Από τι είναι φτιαγμένο το σύμπαν; Woraus besteht das Universum? What is the universe made of? ¿De qué está hecho el universo?

Το επεισόδιο αυτό είναι μια προσφορά του διαδυκτιακού φροντιστηρίου etsiμαθαίνω This episode is courtesy of the online tutorial etsilearn

Από τι αποτελείται ο κόσμος; What is the world made of? Take a look on your surroundings

Ρίξε μια ματιά στο περιβάλλον σου.

Θα δεις αντικείμενα που φαινομενικά δεν έχουν τίποτα κοινό. You will see objects that seemingly have nothing in common.

Έμβια και άβια όντα. Alive or lifeless beings.

Θα μπορούσες να πεις πως ο κόσμος αποτελείται απο εσένα, εμένα, τη συσκευή αναμεσά μας, One could argue that the world is consisted of me, you,

εκείνη την πέτρα, εκείνη την άλλη πέτρα, εκείνο τον τύπο που μοιάζει με τον Πλίατσικα (γνωστός Έλληνας τραγουδιστής),κ.ο.κ. that stone, that other stone, that guy who looks like Pliatsikas (famous Greek singer), and so on.

Η ποικιλία των αντικειμένων, που υπάρχουν όμως, είναι πρακτικά ατελείωτη. The variety of objects that exist, however, is practically endless.

Μια λίστα για το σύμπαν θα περιλαμβάνει την κάθε πέτρα, και τον κάθε Πλιάτσικα του κάθε πλανήτη, και φυσικά ακόμα και τη λίστα την ίδια. A list of the universe will include each stone, and each Plunder of each planet, and of course even the list itself.

Αν θέλουμε να απαντήσουμε ουσιαστικά σε αυτήν την ερώτηση, If we want to answer this question effectively,

πρέπει με κάποιον τρόπο να απλοποιήσουμε την προσέγγισή μας.

Πρέπει να βρούμε τι κοινό έχει ένα φυτό, ένα ερπετό και ένα γλυπτό. We have to find what do a plant, a reptilian and a sculpture have in common,

Και όχι, δεν πρόκειται για κάποιου είδους ανέκδοτο. And no, that's not a joke.

Ορισμένοι αρχαίοι πολιτισμοί είχαν τη σωστή ιδέα. Certain ancient civilizations had a correct idea.

Υπέθεσαν πως ο κόσμος αποτελείται απο 4 ή 5 στοιχεία. They hypothesized that the world consists of 4 or 5 elements:

Γη, νερό, αέρας, φωτιά, αιθέρας.

Η υπόθεσή τους ήταν εντελώς λάθος αλλά ήταν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση Their assumptions was completely incorrect

Έπειτα απο εκατοντάδες χρόνια συλλογικής ανθρώπινης προσπάθειας, σκέψης και κακών λογοπαιγνίων,

αναπτύξαμε το «Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής» we developed the "Standard Model of Physics"

Η ύλη αποτελείται από άτομα και κάθε άτομο έχει έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ένα νέφος ηλεκτρονίων. Matter is consisted of atoms,

Ο πυρήνας αποτελείται απο πρωτόνια και νετρόνια, The core is consisted of protons and neutrons which in turn

τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από κάτω και άνω κουάρκ. are consisted of below and above quarks

Συνολικά έχουμε ανακαλυψει 17 στοιχειώδη σωματίδια, In total, we have discovered 17 basic particles,

τα οποία χωρίζονται στα κουάρκ, τα λεπτόνια και τα μποζόνια. which are distinguished in quarks, leptones, and bozones.

Τα μποζόνια είναι τα σωματίδια φορείς των τριών εκ των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης, Bosons are the particles that carry three of the four fundamental forces of nature,

και το μποζόνιο του Higgs το οποίο δεν κάλεσε κανείς αλλά ήρθε να κάτσει εδώ με τη νεολαία. and the Higgs boson which no one called but came to sit here with the youth. Τα κουάρκ και τα λεπτόνια είναι τα σωματίδια της ύλης και χωρίζονται σε 3 γενιές.

Όλη η ύλη που μπορείς να δεις, All the material you can see,

οτιδήποτε έχεις ακουμπήσει, γευτεί ή μυρίσει anything you've touched, tasted or smelled

αποτελείται από 3 σωματίδια της πρώτης γενιάς. consists of 3 particles of the first generation.

Τα άνω και κάτω κουάρκ που φτιάχνουν τα πρωτόνια και νετρόνια και τα ηλεκτρόνια.

Αν χρειαζόμαστε μόνο 3 σωματίδια, για να φτιάξουμε την ύλη, τι ρόλο βαράνε τα υπόλοιπα 9; If we only need 3 particles to make matter, what role do the other 9 play?

Δεν έχουμε ιδέα.

Γνωρίζουμε πολύ καλά, πώς τα σωματίδια συνδυάζονται για να φτιάξουν την ύλη, δε γνωρίζουμε όμως το γιατί. We know very well how particles combine to make matter, but we don't know why.

Γιατί τα σωματίδια συνδυάζονται με αυτόν τον τρόποκαι όχι με κάποιον άλλο. Because particles are combined in this way and not in any other way.

Υπάρχει άραγε κάποιο παράλληλο σύμπαν που θα μπορούσαν να συνδυάζονται αλλιώς; Is there a parallel universe that could be combined otherwise?

Μήπως αυτά τα σωματίδια δεν είναι τα πραγματικά στοιχειώδη αντικείμενα που υπάρχουν; Are these particles not the real elementary objects that exist?

Μήπως είναι φτιαγμένα από πιο απλά σωματίδια που δεν έχουμε ακόμα ανακαλύψει;

Οι σωματιδιακοί φυσικοί στα ερευνητικά κέντρα όπως το CERN αναζητούν αυτές τις απαντήσεις.

Ο θρίαμβος του Καθιερωμένου Προτύπου είναι, πως περιγράφει οτιδήποτε έχουμε ποτέ συναντήσει, The triumph of the Standard Model is that it describes everything we have ever encountered,

σύμφωνα με έναν μικρό αριθμό βασικών δομικών συστατικών. according to a small number of basic building blocks.

Αποκαλύπτει πως το σύμπαν λειτουργεί κατά βάση όπως τα Lego. It reveals that the universe works basically like Legos.

Με το ίδιο σετ στοιχειωδών σωματιδίων σε διαφορετικές ποσότητες, μπορείς να φτιάξεις ένα φυτό, ένα ερπετό ή ένα γλυπτό. With the same set of elementary particles in different quantities, you can make a plant, a reptile or a sculpture.

Παρ' όλα αυτά η περιγραφή μας για το σύμπαν εξακολουθεί να είναι ελλιπής. However, our description of the universe is still incomplete.

Η «συνηθισμένη» ύλη, η ύλη δηλαδή που μπορούμε να δούμε, "Ordinary" matter, the matter we can see,

δεν αποτελεί παρά το 5% της συνολικής ύλης και ενέργειας του σύμπαντος. constitutes only 5% of the total matter and energy of the universe.

Υπό αυτή την έννοια, η ύλη που βλέπουμε δεν είναι καθόλου συνηθισμένη– αντίθετα μάλλον είναι αρκετά σπάνια. In this sense, the material we see is not at all common; on the contrary, it is rather rare.

Το υπόλοιπο 95% του σύμπαντος είναι 27% «σκοτεινή» ύλη και 68% «σκοτεινή» ενέργεια. The remaining 95% of the universe is 27% "dark" matter and 68% "dark" energy.

Ας ξεκινήσουμε με τη σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη είναι… παντού.

Πολύ πιθανόν αυτή τη στιγμή να κολυμπάς μέσα της. You're probably swimming in it right now.

Όταν μελετήσαμε τη δομή των γαλαξιών συνειδητοποιήσαμε, πως η βαρύτητα της κανονικής ύλης δεν επαρκεί για να σχηματίσει γαλαξίες. When we studied the structure of galaxies, we realised that the gravity of normal matter is not sufficient to form galaxies.

Αν υπήρχε μόνο η ύλη που βλέπουμε τα αστέρια θα ήταν σκορπισμένα παντού στον χώρο. If there was only the matter we see the stars would be scattered everywhere in space.

Η σκοτεινή ύλη, λοιπόν, είναι εκείνη που θα μπορούσε να καθιστά εφικτή την ύπαρξη γαλαξιών. Dark matter, then, is what could make galaxies possible.

Την ονομάζουμε «σκοτεινή» [δραματική φωνή] γιατί κρύβει ένα σκοτεινό μυστικό… We call it "dark" [dramatic voice] because it hides a dark secret...

και βασικά γιατί δεν μπορούμε να τη δούμε: δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Αλληλεπιδρά όμως με τη βαρύτητα. But it interacts with gravity.

Μπορούμε να δούμε τη βαρυτική της επίδραση, όταν περιοχές με μεγάλη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης καμπυλώνουν το φως που περνάει από κοντά τους. We can see its gravitational effect when regions with a high concentration of dark matter bend the light that passes near them.

