Κοσμολογία, θεωρία του σύμπαντος

Το 90% της μαύρης ύλης παραμένει αόρατο!

10 Μαρτίου 2004

Η αστροφυσική είναι ίσως μια πολύ σοβαρή επιστήμη για να την αναλάβουν οι αστροφυσικοί

Μια απρόσμενη απάντηση.

Έντεκα, πλατεία Μαρσελίν Μπερτελό. Το Κολλέγιο της Γαλλίας έχει ανακαινιστεί πλήρως. Είναι τόσο όμορφο όσο το Λούβρο.

Ο Ναρλικαρ, ένας Ινδός πρόεδρος της Αστρονομικής Ένωσης Παγκόσμιας, φίλος πολύχρονος του Ζαν-Κλοντ Πεκέρ, είναι πολύ φιλικός. Έχουμε την ίδια ηλικία. Είναι πρώην μαθητής του Φρεντ Χούιλ. Ξέρω ότι για ένα χρονικό διάστημα είχαν προτείνει ότι οι φυσικές σταθερές θα μπορούσαν να μεταβάλλονται από το ένα σημείο του σύμπαντος στο άλλο. Θέλουν να εξηγήσουν με αυτό τα "ανώμαλα κόκκινα μετατοπισμάτα", το γεγονός ότι βρίσκουμε αποκλίσεις πολύ "ανώμαλες" σε σχέση με το νόμο του Χάμπλ. Ξέρω ότι είχαν δίκιο, αλλά τότε δεν είχαν τα θεωρητικά μέσα για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, μέσω "κοινών διακυμάνσεων των μετρικών".

Ο Πεκέρ ξέρει ότι τον υπολογίζω, κατά τη διάρκεια αυτής της ομιλίας, να μιλήσω γι' αυτό στο φίλο μου.

Η επαφή είναι πολύ αρμονική. Ο Ναρλικαρ είναι ένας άνθρωπος λεπτός, γεμάτος χιούμορ. Μιλάμε αγγλικά. Φαντάζομαι για λίγο τη συνάντηση μεταξύ του Σουριάου και του Ναρλικαρ, μερικές εβδομάδες πριν. Ο Ζαν-Μαρί δεν μιλά αγγλικά, ούτε ένα λέξι, ενώ ο Ναρλικαρ πιθανώς γνωρίζει μερικές κλειδιώδεις φράσεις, πώς να δώσει μια διεύθυνση σε έναν οδηγό ταξί, να πει τρία λόγια σε μια γραμματέα. Ευτυχώς, καταφέρνω να αντιμετωπίσω τη γλώσσα του Σειντς. Συζητάμε για δύο ώρες. Ο Ναρλικαρ ενδιαφέρεται. Στο τέλος, προσπαθώ να το κάνω.

*- Έχω σκεφτεί ... τις ιδέες που είχατε προτείνει παλιά, με τον Φρεντ Χούιλ, για την μεταβολή των φυσικών σταθερών. - Ω, ήταν εικασίες..... - Όχι, είχατε δίκιο. Ξέρω πώς να προχωρήσω. Μπορεί να συνεργαστούμε, να δημοσιεύσουμε. *

Ο Ναρλικαρ χαμογελά (βάζω την απάντησή του στα αγγλικά, με τη μετάφραση):

*- My dear colleague, I am also on the black list (μου αγαπητέ συνάδελφε, είμαι και εγώ στη λίστα μαύρη). I have recently sent a paper to a peer reviewed journal. I received 43 questions. The letter with the questions was longer than the paper itself. So, I gave up ( Έχω στείλει πρόσφατα ένα άρθρο σε μια επιστημονική έκδοση με κριτική. Έλαβα 43 ερωτήσεις. Η επιστολή με τις ερωτήσεις ήταν μακρύτερη από το ίδιο το άρθρο. Έτσι, έδωσα το χειρότερο). *

*- Then, everything if hopeless..... (τότε, όλα είναι άχρηστα). *

Αναγνωρίζω ότι είμαι λίγο συγκινημένος. Είχα σκεφτεί όλες τις πιθανές απαντήσεις, εκτός από αυτή. Ξέρω ότι η ζωή μου έχει πλευρές "ρομαντικές", αλλά εκείνη τη στιγμή έγραψε ένα ιδιαίτερα απροσδόκητο κεφάλαιο. Ακόμα και ο πρόεδρος της Αστρονομικής Ένωσης Παγκόσμιας έχει προβλήματα δημοσίευσης, ενώ δημοσιεύονται χιλιόμετρα ανοησιών καθημερινά. Αλλά ο Σουριάου έχει τα ίδια προβλήματα. Το κοινό δεν γνωρίζει ότι η επιστήμη, μετά τον πόλεμο, έχει περάσει υπό τον έλεγχο ανώνυμων ομάδων. Πώς να αναγνωρίσουμε αυτούς τους ανθρώπους; Είναι αρκετά απλό. Παρατηρήστε εκείνους που δημοσιεύουν πολύ, με ευκολία, πράγματα αρκετά κενά. Αυτοί είναι οι "κριτές", ειδικοί. Οι επιστημονικές εκδόσεις, με τον επιτροπή τους, είναι στην πραγματικότητα εκδηλώσεις από αόρατα επιτροπεία. Άνθρωποι συγκεντρώνονται, αποφασίζουν να δημιουργήσουν μια έκδοση, να δημιουργήσουν μια εφημερίδα. Αυτή διοικείται από ένα "διοικητικό συμβούλιο", που ονομάζει κατά προτίμηση τον διευθυντή της εφημερίδας. Πάρτε ένα παράδειγμα, στη Γαλλία. Ο Τζέιμς Λεκουέξ ήταν ο ιδρυτής της δημοσίευσης "Astronomy and Astrophysics", μιας εφημερίδας "με ευρωπαϊκή προοπτική". Ο ΚΝΡΣ, τα υπουργεία έδωσαν χρήματα. Επιστήμονες συγκεντρώθηκαν. Τα έργα που δημοσιεύτηκαν δεν είναι κενά, όχι. Αλλά είναι μόνο η έκφραση ενός συγκεκριμένου επιστημονικού λόμπι, του οποίου Λεκουέξscience/gal_port/lequeux.htms'est fait le "garant". Μια στάση που φτάνει κάποιες φορές μέχρι τον κυνισμό και την ανειλικότητα. Αλλά δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα. Το σύστημα είναι κλειδωμένο. Γι' αυτό, όπως λέει συχνά ο Σουριάου, "η επιστήμη βυθίζεται σε μια σύγχρονη σχολαστική".

