διαστολή του σύμπαντος

Κοσμογονική υπόθεση η οποία είναι παγκοσμίως αποδεκτή σήμερα από όλους σχεδόν τους αστρονόμους. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, τα εξωγαλαξιακά νεφελώματα παρουσιάζουν υψηλές ταχύτητες απομάκρυνσης, οι οποίες είναι τόσο μεγαλύτερες όσο μεγαλύτερη είναι η αμοιβαία απόστασή τους. H ανακάλυψη και η μελέτη αυτού του φαινομένου κατέστη δυνατή χάρη στο ακουστικό φαινόμενο που διαπίστωσε το 1842 ο Αυστριακός επιστήμονας Κρίστιαν Ντόπλερ και ονομάστηκε φαινόμενο Ντόπλερ. Αργότερα (1848), χάρη στον Αρμάν Φιζό, το φαινόμενο επεκτάθηκε και στα φωτεινά κύματα και έμεινε γνωστό ως φαινόμενο Ντόπλερ-Φιζό. Η μετέπειτα εφαρμογή του φαινομένου στη μετάθεση των φασματικών γραμμών των ουράνιων σωμάτων, αναφορικά με τις θέσεις των ίδιων γραμμών των επίγειων φασμάτων, επέτρεψε τον προσδιορισμό των ακτινικών ταχυτήτων των αστέρων, δηλαδή της συνισταμένης των κινήσεών τους κατά μήκος του οπτικού άξονα του παρατηρητή. H ανακάλυψη του φαινομένου αυτού εγκαινίασε μια νέα εποχή στις αστρονομικές γνώσεις, γιατί κατέστησε δυνατή τη μέτρηση των ακτινικών ταχυτήτων των αστέρων του Γαλαξία μας. Έτσι το 1926 ο αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ του αστεροσκοπείου του όρους Γουίλσον (Καλιφόρνια), έχοντας στη διάθεσή του τα πιο σύγχρονα και τα πιο ισχυρά αστρονομικά όργανα, κατόρθωσε να επεκτείνει τις παρατηρήσεις και τις μετρήσεις του στα νεφελώματα και να διαπιστώσει ότι αυτά δεν ήταν, όπως νόμιζαν έως τότε, μια άμορφη μάζα κόνεων και αερίων, αλλά αντίθετα αποτελούσαν τεράστια αστρικά συστήματα, όμοια με τον Γαλαξία μας· διαπιστώθηκε επίσης ότι οι κινήσεις που παρουσιάζουν, σε οποιοδήποτε σημείο του διαστήματος και αν βρίσκονται, είναι κινήσεις απομάκρυνσης από το ηλιακό μας σύστημα, εφόσον το φως τους εμφανιζόταν να μετατίθεται προς την ερυθρά περιοχή του φάσματος. Ύστερα από συστηματικές έρευνες πέντε ετών σε σημαντικό αριθμό νεφελωμάτων, οι αστρονόμοι Έντουιν Χαμπλ και Μίλτον Χάμασονκατόρθωσαν να αποδείξουν (1929) ότι ολόκληρο το σύμπαν διατελεί σε φάση διαστολής. Απέδειξαν ακόμα ότι, ενώ στους αστέρες οι ταχύτητες μετακίνησης που διαπιστώθηκαν ήταν της τάξης των δεκάδων ή το πολύ εκατοντάδων χλμ. /δευτ., αντίθετα στα νεφελώματα οι ταχύτητες αυτές παρουσιάζονταν σημαντικά μεγαλύτερες και μπορούσαν να φτάνουν ακόμα και σε χιλιάδες χλμ. /δευτ. Προσδιόρισαν, επίσης, ότι υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ των αποστάσεων των εξωγαλαξιακών νεφελωμάτων και των ακτινικών ταχυτήτων τους. Εάν εξαιρέσουμε σπανιότατες περιπτώσεις που αφορούν τα κοντινά νεφελώματα, όλα τα άλλα νεφελώματα εμφανίζονται να απομακρύνονται με ταχύτητα που αυξάνεται κατά μέσο όρο κατά 75 χλμ. /δευτ. ανά μεγαπαρσέκ με τις σημερινές τιμές των αποστάσεων. Λογική απόρροια της θεωρίας της δ. του σ. υπήρξε η υπόθεση που υποστήριξαν πολλοί, ότι όλα τα νεφελώματα, μεταξύ των οποίων και ο δικός μας Γαλαξίας, προέρχονται από μια αρχική μάζα, συγκεντρωμένη σε μια στενή ζώνη, της οποίας τα συντρίμματα, που δημιουργήθηκαν ύστερα από έκρηξη άγνωστης αιτίας, εξακολουθούν να απομακρύνονται με ταχύτητα που αυξάνεται ανάλογα με την απόσταση. Οι υποθέσεις αυτές, σε συνδυασμό με στοιχεία από τις παρατηρήσεις κατά τις πρώτες δεκαετίες του 20ού αι., οδήγησαν τον Χαμπλ στην ανακάλυψη της βάσης της νεότερης αστρονομίας. Ακόλουθες μελέτες επέτρεψαν τη διόρθωση ορισμένων θέσεων και την απόδειξη ή την επιβεβαίωση με περισσότερη εγκυρότητα των δεδομένων της παρατήρησης. Οι πρώτες έρευνες που ακολούθησαν τα τολμηρά αυτά συμπεράσματα αποσκοπούσαν στο να διαπιστώσουν αν η μετάθεση των φασματικών γραμμών προς την περιοχή του ερυθρού έπρεπε να αποδοθεί αναγκαστικά στο φαινόμενο Ντόπλερ-Φιζό ή σε κάποια άλλη αιτία. Στην