Έχουμε, λοιπόν, ισχυρές ενδείξεις πως υπάρχει, ξέρουμε πόση υπάρχει και χοντρικά πού βρίσκεται. So we have strong evidence that it exists, we know how much there is and roughly where it is.

Δε γνωρίζουμε όμως καθόλου από τι αποτελείται.

Η πιο απλή ιδέα είναι πως η σκοτεινή ύλη είναι κάποιο άγνωστο σωματίδιο.

Ελπίζουμε πως, εκτός από βαρυτικά, αλληλεπιδρά με την ύλη και μέσω κάποιας άλλης δύναμης, ίσως ακόμα και κάποιας νέας δύναμης που αγνοούμε. We hope that, in addition to gravitationally, it interacts with matter through some other force, perhaps even some new force that we are unaware of.

Δεν είναι απαραίτητο όμως να αποτελείται από ένα μόνο σωματίδιο. But it does not have to consist of a single particle.

Είναι σίγουρα πιθανό η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από πολλά σκοτεινά σωματίδια όπως και η κανονική ύλη.

Αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν μέχρι και να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, These particles could even interact with each other,

οδηγώντας σε σκοτεινή φυσική, σκοτεινή χημεία, ή ίσως ακόμα και σκοτεινή βιολογία, σκοτεινή ζωή και σκοτεινούς Πλιάτσικες. leading to dark physics, dark chemistry, or maybe even dark biology, dark life and dark Plots.

Ή μπορεί η σκοτεινή ύλη να μην είναι σωματίδια.

Το σύμπαν ακολουθεί τους κανόνες της κβαντικής όσον αφορά την υπόλοιπη ύλη, The universe follows the rules of quantum mechanics as far as the rest of matter is concerned,

οπότε λογικά υποθέτουμε πως και η σκοτεινή θα συμπεριφέρεται παρόμοια. so we can reasonably assume that the dark one will behave similarly.

Ο συλλογισμός αυτός όμως έχει περιορισμούς. But this reasoning has limitations.

Τα πάντα φαίνεται να ακολουθούν τους κανόνες μέχρι να εμφανιστεί κάτι που δεν τους ακολουθεί. Everything seems to follow the rules until something comes along that doesn't.

Ακόμα και το μυστήριο της σκοτεινής ύλης ωχριά μπροστά στη σκοτεινή ενέργεια, Even the mystery of dark matter pales in comparison to dark energy,

η οποία είναι το μεγαλύτερο κομμάτι της πραγματικότητας και δεν ξέρουμε γι' αυτή σχεδόν τίποτα. which is the biggest part of reality and we know almost nothing about it.

Η υπόθεση περί της ύπαρξής της προέκυψε εντελώς τυχαία. The hypothesis of its existence came about quite by accident.

Μιας και η βαρύτητα είναι μια δύναμη ελκτική, οι επιστήμονες πίστευαν, Since gravity is an attractive force, scientists believed,

πως οι μακρινοί γαλαξίες κάποια στιγμή θα σταματήσουν να απομακρύνονται και θα πάρουν τον δρόμο της επιστροφής. that the distant galaxies will eventually stop receding and head back.

Αυτό που ανακάλυψαν όμως ήταν το ακριβώς αντίθετο: But what they discovered was the exact opposite:

Με κάθε λεπτό που περνάει το σύμπαν διαστέλλεται όλο και ταχύτερα.

Πρέπει, λοιπόν, να υπάρχει κάτι που αντιτίθεται στην έλξη της βαρύτητας. So there must be something that opposes the pull of gravity.

Κάτι που δεν μπορούμε να δούμε αλλά που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Αυτό το κάτι είναι η σκοτεινή ενέργεια και έχουμε κάποιες ιδέες για το τι μπορεί να είναι.

Μια πρώτη ιδέα είναι η κοσμολογική σταθερά, A first idea is the cosmological constant,

η οποία λέει πως η σκοτεινή ενέργεια είναι μια εγγενής ιδιότητα του χώρου. which says that dark energy is an intrinsic property of space.

Αυτό που ονομάζουμε κενό στην πραγματικότητα δεν είναι τίποτα. What we call a vacuum is actually nothing.

Ο χώρος *είναι κάτι*. Space *is* something.

Αν η σκοτεινή ενέργεια προκαλεί τη δημιουργία νέου χώρου, If dark energy causes the creation of new space,

τότε περισσότερος χώρος σημαίνει περισσότερη σκοτεινή ενέργεια και ταχύτερη δημιουργία κι άλλου χώρου.

Ίσως αυτός να είναι ο λόγος που το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενα. Perhaps this is why the universe is expanding at an accelerating rate.

Μια άλλη ιδέα είναι η πεμπτουσία, κάποιου είδους πεδίο, Another idea is the quintessence, some kind of field,

που διαπερνά όλο το σύμπαν κι έχει το αντίθετο αποτέλεσμα της βαρύτητας.

Υπάρχουν διάφορες εκδοχές αυτής της υπόθεσης, αλλά όλες έχουν το εξής κοινό: Είναι πολύ δύσκολο να ελεγχθούν. There are several versions of this hypothesis, but they all have this in common: They are very difficult to control.

Κανείς δε μας εγγυάται πως το υποτιθέμενο πεδίο αλληλεπιδρά με τα σωματίδια που γνωρίζουμε. No one can guarantee that the alleged field interacts with the particles we know.

Η διαφορά του πεδίου με την κοσμολογική σταθερά είναι, πως δεν είναι χωρικά και χρονικά σταθερό, The difference between the field and the cosmological constant is that it is not spatially and temporally constant,

το οποίο ίσως θα δικαιολογούσε, γιατί η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος ξεκίνησε πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. which might explain why the accelerated expansion of the universe began about 4 billion years ago.

Και τέλος, δε θα μπορούσαμε να παραβλέψουμε την πιθανότητα, And finally, we could not overlook the possibility,

τίποτα από τα προηγούμενα να μην ισχύει και να χρειαζόμαστε μια καινούργια θεωρία για τη βαρύτητα. none of the above is true and we need a new theory of gravity.

Ίσως η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας να είναι ελλιπής Perhaps the General Theory of Relativity is incomplete

Ίσως μια νέα θεωρία να μπορεί να εξηγήσει τα φαινόμενα, χωρίς την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και ενέργειας. Perhaps a new theory can explain the phenomena without the existence of dark matter and energy.

Μέχρι στιγμής, όμως, δεν υπάρχει κάποια υποψήφια τέτοια θεωρία που να είναι ελκυστική στους φυσικούς. So far, however, there is no candidate for such a theory that is attractive to physicists.

Το συναρπαστικό με αυτά τα μεγάλα επιστημονικά μυστήρια είναι πως έχουν πραγματικές, αδιαμφισβήτητες απαντήσεις. The exciting thing about these great scientific mysteries is that they have real, unquestionable answers.

Απλά δεν τις γνωρίζουμε ακόμα. We just don't know them yet.

Αυτό που χρειαζόμαστε είναι περισσότερη έρευνα και περισσότερα και καλύτερα δεδομένα. What we need is more research and more and better data.

Η σκοτεινή ύλη και ενέργεια, αν υπάρχουν, αποτελούν το 95% του σύμπαντος, το 95% της πραγματικότητας. Dark matter and energy, if they exist, make up 95% of the universe, 95% of reality.

Η κατανόηση του σύμπαντος δεν είναι εύκολη υπόθεση. Understanding the universe is not an easy task.

Έχουμε πολύ δρόμο μπροστά μας και το μέλλον μας επιφυλάσσει σίγουρα ορισμένες συναρπαστικές ανακαλύψεις. We have a long way to go and the future certainly holds some exciting discoveries.

Γι' αυτό χαλάρωσε και απόλαυσε το ταξίδι. So relax and enjoy the journey.

[μουσική]

Η κατανόηση της σχολικής φυσικής, όμως, σε αντίθεση με το σύμπαν, δε χρειάζεται να είναι δύσκολη υπόθεση. Understanding school physics, however, unlike the universe, need not be difficult.

Αν είσαι μαθητής και θέλεις βοήθεια στο μάθημα της φυσικής ή της χημείας ή της βιολογίας

ή βασικά σε οποιοδήποτε άλλο μάθημα, επισκέψου το διαδικτυακό φροντιστήριο etsimathainw. or basically any other course, visit the online tutorial etsimathainw.

Το etsimathainw συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της παραδοσιακής, ζωντανής διδασκαλίας, The etsimathainw combines the advantages of traditional, live teaching,

με τις απεριόριστες δυνατότητες που παρέχει το internet. with the unlimited possibilities provided by the internet.

Μπες στο etsimathainw.gr ή κάνε κλικ στο link της περιγραφής και κάνε το πρώτο σου, δοκιμαστικό μάθημα εντελώς δωρεάν. Go to etsimathainw.gr or click on the link in the description and take your first, free trial lesson.

Ευχαριστώ το etsimathainw για την υποστήριξη αυτού του επεισοδίου. Thanks to etsimathainw for supporting this episode.

[μουσική]