Ποιοι είναι οι "κριτές" των επιστημονικών εκδόσεων; Στη θεωρία, το ανώνυμο τους τους εξασφαλίζει "ανεξαρτησία σκέψης". Στην πράξη, αυτό τους επιτρέπει να αποτρέψουν κάθε ιδέα που θα απειλούσε τις θέσεις της δικής τους σχολής. Όλοι οι κριτές είναι ερευνητές, χωρίς εξαίρεση, έχουμε τ tendance να το ξεχνάμε. Αυτοί οι άνθρωποι δεν είναι αμειβόμενοι για αυτό το έργο. Φυσικά, δεν παίρνουν κάθε μέρα μόνο έργα που έχουν ουσία. Οποιοσδήποτε μπορεί να στείλει οποιοδήποτε πράγμα σε οποιαδήποτε εφημερίδα. Υπάρχουν λοιπόν "φίλτρα". Είναι άνθρωποι που διαβάζουν τα άρθρα από την αρχή. Χρόνος που αφιερώνεται σε αυτή την πρώτη εξερεύνηση ενός άρθρου: μέσα σε πέντε, δέκα λεπτά. Κριτήρια ανάλυσης:

- Αυτός ο τύπος ανήκει στην ομάδα μου; Το έργο του ενισχύει τις θέσεις που υποστηρίζουμε; (π.χ., στην τρέχουσα περίοδο το δόγμα της ύπαρξης μιας σκοτεινής ύλης). Είναι γνωστός; Μα, ένας Γάλλος! Ποτέ δεν υπήρξαν σημαντικές συνεισφορές από τη Γαλλία στην κοσμολογία. Πρόκειται για μια ακόμα ανοησία...

Διαβάζει τις σελίδες, απαλά. Είναι γεμάτος με τανυστές. Α, υπάρχουν ομάδες....

Διασχίζει το διάδρομο και χτυπά στην πόρτα του κτιρίου απέναντι, στο γραφείο ενός φίλου φυσικού θεωρητικού.

*- Είπες, Μάικ, η αντιστρεπτή δράση μιας ομάδας στο χώρο των ορμών, σου θυμίζει κάτι; - Ποτέ δεν άκουσα γι' αυτό.... - Καλά, τότε η πρώτη μου εντύπωση ήταν σωστή. *

Επιστρέφει στο γραφείο του και φορτώνει από το σκληρό του δίσκο την τυπική απάντηση:

Sorry, we don't publish speculative works

*Désolé, nous ne publions pas de travaux à caractère spéculatif. *

Αυτός ο άνθρωπος, που εργάζεται στις υπερχορδές, στη "θεωρία του Ταύτου", την TOE (Theorie of Everything), εκτυπώνει την επιστολή-απάντηση και πηγαίνει στο επόμενο αρχείο.

Έχω πάρει δεκάδες απαντήσεις όπως αυτές, με επιστροφή της αλληλογραφίας. Έχω μπορέσει να δημοσιεύσω από καιρό, αλλά μπορώ να πω ότι ξόδεψα για κάθε δημοσίευση δέκα έως εκατό φορές τον χρόνο που χρειάστηκε για να παραχθεί το ίδιο έργο. Αυτή η απάντηση είναι ακριβώς αυτή που μου έδωσε ο Λεκουέξ το 97, με επιστροφή της αλληλογραφίας, μετά την υποβολή ενός άρθρου για την εφημερίδα Astronomy and Astrophysics. Αλλά επειδή ήταν στη Γαλλία, το κάλεσα στο τηλέφωνο. Εξήγησα.

*- Το μοντέλό μου των διπλών δεν είναι πιο ή λιγότερο σπερματικό από το της σκοτεινής ύλης, που είναι μια ερμηνεία επιτόπου. Αυτό το μοντέλο επιτρέπει επίσης να ανακαλύψουμε τις ισχυρές επιδράσεις της βαρυτικής φακοποίησης, ως ένα "αρνητικό φακό", της βαρυτικής δράσης της διπλής ύλης, γεωμετρικά αόρατης, απωθητικής, στα φωτόνια του δικού μας σύμπαντος. Είναι απλά μια διαφορετική ερμηνεία των φαινομένων, αλλά θεωρώ ότι θα έπρεπε να μπορεί να δημοσιευτεί, γιατί είναι πολύ παραγωγική. Σας προτείνω κάτι: βρείτε έναν κριτή του τύπου του κακού, έναν μεγάλο κακό λύκο της κοσμολογίας και στείλτε του το άρθρο μου. Αν βρει κάποια αδυναμία, θα υποκύψω. *

Ο Λεκουέξ παραμένει για λίγο σιωπηλός στην άλλη άκρη της γραμμής. Αλλά, όπως πριν δέκα χρόνια, πιστεύει πραγματικά ότι το έργο μου δεν είναι αξιόπιστο. Ένας άνθρωπος που ενδιαφέρεται για τα ΟΒΕ δεν μπορεί να παράγει έργα υψηλής ποιότητας. Ίσως είναι μια καλή ευκαιρία να τελειώσουμε μια για πάντα. Μετά από μια στιγμή σιωπής:

