physics4u - Φυγή στον υπερχώρο Μήπως υπάρχει δυνατότητα για ταξίδι σε άλλη διάσταση;

Κάθε έτος, το Αμερικανικό Ίδρυμα Αεροναυτικής και Αστροναυτικής απονέμει βραβεία για τις καλύτερες εργασίες που παρουσιάζονται στην ετήσια διάσκεψή του. Το 2005 το βραβείο στην κατηγορία της πυρηνικής φυσικής και μελλοντικών πτήσεων πήγε σε μια επιστημονική ανακοίνωση, στην οποία προτείνονται πειραματικές δοκιμές ενός καταπληκτικού νέου τύπου μηχανής. Σύμφωνα με την εργασία, αυτή η υπερμηχανή θα ωθούσε ένα σκάφος μέσω μιας άλλης διάστασης με τεράστιες ταχύτητες. Θα μπορούσε δηλαδή να αφήσει τη γη το μεσημέρι και να φτάσει εγκαίρως για το δείπνο στο φεγγάρι. Αυτή η ιδέα στηρίζεται σε ένα σκοτεινό και κατά ένα μεγάλο μέρος παραγνωρισμένο είδος φυσικής. Μπορεί όμως η ιδέα αυτή να είναι σοβαρή;

Στην βραβευμένη εργασία από την AIAA συνεργάστηκε ο Walter Dröscher συνεργάστηκε με τον αυστριακό Jochem Hauser, φυσικό και καθηγητή της πληροφορικής στο πανεπιστήμιο των εφαρμοσμένων επιστημών στο Σάλτζγκιτερ της Γερμανίας, για να μετατρέψει το θεωρητικό πλαίσιο των απόψεων του Burkhard Heim σε μια πειραματική δοκιμή. Η εργασία τους είχε τίτλο, "Οδηγίες για μια διαστημική συσκευή προώθησης βασισμένη στην κβαντική θεωρία του Heim".

Πολλά εργαστήρια, στρατιωτικά και επιστημονικά έχουν ήδη εκδηλώσει το ενδιαφέρον τους, για μια συσκευή "αντι-βαρύτητας" με τη βοήθεια μαγνητικού πεδίου. Το εργαστήριο Sandia του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ εκδήλωσε το ενδιαφέρον του για την δοκιμασία αυτής της ιδέας.

Και παρά τη σύγχυση των περισσότερων φυσικών πάνω στη θεωρία, που την υποστηρίζουν υποθετικά, ο Παύλος Μικελλίδης, μηχανικός της αεροδιαστημικής στο πολιτειακό πανεπιστήμιο της Αριζόνα ο οποίος έκανε και κριτική στην εργασία η οποία κέρδισε το πιο πάνω βραβείο, λέει ότι κι αν έχουν ήδη εξερευνηθεί οι θεωρίες της, έχει γίνει μια ειδική προσέγγιση στην επιστημονική εργασία που είναι αρκετά μοναδική.

Μοναδική είναι βεβαίως. Εάν το πείραμα πάρει άδεια και λειτουργήσει, θα μπορούσε να αποκαλύψει νέες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης που θα άλλαζαν το μέλλον του διαστημικού ταξιδιού.

Ξεχάστε ότι πρέπει να περάσετε έξι μήνες ή και περισσότερο πάνω σε έναν πύραυλο καθ' οδόν προς τον Άρη, ένα ταξίδι με την υπερμηχανή θα μπορούσε να κρατήσει ελάχιστα, γύρω στις 5 ώρες. Όλες οι ανησυχίες μας για την υγεία των αστροναυτών - αδράνεια των μυών, βλάβη του DNA από τις κοσμικές ακτίνες - θα εξαφανίζονταν σε μια νύχτα. Και το καλύτερο. Αυτή η συσκευή θα έκαμε το ταξίδι στα μακρινά αστέρια προσιτά για πρώτη φορά. Αλλά μπορεί αυτή η υπερμηχανή να 'ξεκολλήσει' πραγματικά από το έδαφος;

Ένας παραγνωρισμένος φυσικός Burkhard Heim

Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση βασίζεται από μια εργασία ενός ελάχιστα γνωστού γερμανού φυσικού, του Burkhard Heim, που άρχισε να ερευνά την ιδέα της προώθησης μιας υπερμηχανής το 1955 ως παραπροϊόν της προσπάθειας του να βρει λύση στη μεγαλύτερη διαίρεση στη φυσική: τη ρωγμή μεταξύ της κβαντομηχανικής και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας.

