτικά;

42. Τι είναι η συνείδηση;

Είναι ένα θέμα που έχει απασχολήσει τους φιλοσόφους για αιώνες, αλλά μόνο πρόσφατα αναπτύξαμε την τεχνολογία να απαντήσουμε στο ερώτημα επιστημονικά. Είναι η συνείδηση κάτι που προκύπτει από τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις δισεκατομμυρίων κυττάρων; Είναι φάσμα; Μπορεί να δημιουργηθεί ένα αντίγραφό της;

To άρθρο δημοσιεύτηκε αρχικά στο VICE US.

Για τα καλύτερα θέματα του VICE Greece, γραφτείτε στο εβδομαδιαίο Newsletter μας.

Περισσότερα από το VICE

Έτσι Ήταν η Ελλάδα και ο Κόσμος το 1994, την Τελευταία Φορά που η ΑΕΚ Έπαιρνε Πρωτάθλημα

Πώς Διασκεδάζουν οι Φοιτητικές Παρατάξεις: Η Περίπτωση της ΕΑΑΚ

87 Μέρες, 23 Ώρες, 2 Λεπτά και 39 Δευτερόλεπτά στον Ευαγγελισμό Μεταξύ Ζωής και Θανάτου

Ακολουθήστε το VICE στο Twitter, Facebook και Instagram.