*- ΟΚ, θα το κάνουμε έτσι. *

Ένα μήνα μετά παίρνω μια απάντηση από έναν άγνωστο κριτή με δέκα ερωτήσεις. Αρχίζει η μάχη. Αυτούς τους ανθρώπους τους έχω πάντα νικήσει, όσο τον κριτή αποδέχεται να αντιμετωπίσει τη μάχη. Οι ερωτήσεις, πολύ τεχνικές, είναι ακριβείς, σημαντικές. Αισθάνεσαι ότι ο άνθρωπος ψάχνει την αδυναμία. Απαντώ, σημείο προς σημείο. Σε ένα σημείο γράφει "υποθέτεις ότι στο κέντρο των τεράστιων κοιλοτήτων, των κοιλοτήτων γύρω από τις οποίες βρίσκονται οι γαλαξίες, θα βρίσκονταν συσσωρεύσεις της διπλής ύλης. Λες ότι αυτές είναι "γεωμετρικά αόρατες". Αλλά θα έπρεπε να έχουν ένα αποτέλεσμα στις εικόνες των αντικειμένων που βρίσκονται στο πίσω μέρος. Έχετε θεωρήσει αυτό;"

Η ερώτηση είναι πολύ σημαντική. Αρχίζω να κάνω υπολογισμούς. Πράγματι, το πίσω μέρος είναι οι μακρινοί γαλαξίες, με μεγάλο κόκκινο μετατόπισμα. Ακόμα κι αν αυτές οι συσσωρεύσεις φαίνονται με σχετικά μικρά ορατά διαμέτρους, το παρασκήνιο του κοσμικού πίσω μέρους είναι ένα υφασμάτιο, ένα "χαρτί τοιχώματος" που αποτελείται από εκατομμύρια γαλαξίες με πολύ μεγάλο κόκκινο μετατόπισμα. Με το τηλεσκόπιο Χάμπλ και τις σύγχρονες μεθόδους παρατήρησης αρχίζουμε να έχουμε όλο και περισσότερες εικόνες αυτού του ουρανού. Το μόνο πρόβλημα: αυτά τα αντικείμενα είναι πολύ, πολύ μακριά. Το φως που μας στέλνουν είναι πολύ αδύναμο. Συγκεκριμένα, μπορούμε να σχηματίσουμε την εικόνα αυτών των γαλαξιών, απλά τετραγωνικά σημεία, συλλέγοντας ένα φωτόνιο κάθε ... ώρα. Οι άνθρωποι δεν φαντάζονται πώς τα πράγματα συμβαίνουν. Για να έχεις μια εικόνα ενός πολύ μακρινού αντικειμένου από την επιφάνεια της Γης χρειάζεται ένας μεγάλος κατοπτρικός ανακλαστήρας, και χρόνος, ώρες παρατήρησης. Χρειάζεται να συλλέξεις τα φωτόνια, ένα-ένα. Θυμάμαι μια νύχτα παρατήρησης όπου συνόδευσα τους συναδέλφους μου "πρακτικούς αστρονόμους". Ο Μπουλεστέιξ, αστρονόμος στο Αστεροσκοπείο του Μαρσείλλης, ήταν ένας από τους πρώτους που συνέδεσαν έναν υπολογιστή στον φακό ενός τηλεσκοπίου. Έτσι, βλέπαμε την εικόνα ενός γαλαξία που παρατηρούσε να σχηματίζεται, φωτόνιο προς φωτόνιο. Ο Τζακς πριν "συνοπτικός" των διαδικασιών. Κάθε φορά που τα αισθητήρια φωτονίων ενεργοποιούνταν, ο ηχητικός ενισχυτής του υπολογιστή εκπέμπει ένα "τικ". Ήμουν ενθουσιασμένος. Υπήρχε ένα κάθε τέσσερις ή πέντε δευτερόλεπτα. Το φωτογραφικό μηχάνημα, τότε, επισημαίνει την ίδια στιγμή, με την εμφάνιση ενός νέου πίξελ στην οθόνη. Πέρασα τέσσερις ώρες βλέποντας αυτή την εικόνα να συσχετίζεται. Παράλληλα, ο υπολογιστής εκτελεί μετρήσεις του φαινομένου Doppler. Από αυτές τις μετρήσεις προκύπτει η ταχύτητα απομάκρυνσης και από αυτή την εκτίμηση της απόστασης. Όταν οι γαλαξίες είναι πολύ μακρινοί, χρειάζεται να εξετάσουμε ημέρες συλλογής φωτονίων, ή ανοιχτούς ανακλαστήρες μεγάλου μεγέθους όπως ποδοσφαιρικά γήπεδα. Αυτό περιορίζει την απόδοση των τηλεσκοπίων στη Γη. Αυτά τα διαστημικά τηλεσκόπια δεν έχουν αυτό το περιορισμό. Με την πλευρά τους προς τον Ήλιο μπορούν να παραμείνουν στραμμένα προς την ίδια περιοχή του ουρανού για ημέρες και ημέρες. Αυτό έκαναν με το Χάμπλ. Ήξερα ότι υπήρχε μια περιοχή του ουρανού, μεγάλη όσο το κενό μιας βελόνας που κρατάς στο χέρι (επίσης, το κοινό δεν γνωρίζει ότι όσο πιο μακριά βλέπουν τα τηλεσκόπια, τόσο πιο στενό είναι το πεδίο όρασής τους), που ήταν μαύρο όπως το μελάνι. Σε αυτήν την κατεύθυνση - αυτήν, φαίνεται ότι δεν υπάρχει "τίποτα", ούτε αστέρι, ούτε γαλαξίας. Έτσι, έβαλα το Χάμπλ σε αυτήν την κατεύθυνση, προς το κενό της βελόνας, για μια εβδομάδα. Πήρε ένα φωτόνιο κάθε ώρα. Η εικόνα συντέθηκε. Την ονόμασα: "deep sky survey": "μια ματιά στο βαθύ ουρανό". Αυτή η ιστορική φωτογραφία αποκάλυψε την ύπαρξη χιλιάδων γαλαξιών που βρίσκονται σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια φωτός απόσταση. Έτσι επιβεβαιώθηκε η ιδέα ότι οι γαλαξίες υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό, πράγμα που συνεπάγεται επίσης την εκτίμηση της ηλικίας των αστέρων που περιέχουν. Οι αστέρες των σφαιρικών συμπλεγμάτων θεωρούνται ως "πρωτόγονοι αστέρες", γεννημένοι περίπου ταυτόχρονα με τον γαλαξία στον οποίο κατοικούν. Η ηλικία αυτών των αστέρων εκτιμάται σε δέκα ή δεκαπέντε δισεκατομμύρια χρόνια. Η συμπέρασμα είναι ότι οι γαλαξίες θα έπρεπε να σχηματιστούν ταυτόχρονα με το ίδιο το σύμπαν. Πώς; Οι αστροφυσικοί δεν το γνωρίζουν. Πάντως, αυτό το πίσω μέρος του ουρανού αποτελεί ένα υφασμάτιο γαλαξιών, σχεδόν "συνεχόμενο". Έτσι, το φως τους θα πρέπει να επηρεάζεται απαραίτητα όταν φθάνει σε μας, λόγω της αντίθετης βαρυτικής επίδρασης που οφείλεται στην παρουσία των συσσωρεύσεων της σκοτεινής ύλης.

