Σύμφωνα με μια αμφιλεγόμενη θεωρία, το Σύμπαν μας εμφανίστηκε όταν τα θεμελιώδη «δομικά στοιχεία» του χωροχρόνου «κρυσταλλώθηκαν» και πήραν μορφή.
Οι φυσικοί αντιμετωπίζουν ένα σημαντικό πρόβλημα. Η ομαλή και συνεχής θεωρία του χωροχρόνου του Αϊνστάιν έχει εξηγήσει εξαιρετικά τη βαρύτητα και τις ιδιότητες του Σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα για περισσότερο από έναν αιώνα. Ωστόσο, δεν λειτουργεί σωστά στις μικρότερες κλίμακες.
Για αυτές τις κλίμακες, οι φυσικοί χρησιμοποιούν την κβαντομηχανική, καθώς περιγράφει με εξαιρετική ακρίβεια τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια. Το πρόβλημα εμφανίζεται όταν προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τη μία θεωρία για να περιγράψουν την άλλη. Η ομαλή φύση της γενικής σχετικότητας δεν ταιριάζει εύκολα με την «κοκκώδη», απότομη και βασισμένη σε σωματίδια φύση του κβαντικού κόσμου.
Ενώ και οι δύο θεωρίες λειτουργούν πολύ καλά ξεχωριστά, τα μαθηματικά καταρρέουν όταν προσπαθούμε να τις συνδυάσουμε.
Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, αλλά και στην αρχή της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang), υπήρχαν σημεία άπειρης πυκνότητας, τα οποία ονομάζονται ιδιομορφίες (singularities). Όμως αυτό δεν φαίνεται να έχει φυσικό νόημα. Πολλοί φυσικοί θεωρούν ότι αποτελεί ένδειξη πως η θεωρία έχει φτάσει στα όριά της.
«Χρειάζεται κάποιος εντελώς νέος τρόπος σκέψης», λέει ο Christian Wüthrich, PhD, καθηγητής Φιλοσοφίας της Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. «Χωρίς αμφιβολία, θα απαιτήσει καινοτομίες στα μαθηματικά».
Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν διατυπωθεί πολλές ριζοσπαστικές ιδέες για αυτόν τον νέο τρόπο σκέψης, με τη θεωρία χορδών να είναι πιθανότατα η πιο γνωστή.
Όμως μια λιγότερο γνωστή προσέγγιση, εφόσον αποδειχθεί σωστή, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε τον σχηματισμό του Σύμπαντος.
Πρόκειται για τη Θεωρία Πεδίου Ομάδων (Group Field Theory), η οποία δανείζεται έννοιες από τη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης και αρχίζει να προσελκύει όλο και περισσότερο το ενδιαφέρον των επιστημόνων.
Η θεωρία προτείνει ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν είναι θεμελιώδη χαρακτηριστικά της πραγματικότητας, αλλά «αναδυόμενες» ιδιότητες, οι οποίες προκύπτουν από τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της. Αυτό θα μπορούσε να συμβαίνει με παρόμοιο τρόπο με τον οποίο η ιδιότητα της υγρότητας προκύπτει από τη συλλογική συμπεριφορά των μορίων του νερού.
Το νερό μας φαίνεται ομαλό και ρευστό όταν το αγγίζουμε. Αν όμως το εξετάσουμε σε πολύ μικρότερη κλίμακα, αποτελείται από μεμονωμένα μόρια H₂O.
Η «υγρότητα» δεν μπορεί να γίνει αντιληπτή από ένα μόνο μόριο. Χρειάζεται η συλλογική αλληλεπίδραση τρισεκατομμυρίων μορίων για να εμφανιστεί αυτή η ιδιότητα.
Το ίδιο, υποστηρίζει ο Daniele Oriti, PhD, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Complutense της Μαδρίτης, μπορεί να ισχύει και για τον χωροχρόνο.
Σύμφωνα με τον Oriti, το Σύμπαν αποτελείται από ξεχωριστούς θεμελιώδεις «σπόρους», οι οποίοι υπάρχουν έξω από τον χώρο και τον χρόνο. Τους αποκαλεί «προγεωμετρικές, μη χωροχρονικές οντότητες» (pre-geometric, no-spatiotemporal entities).
Όταν όμως αυτές οι οντότητες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, η συλλογική τους συμπεριφορά δημιουργεί αυτό που εμείς αντιλαμβανόμαστε ως χωροχρόνο.
