Εκπλήξεις με... βαρύτητα

Εκεί που οι επιστήμονες πίστευαν ότι είχαν ξεμπερδέψει με την πρώτη δύναμη που μελέτησαν διεξοδικά, νέες θεωρίες έρχονται για να κλωνίσουν τις γνώσεις τους.

H βαρύτητα είναι η πρώτη δύναμη που μελετήθηκε αναλυτικά από τους φυσικούς. Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης διατυπώθηκε από τον Νεύτωνα πριν από τετρακόσια χρόνια και στη συνέχεια ενσωματώθηκε στη Θεωρία της Σχετικότητας από τον Αϊνστάιν στις αρχές του εικοστού αιώνα. Ακόμη και σήμερα όμως δεν είμαστε βέβαιοι ότι οι θεωρίες μάς περιγράφουν σωστά τη βαρύτητα. Τα τελευταία χρόνια πειραματικά αποτελέσματα και θεωρητικές αναζητήσεις αμφισβητούν την πληρότητα των γνώσεών μας σ' αυτό το θέμα.

Οταν ο Αϊνστάιν διατύπωσε το 1915 τη θεωρία του για τη βαρύτητα, αυτή που είναι γνωστή με το όνομα Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, δεν υπήρχε καμία πειραματική ένδειξη ότι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα ήταν λανθασμένος ή - έστω - ατελής. H θεωρία του Αϊνστάιν όμως προέβλεπε διάφορα φαινόμενα που, αν και σχεδόν ανεπαίσθητα υπό κανονικές συνθήκες, ήταν δυνατό να μετρηθούν με λεπτά πειράματα. Το πρώτο από αυτά τα φαινόμενα, η αλλαγή της τροχιάς του φωτός λόγω της έλξης που υφίστανται τα φωτόνια από το βαρυτικό πεδίο του Ηλιου, παρατηρήθηκε το 1919 και έτσι επιβεβαιώθηκε η ισοδυναμία μάζας και ενέργειας που προβλέπει η γνωστή σχέση Ε = mc2 της Θεωρίας της Σχετικότητας.

Ωστόσο για να γίνει οριστικά αποδεκτή μια θεωρία πρέπει να παρατηρηθούν όλα τα φαινόμενα που προβλέπει, και μάλιστα με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια. Δύο από τα φαινόμενα που δεν έχουν παρατηρηθεί ακόμη, τουλάχιστον με την ακρίβεια που απαιτείται, είναι αυτά που έχουν να κάνουν με την παραμόρφωση του χώρου και του χρόνου γύρω από ένα βαρύ σώμα. Στο πρώτο από αυτά η βαρύτητα του σώματος δημιουργεί ένα «βαθούλωμα» στον χωρόχρονο, ανάλογο με την παραμόρφωση που υφίσταται ένα ελαστικό δίχτυ στο οποίο έχουμε τοποθετήσει ένα βαρύ σώμα. Το δεύτερο είναι πολύ πιο δύσκολο να εξηγηθεί με ένα παράδειγμα, επειδή αφορά κάτι έξω από την καθημερινή μας εμπειρία. Το περιστρεφόμενο σώμα «παρασέρνει» στην κίνησή του τον χώρο και τον χρόνο, και τους αναγκάζει να περιστρέφονται και αυτοί! Για τον πειραματικό έλεγχο αυτών των δύο φαινομένων εκτοξεύθηκε πριν από λίγους μήνες ο δορυφόρος Ανιχνευτής Βαρύτητας B (Gravity Probe Β), ο οποίος αναμένεται να μας δώσει οριστικά αποτελέσματα για την ύπαρξη και την ένταση των δύο παραπάνω φαινομένων στο βαρυτικό πεδίο της Γης, το 2006.

Διαφορετική τροχιά

Οσο όμως οι ερευνητές του Ανιχνευτή περιμένουν τα αποτελέσματα του πειράματός τους, οι υπόλοιποι επιστήμονες που ασχολούνται πειραματικά με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν παραμένουν αδρανείς. Επιχειρούν άλλα πειράματα, που απαιτούν μικρότερο κόστος. Ενα από αυτά βασίζεται στη σύγκριση της παρατηρούμενης τροχιάς δύο δορυφόρων, των Λάτζεος-1 και -2, με αυτή που υπολογίζεται θεωρητικά με βάση τον νόμο της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα. Ο Ελληνας Ερρίκος Παυλής, που εργάζεται στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, και ο ιταλός συνεργάτης του Ιγκνάτσιο Τσιουφολίνι διαπίστωσαν ότι η τροχιά που παρατηρείται διαφέρει από αυτή που προβλέπει ο νόμος του Νεύτωνα, όσο ακριβώς προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, με πιθανό σφάλμα μόνο 5%. Βέβαια η μέτρηση αυτή υπολείπεται σε ακρίβεια από αυτή του Ανιχνευτή, που θα υπολογίσει τη διαφορά με πιθανή απόκλιση μόλις 1%, ανακοινώθηκε όμως έναν χρόνο νωρίτερα. Ετσι οι Παυλής και Τσιουφολίνι έκλεψαν ένα μέρος από τη δόξα των ερευνητών του Ανιχνευτή.

Μια άλλη πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι η ύπαρξη κυμάτων βαρύτητας, δηλαδή παραμορφώσεων του χωροχρόνου που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός, όπως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Για την ανίχνευση αυτών των κυμάτων, που δεν έχουν παρατηρηθεί ακόμη ως σήμερα, έχουν κατασκευαστεί υπερευαίσθητοι ανιχνευτές, που είναι ικανοί να μετρήσουν τη διαστολή ή τη συστολή ενός σωλήνα μήκους ενός χιλιομέτρου, την οποία προκαλεί το βαρυτικό κύμα, με ακρίβεια καλύτερη από τη διάμετρο ενός πρωτονίου, δηλαδή ενός τρισεκατομμυριοστού του μέτρου! Σημαντικό ρόλο στην ερευνητική ομάδα του αμερικανικού ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων παίζει ο Ελληνας Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης, επίκουρος καθηγητής του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης. Το όργανο αυτό λειτουργεί ήδη δύο χρόνια, αλλά ως σήμερα δεν έχει ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα, είτε επειδή αυτά απορροφώνται κατά κάποιον τρόπο στον μεσοαστρικό χώρο είτε επειδή η ακρίβεια του οργάνου δεν είναι επαρκής. Είναι σίγουρο όμως ότι όταν καταγραφεί επιτέλους για πρώτη φορά βαρυτικό κύμα, ο συμπατριώτης μας θα μοιραστεί ένα μέρος της αναγνώρισης.

Επαναστατική ιδέα

Πέρα από τους πειραματικούς φυσικούς, που προσπαθούν να επιβεβαιώσουν τη Θεωρία της Σχετικότητας, υπάρχουν και ορισμένοι θεωρητικοί φυσικοί που όχι μόνο πιστεύουν ακράδαντα στην ορθότητα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, αλλά προτείνουν και τροποποιήσεις της! Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ο Αγγλος Τζον Μπάροου, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, και ο Αμερικανός Ρόμπερτ Σερέρ, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Νάσβιλ, οι οποίοι πρόσφατα διερεύνησαν τις συνέπειες μιας επαναστατικής ιδέας. Σε τι θα διέφερε άραγε ο κόσμος μας αν η δύναμη μεταξύ δύο φωτονίων δεν ήταν ίση με τη δύναμη μεταξύ δύο μαζών ίδιας ενέργειας (όπως προβλέπει η Γενική Θεωρία Σχετικότητας από τη σχέση Ε = mc2) αλλά μικρότερη; H απάντηση είναι πραγματικά ενδιαφέρουσα: επειδή στις πρώτες στιγμές μετά από τη Μεγάλη Εκρηξη το Σύμπαν αποτελούταν μόνο από φωτόνια, η ελκτική δύναμη μεταξύ τους ήταν μικρότερη απ' ό,τι προβλέπει η Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Λόγω της μικρότερης «αντίστασης», το Σύμπαν θα διαστελλόταν ταχύτερα και αυτό θα είχε μια αλυσίδα από συνέπειες, με τελευταία από όλες τη μικρότερη αναλογία ηλίου στο πρωταρχικό υλικό από το οποίο δημιουργήθηκαν στη συνέχεια τα αστέρια και οι πλανήτες. Το ενδιαφέρον είναι ότι οι παρατηρήσεις ορισμένων απομακρυσμένων γαλαξιών δείχνουν αναλογία ηλίου μικρότερη από όση προβλέπει η κρατούσα θεωρία. H επαναστατική ιδέα των Μπάροου και Σερέρ μπορεί να ερμηνεύσει αυτές ακριβώς τις παρατηρήσεις.

Σχολιάστε το!
.