Η κβαντική θεωρία περιγράφει τη σφαίρα του πολύ μικρού - άτομα, ηλεκτρόνια και στοιχειώδη σωμάτια - ενώ η γενική σχετικότητα εξετάζει τη βαρύτητα. Οι δύο θεωρίες είναι πάρα πολύ επιτυχείς στις χωριστές σφαίρες επιρροή τους. Η διαφωνία προκύπτει όταν πάνε να περιγράψουν τη βασική δομή του χώρου.

Στη γενική σχετικότητα, ο χωρόχρονος είναι ένα ενεργό, 'ελατό ύφασμα'. Έχει τέσσερις διαστάσεις - τρεις του γνωστού χώρου και μία του χρόνου - που παραμορφώνεται όταν τοποθετείται κάποια μάζα μέσα αυτήν. Στη διατύπωση του Αϊνστάιν, η δύναμη της βαρύτητας είναι το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης αυτών των διαστάσεων. Η κβαντική θεωρία, αφ' ετέρου, απαιτεί να είναι ο χώρος ένα σταθερό και παθητικό πεδίο δράσης, κάτι που απλά υπάρχει για να δράσουν τα σωματίδια. Επίσης, προτείνει ότι ο ίδιος ο κενός χώρος πρέπει να αποτελείται από εν δυνάμει κβαντικά σωματίδια.

Αρχές του '50, ο Heim άρχισε να ξαναγράφει τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας μέσα σε ένα κβαντικό πλαίσιο. Επέσυρε την προσοχή στην ιδέα του Αϊνστάιν ότι η βαρυτική δύναμη προκύπτει από τις διαστάσεις του χώρου και του χρόνου, αλλά πρότεινε ότι όλες οι θεμελιώδεις δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένου του ηλεκτρομαγνητισμού, μπορεί να προκύψουν από ένα νέο, διαφορετικό σύνολο διαστάσεων.

Αρχικά αυτός έβαλε τέσσερις πρόσθετες διαστάσεις, αλλά σύντομα απέρριψε δύο από αυτέ, γιατί θεώρησε ότι δεν παρήγαγαν οποιεσδήποτε δυνάμεις, και έτσι πρόσθεσε μόνο δύο νέες διαστάσεις "υπο-χώρου" πάνω στις τέσσερις διαστάσεις του γνωστού χωρόχρονου του Einstein.

Στον εξαδιάστατο κόσμο του Heim, συνδέονται μαζί οι δυνάμεις της βαρύτητας και του ηλεκτρομαγνητισμού. Ακόμη και στον εξοικειωμένο κόσμο των τεσσάρων διαστάσεων, μπορούμε να δούμε μια σύνδεση μεταξύ των δύο δυνάμεων μέσω της συμπεριφοράς των θεμελιωδών σωματιδίων, όπως το ηλεκτρόνιο. Ένα ηλεκτρόνιο έχει και μάζα και φορτίο. Όταν ένα ηλεκτρόνιο νιώθει τη βαρύτητα τότε το κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο του δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Και εάν χρησιμοποιήσετε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για να επιταχύνετε το ηλεκτρόνιο, τότε μετακινείται το βαρυτικό του πεδίο, που συνδέεται με τη μάζα του. Αλλά στις τέσσερις διαστάσεις ξέρουμε, ότι δεν μπορείτε να αλλάξετε τη δύναμη της βαρύτητας απλά με το να λυγίσετε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Από την άποψη του Heim για το χώρο και το χρόνο, αυτός ο περιορισμός εξαφανίζεται. Αυτός ισχυρίζεται ότι είναι δυνατό να μετατραπεί η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια σε βαρύτητα και το αντίστροφο, και σκέφτηκε ότι ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο θα μπορούσε να μειώσει την επίδραση της βαρύτητας σε ένα διαστημικό σκάφος αρκετά για να απογειωθεί.

Όταν παρουσίασε την ιδέα του στο κοινό το 1957, έγινε αμέσως μια γνωστή προσωπικότητα. Ο γνωστός γερμανός μηχανικός Wernher von Braun, που την εποχή εκείνη ήταν επικεφαλής του προγράμματος για την κατασκευή των πυραύλων Κρόνος και που αργότερα έστειλε τους αστροναύτες στο φεγγάρι, προσέγγισε τον Heim για την εργασία του και τον ρώτησε εάν οι ακριβοί πύραυλοι Saturn άξιζαν τον κόπο. Και σε μια επιστολή το 1964, ο γερμανός θεωρητικός φυσικός στη σχετικότητα Pascual Jordan, που είχε εργαστεί με διακεκριμένους φυσικούς, όπως τον Max Born και τον Werner Heisenberg ενώ ήταν μέλος της επιτροπής των Νόμπελ, είπε στον Heim ότι το σχέδιό του ήταν τόσο σημαντικό "που η επιτυχής πειραματική επεξεργασία του χωρίς αμφιβολία θα του έδινε το βραβείο Νόμπελ".

Αλλά όλη αυτά η προσοχή οδήγησε τον Heim να αποτραβηχτεί από τον κόσμο, γιατί πρώτον ήταν ανάπηρος από τότε που είχε ένα τρομακτικό ατύχημα στο εργαστήριο όταν ήταν ακόμα νέος. Αλλά και δεύτερον ο Heim ήταν απρόθυμος να αποκαλύψει τη θεωρία του χωρίς να υπάρχει ένα πείραμα για να την αποδείξει. Μάλιστα, δεν έμαθε ποτέ αγγλικά επειδή δεν θέλησε να αφήσει την εργασία του. Κατά συνέπεια, πολύ λίγοι άνθρωποι ήξεραν για την εργασία του και κανένας δεν βρήκε την απαραίτητη ερευνητική χρηματοδότηση. Το 1958 η αεροδιαστημική επιχείρηση Bolkow του πρόσφερε κάποια χρήματα, αλλά όχι και τόσα ώστε να κάνει το προτεινόμενο πείραμα.

Κι ενώ ο Heim περίμενε περισσότερα χρήματα ο διευθυντής της επιχείρησης, Ludwig Bolkow, τον ενθάρρυνε να αναπτύξει κι άλλο τη θεωρία του. Ο Heim κράτησε τις συμβουλές του, και ένα από τα αποτελέσματα αυτών ήταν ένα θεώρημα που οδήγησε σε μια σειρά τύπων για τον υπολογισμό των μαζών των θεμελιωδών σωματιδίων - μάλιστα κάτι συμβατικές θεωρίες έχουν αποτύχει εμφανώς να το πετύχουν. Περιέγραψε δε αυτήν την εργασία του το 1977 στο περιοδικό Zeitzschrift fur Naturforschung, του Ινστιτούτου Max Planck, τη μόνη εργασία του που εξετάστηκε από άλλους επιστήμονες. Με έναν δυσνόητο τρόπο που λίγοι φυσικοί μπορούν να την καταλαβαίνουν, οι μαθηματικές σχέσεις στην εργασία του βρίσκουν τη μάζα ενός σωματιδίου ξεκινώντας από άλλα φυσικά χαρακτηριστικά, όπως είναι το φορτίο και η στροφορμή του.

Ακόμα, η απόδειξη για το θεώρημα αυτό αποδείχθηκε εκπληκτικά ισχυρή. Το καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής, που γίνεται αποδεκτό γενικά ως η καλύτερη διαθέσιμη θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων, είναι ανίκανο να προβλέψει τη μάζα ενός σωματιδίου. Ακόμη και η αποδεκτή θεωρία που υπολογίζει τη μάζα θεωρητικά, το γνωστά ως κβαντικό χρωμοδυναμικό πλέγμα, φτάνουν μόνο μεταξύ του 1 και του 10 τοις εκατό των πειραματικών τιμών.

Μείωση της βαρύτητας

Αλλά το 1982, όταν οι ερευνητές στο γερμανικό επιταχυντή Σύγχροτρο Ηλεκτρονίων (DESY) στο Αμβούργο, εκτέλεσαν το θεώρημα για της μάζας του Heim, σε ένα πρόγραμμα υπολογιστών, αυτό μπόρεσε να υπολογίσει τις μάζες των θεμελιωδών σωματιδίων, που ταίριαζαν με τις τιμές που μετράμε με την ακρίβεια του πειραματικού λάθους. Από τους υπολογισμούς λοιπόν έχουμε την ακρίβεια που ξέρουμε τις τιμές των θεμελιωδών σταθερών. Δύο χρόνια μετά από το θάνατο του Heim το 2001, ο επί μακρόν συνεργάτης του Illobrand von Ludwiger υπολόγισε με μεγαλύτερη ακρίβεια τη συνάρτηση της μάζας χρησιμοποιώντας μια πιο ακριβή σταθερά της βαρύτητας . "Οι μάζες τότε βγήκαν ακόμα ακριβέστερες," λέει.

Μόλις δημοσίευσε τη συνάρτηση της μάζας, ο Heim ποτέ στην πραγματικότητα δεν εξέτασε την προώθηση του υπερχώρου πάλι. Αντίθετα, σε απάντηση των αιτημάτων που του έθεταν για περισσότερες πληροφορίες για τη θεωρία πίσω από τις προβλέψεις της μάζας, αυτός ξόδεψε όλο το χρόνο του απαριθμώντας τις ιδέες του σε τρία βιβλία που δημοσιεύθηκαν στα γερμανικά. Και μόνο το 1980, όταν πρόσεξε το πρώτο του βιβλίο ένας συνταξιούχος αυστριακός ανώτερος υπάλληλος των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, ο Walter Droscher, τότε η ιδέα της προώθησης στον υπερχώρο ξαναήρθε στην επικαιρότητα. Ο Droscher εξέτασε πάλι τις ιδέες του Heim και έφτιαξε μια "εκτεταμένη" έκδοση, ανασταίνοντας τις διαστάσεις, που αρχικά ο Heim είχε απορρίψει. Το αποτέλεσμα είναι ο χώρος Heim-Droscher, μια μαθηματική περιγραφή ενός κόσμου 8 διαστάσεων.

Από αυτόν, ισχυρίζεται ο Droscher, μπορείτε να παραγάγετε τις τέσσερις δυνάμεις που είναι γνωστές στη φυσική: τις βαρυτικές και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, καθώς και τις ισχυρές και ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις. Αλλά υπάρχει κάτι περισσότερο σε αυτό από αυτές. "Εάν η εικόνα του Heim έχει νόημα", λέει ο Droscher, "μπορούμε να θεωρήσουμε δύο πιο θεμελιώδεις δυνάμεις". Αυτές συσχετίζονται, αναφέρει ο Droscher, με τη γνωστή βαρυτική δύναμη: η μία είναι η απωστική βαρυτική δύναμη παρόμοια με τη σκοτεινή ενέργεια που εμφανίζεται σαν η αιτία της επιταχυνόμενης διαστολής του κόσμου. Και η άλλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιταχύνει ένα διαστημικό σκάφος χωρίς οποιαδήποτε καύσιμα σε πυραύλους.