Κάνω υπολογισμούς. Το άρθρο αυξάνεται κατά πολλές σελίδες και παρουσιάζω την απάντησή μου. Αυτός ο αντίστροφος φακός βαρυτικής επίδρασης πρέπει να λειτουργεί ως μικροί διασπώντες φακοί και να αδυνατίσει το σήμα. Έχω ήδη εξηγήσει αυτό το είδος πράγματος σε μια σειρά αρχείων που υπάρχουν στο ιστοχώρο μου, αφιερωμένα στη δημοσίευση του θέματος των διπλών σύμπαντος ( Αρχή αυτής της σειράς σελίδων - σελίδα όπου αυτό το φαινόμενο αναφέρεται). Αυτός είναι ο σχεδιασμός που έδειχνε αυτή την ιδέα:

**Σχηματική αναπαράσταση των γαλαξιών που βρίσκονται στο πίσω μέρος και της επίδρασης που θα μπορούσε να προκαλέσει η επικάλυψη, στη γραμμή οπτικής, μιας συσσώρευσης της διπλής ύλης. **

Σε τέτοιες αποστάσεις (εκτιμώμενες από τη μέτρηση του κόκκινου μετατόπισμα z) η σημασία ενός γαλαξία, η μάζα του μετράται μόνο με βάση την ποσότητα του φωτός που λαμβάνουμε. Συμπεραίνω ότι αυτό το φως πρέπει να είναι αδύναμο. Έτσι, ένας συγκεκριμένος παρατηρήσιμος χαρακτηριστικός θα ενισχύσει τη θεωρία μου: πρέπει να βρεθούν σε πολύ μεγάλη απόσταση πολλά "μικρά γαλαξιά". *Αλλά αυτό είναι ακριβώς αυτό που έδειξε το Χάμπλ, αυτό που βρίσκουμε. *

Κερδίζω ένα σημείο. Ξαναστείλνω το άρθρο. Επιστρέφει, πάλι με ένα μήνα μετά, με δέκα νέες ερωτήσεις. Το ασχολούμαι και, ξανά, αντιδρώ σε αυτές τις κριτικές, τις απορρίπτω. Το άρθρο αυξάνεται κατά τη διάρκεια των ανταλλαγών. Αρχικά ήταν είκοσι σελίδες. Οκτώ μήνες περνούν. Φτάνει τώρα τις εξήντα σελίδες. Ο φίλος μου Τζορτζ Κομτ, ο οποίος τότε ήταν διευθυντής του Αστεροσκοπείου του Μαρσείλλης, σχολιάζει:

- Παραξενεμένος. Όταν θα έχεις δίκιο με τον κριτή και ο Λεκουέξ θα πρέπει να δημοσιεύσει, θα χρειαστεί να αφιερώσει έναν ολόκληρο τεύχος της εφημερίδας του, στο ρυθμό που πάνε τα πράγματα....

Αλλά αιφνιδιαστικά ο Λεκουέξ μου στέλνει ένα γράμμα, πολύ σκληρό όπως το συνήθιζε:

*- Αυτή η συζήτηση έχει διαρκέσει αρκετά. Δεν μπορώ να επιβαρύνω έτσι το γραφείο της εφημερίδας για αυτές τις ατελείωτες ανταλλαγές. Νιώθω ότι αυτό δεν θα οδηγήσει πουθενά και θα τελειώσω με αυτό. Η απόφασή μου είναι αποφασιστική. *

"Αποφασιστική", είναι το πράγμα του Λεκουέξ. Οι άνθρωποι που τον γνωρίζουν ξέρουν αυτό. Το μυαλό του Τζέιμς έχει την ευελιξία του προεντεταμένου σκυροδέματος. Στο αστεροσκοπείο οι συνάδελφοί μου είναι σοκαρισμένοι. Αυτό δεν έχει συμβεί ποτέ. Κομτ:

- Αλλά... ήσουν στο σημείο να τον καταρρίψεις, να κερδίσεις από αυτόν τον αγώνα. Αυτό το γράμμα είναι αποφασιστικό!

Γράφω στον Λεκουέξ και προτείνω τη διαίρεση του άρθρου, θέμα προς θέμα. Αρνείται. Προσπαθώ τότε να σώσω τα πράγματα προτείνοντας να εξάγουμε από αυτό το μνημειώδες κάποια στοιχεία που έχουν εγκριθεί από τον κριτή, για να συντάξουμε ένα ελάχιστο άρθρο, από μερικές σελίδες. Ο Λεκουέξ ξανά αρνείται, διευκρινίζοντας στο γράμμα του:

- Σας υπενθυμίζω ότι η γνώμη του κριτή είναι μόνο συμβουλευτική και ότι στο τέλος η απόφαση για την αποδοχή ή την απόρριψη ενός άρθρου ανήκει στον διευθυντή της εφημερίδας.

Να μην φοβόμαστε τις λέξεις. Σε όλη την καριέρα μου ως επιστήμονας δεν έχω δει ποτέ ένα τέτοιο άδικο πράξη. Ο Λεκουέξ, γνωρίζοντας ότι έχει απόλυτη αδικαιολόγητη ασφάλεια, συμπεριφέρεται ως αυτός που είναι: ένας μαφιόζος. Τι να κάνω; Να περάσω στους δρόμους; Να ξεκινήσω μια απεργία πείνας; Να γράψω στην επιστημονική έκδοση (που δεν μόνο που το αγνοεί αλλά και περνάει για τα μαφιόζα). Να πάω να κλειστώ με τον Λεκουέξ στο γραφείο του και να του κολλήσω ένα φορτίο δυναμίτης στο λαιμό;

Οι δέκα μήνες της μάχης με αυτόν τον κριτή με έχουν κουράσει. Πώς να δημοσιεύσω αυτό το έργο;

Υπάρχει ακόμα ένα διεθνές συνέδριο, αυτό του Μαρσείλλης το 2001. Προσπαθώ να πλησιάσω την επιτροπή οργάνωσης, αλλά η αντιμετώπιση είναι πολύ κρύα. Δεν έχω μόνο φίλους στο τοπικό επίπεδο. Πολλά χρόνια πριν, στις αρχές της δεκαετίας του '90, η φίλη μου Μαρί-Φρανς Ντυβαλ, καθηγήτρια, είχε εντολή από το ΚΝΡΣ να συντάξει ένα πάνελ που θα εκτέθει τα έργα των ερευνητών του εργαστηρίου μας, του Αστεροσκοπείου του Μαρσείλλης. Μου ζήτησε να τοποθετήσω μια εικόνα των υπέροχων γαλαξιών που είχαμε πάρει το 1992, ο Φρεντικ Λανσντεατ και εγώ. Ωστόσο, όταν το πάνελ παρουσιάστηκε στο επιτροπή επιστημονικής επιτροπής του Αστεροσκοπείου, δύο μέλη της, Αλμπερτ Μποσμα και Λια Αθανασούλα, έχουν ενεργή αντίδραση για να αποφύγουν την παρουσίαση οποιασδήποτε αναφοράς των έργων του Ζαν-Πιέρ Πιετ στο πάνελ, το οποίο ήταν μέρος μιας κινούμενης έκθεσης, η οποία ήταν προορισμένη να παρουσιάσει τα έργα των διαφόρων εργαστηρίων της Γαλλίας και της Ναβαρέ.

Αλμπερτ Μποσμα

Ο Μποσμα και η Αθανασούλα απέτυχαν απερίγραπτα, κατά τη διάρκεια εκατοντάδων αριθμητικών προσομοιώσεων που έκαναν κατά τα τελευταία 20 χρόνια σε ισχυρούς υπολογιστές που έχουν αγοράσει, να πάρουν τέτοια αποτελέσματα (επιστρέφω σε αυτό το σημείο αργότερα). Απειλούν ακόμα να διαγραφούν από την επιτροπή αν παραβλάψουν. Η Μαρί-Φρανς αναγκάζεται να αφαιρέσει τις εικόνες. Ο Κομτ μου εξηγεί:

*- Καταλαβαίνεις, υπάρχουν πολύ ισχυρές πιέσεις από το Παρίσι. Πρέπει ... να ηρεμήσεις. Θα μπορούσα να το περάσω αλλά θα με κόστιζε πολύ σε θέσεις, χρήματα. Καταλαβαίνεις; .... Πρέπει να διαχειριστώ αυτή την ... φριχτή οικογένεια και να αποφύγω μια σοβαρή κρίση. *

Καταλαβαίνω. Υπάρχει ακόμα αυτό το διεθνές συνέδριο του 2001.

Το 1999 γίνεται ένα γαλλικό-γαλλικό συνέδριο στο Μονπελιέ, για τις "αστροσωματίδια". Πηγαίνω εκεί. Έχω ένα χρόνο λόγου είκοσι λεπτών που μου δόθηκε από έναν από τους οργανωτές, ένα νεαρό θεωρητικό φυσικό που ονομάζεται Μολτάκα. Όταν ετοιμάζομαι να πάρω το λόγο, αυτός έρχεται προς τα μου.

*- Μπροστά ... έχουμε ένα πρόβλημα. Ο Μποσμα είπε ότι αν μιλήσεις σε αυτό το συνέδριο, θα φύγει αμέσως. *

Πλάι στο Μολτάκα βρίσκεται ένας συνάδελφος από το Αστεροσκοπείο του Μαρσείλλης, ένας Τζιρό, ο οποίος βροντοφωνεί:

- Εμείς δεν θέλουμε να δώσουμε το λόγο σε ανθρώπους που λαμβάνουν μηνύματα από τους ξένους. - Δεν ήρθα να σας μιλήσω για αυτό, αλλά για μια εναλλακτική ερμηνεία της επιτάχυνσης του σύμπαντος, με μεγάλο κόκκινο μετατόπισμα, μέσω της δράσης του διπλού του. Ξέρετε, Τζιρό, το δωμάτιο της επιτροπής είναι δίπλα. Μπορείτε να ζητήσετε να τοποθετήσετε μια ανακοίνωση μπροστά σε όλους και να το πείτε στους ανθρώπους. Αλλά φοβάμαι ότι θα φανείτε ανόητος....

Ο νεαρός Μολτάκα ήταν ανήσυχος. Προσπαθεί να ηρεμήσει την κατάσταση.

- Ακούς, Πιετ. θα βρούμε ένα άλλο χρονικό διάστημα για την ομιλία σου, όταν ο Μποσμα θα επιστρέψει στο Μαρσείλλη. - Καλά....

Δύο ημέρες περνούν. Η ατμόσφαιρα γίνεται βαριά. Υπάρχουν δύο εκατοντάδες συμμετέχοντες, όλοι αστροφυσικοί. Το θόρυβο συνεχίζεται. Το σκοπός του συνεδρίου είναι προφανής: να δικαιολογήσει την έκδοση χρημάτων για την ανίχνευση των "αστροσωματιδίων", συστατικά της υποθετικής σκοτεινής ύλης. Το κ

2 - Υπάρχει ένα "ουδέτερο" στοιχείο, το οποίο δεν αλλάζει τη θέση του αντικειμένου στο επίπεδο. Είναι η "περιστροφή με γωνία μηδέν". Αν συνδυάσω μια περιστροφή με γωνία q με μια περιστροφή με γωνία μηδέν, το αποτέλεσμα είναι μια περιστροφή με γωνία q.

