Την πειραματική επιβεβαίωση της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του Α.Άινσταϊν είναι έτοιμοι να αποδείξουν οι επιστήμονες με βάση την οποία υπάρχου τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα και καμπυλώνουν τον Χωροχρόνο μέσα στον οποίο ζούμε όλοι μας.
Για πολλούς η καμπύλωση του Χωροχρόνου αποτελεί την μόνη διέξοδο για μελλοντικά αστρικά ταξίδια και "διαδρομές" μέσα στον Χρόνο.
Το μη επανδρωμένο διαστημικό εργαστήριο LISA Pathfinder εκτόξευσε χθες η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος ESA, με στόχο την πειραματική επιβεβαίωση της Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Ο πύραυλος Βέγκα, που εκτοξεύθηκε χθες με επιτυχία από τη διαστημική βάση του Κουρού στη Γαλλική Γουιάνα, μετέφερε το εργαστήριο σε τροχιά, με σκοπό την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα.
Την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου 1915.
Η θεωρία του θέλει τα κύματα αυτά να εμφανίζονται σε κάθε σημείο του σύμπαντος και να προκαλούνται από γιγάντια επιταχυνόμενα αντικείμενα. Μέχρι στιγμής, τα βαρυτικά κύματα δεν έχουν εντοπισθεί, εξαιτίας της πολύ μικρής τους ισχύος.
«Τα κύματα που εκπέμπονται από δύο μαύρες τρύπες σε τροχιά η μία γύρω από την άλλη θα μετακινούσαν χάρακα μήκους ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων, κατά ένα και μόνον άτομο», αναφέρει στην ανακοίνωσή της η ESA.
Το κρίσιμο πείραμα του LISA Pathfinder θα πραγματοποιηθεί χάρη σε δύο μικρούς ομοιόμορφους επίχρυσους κύβους από πλατίνα, σε απόσταση 38 εκατοστών ο ένας από τον άλλο. Απομονωμένοι από κάθε εξωτερική και εσωτερική δύναμη, εκτός από τη βαρύτητα, οι κύβοι θα βρεθούν σε ελεύθερη πτώση, ώστε να διαπιστωθεί εάν η θέση τους θα μεταβληθεί λόγω των βαρυτικών κυμάτων.
...............
Μέσα σε αυτό το νέο θεωρητικό πλαίσιο, ο χώρος και ο χρόνος παύουν πλέον να είναι εκείνες οι απόλυτες και «άκαμπτες» δομές της κλασικής, νευτώνειας φυσικής όπως αναφέρει στο ενδιαφέρον άρθρο του το Ευγενίδειο Ίδρυμα, μέσα στις οποίες υλοποιούνται, ανεπηρέαστα απ’ αυτές, τα φυσικά φαινόμενα, και η βαρύτητα παύει να είναι απλά αυτή η μυστηριώδης δύναμη που έλκει ένα σώμα, δρώντας ακαριαία από απόσταση. Αντίθετα, μέσα από μια σειρά πολύπλοκων και ιδιαίτερα δύσκολων στην επίλυσή τους εξισώσεων, ο Αϊνστάιν θα περιγράψει τη βαρύτητα ως τη στρέβλωση που προκαλεί η παρουσία της ύλης στη δομή του τετραδιάστατου χωροχρόνου.
Και ο χωροχρόνος, δυναμικός πλέον και όχι απόλυτος, καθορίζει με τη σειρά του την τροχιά κάθε αντικειμένου, που κινείται εντός του, από αυτόν ακριβώς τον βαθμό της καμπύλωσής του. Όπως το έθεσε αρκετά χρόνια αργότερα ο φυσικός John Wheeler, «η ύλη υπαγορεύει στον χωροχρόνο πώς θα καμπυλωθεί και ο βαθμός καμπύλωσης του χωροχρόνου υπαγορεύει στην ύλη πώς θα κινηθεί».
Πολλές από τις θεμελιώδεις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, από τη μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή στην καμπύλωση του φωτός και από την ύπαρξη των μαύρων τρυπών στη διαστολή του Σύμπαντος, έχουν ήδη επιβεβαιωθεί. Ωστόσο, μία ακόμη από αυτές, στην οποία κατέληξε ο ίδιος ο Αϊνστάιν ελάχιστους μήνες μετά τη δημοσίευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, εξακολουθεί να αντιστέκεται στις προσπάθειες των επιστημόνων να την επιβεβαιώσουν. Η πρόβλεψη αυτή δεν είναι άλλη από την ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων.
Τα βαρυτικά κύματα είναι διαταραχές ή διακυμάνσεις στον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου, οι οποίες διαδίδονται κατά τρόπο ανάλογο περίπου με τους κυματισμούς που δημιουργούνται όταν πετάξουμε ένα βότσαλο μέσα σε μια λίμνη. Σχεδόν κάθε μεταβολή στην κινητική κατάσταση ενός σώματος (εκτός από την περίπτωση που η μεταβολή αυτή είναι σφαιρικά συμμετρική, όπως κατά την σφαιρικά συμμετρική κατάρρευση ενός άστρου), αφήνει το «αποτύπωμά» της στον χωροχρόνο με τη μορφή ενός βαρυτικού κύματος, το οποίο απομακρύνεται από την «πηγή» του με την ταχύτητα του φωτός. Κάθε βαρυτικό κύμα, κατά τη διάδοσή του, μεταβάλλει με συγκεκριμένο και ρυθμικό τρόπο (επιμήκυνση σε μία διεύθυνση και συρρίκνωση κατά την κάθετη διεύθυνση) τις αποστάσεις μεταξύ των ελεύθερων σωμάτων, σε ένα επίπεδο κάθετο στη διεύθυνση διάδοσής του.
Προκειμένου να οπτικοποιήσουμε όσο είναι δυνατόν αυτές τις ταλαντώσεις της ύλης που προκαλούνται από τα βαρυτικά κύματα, ας υποθέσουμε αρχικά ότι παρατηρούμε από το πλάι ένα πλοίο που βρίσκεται στη θάλασσα και ότι μία σειρά από κύματα το προσεγγίζουν επίσης από το πλάι. Καθώς η κορυφή ενός θαλάσσιου κύματος διέρχεται κάτω από το πλοίο, παρατηρούμε ότι το πλοίο «ανεβαίνει» σε ένα μέγιστο ύψος και στη συνέχεια «κατεβαίνει», για να καταλήξει σε ένα ελάχιστο ύψος, όταν ακριβώς από κάτω του βρίσκεται η «κοιλάδα» του κύματος κ.ο.κ.. Σε κάθε περίπτωση, όμως, οι διαστάσεις του πλοίου παραμένουν αμετάβλητες.
Εάν, όμως, σε αυτό το «νοητικό» μας πείραμα αντικαθιστούσαμε τα κύματα της θάλασσας με τα βαρυτικά κύματα, θα βλέπαμε κάτι εντελώς διαφορετικό. Όταν, για παράδειγμα, η «κορυφή» του βαρυτικού κύματος διερχόταν από το πλοίο, θα το «ξεχείλωνε», προκαλώντας διαστολή στο μήκος του και ταυτόχρονη συρρίκνωση στο ύψος του. Στη συνέχεια, όταν η «κοιλάδα» του βαρυτικού κύματος διερχόταν από το πλοίο, θα προκαλούσε την αντίθετη μεταβολή, δηλαδή συρρίκνωση στο μήκος του και επιμήκυνση στο ύψος του. Με δυο λόγια, εκείνες οι διαστάσεις του πλοίου, οι οποίες είναι κατακόρυφες στη διεύθυνση διάδοσης του βαρυτικού κύματος, θα μεταβάλλονταν περιοδικά.
Καθώς ένα βαρυτικό κύμα διαδίδεται στον χωροχρονικό ιστό του Σύμπαντος, όσο περισσότερο απομακρύνεται από τη φυσική αιτία που το δημιούργησε, τόσο περισσότερο εξασθενεί και τόσο περισσότερο ελαχιστοποιούνται οι ταλαντώσεις που προκαλεί στην ύλη. Αυτή η αλληλεπίδραση των βαρυτικών κυμάτων με την ύλη είναι μάλιστα τόσο αμελητέα, που εάν κάποιο βαρυτικό κύμα, προερχόμενο από έναν γειτονικό μας γαλαξία, διερχόταν από το Ηλιακό μας σύστημα, θα μετέβαλλε τη μέση απόσταση της Γης από τον Ήλιο κατά απόσταση μικρότερη από τη διάμετρο ενός ατόμου.
Το γεγονός αυτό αποδεικνύει και πόσο δύσκολο είναι να ανιχνευθούν στην πράξη τα βαρυτικά κύματα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα φαινομένων που, όπως πιστεύουν οι επιστήμονες, είναι δυνατό να δημιουργήσουν βαρυτικά κύματα ικανά να προκαλέσουν μετρήσιμες ταλαντώσεις στην ύλη, αποτελούν και τα διπλά συστήματα άστρων νετρονίων, οι εκρήξεις υπερκαινοφανών που δεν είναι σφαιρικά συμμετρικές, οι συγκρούσεις μεταξύ αστέρων νετρονίων και οι συγχωνεύσεις γιγάντιων μαύρων τρυπών στους γαλαξιακούς πυρήνες.