πραγματικότητα, μετάθεση προς το ερυθρό σημαίνει απώλεια ενέργειας των φωτονίων, απώλεια η οποία γίνεται κατανοητή εφόσον ληφθούν υπόψη οι τεράστιες αποστάσεις που διανύει το φως πριν φτάσει στη Γη. Από μια εμπεριστατωμένη ανάλυση αυτής της διαφοράς προέκυψε ότι τα φαινόμενα που παρατηρήθηκαν έτειναν να αποκλείσουν την υπόθεση ότι η απώλεια της ενέργειας οφείλεται σε γνωστά φυσικά φαινόμενα· έπρεπε, συνεπώς, αν πραγματικά υπήρχε απώλεια ενέργειας, η αιτία να αναζητηθεί σε κάποιο νέο, άγνωστο φαινόμενο, το οποίο ταυτίζεται με τη φύση του ίδιου του διαστήματος. Αυτός είναι ο λόγος στον οποίο οφείλεται η σημερινή τάση να αποδίδεται μεγάλη εμπιστοσύνη στην ερμηνεία κατά την οποία η μετάθεση προς το ερυθρό οφείλεται σε ένα γνήσιο φαινόμενο Ντόπλερ-Φιζό και επομένως σε μια πραγματική ταχύτητα διαφυγής των μακρινών γαλαξιών. Εκείνο όμως που φαίνεται παράδοξο και αντίθετο σε κάθε σύγχρονη αστρονομική αντίληψη είναι το συμπέρασμα, που εκ πρώτης όψεως εμφανιζόταν αυταπόδεικτο, σύμφωνα με το οποίο η Γη επαναφέρεται προς το κέντρο της γιγαντιαίας αυτής διαφυγής γαλαξιών και επομένως του ορατού σύμπαντος, όπως υποστήριζε η ξεπερασμένη σήμερα πτολεμαϊκή θεωρία. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν προσέφερε, ωστόσο, μια ακριβή ερμηνεία, επιβεβαιώνοντας ότι oλόκληρο το διάστημα, με τους γαλαξίες που περιλαμβάνονται σε αυτό, διαστέλλεται προοδευτικά. Το σύμπαν μπορεί να παραβληθεί με ένα μπαλόνι, στην επιφάνεια του οποίου υπάρχουν πολλές κηλίδες. Όταν φουσκώσουμε αυτό το μπαλόνι οι κηλίδες (γαλαξίες) απομακρύνονται η μία από την άλλη. Σε μια πιο παραστατική παρομοίωση μπορούμε να θεωρήσουμε το σύμπαν σαν ένα νέφος που κάθε χωριστό μόριό του αντιπροσωπεύει έναν γαλαξία. Αν το νέφος διαστέλλεται ομοιόμορφα σε έναν μεγαλύτερο χώρο, η αμοιβαία απόσταση όλων των μορίων θα αυξάνεται προοδευτικά. Οπουδήποτε και αν βρεθεί ο παρατηρητής, όπως για παράδειγμα στη Γη, θα έχει την εντύπωση ότι όλα τα άλλα ουράνια σώματα απομακρύνονται από αυτόν. Στην πραγματικότητα, κανένα σημείο δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι καταλαμβάνει κεντρικότερη θέση από ένα άλλο. Η νέα αντίληψη ότι το σύμπαν βρίσκεται σε διαρκή διαστολή παρέχει απαντήσεις σε πολλά κοσμογονικά προβλήματα, μεταξύ των οποίων αναφέρουμε το παράδοξο του Όλμπερς. Το 1826 ο Γερμανός φυσικός Χάινριχ Όλμπερς είχε θέσει το ερώτημα: «Γιατί τη νύχτα έχουμε σκοτάδι;». Από τους υπολογισμούς που έκανε, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλοι οι αστέρες, που υποτίθεται ότι βρίσκονται σε λιγότερο ή περισσότερο ομοιόμορφη κατανομή στο άπειρο, θα έπρεπε να δίνουν συνολικά έναν φωτισμό εξαιρετικά ισχυρό τη νύχτα, πολύ ισχυρότερο από το φως της ημέρας που προέρχεται από τον Ήλιο. Το ερώτημα αυτό παρέμεινε άλυτο για έναν περίπου αιώνα. Μόνο μετά τη θεωρία της δ. του σ. έγινε κατανοητό ότι καθώς οι αστέρες των γαλαξιών απομακρύνονται, επιτρέπουν να φτάσει έως τη Γη μικρότερος φωτισμός από εκείνον που προβλέπεται. Το φως που φτάνει έως εμάς από τους αστέρες αυτούς είναι λίγο, ενώ αυτό που προέρχεται από τους μακρινούς γαλαξίες δεν έχει καμιά επίδραση. 0ι σπουδαιότεροι σταθμοί της διαστολής του σύμπαντος σε γραφική παράσταση. Θεωρείται ότι το φαινόμενο της διαστολής άρχισε να συμβαίνει πριν από 5 δισ. έτη. Σήμερα το σύμπαν θα πρέπει να έχει ακτίνα 10 δισ. ετών φωτός. Κάτω δεξιά, σε αντιστοιχία με τη σύγχρονη εποχή, το μικρό βέλος δείχνει την ακτίνα του σύμπαντος την οποία μπορεί να ερευνήσει ο αστρονόμος με ένα όργανο, διαμέτρου 2,54 μ. (π.χ. το τηλεσκόπιο του όρους Γουίλσον)· το μεγαλύτερο βέλος (λίγο μεγαλύτερο από 1 δισ. έτη φωτός) δείχνει την ακτίνα του σύμπαντος που μπορεί να εξερευνηθεί με το τηλεσκόπιο του όρους Πάλομαρ (διάμετρος 5 μ.).