Επιστήμη
Τετάρτη 10 Δεκεμβρίου 2003 11:35 [Σχόλια: 9, Hits: 1]
Ταχύτητες δίνης και θεωρητικά σωματίδια που ταξιδεύουν πιο γρήγορα από το φως. Συστατικά βιβλίων επιστημονικής φαντασίας ή οι εν δυνάμει μεγαλύτεροι εχθροί του Aϊνστάιν;
Η εικόνα του κόσμου σχηματίστηκε με το πέρασμα των αιώνων σαν παζλ. Από την εποχή του γεωκεντρικού και επίπεδου σύμπαντος οι φιλόσοφοι και οι επιστήμονες πρόσθεταν το δικό τους κομμάτι. Αποτέλεσμα; Κάθε φορά πoυ μια νέα θεωρία μετακινούσε κάποιο από τα κομμάτια, η εικόνα άλλαζε και ένα διαφορετικό σύμπαν εμφανιζόταν στα μάτια των επιστημόνων. Όλα αυτά ίσχυαν μέχρι τον Αϊνστάιν. Με τη θεμελίωση της Θεωρίας της Σχετικότητας ο κορυφαίος φυσικός έθεσε τις βάσεις της σύγχρονης κοσμολογίας, της επιστήμης που μελετά το σύμπαν. Με μία προϋπόθεση: Η ταχύτητα του φωτός στο κενό παραμένει σταθερή και αξεπέραστη. Επομένως τίποτα δεν μπορεί να επιταχυνθεί με μεγαλύτερες ταχύτητες. Αν αυτό όμως δεν ισχύει γκρεμίζεται και η Θεωρία της Σχετικότητας. Μήπως ήρθε η ώρα να σπάσουμε το φράγμα του φωτός;
Κοσμικός καθρέφτης
Πριν από 20.000 χρόνια, στον αστερισμό του Μονόκερου ο αστέρας V838 έγινε 600.000 φορές λαμπερότερος από τον Ήλιο. Παράλληλα ένα νεφέλωμα που είχε σχηματιστεί γύρω του από προηγούμενη έκρηξη άρχισε να πυρακτώνεται.
Η λάμψη του έφτασε στα τηλεσκόπιά μας τα Θεοφάνια του 2002. Μέσα στους επόμενους μήνες οι επιστήμονες είδαν το νεφέλωμα να φωτίζεται σταδιακά και να έχει διάμετρο εφτά έτη φωτός. Αν ένα έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως μέσα σ' ένα χρόνο, πώς εξαπλώθηκε τόσο γρήγορα αυτή η λαμπερή ζώνη; Ο λόγος είναι ότι το φως που βλέπαμε δε δημιουργήθηκε από ομόκεντρες σφαιρικές επιφάνειες οι οποίες μεγάλωναν διαδοχικά, αλλά από συνεχόμενες παραβολοειδείς γραμμές, εστία των οποίων ήταν ο V838. Αυτό που έμοιαζε σαν διάπυρη σφαίρα, στην πραγματικότητα δεν ήταν παρά οι πλησιέστερες σ' εμάς αντανακλάσεις μιας έκρηξης. Η μεσοαστρική σκόνη, λειτουργώντας σαν τεράστιο κάτοπτρο, αντανακλούσε αυτές τις ακτίνες, οι οποίες υπό άλλες συνθήκες δε θα έφταναν ποτέ στη Γη.
Εκρηκτική οφθαλμαπάτη
Στο παρελθόν παρόμοια φαινόμενα είχαν αναταράξει τα νερά της επιστημονικής κοινότητας. Πέτρα του σκανδάλου ήταν τα μικροκβάζαρ, μακρινά ουράνια σώματα που εκτοξεύουν πίδακες κοσμικής ύλης και αποτελούνται από μια νεαρή Μαύρη Τρύπα κι ένα συνοδό αστέρα. Τα διπλά αυτά συστήματα έμοιαζαν να εκτοξεύουν ύλη με ταχύτητες δεκαπλάσιες του φωτός. Ο πρώτος που αντιλήφθηκε ότι η κίνησή τους ήταν πλαστή ήταν ο αστρονόμος Μάρτιν Ρις.
