Η ταχύτητα του φωτός έχει αλλάξει, ισχυρίζονται ερευνητές

Άρθρο, Αύγουστος 2002

Η θεωρία της σχετικότητας του Einstein πως η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα σταθερή φαίνεται πως επανεξετάζεται, λόγω της υπόθεσης Αυστραλιανών φυσικών, πως μπορεί η ταχύτητα του φωτός να μειώνεται κατά τη διάρκεια των δισεκατομμυρίων ετών που υπάρχει ο Κόσμος μας. Η ιδέα αυτή δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.

Η υπόθεση αυτή βασίστηκε σε αστρονομικά δεδομένα, που λήφθηκαν από την ανάλυση του φωτός από ένα κβάζαρ, τον Αύγουστο του 2001. Το κβάζαρ είναι ένα πολύ μακρινό αντικείμενο, που ονομάστηκε έτσι επειδή μοιάζει με αστέρι. 

Στο συμπέρασμα αυτό κατέληξαν οι επιστήμονες μελετώντας τις ιδιότητες του φωτός, που απορροφάται από μεταλλικά άτομα μέσα σε νέφη αερίων, κάπου 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Έτσι ανακάλυψαν ότι μια σταθερά της φυσικής με την ονομασία σταθερά λεπτής υφής άλφα, που ισούται περίπου με το κλάσμα 1/137, αυξάνει ανεπαίσθητα στη διάρκεια του χρόνου -όσο δηλαδή γερνάει το Σύμπαν. Η σταθερά αυτή εξηγεί τον τρόπο με τον οποίο οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις συγκρατούν τους πυρήνες με τα ηλεκτρόνια στα άτομα και στον τύπο που μας δίνει την σταθερά α, εμπεριέχονται  η ταχύτητα του φωτός c όπως και το στοιχειώδες φορτίο e.

Οι παρατηρήσεις τους έδειξαν πως το φως του κβάζαρ χρειάστηκε μόνο 10 δισεκατομμύρια έτη για να φθάσει στη Γη. Αυτό όμως που συμβαίνει για την αλλαγή της ταχύτητας του φωτός είναι η αλληλεπίδραση των φωτονίων και των ηλεκτρονίων της ύλης.

Σύμφωνα με τον Paul Davies, ένα καθηγητή της Φυσικής Φιλοσοφίας στην έδρα της Αστροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο Macquarie στο Sydney, αυτό μπορεί να εξηγηθεί μόνο αν η ταχύτητα του φωτός ή το φορτίο του ηλεκτρονίου έχει αλλάξει από τότε. 

Ο Davies συνεργάστηκε με τους Tamara M. Davis και Charles H. Lineweaver του τμήματος Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας στην Αυστραλία. Το έγγραφο αυτό που δημοσιεύτηκε στο Nature λύνει το αίνιγμα που τέθηκε από τον αστρονόμο του Πανεπιστημίου αυτού John Webb, ο οποίος στις αρχές του έτους αυτού αποκάλυψε πως το φως από ένα μακρινό κβάζαρ είχε απορροφήσει ορισμένα φωτόνια από διαστρικά νέφη μετάλλων στο ταξίδι του, των 12 δισεκατομμυρίων ετών, προς τη Γη. Η ανάλυση του Webb δημιούργησε ένα επιστημονικό δίλημμα, καθώς το φως είχε απορροφήσει τα λανθασμένα φωτόνια σύμφωνα με τους γνωστούς νόμους της φυσικής.

Οι παρατηρήσεις του Webb έδειξαν πως η σταθερά λεπτής υφής, του φωτός του κβάζαρ, ήταν περίπου ένα εκατομμυριοστό μικρότερη από την τιμή που παραδεχόμαστε σήμερα. Αυτό λοιπόν προϋποθέτει ότι η σταθερά άλφα δεν είναι σταθερά μέσα στο σύμπαν, όπως μέχρι τώρα πιστευόταν. Η σταθερή τιμή της άλφα ενίσχυε πολλούς νόμους της φυσικής, ακόμη και την Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein.

"Αλλά δύο από τους πιο σπουδαίους νόμους του Σύμπαντος είναι οι νόμοι διατήρησης του φορτίου του ηλεκτρονίου καθώς και της ταχύτητας του φωτός, έτσι οποιαδήποτε μεταβολή τους θα προκαλούσε αναστάτωση στη φυσική", λέει ο Davies.

Η σταθερά άλφα

Η σταθερά άλφα είναι κάτι που χτίζεται στο ίδιο το σκελετό του Σύμπαντος. Είναι ένας αδιάστατος αριθμός, η αναλογία μεταξύ τεσσάρων φυσικών σταθερών: τη ταχύτητα του φωτός, της κβαντικής ενεργειακής σταθεράς, του φορτίου του ηλεκτρονίου και του π.

