Το Big Bang αποτελεί το θεμέλιο της σύγχρονης κοσμολογίας, το σημείο εκκίνησης της ιστορίας του Σύμπαντος. Ωστόσο, το ερώτημα «τι υπήρχε πριν από αυτήν» παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της επιστήμης. Συχνά θεωρείται άτοπο ή ακόμη και «αντιεπιστημονικό» να το θέτει κανείς, αφού οι φυσικοί νόμοι καταρρέουν όταν γυρίσουμε τον κοσμικό χρόνο αρκετά πίσω. Μια νέα μελέτη όμως, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Living Reviews in Relativity τον Ιούνιο του 2025, έρχεται να αλλάξει τα δεδομένα.
Οι ερευνητές Eugene Lim (King’s College London), Katy Clough (Queen Mary University of London) και Josu Aurrekoetxea (Oxford University) προτείνουν μια διαφορετική προσέγγιση: τη χρήση της αριθμητικής σχετικότητας και ισχυρών υπολογιστικών προσομοιώσεων των εξισώσεων του Einstein, ώστε να διερευνηθούν συνθήκες που μέχρι σήμερα θεωρούνταν απροσπέλαστες.
Η αριθμητική σχετικότητα επιτρέπει στους επιστήμονες να «παρακάμψουν» την αδυναμία των εξισώσεων να δώσουν λύσεις σε καταστάσεις ακραίας βαρύτητας, όπως αυτές που επικρατούν κοντά σε μαύρες τρύπες ή στην ίδια τη στιγμή του Big Bang. Αντί να περιορίζονται σε απλουστευτικές υποθέσεις, οι ερευνητές μπορούν να τρέξουν προσομοιώσεις σε υπερυπολογιστές και να εξετάσουν σενάρια που μέχρι σήμερα παρέμεναν θεωρητικά. Αυτό, όπως υποστηρίζουν, μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για να δοθούν απαντήσεις σε καίρια ερωτήματα: τι προηγήθηκε του Big Bang, αν το Σύμπαν είναι μέρος ενός πολυσύμπαντος, αν έχει συγκρουστεί με άλλα σύμπαντα, ή ακόμη αν ζει σε έναν κυκλικό ρυθμό «γέννησης και καταστροφής».
Οι εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας περιγράφουν με εντυπωσιακή ακρίβεια τη βαρύτητα και την κίνηση των κοσμικών σωμάτων. Όμως, όταν επιχειρεί κανείς να «γυρίσει το ρολόι» πίσω στον χρόνο της αρχής, συναντά μια ανυπέρβλητη δυσκολία: τη μοναδικότητα, δηλαδή μια κατάσταση άπειρης πυκνότητας και θερμοκρασίας όπου οι γνωστοί νόμοι της Φυσικής παύουν να ισχύουν. Σε αυτό το σημείο, η μαθηματική περιγραφή δεν επαρκεί. Η αριθμητική σχετικότητα επιχειρεί να ξεπεράσει αυτό το εμπόδιο, δημιουργώντας ένα νέο πλαίσιο για να εξεταστούν συνθήκες που προηγούνται του Big Bang.
Ένα από τα πιο συναρπαστικά ερωτήματα που θίγουν οι επιστήμονες αφορά τον πληθωρισμό, την εξαιρετικά ταχεία διαστολή που θεωρείται ότι έλαβε χώρα αμέσως μετά τη γέννηση του Σύμπαντος. Ο πληθωρισμός εξηγεί γιατί το Σύμπαν εμφανίζεται τόσο ομοιόμορφο και ισότροπο σε μεγάλη κλίμακα, αλλά μέχρι σήμερα δεν έχει αποσαφηνιστεί πώς και γιατί ξεκίνησε. Η δυσκολία έγκειται στο ότι οι εξισώσεις απαιτούν ήδη ένα «ομοιογενές και ισότροπο» αρχικό σύμπαν για να λειτουργήσουν, κάτι που δημιουργεί κυκλική λογική. Η αριθμητική σχετικότητα, ωστόσο, επιτρέπει την εξέταση διαφορετικών αρχικών συνθηκών και ίσως δώσει απαντήσεις εκεί όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι αποτυγχάνουν.