Παρόλο που τα βαρυτικά κύματα δεν έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα, υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξή τους. Η ισχυρότερη, ίσως, απ’ αυτές προέκυψε το 1974 με την ανακάλυψη ενός παράξενου αστρικού συστήματος από τους Αμερικανούς αστροφυσικούς Russel Hulse και Joseph Taylor, οι οποίοι για την ανακάλυψή τους αυτή τιμήθηκαν το 1993 με το Νόμπελ Φυσικής. Με τη βοήθεια του γιγάντιου ραδιοτηλεσκοπίου Arecibo στο Πόρτο Ρίκο, οι δύο επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το σύστημα αυτό, 20.000 έτη φωτός μακριά από τη Γη, στον Αστερισμό Αετός, αποτελείται από έναν πάλσαρ καθώς και από έναν ακόμη αστέρα, ο οποίος εικάζεται ότι είναι αστέρας νετρονίων.
Οι αστέρες νετρονίων είναι τα αστρικά λείψανα, τα οποία «επιβιώνουν» του εκρηκτικού διαμελισμού άστρων με μάζα πολλαπλάσια απ’ αυτήν του Ήλιου, κατά τη διάρκεια εκρήξεων σουπερνόβα. Οι πάλσαρ, από την άλλη, είναι ταχύτατα περιστρεφόμενοι αστέρες νετρονίων με πανίσχυρο μαγνητικό πεδίο, οι οποίοι εκπέμπουν από τους μαγνητικούς τους πόλους στενές δέσμες ακτινοβολίας. Καθώς ένας πάλσαρ περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του, οι δύο κώνοι ακτινοβολίας που εκπέμπει, «σαρώνουν» το Διάστημα, ακριβώς όπως και το περιστρεφόμενο «μάτι» ενός φάρου.
Εάν η ακτινοβολία αυτή «τυχαίνει» να σαρώνει στο πέρασμά της τη Γη, την αντιλαμβανόμαστε ως μια παλλόμενη πηγή ακτινοβολίας που αναβοσβήνει, δηλαδή ως ένα παλλόμενο αστέρι (pulsating star, pulsar).
Ο πάλσαρ των Hulse-Taylor, όπως είναι σήμερα γνωστός, έδωσε στους επιστήμονες ένα μοναδικό «εργαστήριο», με τη βοήθεια του οποίου μπορούσαν να ελέγξουν συγκεκριμένες προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
Η συστηματική του παρακολούθηση τα χρόνια που ακολούθησαν, οδήγησε τους αστρονόμους στο συμπέρασμα ότι τα δύο αυτά ουράνια σώματα περιστρέφονται με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα το ένα γύρω από το άλλο, καθώς αργά αλλά σταθερά η μέση απόστασή τους μειώνεται, έτσι ώστε υπολογίζεται ότι τελικά θα συγκρουστούν σε περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια. Γιατί όμως συμβαίνει αυτό; Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, όταν ένα διπλό αστρικό σύστημα εκπέμπει βαρυτικά κύματα, αποβάλλει ενέργεια, με αποτέλεσμα η τροχιά του να συρρικνώνεται και κατά συνέπεια η περίοδός της να μειώνεται.
Οι μεταβολές αυτές, αν και ελάχιστες, έχουν ήδη μετρηθεί και αντιστοιχούν με μεγάλη ακρίβεια στις τιμές που προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, γεγονός που αποτελεί μια ισχυρή, αλλά παρόλ’ αυτά έμμεση ένδειξη ότι τα βαρυτικά κύματα που προέβλεψε ο Αϊνστάιν όντως υπάρχουν.
Πιο πρόσφατα, η ανακάλυψη του πρώτου διπλού πάλσαρ, του πρώτου δηλαδή διπλού αστρικού συστήματος που αποτελείται από δύο πάλσαρ, έχει δώσει την ευκαιρία στους αστρονόμους να ελέγξουν τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας με περισσότερη ακρίβεια από ποτέ.
Αυτό το μοναδικό διπλό σύστημα πάλσαρ ανακαλύφθηκε το 2003 σε απόσταση μόλις 2.000 ετών φωτός μακριά, προς την κατεύθυνση του Αστερισμού Πρύμνη.
Σύμφωνα με τις έως τώρα παρατηρήσεις, η τροχιά του συστήματος συρρικνώνεται κατά 7 χιλιοστά τον χρόνο, ακριβώς όπως προβλέπει και η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.
Εν ολίγοις αυτό που προσπαθούμε να δούμε είναι αν τα ταξίδια του Enterprize στο θρυλικό Star Trek που ταξίδευε με ταχύτητες πολλαπλάσιες του Φωτός καθώς ο "αντιδραστήρας αντιύλης του" μπορούσε να καμπυλώσει τον Χωροχρόνο, είναι εφικτό να γίνουν.
Η σκέψη είναι απλή, "δεν πάμε στο βουνό εμείς, φέρνουμε το βουνό σε εμάς", είναι η αντίστροφη πορεία του "αίτιου και αιτιατού" και αυτό από μόνο του, αρκεί για να αλλάξει τον τρόπο που σκέφτεται η Ανθρωπότητα.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου