Επιστήμη ή επιστημονική φαντασία ;

Εξ αρχής να απαντήσω στο δίλημμα ότι στην αστροφυσική κυρίως όμως στην κοσμολογία τα όρια μεταξύ επιστήμης και επιστημονικής φαντασίας είναι εντελώς δυσδιάκριτα. Η κοσμολογία είναι η μόνη από τις θετικές επιστήμες που δέχεται απόψεις απο φιλοσοφικές μέχρι ακραία επιστημονική φαντασία κι ας είναι μειοψηφικές. Άλλωστε η big bang, η κοσμολογική αρχή, ο κοσμικός πληθωρισμός και εν γένει η Λ CDM απέχουν πάρα πολύ από το να χαρακτηριστούν νόμος του ohm. Με δεδομένο ότι η φυσική έχει φτάσει στα όριά της και οι υπάρχουσες θεωρίες αφήνουν αναπάντητα κορυφαία κοσμολογικά ερωτήματα, όλο και περισσότεροι  αστροφυσικοί  ασχολούνται με τη λεγόμενη μελοντολογία. Το ότι η σημερινή φυσική φαίνεται να μη μπορεί να απαντήσει σε κορυφαία κοσμολογικά ερωτήματα σημαίνει αδιέξοδο; Ας θυμηθούμε τη διάσημη φράση του Feynman “Προκειμένου να έχω απαντήσεις χωρίς ερωτήσεις καλύτερα να έχω ερωτήσεις χωρίς απαντήσεις”.  Στη φυσική  μία θεωρία κατοχυρώνεται αν επιβεβαιωθεί πειραματικά ή αν συμφωνεί σε μεγάλο βαθμό με  παρατηρησιακά δεδομένα. Ο φυσικός σου λέει “εν τη παλάμη και ούτω βοήσωμεν”. Κλασική περίπτωση το παράδοξο Fermi . Ο φυσικός Fermi σε ένα διάλλειμμα συνεδρίου απευθυνόμενος στους κοσμολόγους είπε “αφού ισχυρίζεστε ότι υπάρχουν εξωγήινοι γιατί δεν τους έχουμε βρεί ακόμα;”. Εκτοτε η φράση έμεινε ως “παράδοξο του Fermi” και  έχει στοιχειώσει καθώς δεν έχει απαντηθεί μέχρι σήμερα.

Στη μεγάλη διαμάχη ντετερμινιστών – ιντετερμινιστών τις δεκαετίες ’20 και ’30 εμφανίστηκαν τα “παράδοξα” της κβαντικής φυσικής με κορυφαίο την τυχαιότητα και υποστηρικτές τούς ιντετερμινιστές Heizenberg, Born, Bohr, de Broglie κ.α , με αντίπαλο δέος τους ντετερμινιστές με επικεφαλής τον Einstein και τους Schredinger, Lorentz κ.α . Ο Schrοdinger με την εφυή κυματοσυνάρτηση που όμως ήταν ένα μαθηματικό εργαλείο μόνο, δεν περίμενε και δεν ήθελε η εξίσωσή του να οδηγηθεί σε ιντετερμινιστικά μονοπάτια. Όμως ο Born έδειξε ότι το τετράγωνο της κυματοσυνάρτησης δίνει την πιθανότητα ύπαρξης ενός ηλεκτρονίου σε κάποια θέση. Η απάντηση ήρθε απο τον Schrοdinger ο οποίος διακωμώδισε την ίδια του την εξίσωση με το “παράδοξο” της γάτας του.

Η ΓΑΤΑ ΤΟΥ SCHRODINGER

Ο Einstein , όχι το πίστευε, έδειξε ότι και η ΓΘΣ μπορεί να παράγει παράδοξα παρουσιάζοντας μία λύση των εξισώσεων πεδίου που οδηγούσαν στην περίφημη γέφυρα Einstein – Rozen που σε πάει πίσω στο χρόνο. Σε γενικές γραμμές η ύλη μαύρης τρύπας μέσω μιας γέφυρας οδηγούνταν σε μία λευκή τρύπα η οποία δεν απορροφά ύλη αλλά μόνο “ξεβράζει” ύλη και οδηγεί σε ένα παράλληλο σύμπαν. Βέβαια λευκή τρύπα δεν έχει βρεθεί ούτε ο Einstein πίστευε ότι θα βρεθεί καθώς απαιτεί τεράστια ποσά αρνητικής ενέργειας(ενέργεια μικρότερη απο την ενέργεια του κενού). Το γεγονός ότι τελικά εδρεώθηκε η τυχαιότητα και ο θεός όχι μόνο παίζει ζάρια αλλά δε φέρνει και πάντα εξάρες, δεν σημαίνει ότι έχασαν οι μέν και κέρδισαν οι δε , όταν έχεις να κάνεις με ογκόλιθους της επιστήμης είναι μίζερο να ισχυριστείς κάτι τέτοιο. Εν τω μεταξύ ο Kerr έδωσε τη λύση των εξισώσεων πεδίου που οδηγούν σε περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα που είναι μία πραγματικότητα. Όμως σε περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα η μοναδικότητα στο κέντρο δεν είναι σημειακή όπως στην ακίνητη μαύρη τρύπα Schwarzchild αλλά ενα δαχτυλίδι στο εσωτερικό του οποίου ο χωρόχρονος είναι κανονικός όπως και έξω απο τη μαύρη τρύπα. Αυτό σε συνδιασμό και με τη γέφυρα Einstein – Rozen πυροδότησε σενάρια για “σκουλικότρυπες” και διαγαλαξιακά και διασυμπαντικά ταξίδια.

Οι ασκοί του αιόλου όμως άνοιξαν το 1964 όταν ο Ρώσος αστροφυσικός Nikolai Kardashev παρουσίασε την εργασία του σύμφωνα με την οποία στην αναζήτηση εξωγήινων πολιτισμών πρέπει να ορίσουμε κριτήρια για το επίπεδο ανάπτυξής τους. Έτσι χώρισε τους πιθανούς πολιτισμούς στο σύμπαν σε τρείς τύπους οι οποίοι στη συνέχεια έφτασαν μέχρι το …θεό(τύπου VI).

Βάση για την κατάταξη αποτελεί η ενέργεια που έχει στη διαθεσή του ο κάθε πολιτισμός. Σε ότι διαβάσετε στην εικόνα να προσθέσω αριθμούς. Τύπου I = 10¹⁶ W  , τύπου ΙΙ = 10²⁶ W , τύπου III = 10³⁶ W , τύπου IV = 10⁴⁶ – 10⁵⁶ W , τύπου V = 10⁵⁶ – 10⁶⁶ W , τύπου VI = 10⁶⁶ – 10⁷⁶ W κοκ !!!!

Ο μεγάλος αστροφυσικός και εκλαικευτής της επιστήμης Karl Sagan πρόσθεσε και δεκαδικούς αριθμούς στην κλίμακα. Έστω Κ ο τύπος του πολιτισμού και Ρ η ισχύς που έχει στη διάθεσή του τότε: Κ = (logΡ – 6)/10. Σύμφωνα με τον τύπο sagan υπάρχουν και πολιτισμοί τύπου 0(εκεί που θα φτάσουμε μετά τον 3ο παγκόσμιο πόλεμο) για Κ=0 προκύπτει Ρ = 10⁶ W = 1 MW όταν η ισχύς της ΔΕΗ μόνο είναι 13000 MW. Εμείς με βάση την κατανάλωση ενέργειας του 2019 βρισκόμαστε αισίως στο 0,73 της κλίμακας Kardashev. Αυτό δε σημαίνει ότι σίγουρα σε λίγα χρόνια θα φτάσουμε στον τύπο Ι γιατί ενδεχόμενα να μας προλάβει μία οικολογική καταστροφή.

Το πρώτο ερώτημα που τίθεται είναι πως και απο ποιές πηγές θα αντλήσουμε αυτά τα ποσά ενέργειας. Επιγραμματικά πρώτα: Σφαίρα Dyson γύρω απο ένα άστρο , τεράστιοι αντιδραστήρες σύντηξης υδρογόνου σε τροχιά γύρω απο αέριους γίγαντες(Δίας ,Κρόνος, Ουρανός,Ποσειδώνας), μαύρες τρύπες – μηχανισμός Penrose, σφαίρες Dyson σε όλα τα άστρα του γαλαξία και όχι μόνο, εκμετάλευση της απίστευτα μεγάλης ενέργειας των Quasars και των εκλάμψεων ακτίνων γ. Προς το παρόν.

Το δεύτερο ερώτημα έχει να κάνει με το πως θα πραγματοποιούνται ταξίδια μέσα σε ένα γαλαξία ή διαγαλαξιακά όταν υπάρχει το φράγμα της ταχύτητας του φωτός. Ευκολάκι. Σκουλικότρυπες, κβαντική τηλεμεταφορά, φυσαλίδες χωροχρόνου.

ΣΦΑΙΡΑ DYSON: Πρόκειται για δορυφόρους που μπορούν να δημιουργηθούν απο τη διάλυση των αστεροειδών και θα φέρουν τεράστια κάτοπτρα. Οι δορυφόροι θα τεθούν σε τροχιά γύρω απο τον ήλιο θα συλλέγουν σχεδόν όλη την ενέργεια του ήλιου και θα το κατευθύνουν στη γη προς αποθήκευση και χρήση. Υπάρχουν αρκετές εναλλακτικές κατασκευές σφαίρας Dyson, ας τις αφήσουμε όμως για τον Elon Musk του μέλοντος.

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ PENROSE: Ο Roger Penrose επιβλέπων καθηγητής στη διαδακτορική διατριβή του Stephen Hawking , διετύπωσε to 1969 την άποψη ότι αν ένα σώμα μπεί με πολύ μεγάλη ταχύτητα στην εργόσφαιρα μιάς περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας Kerr και διασπαστεί σε δύο κομμάτια, το ένα μπορεί να εξέλθει με μεγαλύτερη ενέργεια απο αυτή που είχαν και τα δύο μαζί πριν την είσοδο. Η εργόσφαιρα είναι μια ελλειψοειδής επιφάνεια γύρω από τον ορίζοντα γεγονότων. Στο εσωτερικό της εργόσφαιρας ο χωροχρόνος «παρασύρεται» προς την κατεύθυνση της περιστροφής της μαύρης τρύπας.  Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως φαινόμενο Lense-Thirring Εξαιτίας του, οποιοδήποτε υλικό σώμα μέσα στην εργόσφαιρα είναι αδύνατο να μείνει ακίνητο, καθώς θα έπρεπε να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη της ταχύτητας του φωτός ως προς τον τοπικό, περιβάλλοντα χωροχρόνο του. Μία άλλη συνέπεια του φαινομένου Lense-Thirring είναι η ύπαρξη αρνητικών ενεργειών μέσα στην εργόσφαιρα. Επειδή η εργόσφαιρα βρίσκεται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, είναι δυνατό υλικά σώματα που βρίσκονται εκεί να διαφύγουν από το βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας. Οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να κερδίσει ενέργεια συμμετέχοντας στην περιστροφή της τρύπας και μετά να αποδράσει από την έλξη της, αποσπώντας και παίρνοντας μαζί του (ως κινητική) ένα ποσό από την περιστροφική ενέργεια της μαύρης τρύπας.

  Ε₀ = Ε₁ + Ε₂ => Ε₂ = Ε₀ – Ε₁ (Ε₁ < 0) => Ε₂ > Ε₀

Αυτή η διαδικασία έχει εξετασθεί ως μία πιθανή εξήγηση για την πηγή ενέργειας αστροφυσικών φαινομένων με εξαιρετικά μεγάλη ισχύ, όπως οι εκλάμψεις ακτίνων γ. Αποτελέσματα προσομοιώσεων με υπολογιστές υποδεικνύουν ότι ο μηχανισμός Πένροουζ είναι ικανός να παράγει τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που παρατηρούνται να εκτινάσσονται από κβάζαρ και άλλους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΤΗΛΕΜΕΤΑΦΟΡΑ: Η ενέργεια που απαιτείται για τηλεμεταφορά είναι αυτή που απαιτείται για να παραχθεί η μέγιστη δυνατή μεταβολή στην εντροπίας (S) σε κάποιο χώρο όπου S< = (2πRE):(ch/2π). E ενέργεια που απαιτείται R η ακτίνα του χώρου θεωρούμενου κυκλικού. Γιά έναν μέσο άνθρωπο μάζας 62 kg είναι Ε = 1,9χ10²³ J . Στο Star Trek η μεταφορά διαρκεί 1 s οπότε Ρ = 1,9χ10²³ W ανά επιβάτη . Με 6 μεταφορείς ανά πλοίο για τα 7500 πλοία της ομοσπονδίας P_ολ = 8,7χ10²⁷ W που αντιστοιχεί σε τουλάχιοστον 2,2 στην κλίμακα Kardashev.

ΕΓΚΕΦΑΛΟΣ MATRIOSHKA: Πρόκειται για έναν υπερυπολογιστή ο οποίος τροφοδοτείται απο διαδοχικές σφαίρες Dyson η μία μέσα στην άλλη όπως η Ρώσικη κούκλα. Η κάθε σφαίρα εκμεταλεύεται την αποβαλόμενη θερμική ενέργεια απο την αμέσως εσωτερική. Ένας εγκέφαλος Matrioshka μπορεί να επεξεργαστεί 10⁴² πληροφορίες/sec και απαιτεί την ισχύ ενός πολιτισμού τύπου τουλάχιστον 2,4.

ΦΥΛΗ VOGONS: Στην ομώνυμη κινηματογραφική ταινία η φυλή θα εξαφάνιζε τη γη σε 1 sec σαν να γκρέμιζε ένα κτίριο. Η ιδιοβαρυτική δυναμική ενέργεια της γης είναι 2χ10³² J . Αρα σε 1 sec η ισχύς είναι 2χ10³² W που απαιτεί πολιτισμό τύπου τουλάχιστον 2,6.

Συμπερασματικά υπάρχουν καλές κινηματογραφικές ταινίες επιστημονικής φαντασίας που δεν είναι και πολύ φαντασίας. Οι κορυφαίες κατά τη γνώμη μου είναι “η Οδύσεια του διαστήματος” του Κιούμπρικ , το “Interstellar” του Νόλαν με το σκάφος να κερδίζει ενέργεια απο μαύρη τρύπα με τον μηχανισμό Penrose,  το “Star Trek” με τηλεμεταφορές και σε μικρότερο βαθμό ο  “Harry Potter” (τα μαγικά είναι φυσική που απαιτούν την ενέργεια πολιτισμού 2,4).

ΣΗΜ. Αν είχατε την υπομονή να φτάσετε στο τέλος και σας  άρεσε το άρθρο, κάντε like στη σελίδα μου στο instagram και θα μπείτε στην κλήρωση για έναν κβαντικό τηλεμεταφορέα.