«Ζούμε την επανάσταση του ομιλούντος Σύμπαντος»

Ακούγοντας κανείς τον καθηγητή Αστροσωματιδιακής Φυσικής Σταύρο Κατσανέβα, διαισθάνεται αυτό που ομολογεί και ο ίδιος κάποια στιγμή: ότι η επιστήμη είναι μια περιπέτεια. Όχι μόνο επειδή η περιπέτεια αυτή τον οδήγησε φέτος στο τιμόνι του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου Βαρύτητας που εδρεύει στην Πίζα. Ούτε επειδή έχει χρηματίσει, μεταξύ άλλων, πρώτος πρόεδρος της Ευρωπαϊκής Κοινοπραξίας Αστροσωματιδιακής Φυσικής και Κοσμολογίας (APPEC). Αλλά και επειδή η έρευνα τον έφερε στα πέρατα της Γης. Σε βάθη των 2.500 μέτρων όπου ο ίδιος και οι συνάδελφοί του αναζητούν τα μυστικά της σκοτεινής ύλης μακριά από τη συνεχή «βροχή» σωματιδίων κοσμικής ακτινοβολίας.

Τέτοια «λαγούμια» υπάρχουν ελάχιστα στον κόσμο – ένα είναι στον Καναδά, ένα στο όρος Γκραν Σάσο της Ιταλίας, ένα στο τούνελ Μοντάν της Γαλλίας, ακόμη ένα στην Καμιόκα της Ιαπωνίας. Ένα κομμάτι αυτής της περιπέτειας έζησε όμως και στην Πάμπα της Αργεντινής. «Εκεί, σε μια πεδιάδα 3.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων, έχουν τοποθετηθεί ανιχνευτές που συλλαμβάνουν τις κοσμικές ακτίνες πολύ υψηλής ενέργειας» διηγείται στο ΑΠΕ-ΜΠΕ . «Οι συλλέκτες αυτοί έχουν φωτοστοιχεία εμβαπτισμένα στο νερό. Για τους “γκάουτσος”, όμως, οι συλλέκτες ήταν θαυμάσιοι στόχοι για να εξασκούνται στη σκοποβολή και να διασκεδάζουν βλέποντας το νερό να βγαίνει σαν πίδακας από τις τρύπες που άνοιγαν οι σφαίρες». Η επιστήμη, όμως, βρήκε τη λύση: «Τοποθετήσαμε στους συλλέκτες ταμπέλες με ονόματα μικρών παιδιών των διπλανών χωριών. Δεν τους πήγαινε να πυροβολήσουν…»

Πριν από λίγες ημέρες ο Σταύρος Κατσανέβας παρουσίασε στις Βρυξέλλες ως πρώην πρόεδρος της APPEC και υπεύθυνος στρατηγικής, τον οδικό χάρτη Αστροσωματιδιακής Φυσικής και Κοσμολογίας. Στο μεταξύ, ο καθηγητής αναζητά ακόμη μια λύση: τον τρόπο για να γίνει στα νερά της Καλαμάτας και της Πύλου ένας ακουστικός ανιχνευτής νετρίνων, που θα είναι ταυτόχρονα ευαίσθητος σε σεισμικά κύματα. «Εκεί, ξέρετε, είναι το πιο βαθύ σημείο της Μεσογείου» λέει στο ΑΠΕ-ΜΠΕ. «Η Γη, συμπληρώνει, είναι ο ανιχνευτής μας. Όποιος θέλει περιπέτεια, ας έρθει να περπατήσει. Περπατώντας μαθαίνουμε. Περπατώντας στη νόηση».

Ακολουθεί το πλήρες κείμενο της συνέντευξης του Σταύρου Κατσανέβα στο ΑΠΕ-ΜΠΕ και τον Περικλή Δημητρολόπουλο

Μιας και είπατε για περιπέτεια, ξέρετε το ανέκδοτο με τους θεωρητικούς φυσικούς;

Ποιο λέτε;

Είναι δυο θεωρητικοί φυσικοί και ανεβαίνουν ένα βουνό. Κάποια στιγμή ο ένας ζητά να μάθει πού ακριβώς βρίσκονται. Ο δεύτερος αρχίζει τους υπολογισμούς. «Το βρήκα» του απαντά στο τέλος. «Είμαστε στην απέναντι κορυφή».

Δεν το ήξερα αυτό. Θα σας πω εγώ ένα άλλο. Είναι ένας αγρότης και έχει μια αγελάδα η οποία δεν κάνει γάλα. Φωνάζει έναν διατροφολόγο, δεν βγάζει άκρη. Μετά καλεί έναν ψυχίατρο, τίποτε. Καταλήγει σε έναν θεωρητικό φυσικό, ο οποίος έρχεται μελετά όλα τα δεδομένα, κάνει τους υπολογισμούς του. «Λοιπόν;» του λέει ο αγρότης. «Τη βρήκα τη λύση» του απαντά ο θεωρητικός φυσικός. «Αλλά με την υπόθεση ότι η αγελάδα είναι σφαιρική».

Τι μας λένε αυτά τα ανέκδοτα για τη φυσική;

Με τη Φυσική συμβαίνει κάτι που φαινομενικά μπορεί να φανεί παράδοξο. Κι αυτό είναι ότι ξεκινάς ανάγοντας το υπό μελέτη αντικείμενο σε ένα σύμπλεγμα σχέσεων που περιγράφονται με μαθηματικές συναρτήσεις. Παράλληλα, όμως, κι εδώ είναι το μεγαλείο της, το διερευνάς κατά κάποιο τρόπο και ενορατικά. Ο Αϊνστάιν ας πούμε διατύπωσε την υπόθεση των βαρυτικών κυμάτων. Τον απασχόλησε το ερώτημα της ύπαρξής τους και πέρασαν σχεδόν είκοσι χρόνια για να κατασταλάξει. Το επόμενο μεγάλο ερώτημα, αυτό που κληροδότησε στους επιγόνους του, ήταν πώς θα τα ανιχνεύσουμε. Κι εκεί χρειαζόταν το χάρισμα της ενορατικότητας.

Ο πειραματισμός απαιτεί ενορατικότητα;

Αυτό ακριβώς είναι τα λεγόμενα νοητικά πειράματα. Σας θυμίζω το υποτιθέμενο πείραμα του Γαλιλαίου με τα δυο αντικείμενα διαφορετικού υλικού που ρίχνει από τον πύργο της Πίζας ή του Αϊνστάιν που υφίσταται τη βαρύτητα μέσα στο ασανσέρ που είναι και τα πιο γνωστά. Η ενόραση του περίφημου φυσικού Ρίτσαρντ Φάινμαν ήταν η εικόνα μιας ράβδου και δυο κυλίνδρων και η υπόθεση ότι οι κύλινδροι θα ταλαντωθούν πάνω στη ράβδο όταν περάσει το βαρυτικό κύμα. Αυτό το νοητικό πείραμα διατυπώθηκε το 1957, δηλαδή πριν από εξήντα χρόνια. Έδωσε το έναυσμα στη διερεύνηση ενός νέου ερωτήματος: πώς θα νιώσουν δυο μάζες το πέρασμα του βαρυτικού κύματος; Έτσι δημιουργήσαμε ένα περιβάλλον με τέλειο κενό, ακτίνες λέιζερ, καθρέφτες με απολύτως ίσια επιφάνεια μόνο και μόνο για κατορθώσουμε να δούμε την απειροελάχιστη αλλαγή που φέρνει στις δυο μάζες, δηλαδή τους δυο καθρέφτες, το βαρυτικό κύμα. Αυτά είναι τα σύγχρονα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων, όπως το Virgo που έχουμε στην Πίζα, παρατηρητήριο που πρόσφατα συμμετείχε στην ανακάλυψη της σύντηξης μελανών οπών και αστέρων νετονίων, μαζί με τα δυο αντίστοιχα αμερικανικά. Ανακαλύψεις που χαρακτηρίσθηκαν επιστημονικά γεγονότα της χρονιάς για δυο συνεχή έτη, από τα περιοδικά Science και Nature, και έδωσαν τελικά το Νόμπελ Φυσικής 2017.

Για πόσο απειροελάχιστη αλλαγή μιλάμε;

Μπορεί και να ακουστεί αστείο. Για το ένα χιλιοστό της διαμέτρου ενός πρωτονίου.

Από αυτό και μόνο υποθέτει κανείς ότι τα βαρυτικά κύματα είναι ο τελευταίος μεγάλος σταρ της Φυσικής. Έτσι είναι;

Προφανώς. Κι εμείς οι φυσικοί είμαστε πανευτυχείς επειδή ζούμε μια μεγάλη επιστημονική επανάσταση.