3 - Αν περιστρέψω ένα αντικείμενο κατά γωνία q, μπορώ να το επιστρέψω στην αρχική του θέση με μια "αντίστροφη" ή "αντίθετη", "αντίστροφη", περιστροφή με γωνία -q. Με άλλα λόγια: σε κάθε περιστροφή q μπορώ να συσχετίσω την αντίστροφη περιστροφή -q.

4 - Η διαδοχική εφαρμογή περιστροφών ισοδυναμεί με την πρόσθεση των γωνιών:

q1 + q2 + q3

Αυτή η πράξη "περιστροφή" είναι προσεταιριστική, όπως η πρόσθεση δύο αριθμών, δηλαδή μπορώ να εφαρμόσω τις συνδέσεις ανεξάρτητα:

( q1 + q2 ) + q3 ή : q1 + ( q2 + q3 )

Αυτή η πράξη "συνδυασμός δύο περιστροφών" ικανοποιεί, επομένως, τα αξιώματα των ομάδων, που ορίστηκαν από τον Sophus Lie.

Συμπληρωματικά, θα μπορούσα να εφαρμόσω αυτές τις περιστροφές σε οποιαδήποτε σειρά. Το αποτέλεσμα του ( q1 + q2 ) είναι το ίδιο με αυτό του ( q2 + q1 ). Η πράξη "περιστροφή γύρω από ένα σημείο" είναι αντιμεταθετική. Αυτή η ομάδα είναι αντιμεταθετική (αλλά όχι όλες της).

Όλα αυτά φαίνονται προφανή, αλλά μπορώ να σας πω ότι αυτά τα τέσσερα αξιώματα αποτελούν τα πιο εντυπωσιακά πράγματα που οι άνθρωποι έχουν βρει ποτέ στα μαθηματικά, στη φυσική. Αν φαίνεστε να με ακολουθείτε, χωρίς να σκεφτείτε πολύ στην αρχή, θα καταλάβετε γιατί.

Μπορούμε να θεωρήσουμε μια άλλη ομάδα, την ομάδα των μεταφορών στο επίπεδο. Το διάνυσμα μεταφοράς είναι τότε

( Dx , Dy )

Στη συνέχεια παίρνουμε ξανά μια ομάδα, όπου το ουδέτερο στοιχείο είναι η μηδενική μεταφορά:

( 0 , 0 )

Σε κάθε μεταφορά μπορώ να συσχετίσω την αντίθετη μεταφορά:

( - Dx , - Dy )

Συνδυάζοντας τις δύο παίρνουμε τη μηδενική μεταφορά. Το αντικείμενο ... επιστρέφει στη θέση του. Συνεχίζουμε να κάνουμε πράγματα που είναι προφανή, να παρουσιάζουμε τρόπους σκέψης που φαίνονται λογικοί.

Μπορούμε να συνδυάσουμε αυτές τις δύο πράξεις, περιστροφή και μεταφορά, για να πάρουμε την ομάδα των μετακινήσεων στο επίπεδο. Το ουδέτερο στοιχείο είναι να ... μην μετακινήσεις το αντικείμενο: ούτε μεταφορά, ούτε περιστροφή. Η έννοια της αντίστροφης μετακίνησης είναι επίσης φυσιολογική. Επιστρέφεις το αντικείμενο στην αρχική του θέση. Παίρνουμε ξανά μια ομάδα, όπου οι περιστροφές και οι μεταφορές αποτελούν αυτό που ονομάζεται υποομάδες. Μην ανησυχείς: αυτό είναι μόνο ένας όρος που περνάει.

Έννοιες είδους.

Μπορούμε να φανταστούμε ένα άπειρο αριθμό σχημάτων στο επίπεδο. Κάποια είναι τέτοια που μπορούν να τα τοποθετήσουν σε συμφωνία με μια μετακίνηση. Τέτοια είναι για παράδειγμα το σύνολο των τετραγώνων πλευράς a, των κύκλων ακτίνας R, των τμημάτων μήκους L. Θα μιλάμε τότε για το είδος "Κύκλοι ακτίνας R", το είδος "Τετράγωνα πλευράς a", τμήματα μήκους L.

&&& σχέδιο

Δύο τμήματα με διαφορετικά μήκη L1 και L2 δεν θα μπορούσαν να τα τοποθετήσουν σε συμφωνία. Θα τα θεωρούσαμε ως ανήκοντα σε διαφορετικά είδη. Έτσι παίρνουμε μια γεωμετρική ταξινόμηση. Από την άλλη πλευρά είναι φανερό ότι:

Όλα τα σημεία είναι του ίδιου είδους

Περιμένουμε να δούμε το σχέδιο παρακάτω.

&&& ορθογώνια τρίγωνα με άνισες πλευρές

Είναι φανερό ότι δεν μπορώ να φέρω αυτά τα δύο τρίγωνα σε συμφωνία συνδυάζοντας μια περιστροφή και μια μεταφορά. Λείπει κάτι: η συμμετρία. Αρκεί να προσθέσω ένα στοιχείο στην ομάδα, για παράδειγμα τη συμμετρία ως προς μια δεδομένη ευθεία. Εφαρμόζοντας τρεις διαδοχικές πράξεις:

• Η συμμετρία ως προς την ευθεία D

• Μια περιστροφή ώστε οι πλευρές των τριγώνων να είναι παράλληλες - Μια μεταφορά

μπορώ τώρα να φέρω τα δύο τρίγωνα σε συμφωνία. Θα πω ότι έχω δημιουργήσει τότε αυτό που ονομάζεται ομάδα του Ευκλείδη 2d. Αυτή η ομάδα πρέπει να αντιληφθεί ως ένα σύνολο δυνατών ενεργειών σε αντικείμενα. Αυτές οι ενέργειες δεν αλλάζουν το "μέγεθος" τους, ούτε τις γωνίες. Διατηρούν την ακτίνα ενός κύκλου, την πλευρά ενός τετραγώνου, τα μήκη των πλευρών ενός τριγώνου. Αλλά, φυσιολογικά, φανταζόμαστε ότι μπορούμε να τα ταξινομήσουμε σε δύο ομάδες.