Η σταθερά λεπτής υφής α αριθμητικά ισούται με   που είναι περίπου 137.036 και οι περισσότεροι φυσικοί παραξενεύονται με αυτήν, γιατί τρεις άλλες σταθερές της φύσης συνδυάζονται για να την δώσουν ενώ αυτή είναι αδιάστατο μέγεθος. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αυτή η σταθερά είναι "μια σταθερά συζεύξεως" που μετρά την ισχύ της αλληλεπιδράσεως μεταξύ ενός φορτισμένου ηλεκτρικά σωματιδίου και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Επίσης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στην τιμή του άλφα η διαδικασία με την οποία μεταστοιχειώνουν το υδρογόνο σε όλα τα άτομα του περιοδικού πίνακα. Αν η τιμή του άλφα ήταν λίγο διαφορετική από την τιμή 1/137 δεν θα μπορούσαμε να υπάρξουμε.

Στα φάσματα πολλών ατόμων, αυτό που χονδρικά φαίνεται να είναι μια γραμμή, όταν το παρατηρήσουμε πιό προσεχτικά αποδεικνύεται ότι είναι δύο ή περισσότερες γραμμές που βρίσκονται η μία πολύ κοντά στην άλλη. Ο λόγος της αποστάσεως μεταξύ των γραμμών λεπτής υφής προς την απόσταση μεταξύ των γραμμών του χονδρικού φάσματος, είναι ανάλογος με το τετράγωνο της σταθεράς α.   Σήμερα πιστεύουμε ότι κρύβει ακόμη κάποιες άγνωστες πληροφορίες.  

Ελπίδα για ταξίδια τύπου Star Trek

Μελέτες τώρα πάνω στις μαύρες οπές δείχνουν ότι η δεύτερη επιλογή (μεταβλητότητα της ταχύτητας του φωτός) είναι η πιο πιθανή σύμφωνα με την ομάδα του Davies. Γιατί αν μεταβάλλεται το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο, τότε θα ανατραπεί ένας άλλος ιερός νόμος της φυσικής. Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος της φυσικής που ίσως είναι ο βασικότερος με τη διατήρηση της ενέργειας.

O Davies έφθασε σε αυτό το συμπέρασμα, ότι δηλαδή μεταβάλλεται η ταχύτητα του φωτός κι όχι το φορτίο του ηλεκτρονίο, κάνοντας την υπόθεση τι θα συνέβαινε στις μαύρες οπές με το ηλεκτρικό φορτίο να αυξανόταν. 

Ο θεωρητικός φυσικός πιστεύει ότι 6 έως 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός πριν, η ταχύτητα ήταν μεγαλύτερη από την σημερινή τιμή της 300,000 km/sec.

"Είναι πολύ πιθανόν, η ταχύτητα του φωτός να αυξάνεται όσο πλησιάζουμε προς το Big Bang και αν αυτό πράγματι συμβαίνει θα μπορούσε να εξηγήσει τα μεγαλύτερα μυστήρια της κοσμολογίας", συνέχισε.

Όμως πρέπει, σύμφωνα με τον Davies, να χρειαστεί περαιτέρω εργασία στο φως από τα κβάζαρ καθώς και στις μαύρες οπές ή άλλων εξωτικών σωμάτων, για να επιβεβαιωθεί η νέα θεωρία. Επιπρόσθετα η φυσική των μαύρων οπών θα γίνει εντελώς αναξιόπιστη.

Αλλά υπάρχουν κι άλλες τρομακτικές επιπλοκές. Μπορεί να μην είναι η ταχύτητα του φωτός η μεγαλύτερη, και να μπορεί να υπερκεραστεί.

"Ίσως γίνει δυνατόν να ανατρέψουμε αυτόν τον περιορισμό και να ταξιδέψουμε με ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα, γιατί ακόμη και με την ταχύτητα του φωτός χρειαζόμαστε 100.000 έτη για να διασχίσουμε τον Γαλαξία μας", λέει ο Davies.

Φυσικά και η θεωρία του Davies θα προξενήσει πολλές συζητήσεις στην επιστημονική κοινότητα και θα προξενήσει πολλές καταρρεύσεις φυσικών υποθέσεων. Θα εξηγήσει πολλά άλυτα προβλήματα, όπως γιατί τα απομακρυσμένα μέρη του σύμπαντος έχουν περίπου την ίδια θερμοκρασία αλλά και το πως στοιχεία όπως το ήλιο σχηματίσθηκαν στην αρχική περίοδο του Σύμπαντος.

"Αν η ταχύτητα του φωτός μεταβάλλεται, τότε δυνητικά στις απαρχές του σύμπαντος η ταχύτητα του φωτός να ήταν άπειρη όταν συνέβη το Bing Bang, πράγμα που θα εξηγούσε ευκολώτερα πολλά για το σημερινό σύμπαν", εξηγεί ο Davies.