Μπορείτε να την περιγράψετε;

Έως τώρα παρατηρούσαμε το Σύμπαν με οπτικά μέσα, έστω με την επέκταση τους σε αλλά μήκη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Δηλαδή βασικά με το φως των αστεριών. Τα βαρυτικά κύματα μάς φέρνουν μια νέα πληροφορία. Και για να αντιληφθούμε τη σημασία της θα κάνω μια παρένθεση. Τι είναι η βαρύτητα; Ξεκινάει από τον Νεύτωνα που μας λέει ότι δυο μάζες έλκονται, αποφεύγοντας εσκεμμένα να διατυπώσει το γιατί, εφόσον δεν το γνωρίζει. Έρχεται μετά ο Αϊνστάιν και λέει ότι η αιτία είναι ότι η μάζα αλλά και η ενέργεια παραμορφώνουν τον χωροχρόνο που τις περιβάλλει, έτσι η έλξη μιας μάζας από μιαν άλλη εξηγείται γιατί πχ η πιο μικρή μάζα, ας πούμε η Γη, αλλάζει την τροχιά της ώστε να ακολουθήσει το πιο σύντομο δρόμο στον παραμορφωμένο χώρο που δημιούργησε η μεγαλύτερη, πχ ο Ήλιος. Έτσι μπορούμε να φανταστούμε δυο αστρικά σώματα πχ δυο μαύρες τρύπες των οποίων η βαρυτικη έλξη οδηγείται ως τη σύντηξη. Αυτή η σύντηξη είναι τόσο βίαιη που ο χωροχρόνος παραμορφώνεται βίαια, πάλλεται δηλαδή, δημιουργώντας τα βαρυτικά κύματα.

Σαν το βότσαλο που πετάμε στη λίμνη;

Ακριβώς. Αυτά τα κύματα μπορούμε πλέον να τα ανιχνεύσουμε. Και μάλιστα αυτά που έχουμε ανιχνεύσει έως τώρα έχουν και ακουστικές συχνότητες. Άρα δεν βλέπουμε πλέον μόνο το Σύμπαν στην επιφάνειά του, που είναι το φως και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά και στο βάθος του, που είναι τα βαρυτικά κύματα. Μου αρέσει να λέω συχνά το εξής: «Αυτή η αιώνια σιωπή του Σύμπαντος με φοβίζει» έλεγε ο Πασκάλ. Ε, λοιπόν, αγαπητέ Πασκαλ, το Σύμπαν έχει πια «ήχο». Κι εμείς τον ακούμε. Όπως είχαμε μπει κάποτε στην εποχή του ομιλούντος κινηματογράφου, τώρα μπαίνουμε στην εποχή του ομιλούντος Σύμπαντος.

Κι εδώ τελειώσαμε με τις αισθήσεις; Ή μετά την όραση και την ακοή μπορούμε να επιστρατεύσουμε κι άλλες για να γνωρίσουμε καλύτερα το Σύμπαν;

Γιατί όχι; Τι είναι η όσφρηση; Είναι σωματίδια που μπαίνουν στη μύτη μας. Παίρνοντας πληροφορίες από τα κοσμικά νετρίνα, αυτά τα φευγαλέα σωματίδια, ίσως αυτό το Σύμπαν θα μπορέσουμε κιόλας να το «μυρίσουμε» …

Πρακτικά τι μπορεί να σημαίνει αυτό;

Σημαίνει αυτό που δεν παύει ποτέ να με εντυπωσιάζει, ότι η ανθρωπότητα, μελετώντας τα σήματα που διαπερνούν μια δισδιάστατη επιφάνεια, αυτή τη λεπτή μεμβράνη ατμόσφαιρας γύρω από τη γη που κατοικούμε, πάχους μόλις 5-10 χιλιομέτρων, μπορεί να ανακατασκευάσει αυτό που συμβαίνει στον συνολικό όγκο του Σύμπαντος. Από τη δισδιάστατη επιφάνεια να αντιληφθούμε τον τρισδιάστατο όγκο. Ένα είδος «ολογραφίας».

Αλλά εάν το Σύμπαν διαστέλλεται σημαίνει ότι έχει όρια κι ότι πέρα από αυτά τα όρια υπάρχει κάτι. Πώς να το φανταστούμε αυτό το κάτι;

Κατ’ αρχάς αυτό που λέμε διαστολή του Σύμπαντος δεν είναι απομάκρυνση από ένα συγκεκριμένο σημείο, η κλασσική εικόνα της έκρηξης, αυτό που συμβαίνει είναι ότι όλα τα σημεία απομακρύνονται το ένα από το άλλο, δημιουργείται δηλαδή χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες… Σε δισδιάστατη αναπαράσταση σκεφτείτε τους γαλαξίες πάνω στην επιφάνεια ενός μπαλονιού που φουσκώνει, όλοι απομακρύνονται εξίσου από όλους. Τώρα, επειδή το Big Bang, δηλαδή η αρχή της δημιουργίας των γαλαξιών και των άστρων, έγινε πριν από 15 δισ. χρόνια, οι πληροφορίες που έχουμε είναι αυτές που μπόρεσαν να φτάσουν στη Γη με την ταχύτητα του φωτός, τη μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα του Σύμπαντος στη διάρκεια αυτών των 15 δισ. χρόνων. Δεν έχουμε πληροφορίες για το τι συμβαίνει πέρα από αυτό τον χρονικό αλλά και χωρικό ορίζοντα.

Σε εικόνα πώς θα το περιγράφατε;

Αν συνεχίσουμε αυτή τη δισδιάστατη αναπαράσταση, και υποθέσουμε ότι είμαστε πάνω σε αυτό το «κοσμικό» μπαλόνι, το «βλέμμα» μας γύρω-γύρω φτάνει μέχρι το Big Bang, καλύπτοντας μια περιορισμένη επιφάνεια αυτού του μπαλονιού, δεν μπορεί να πάει παραπέρα. Μόνο με το πέρασμα του χρόνου μπαίνουν στο «οπτικό» μας πεδίο κομμάτια του Σύμπαντος που είναι πέρα από αυτό. Γι αυτό μιλάμε για το ορατό Σύμπαν. Και φυσικά ποτέ δεν θα φτάσουμε στην πληρότητα, ποτέ δεν θα δούμε ολόκληρο το μπαλόνι…

Ούτε υποθέσεις δεν μπορούμε να κάνουμε;

Κάποιοι κάνουν. Είναι η υπόθεση των πολλαπλών Συμπάντων. Το Σύμπαν πάντως που γνωρίζουμε με βεβαιότητα είναι αυτό που έχει μια περίμετρο χωρική και χρονική, που καθορίζεται από την ταχύτητα του φωτός.

Μέσα σ’ αυτό το σύμπλεγμα ύλης και φωτός, αναρωτιέμαι πώς θα έπρεπε να φανταστούμε τη σκοτεινή ύλη;

Δεν είναι τόσο δραματική όσο ακούγεται. Απλά είδαμε κάποια στιγμή ότι τα αστέρια που βρίσκονται στην περιφέρεια σε έναν γαλαξία έτρεχαν με μια ταχύτητα που κανονικά θα έπρεπε να έχουν εκτοξευθεί έξω από αυτόν εάν η ύλη που εκπέμπει φως, η φωτεινή, ήταν η μοναδική ύλη. Κι έτσι καταλάβαμε ότι αυτή η φωτεινή ύλη βρίσκεται σε ένα βαρυτικό πεδίο με μια άλλη ύλη που δεν εκπέμπει φως. Αυτό είναι η σκοτεινή ύλη. Εδώ θα ‘πρεπε να αναφέρουμε το ρόλο σ’ αυτή τη διαπίστωση, μιας σπουδαίας Αστροφυσικού, της Βέρας Ρούμπιν που δυστυχώς πέθανε στο τέλος του 2016, σε μεγάλη ηλικία, χωρίς να πάρει το Νομπέλ που άξιζε.

Και είναι το επόμενο στοίχημα γνώσης;

Ναι, και είναι ένα στοίχημα που πιστεύουμε, με κάποια ίσως δόση αισιοδοξίας, ότι θα κερδηθεί τα επόμενα δέκα χρόνια. Χωρίς τη σκοτεινή ύλη δεν θα υπήρχαν γαλαξίες. Σημειωτέον δε ότι είναι πέντε με έξι φορές περισσότερη σε σχέση με τη φωτεινή.

Γιατί η Φυσική έχει στραφεί σχεδόν εξολοκλήρου στο Σύμπαν; Με τους φυσικούς νόμους της Γης έχουμε τελειώσει; Τα ξέρουμε όλα πια;

Στο εργαστήριο της Ουρανούπολης, του Αναγεννησιακού Αστρονόμου Τίχο Μπράχε στη Δανία υπάρχει ένα χαρακτηριστικό ανάγλυφο με την εξής επιγραφή: « Όταν κοιτάω πάνω στην πραγματικότητα κοιτάω κάτω, και όταν κοιτάω κάτω στην πραγματικότητα κοιτάω πάνω». Θα σας δώσω ένα παράδειγμα για να σας εξηγήσω πόσο αλληλένδετα είναι όλα αυτά. Με την πρόοδο που κάναμε στη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων μπορέσαμε να διαπιστώσουμε ότι σε έναν σεισμό, ο οποίος δεν είναι τίποτε άλλο από μετακίνηση μαζών, αλλοιώνεται το βαρυτικό πεδίο. Κι αυτό είναι κάτι που μας βοηθά να εμβαθύνουμε τη γνώση μας γύρω από τη γήινη βαρύτητα, να διατυπώσουμε τεχνολογίες, όχι πρόγνωσης, αλλά έγκαιρης διάγνωσης των σεισμών με αποτέλεσμα τη ανάπτυξη μηχανισμών συναγερμού και προστασίας των πληθυσμών.

Τώρα πια, έπειτα τόσα χρόνια ενασχόλησης με τους συμπαντικούς νόμους, το Σύμπαν σας προκαλεί δέος, όπως άλλοτε ενδεχομένως, ή περιέργεια;

Το δέος απέναντι στον κόσμο, έννοια που περιέχει τον φόβο, είναι δείγμα μυθολογικής ανακατασκευής της πραγματικότητας. «Περιέργεια» είναι αναμφίβολα πιο ωραία λέξη. Ο επιστήμονας, όπως και ο κυνηγός ή ο καλλιτέχνης βρίσκεται σε εγρήγορση, ώστε να ανακαλύψει ίχνη νέων σχέσεων ανάμεσα στα πράγματα. Μπορούμε να πούμε μάλιστα, ότι το κοινό σημείο ανάμεσα στον λόγο, την τέχνη και την επιστήμη δεν είναι η περιγραφή κάποιας υπερβατικής πραγματικότητας αλλά αυτή η προσπάθεια ανακάλυψης σταθερών σχέσεων ανάμεσα στα φαινόμενα. Η ιδιαιτερότητα της επιστήμης βέβαια είναι ότι τα μαθηματικά και το πείραμα είναι η κυρίαρχη γλώσσα και εργαλείο.

Τι είναι επιστήμη;

Για μένα ο ορισμός της εμπεριέχεται στον ορισμό της τραγωδίας του Αριστοτέλη. Η επιστήμη, όπως και η τραγωδία, βάζει τον άνθρωπο μπροστά σε μια κατάσταση που το παρελθόν δεν είναι δείκτης για το τι πρέπει να γίνει στο μέλλον, δηλαδή το πρακτέον, και έτσι ελέγχει το ήθος του. Για να το πω διαφορετικά, είναι σαν προχωράς σε ένα δάσος και να ανακαλύπτεις δρόμους χωρίς να φτάνεις στο πλατωνικό φως, την τελική ενόραση. Αυτή είναι η ουσία της επιστήμης. Δεν είναι να βρει μια αλήθεια και να την υποδείξει στους άλλους. Η επιστήμη απεχθάνεται το «κλείσιμο της αναπαράστασης», το τελικό σημείο.

Στην επιστημονική έρευνα ποιο είναι το κυρίαρχο συναισθηματικό στοιχείο; Η προσμονή για το αποτέλεσμα ή η απογοήτευση για το γεγονός ότι μπορεί να αργεί να έρθει;

Είναι σαν τον έρωτα, πρέπει να ξέρεις να περιμένεις. Εάν δεν ξέρεις να περιμένεις δεν είσαι καλός επιστήμονας. «Όλα έρχονται τελικά» είχε πει ο Βόλφγκανγκ Πάουλι, «σε αυτόν που ξέρει να περιμένει». Ο ίδιος είχε χρειαστεί να περιμένει τριάντα ολόκληρα χρόνια για να ανιχνευτεί το νετρίνο. Η επιστήμη είναι η τέχνη της αναμονής. Επιστήμη δεν σημαίνει, όπως πολλοί νομίζουν, διαχείριση της βεβαιότητας, αλλά σημαίνει να ψάχνεις και να μη φοβάσαι την αβεβαιότητα, σημαίνει να βρίσκεις το λάθος σου και να δουλεύεις πάνω σε αυτό.

Είναι μια ωραία συμβουλή και για τη ζωή.

Αν το μαθαίναμε αυτό σε κάθε παιδί, θα κάναμε μια καλή αρχή.

Με στοιχεία από ΑΠΕ