• Τα στοιχεία που δεν αντιστρέφουν τα αντικείμενα "δεξιά-αριστερά"

• Τα στοιχεία όπου εφαρμόζεται αυτή η ενέργεια.

Αυτό εξαρτάται φυσικά από τα αντικείμενα στα οποία ενεργούμε. Οι κύκλοι, τα τετράγωνα, τα ισοσκελή, ισόπλευρα τρίγωνα, τα κανονικά πολύγωνα, κλπ., θα είναι ανευθύνητα σε μια αντιστροφή "δεξιά-αριστερά". Αλλά, βασικά, στο βαθμό που ένα στοιχείο μιας ομάδας είναι ένας τρόπος ενεργείας στο αντικείμενο, κατανοούμε ότι αυτή η ομάδα αποτελείται από δύο υποσύνολα:

&&& σχέδιο

Θα τα ονομάσουμε συστατικά της ομάδας. Εκείνο που περιέχει το ουδέτερο στοιχείο θα ονομαστεί η ουδέτερη συστατική.

Φανταζόμαστε αρκετά καλά ότι μπορούμε να επεκτείνουμε αυτή την ιδέα των μετακινήσεων στις τρεις διαστάσεις. Θα βρούμε πάλι περιστροφές και μεταφορές. Εξετάζοντας σχήματα που έχουν μια τρισδιάστατη κατεύθυνση, όπως ένα βίδωμα, φανταζόμαστε πολύ καλά ότι εκτός από αυτές τις περιστροφές γύρω από άξονες και αυτές τις μεταφορές κατά ένα διάνυσμα ( Dx , Dy , Dz ) πρέπει να θεωρήσουμε μια επιπλέον πράξη που αντιστρέφει τα αντικείμενα "δεξιά-αριστερά", συγκεκριμένα μια συμμετρία ως προς ένα επίπεδο. Δημιουργώντας μια σειρά μετασχηματισμών που είναι συνδυασμός των τριών πράξεων - Μια (πιθανή) συμμετρία δεξιά-αριστερά

• Μια περιστροφή

• Μια μεταφορά

μπορούμε να πάρουμε ένα σύνολο μετασχηματισμών, που διατηρούν γωνίες και μήκη, τα οποία θα αποτελέσουν την ομάδα του Ευκλείδη 3d. Αυτή η ομάδα θα έχει επίσης δύο συστατικά, ανάλογα με το αν οι επιλεγμένοι μετασχηματισμοί διατηρούν την κατεύθυνση των αντικειμένων ή την αντιστρέφουν (μετατρέπουν τα "δεξιά" βίδωμα σε "αριστερά" βίδωμα).

&&& σχέδιο

Ας την ονομάσουμε αυτή την αντιστροφή "δεξιά-αριστερά" μια "P-συμμετρία" (για "συμμετρία παρατηρητή").

Έκανα αυτό το πρόλογο για να σας εξοικειώσω με την έννοια της ομάδας και της ενέργειας των στοιχείων μιας ομάδας σε αντικείμενα (εδώ, γεωμετρικά σχήματα). Αλλά η φυσική δεν είναι στατική. Το χώρο που θα εξετάσουμε θα είναι το χώρος-χρόνος

( x , y , z , t )

Τι είναι μια "γεωμετρική εικόνα" σε αυτόν τον χώρο-χρόνο. Για εμάς θα είναι κυρίως μια ευθεία κατευθυνόμενη (στο χρόνο). Για να απλοποιήσουμε τα πράγματα θα θεωρήσουμε έναν χώρο-χρόνο με τρεις διαστάσεις:

( x , y , t )

Από την αρχή, αυτός ο χώρος θα μπορούσε να πληθώσει με ένα άπειρο αριθμό ευθειών κατευθυνόμενων, κάθε μια αντιπροσωπεύει μια τροχιά.

&&& σχέδιο

Δεν μπορώ να πω ότι όλα αυτά είναι πραγματική φυσική. Είναι ένα απλό μοντέλο που έχει σκοπό να παρουσιάσει έννοιες.

Οι κατακόρυφες τροχιές αντιπροσωπεύουν αντικείμενα ... ακίνητα. Οι οριζόντιες τροχιές αντιπροσωπεύουν τροχιές που διανύονται με ταχύτητες ... άπειρες. Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι η φυσική δεν επιτρέπει τέτοιες κινήσεις. Πάρτε τα όλα "με προσοχή". Αν θέλαμε να λάβουμε υπόψη τη Σχετικότητα Απλή θα δούμε ότι πρέπει να θεωρήσουμε μόνο κινήσεις που αντιστοιχούν σε ευθείες που βρίσκονται "μέσα σε κώνους φωτός", δηλαδή σχηματίζουν μια ελάχιστη γωνία με το επίπεδο xoy, που αντιστοιχεί σε κίνηση με την ... ταχύτητα του φωτός.

&&& σχέδιο

Η υποκείμενη ιδέα είναι η εξής:

Μου πείτε πώς κινείστε και θα σας πω τι είστε

Είναι μια συμπεριφορική περιγραφή των αντικειμένων της φυσικής, των "υλικών σημείων".

Ορθόχρονος και αντιχρονικός.

Επαναφέρουμε τον χώρο-χρόνο ( x , y , t ) με τρεις διαστάσεις, μια χωρική και δύο χρονικές. Θεωρούμε την τροχιά που φαίνεται στο σχέδιο παρακάτω, φανταζόμενοι ότι η κίνηση γίνεται από Α σε Β. Παρατηρώντας αυτό το σχήμα βλέπω ότι αυτή η τροχιά AB είναι ορθόχρονη: από Α σε Β ο χρόνος t προχωρά προς το μέλλον και όχι προς το παρελθόν (που θα ήταν το περίπτωση για μια τροχιά BA).