Αυτή η δύναμη είναι ένα αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης της πέμπτης και της έκτης διάστασης του Heim με τις πρόσθετες διαστάσεις που εισήγαγε ο Droscher. Αυτή η δύναμη παράγει ζευγάρια "βαρυτοφωτονίων" (gravitophotons), τα σωματίδια που διαμεσολαβούν στην αλληλομετατροπή της ηλεκτρομαγνητικής και βαρυτικής ενέργειας. Ο Droscher συνεργάστηκε με Jochem Hauser, φυσικό και καθηγητή της πληροφορικής στο πανεπιστήμιο των εφαρμοσμένων επιστημών στο Σάλτζγκιτερ της Γερμανίας, για να μετατρέψει το θεωρητικό πλαίσιο σε πρόταση για μια πειραματική δοκιμή. Η εργασία που αυτοί παρήγαγαν, "Οδηγίες για μια διαστημική συσκευή προώθησης βασισμένη στην κβαντική θεωρία του Heim", είναι αυτή που κέρδισε το βραβείο του AIAA πέρυσι.

Οι ισχυρισμοί για τη δυνατότητα της "μείωσης της βαρύτητας" ή της αντι-βαρύτητας", που προκαλείται από μαγνητικά πεδία έχουν ερευνηθεί προηγουμένως από τη NASA (NewScientist, 12 Ιανουαρίου 2002). Αλλά ο Droscher επιμένει, ότι είναι κάτι το διαφορετικό. "Η θεωρία μας δεν είναι ενάντιο στη βαρύτητα. Είναι ένα απολύτως νέο πεδίο της επιστήμης με νέες ιδιότητες", λέει. Και αυτός και ο Hauser έχουν προτείνει ένα πείραμα για να το αποδείξουν.

Το πείραμα χρειάζεται ένα τεράστιο περιστρεφόμενο δακτύλιο που θα τοποθετηθεί πάνω από μια υπεραγωγική σπείρα για να δημιουργήσει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Με ένα αρκετά μεγάλο ρεύμα στη σπείρα, και ένα αρκετά μεγάλο μαγνητικό πεδίο, ο Droscher ισχυρίζεται ότι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μπορεί να μειώσει τη βαρυτική έλξη στο δακτύλιο στο σημείο που να επιπλέει ελεύθερο. Οι Droscher και Hauser λένε ότι για να αντιμετωπίσουν τελείως τη γήινη έλξη σε ένα διαστημικό σκάφος 150 τόνων απαιτείται ένα μαγνητικό πεδίο περίπου 25 Tesla. Αυτή η ένταση είναι 500.000 φορές την ισχύ του γήινου μαγνητικού πεδίου, υπάρχουν παλλόμενοι μαγνήτες που φθάνουν μέχρι και 80 Tesla. μάλιστα οι Droscher και Hauser πηγαίνουν παραπάνω. Με ένα γρήγορα περιστρεφόμενο δακτύλιο και ένα ακόμα ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο, τα βαρυτοφωτόνια (gravitophotons) θα αλληλεπιδρούσαν με τη συμβατική βαρύτητα για να παραγάγει την απωστική δύναμη ενάντιο στη δύναμη της βαρύτητας, όπως προτείνουν.

Ο Droscher είναι ασαφής για τις λεπτομέρειες, όμως προτείνει ότι ένα διαστημικό σκάφος μαζί με μια σπείρα και ένα δακτύλιο θα μπορούσε να ωθηθεί σε ένα πολυδιάστατο υπερχώρο. Εδώ οι σταθερές της φύσης θα μπορούσαν να είναι διαφορετικές, και ακόμη και η ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από αυτή που ξέρουμε. Εάν αυτό πράγματι συμβαίνει, θα ήταν δυνατό να επιτευχθεί ένα ταξίδι στον Άρη σε λιγότερο από 3 ώρες και σε ένα αστέρι που είναι 11 έτη φωτός μακριά μας σε μόνο 80 ημέρες, ισχυρίζονται οι Droscher και Hauser.

Αλλά είναι όλες αυτές φαντασιόπληκτες αηδίες, ή κάνουν μια επανάσταση; Η πλειοψηφία των φυσικών δεν έχει ακούσει ποτέ για τη θεωρία του Heim, και οι περισσότεροι από αυτούς που ρωτήθηκαν λένε ότι δεν θα μπορούσαν να κατανοήσουν από την περιγραφή των Droscher και Hauser της θεωρίας που κρύβεται πίσω από το προτεινόμενο πείραμά τους. Φυσικά η θεωρία του Heim θέλει ακόμα σκληρή δουλειά ακόμη και χωρίς την επέκταση του Droscher, λέει ο Markus Possel, ένας θεωρητικός φυσικός στο Ινστιτούτο Max Planck για τη φυσική της βαρύτητας στο Πότσνταμ. Αρκετά χρόνια πριν, όταν ήταν προπτυχιακός φοιτητής, στο πανεπιστήμιο του Αμβούργο, έριξε μια προσεκτική ματιά στη θεωρία του Heim και λέει ότι τον βρίσκει "κατά ένα μεγάλο μέρος ακατανόητο, και δύσκολο να ταιριάξει με τη σημερινή φυσική. Αυτό που απαιτείται είναι μια βαθμιαία εισαγωγή στις σύγχρονες φυσικές έννοιες", τονίζει.

Η γενική άποψη φαίνεται να είναι ότι η θεωρία των Droscher και Hauser είναι ελλιπής στην καλύτερη περίπτωση, και βεβαίως εξαιρετικά δύσκολο να επιτύχει. Και ενώ δεν έχει περάσει οποιαδήποτε κανονική μορφή επιστημονικής κριτικής, εξέπληξε τον κόσμο όταν το βραβείο AIAA πήγε σε αυτή τη θεωρία. "Φάνηκε να είναι αρκετά αναπτυγμένη και έτοιμη για μια τέτοια δημοσίευση", είπε ο Μικελλίδης.

Προς το παρόν, ο κύριος λόγος για να ληφθεί η πρόταση σοβαρά πρέπει να είναι η επιτυχής πρόβλεψη της αλλόκοτης θεωρίας του Heim για τη μάζα των σωματιδίων. Ίσως, η θεωρία του Heim πραγματικά έχει κάτι να συμβάλει στη σύγχρονη φυσική. "Από όσο το καταλαβαίνω, η θεωρία του Heim είναι έξυπνη", λέει ο Hans Theodor Auerbach, ένας θεωρητικός φυσικός στο ελβετικό ομοσπονδιακό ίδρυμα τεχνολογίας στη Ζυρίχη που δούλεψε με τον Heim. "Νομίζω ότι η φυσική θα πάρει αυτήν την κατεύθυνση στο μέλλον."

Μπορεί να απέχει πολύ προτού να ανακαλύψουμε εάν αυτή είναι σωστή. Στο παρόν σχέδιό του, το πείραμα των Droscher και Hauser απαιτεί μια μαγνητική σπείρα διαμέτρου αρκετών μέτρων ικανή να αντέξει μια τεράστια πυκνότητα ρεύματος. Οι περισσότεροι μηχανικοί λένε ότι αυτό δεν είναι εφικτό με τα υπάρχοντα υλικά και την τεχνολογία, αλλά ο Roger Lenard, ένας ερευνητής της διαστημικής προώθησης στα εθνικά εργαστήρια Sandia στο Νέο Μεξικό σκέφτεται ότι μπορεί να είναι δυνατό. Το Sandia έχει μια γεννήτρια των ακτίνων X γνωστή ως μηχανή Ζ που "θα μπορούσε πιθανώς να παραγάγει τις απαραίτητες εντάσεις του πεδίου καθώς και τις μεταβολές".

Προς το παρόν, εν τούτοις, ο Lenard θεωρεί τη θεωρία πάρα πολύ επισφαλή για να δικαιολογήσει τη χρήση της μηχανής Ζ. "Θα ενδιαφερόμουν πολύ για να χρησιμοποιήσω τις δυνατότητες του Sandia εάν θα μπορούσαμε να φτάσουμε σε μια οξυδερκέστερη εισαγωγή στα μαθηματικά που κρύβεται πίσω από το προτεινόμενο πείραμα", αναφέρει. "Ακόμα κι αν τα αποτελέσματα είναι αρνητικά, αυτό, στο μυαλό μου, είναι ένα επιτυχές πείραμα."

Πηγές: NewScientist, Wikipedia,

Φυγή στον υπερχώρο - Μήπως υπάρχει δυνατότητα για ταξίδια σε άλλη διάσταση;