Εξίσου ενδιαφέρον είναι το ενδεχόμενο να επιβεβαιωθεί η ύπαρξη των κοσμικών χορδών, υποθετικών δομών στο χωροχρόνο που θα μπορούσαν να έχουν αφήσει «ουλές» κατά τη γέννηση του Σύμπαντος. Οι προσομοιώσεις ίσως αποκαλύψουν ποια βαρυτικά κύματα θα προκαλούσαν αυτές οι χορδές, προσφέροντας έτσι έναν τρόπο ανίχνευσής τους. Παράλληλα, η αριθμητική σχετικότητα μπορεί να συμβάλει στην αναζήτηση «τραυμάτων» στον κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, τα οποία θα υποδήλωναν πιθανές συγκρούσεις του Σύμπαντός μας με γειτονικά. Αν κάτι τέτοιο επαληθευτεί, θα αποτελέσει ισχυρή ένδειξη υπέρ της θεωρίας του πολυσύμπαντος.
Ένα ακόμη πιο τολμηρό σενάριο που εξετάζεται είναι εκείνο του κυκλικού Σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτήν την εκδοχή, το κοσμικό γίγνεσθαι δεν ξεκινά και δεν τελειώνει σε ένα μοναδικό Big Bang, αλλά επαναλαμβάνει αέναους κύκλους γέννησης και καταστροφής. Μετά από κάθε «Μεγάλη Έκρηξη» ακολουθεί μια «Μεγάλη Σύνθλιψη» και το Σύμπαν ξαναγεννιέται. Αν και αυτή η υπόθεση είναι εξαιρετικά δύσκολο να εξεταστεί αναλυτικά, οι υπολογιστικές μέθοδοι επιτρέπουν στους επιστήμονες να διερευνήσουν αν είναι εφικτή.
Η ιστορία της αριθμητικής σχετικότητας δεν είναι καινούργια. Η μέθοδος προτάθηκε ήδη από τη δεκαετία του 1960 για να εξεταστούν οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, ένα σενάριο τόσο ακραίο που απαιτούσε αριθμητικές λύσεις. Μάλιστα, η ανάπτυξή της ενισχύθηκε από το πείραμα LIGO που σχεδιάστηκε τη δεκαετία του 1980 για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Χρειάστηκαν δεκαετίες ώσπου το 2005 να επιτευχθεί μια πλήρης προσομοίωση, ανοίγοντας τον δρόμο για την εφαρμογή της σε νέα κοσμολογικά ερωτήματα.
Οι υπολογισμοί είναι τόσο περίπλοκοι που απαιτούν την ισχύ των υπερυπολογιστών. Καθώς η τεχνολογία τους εξελίσσεται, η προοπτική να κατανοήσουμε τι υπήρξε πριν από το Big Bang γίνεται όλο και πιο ρεαλιστική. Οι συγγραφείς της μελέτης ελπίζουν ότι η δουλειά τους θα φέρει πιο κοντά τους αριθμητικούς σχετικιστές και τους κοσμολόγους, ώστε να ανταλλάξουν μεθόδους και εργαλεία.
Όπως χαρακτηριστικά τονίζει ο Eugene Lim, το ζητούμενο είναι να φύγουμε από τον «φακό του φαναριού», εκεί όπου οι εξισώσεις έχουν λύσεις, και να εξερευνήσουμε τα σκοτεινά σημεία όπου η φυσική συναντά τα όριά της. Αν οι υπερυπολογιστές καταφέρουν να ρίξουν φως σε αυτά τα μυστήρια, τότε ίσως πλησιάσουμε περισσότερο από ποτέ στην απάντηση του πιο θεμελιώδους ερωτήματος: τι υπήρχε πριν από το Big Bang!
[via]