Έχω αυτή την τροχιά και φαντάζομαι ότι διαθέτω μια ομάδα που με επιτρέπει να πάω από μια τροχιά αυτού του υλικού σημείου σε μια άλλη. Για έναν μη μαθηματικό, μια ομάδα είναι ένα είδος "πακέτο ψεύδους", παριστάνεται από ένα κύκλο. Μέσα σε αυτό το σύνολο βρίσκονται σημεία, τα οποία θεωρούνται ότι αντιπροσωπεύουν ένα στοιχείο g αυτής της ομάδας G. Ανάμεσα σε αυτά τα στοιχεία, θα ονομάσουμε ένα από αυτά e. Είναι το ουδέτερο στοιχείο που δεν αλλάζει ... τίποτα, αφήνει την τροχιά "στην ίδια κατάσταση". Φαίνεται απίθανο, αλλά ξέρω από τα αξιώματα του πατέρα Lie ότι χρειάζεται απαραίτητα να διαθέτω σε αυτό το πακέτο αυτό το είδος στοιχείου για να μπορεί να αποτελέσει μια ομάδα.

&&& αλλαγή τροχιών

Με μια ομάδα, από την αρχή, μπορεί να συμβεί οτιδήποτε. Όταν εργαζόμουν με την ομάδα του Ευκλείδη, για παράδειγμα στις τρεις διαστάσεις, θα μπορούσα να θεωρήσω έναν κώνο με την κορυφή προς τα πάνω, προς τον "άξονα z" και φανταστείτε ότι τα στοιχεία της ομάδας μπορούν να μετακινήσουν αυτό το αντικείμενο τοποθετώντας "το κεφάλι του κάτω". Αλλά θα μπορούσα να ταξινομήσω το άπειρο αριθμό στοιχείων της ομάδας μου και να αποκλείσω εκείνα που τοποθετούν τον κώνο με την κορυφή προς τα κάτω.

Ομοίως, έχω από την αρχή ένα άπειρο αριθμό τρόπων να ενεργήσω σε ένα ευθύγραμμο τμήμα, όπως αυτό το στοιχείο της τροχιάς που φαίνεται παρακάτω. Έτσι, ξεκινώντας από αυτή την τροχιά, ορθόχρονη, θα μπορούσα να βρω ένα στοιχείο που θα μετατρέψει αυτή την τροχιά σε μια άλλη ορθόχρονη, όπου τα σημεία Α και Β μεταφέρονται στα Α' και Β' με τέτοιο τρόπο ώστε ο χρόνος tA' να βρίσκεται αργότερα από τον χρόνο tB'. Έτσι θα πήγα από μια ορθόχρονη τροχιά, κατευθυνόμενη στο χρόνο παρελθόν-μέλλον, σε μια άλλη ορθόχρονη τροχιά A'B', επίσης ορθόχρονη, αλλά που εκτελείται από διαφορετικά σημεία στο χώρο, με διαφορετικές ταχύτητες, σε διαφορετικό χρονικό διάστημα.

Μπορώ επίσης να φανταστώ ότι υπάρχουν στην αυτή τη δυναμική ομάδα, που δημιουργεί όλες τις δυνατές κινήσεις των στοιχείων που μεταφέρουν τα σημεία Α και Β σε σημεία Α" και Β" τέτοια ώστε tA"' > tB".

&&& σχέδιο

Αν οι τροχιές AB και A'B' ήταν και οι δύο ορθόχρονες, η τροχιά A"B" είναι αντιχρονική. Κινούμαστε από A" σε B" σε ... αντίστροφο χρόνο.

Θα μου πείτε: αυτό είναι Lewis Carroll. Ζούμε στον κόσμο της Αλίκης στη Χώρα των Θαυμάτων όπου μπορείς να πεις και να γράψεις τα πάντα. Η αντιχρονική τροχιά σας είναι ο ... γάτος του Chester!

Hmmmm... στη φυσική πρέπει να προσέχετε, ιδιαίτερα των ομάδων. Είναι εργαλεία που δημιουργούν τα αντικείμενα. Παρατηρήσατε πώς, από ένα κύβο, μπορούσα να παράγω ένα άπειρο αριθμό κύβων. Αλλά παρατηρήσατε επίσης πώς, από ένα "κανονικό" βίδωμα μπορούσα να δημιουργήσω την εικόνα του σε ένα καθρέφτη, που ονομάζεται "εναντίον".

Κάποιος θα μπορούσε να πει: τα βίδωμα που στρίβουν αντίστροφα δεν υπάρχουν! Ψεύδος. Τα βρίσκεις στα καταστήματα των φαρμάκων. Αυτό είναι συγκεκριμένο. Δεν μπορείς να το αρνηθείς.

Το ίδιο συνέβη και με την αντιύλη. Είχαμε την ύλη και μια ομάδα που μπορούσε να την τοποθετήσει "σε όλες τις τιμές της". Μπορούσαμε να τη μεταφέρουμε "παντού", "πιο πριν" ή "πιο μετά" στο χώρο-χρόνο. Αυτή η ομάδα κατασκευάστηκε από μια άλλη, την ομάδα του Lorentz, όλες αυτές οι δυνατές μετασχηματισμοί πραγματοποιούνταν με το περιορισμό: v < c. Αλλά μπορούσαμε επίσης να "δημιουργήσουμε" αντικείμενα που ονομάζονται φωτόνια, που τρέχουν με την ταχύτητα c. Προσθέτοντας μια πέμπτη διάσταση μπορούσαμε στη συνέχεια (Kaluza-Klein) να δώσουμε σε αυτό το σημειακό αντικείμενο ηλεκτρικό φορτίο. Με αυτή τη νέα ομάδα μπορούσαμε να παίξουμε με φορτισμένα σωματίδια και να τα θεωρήσουμε επίσης "σε όλες τις τιμές τους". Αλλά αντιληφθήκαμε (δεν είναι ακριβώς έτσι που συνέβη, ιστορικά, αλλά δεν έχει σημασία) ότι μπορούσαμε να βρούμε στοιχεία σε