«Υπάρχουν ιδιότητες που έχουν απόλυτο νόημα στο επίπεδο του ρευστού, αλλά όχι στο πιο θεμελιώδες επίπεδο των ατόμων», εξηγεί ο Oriti, ένας από τους βασικούς ερευνητές που αναπτύσσουν τη Θεωρία Πεδίου Ομάδων.
«Οι συνηθισμένες έννοιες της γεωμετρίας —οι αποστάσεις, η καμπυλότητα και οι όγκοι— έχουν νόημα μόνο σε αυτό το συλλογικό επίπεδο. Όποια κι αν είναι τα θεμελιώδη “άτομα του χώρου”, δεν μπορείς να τους αποδώσεις ξεχωριστά τις συνηθισμένες ιδιότητες του χωροχρόνου».
Ο Oriti υποστηρίζει ότι τα «άτομα του χώρου» μπορούν να θεωρηθούν αφηρημένες κβαντικές οντότητες, οι οποίες δεν βρίσκονται μέσα στον χωροχρόνο.
Εδώ ακριβώς η θεωρία γίνεται ιδιαίτερα παράξενη και δύσκολη να την αντιληφθεί κανείς:
Αυτά τα θεμελιώδη «άτομα» υπάρχουν σε μια πραγματικότητα όπου δεν υπάρχει ούτε χώρος ούτε χρόνος.
Κι όμως, όταν πολλά από αυτά συγκεντρώνονται, αλληλεπιδρούν και οργανώνονται μεταξύ τους, οι αλληλεπιδράσεις τους είναι εκείνες που δημιουργούν τον ίδιο τον χωροχρόνο.
Σύμφωνα με την άποψη του Oriti, το Σύμπαν εμφανίστηκε μέσα από κάτι που έμοιαζε με αλλαγή φάσης, κατά την οποία αυτά τα «άτομα του χώρου» κρυσταλλώθηκαν και σχημάτισαν το Σύμπαν.
Η διαδικασία θα μπορούσε να παρομοιαστεί με τον τρόπο με τον οποίο η υγρασία συμπυκνώνεται και παγώνει πάνω σε ένα τζάμι, σχηματίζοντας πάγο.
«Είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα πρόταση», λέει ο Wüthrich. «Είναι επίσης συγκλονιστική».
Ιδιαίτερα δύσκολη για τον ίδιο είναι η ιδέα ότι το Σύμπαν μας μπορεί να προέρχεται από μια πραγματικότητα χωρίς χώρο και χωρίς χρόνο.
«Δεν νομίζω ότι η ανθρώπινη φαντασία διαθέτει κάποιο πρότυπο ή κάποια αναλογία για αυτού του είδους τη σχέση», αναφέρει. «Μπορούμε να την περιγράψουμε μαθηματικά, αλλά το να σχηματίσουμε στο μυαλό μας μια εικόνα για το πώς θα μπορούσε να μοιάζει κάτι τέτοιο δεν φαίνεται να είναι δυνατό».
Αν όμως η θεωρία αυτή αποδειχθεί σωστή, θα μπορούσε να μας αναγκάσει να επανεξετάσουμε τόσο το τι συμβαίνει στο κέντρο των μαύρων τρυπών, όσο και τον τρόπο με τον οποίο δημιουργήθηκε το Σύμπαν.
Η Μεγάλη Έκρηξη δεν θα ήταν πλέον μια ιδιομορφία κατά την οποία ολόκληρο το Σύμπαν δημιουργήθηκε από μια έκρηξη. Θα έμοιαζε περισσότερο με μια τεράστια αλλαγή φάσης, κατά την οποία προ-χωρικές οντότητες κρυσταλλώθηκαν και δημιούργησαν τον ιστό του χωροχρόνου όπως τον γνωρίζουμε σήμερα.
Αυτό θα σήμαινε επίσης κάτι ακόμη πιο παράξενο:
Δεν υπήρχε χρόνος πριν από το Σύμπαν — ούτε καν ένα “πριν”.
Και δεν υπήρχε χώρος μέσα στον οποίο θα μπορούσε να βρίσκεται οτιδήποτε.
Με άλλα λόγια, στο βαθύτερο επίπεδο της πραγματικότητας, ο χώρος και ο χρόνος ίσως να μην είναι θεμελιώδη συστατικά του Σύμπαντος, αλλά αποτέλεσμα της ίδιας της οργάνωσης της κβαντικής πραγματικότητας.