Για να κατανοήσουμε το φαινόμενο πρέπει να φανταστούμε ένα κβάζαρ που απέχει από τη Γη ένα έτος φωτός. Τη στιγμή της έκρηξης, εκτός από τη διάπυρη ύλη εκπέμπεται στη Γη κι ένας αριθμός φωτεινών ακτίνων. Μετά από ένα χρόνο αυτές θα έχουν διανύσει απόσταση ένα έτος φωτός και θα προσπίπτουν στα τηλεσκόπια. Δύο μήνες αργότερα οι επιστήμονες θα εντοπίσουν νέα πακέτα ακτίνων από το διάπυρο νέφος, τα οποία, σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, θα πρέπει να εμφανιστούν μετά από ένα χρόνο. Αποτέλεσμα; Η εσφαλμένη εντύπωση ότι οι τελευταίες ακτίνες είχαν ταχύτητα πενταπλάσια του φωτός. Η εξήγηση ήταν αφοπλιστικά απλή.
Σύμφωνα με τον Ρις, τη στιγμή της έκρηξης το νέφος εκτοξευόταν με ιλιγγιώδη ταχύτητα. Όταν οι αρχικές ακτίνες έφταναν στη Γη, το νέφος είχε καλύψει απόσταση δέκα μήνες φωτός και εξακολουθούσε να ακτινοβολεί. Έτσι οι τελευταίες ακτίνες έπρεπε κανονικά να διανύσουν απόσταση μόνο δύο μήνες φωτός πριν φτάσουν σ' εμάς. Συμπέρασμα: Τα σήματα που εκπέμπει η πηγή μέσα σ' ένα χρόνο φτάνουν στη Γη συμπυκνωμένα μέσα σε δύο μόλις μήνες, δημιουργώντας την ψευδαίσθηση της υπέρβασης της ταχύτητας του φωτός.
Αλλόκοσμα σωματίδια
Σε όλα τα γνωστά αστρονομικά φαινόμενα το φράγμα της ταχύτητας του φωτός μοιάζει με αδιαπέραστο τοίχο. Ο Αμερικανός φυσικός Τζέραλντ Φάινμπεργκ διατύπωσε το 1968 μια θεωρία σύμφωνα με την οποία πέρα από τον τοίχο αυτό ίσως υπάρχει ένας άλλος κόσμος σωματιδίων που κινούνται ταχύτερα από το φως. Η ταχύτητα των σωματιδίων αυτών, τα οποία ονόμασε ταχυόνια, ανέρχεται σε εκατομμύρια έτη φωτός το δευτερόλεπτο και δεν αντιμάχεται τη Θεωρία της Σχετικότητας. Κι αυτό γιατί ο χώρος στον οποίο κινούνται βρίσκεται εκτός χωροχρόνου, του συνεκτικού ιστού του σύμπαντος. Επιπλέον η ταχύτητά τους είναι σταθερή, χωρίς να έχει προηγηθεί κάποια επιτάχυνση.
Μην πυροβολείτε τον παππού!
Πολλοί φυσικοί διατείνονται ότι τα ταχυόνια δεν μπορούν να υπάρξουν γιατί θα δημιουργούσαν χρονικά παράδοξα. Για παράδειγμα, με μια ταχυονική σφαίρα θα μπορούσαμε να σκοτώσουμε κάποιο πρόγονό μας. Τότε όμως πώς θα γεννιόμασταν; Άλλοι, πάλι, πιστεύουν ότι αυτά τα παράδοξα λύνονται, γιατί θεωρούν ότι κάποια ήδη γνωστά σωματίδια όπως τα νετρίνα ίσως είναι ταχυόνια.
Τα νετρίνα είναι ένα εκατομμύριο φορές ελαφρύτερα από τα ηλεκτρόνια. Κάποιες επισφαλείς μετρήσεις έδειξαν ότι το τετράγωνο της μάζας τους είναι αρνητικό, πράγμα παράλογο αφού το τετράγωνο οποιουδήποτε αριθμού είναι πάντοτε θετικός αριθμός. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ο μόνος τρόπος για να έχουν θετική μάζα και να αναιρεθεί το παράλογο είναι η ταχύτητά τους να ξεπερνά εκείνη του φωτός. Αν αποδειχθεί κάτι τέτοιο, τότε τα νετρίνα θα προσεγγίσουν αρκετά το ταχυονικό προφίλ.
Ταχύτητα δίνης, κ. Σποκ!
θυμάστε τη γέφυρα του διαστημοπλοίου Εντερπράις στο Σταρ Τρεκ; Αρκούσε ένα νεύμα του κυβερνήτη Κερκ, και το καμάρι της διαγαλαξιακής ομοσπονδίας κατάπινε αποστάσεις εκατομμυρίων ετών φωτός μέσα σε μια στιγμή. Το μυστικό βρισκόταν στο μηχανοστάσιο του Εντερπράις και στον κινητήρα αντιύλης που υπήρχε εκεί. Ο τελευταίος ανέπτυσσε ταχύτητα δίνης (warp) μπροστά στην οποία η ταχύτητα του φωτός έμοιαζε με ταχύτητα τραυματισμένης χελώνας. Είναι όντως το Εντερπράις δημιούργημα της ανθρώπινης φαντασίας; Αν και η ύπαρξή του φαίνεται αρχικά αφελής παραβίαση της Θεωρίας της Σχετικότητας, με μια βαθύτερη ματιά αποδεικνύεται λογική και ίσως μελλοντικά εφικτή.
Το Μάιο του 1994 ο Μεξικανός φυσικός Μιγκέλ Αλκουμπιέρ υποστήριξε ότι η ταχύτητα δίνης είναι εφικτή χωρίς να παραβιαστεί η Θεωρία της Σχετικότητας. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, ο χωροχρόνος είναι μια ζωντανή, δυναμική οντότητα που παραμορφώνεται υπό την επίδραση συγκεντρώσεων ενέργειας. Σύμφωνα με τον Αλκουμπιέρ, η αξιοποίηση του φαινομένου αποτελεί το κλειδί για την επίτευξη ταχυτήτων μεγαλύτερων του φωτός.
Σερφ στο σύμπαν
Ας φανταστούμε ένα διαστημόπλοιο κάπου στο αχανές σύμπαν. Η απόσταση από τον κοντινότερο πλανήτη είναι μερικές χιλιάδες έτη φωτός. Για να φτάσει εκεί προτού το πλήρωμά του αποτελέσει αρχαιολογικό εύρημα, υπάρχουν δύο επιλογές: είτε να αναπτύξει ταχύτητα πολλαπλάσια του φωτός είτε να μειωθεί η απόσταση που το χωρίζει από τον πλανήτη. Η επίτευξη ταχυτήτων μεγαλύτερων του φωτός οδηγεί όπως είδαμε σε παράδοξα. Όσο για την τρομακτική επιτάχυνση, θα πολτοποιούσε το πλήρωμα.
Ο Αλκουμπιέρ πρότεινε τη συρρίκνωση του χωροχρόνου μπροστά από το διαστημόπλοιο, σε συνδυασμό με την ταυτόχρονη επέκτασή του πίσω. Αυτή η διάταξη θα το ωθούσε με απίστευτες ταχύτητες, σε απόλυτη αρμονία με τη Θεωρία της Σχετικότητας. Ο λόγος; Ουσιαστικά δεν ξεπερνά ποτέ την ταχύτητα του φωτός˙ απλώς διαστρεβλώνεται ο χώρος και ο χρόνος μπρος και πίσω του, ενώ το σκάφος βρίσκεται ακινητοποιημένο μέσα σε μια νοητή φυσαλίδα σαν σέρφερ που δε μετακινείται και αφήνεται να τον μεταφέρει το όχημα-κύμα στην ακτή. Επιπλέον το πλήρωμα του διαστημοπλοίου δεν υφίσταται τις συνέπειες της επιτάχυνσης. Έτσι, ενώ ένας παρατηρητής βλέπει το διαστημόπλοιο να εξαφανίζεται στο άπειρο, οι επιβάτες αισθάνονται μηδενική επιτάχυνση.
Ριπές αμφισβήτησης
Εκατό περίπου χρόνια μετά τη δημοσίευσή της, η Θεωρία της Σχετικότητας αποτελεί το ισχυρότερο εργαλείο των επιστημόνων που χαρτογραφούν το σύμπαν. Ωστόσο, όπως κάθε ισχυρή θεωρία, η αμφισβήτησή της αποτελεί δέλεαρ για την ανήσυχη φύση των επιστημόνων. Μέχρι τις μέρες μας ο ακρογωνιαίος λίθος της, το ανυπέρβατο και σταθερό της ταχύτητας του φωτός, δείχνει να αντέχει στις όποιες αμφισβητήσεις. Μέχρι να βρεθεί κάποιος που να αποδείξει ότι η ταχύτητα του φωτός είναι υπερβατή, ο μόνος άνθρωπος που είναι ταχύτερος από τη σκιά του θα εξακολουθεί να ακούει στο όνομα Λούκι Λουκ!
ΠΗΓΗ:focus.gr
Για να μάθετε πιο πολλά:
Clifford Pickover, Time: A Traveler's Guide, εκδόσεις Oxford University Press. Σε αρκετά κεφάλαια ασχολείται με τις ταχύτητες που ξεπερνούν εκείνες του φωτός.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου