1o, 2ο, 3ο

Δεν υπάρχει τίποτα σίγουρο σε αυτόν τον κόσμο, έγραψε κάποτε ο ιδρυτής των ΗΠΑ Benjamin Franklin, εκτός από το θάνατο και τους φόρους. Ως επιστήμονας ο Franklin θα μπορούσε να έχει προσθέσει και μία τρίτη αναπόδραστη δύναμη: την βαρύτητα, το αόρατο χέρι που συγκρατεί τα πόδια μας στο έδαφος.

Η βαρύτητα είναι μια παγκόσμια δύναμη. Δεν είναι μόνο για να μας κρατάει όρθιους, κρατά σε τροχιά τη Γη γύρω από τον ήλιο, τον Ήλιο να ταλαντώνεται γύρω από το κέντρο του Γαλαξία, τον Γαλαξία μας να χορεύει γύρω από τους γείτονές του, και ούτω καθεξής, προς τα πάνω. Είναι στην πραγματικότητα η πιο ασθενής από τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης, αλλά δεδομένου ότι οι άλλες τρεις - ηλεκτρομαγνητική, ισχυρή και ασθενής πυρηνική δύναμη- απελευθερώνουν την πλήρη ισχύ τους μόνο σε ατομικές και πυρηνικές κλίμακες, η βαρύτητα διατηρεί την ισχύ της σε όλες τις γωνιές του Κόσμου. Όπου και να βρεθούν δύο σώματα με μάζα, και ανεξάρτητα από το μέγεθός τους, θα αισθάνονται την βαρύτητα με τον ίδιο ακριβώς τρόπο.

Ή μήπως όχι; Ο Justin Khoury, στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, μαζί με τους Niayesh Afshordi και Ghazal Geshnizjani του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Waterloo του Οντάριο, δεν είναι και τόσο βέβαιοι γι αυτό. Έχουν απαριθμήσει μια σειρά από κοσμολογικές παρατηρήσεις που δεν μπορούν εύκολα να εξηγηθούν με ένα νόμο της βαρύτητας ενιαίο για όλες τις αποστάσεις. Κανένα από αυτά τα αποτελέσματα από μόνα τους, τονίζουν, δεν δείχνει κατ 'ανάγκη ότι κάτι δεν πάει καλά. Αλλά περιέργως, όλες αυτές οι δυσκολίες εξαφανίζονται αν κάνετε μία υπόθεση, αν και αμφιλεγόμενη: ότι το πως λειτουργεί η βαρύτητα εξαρτάται από την κλίμακα μέσα στην οποία την κοιτάζετε.

Εάν είναι σωστή αυτή η άποψη τότε έχει μεγάλες συνέπειες. Σύμφωνα με τη θεωρία, αυτή η μεταβλητή βαρύτητα θα μας δώσει την πρώτη αχτίδα για άλλες χωρικές διαστάσεις πέραν των γνωστών τριών - οι οποίες είναι απείρως μεγάλες, και που όμως παραμένουν πάντα κλειστές για μας. Ο Khoury αναγνωρίζει ότι μοιάζει εκκεντρικός με αυτά που υποστηρίζει. Αλλά όσο οι παρατηρησιακές ανωμαλίες δεν έχουν εξηγηθεί, υπάρχει η αίσθηση πως η ιδέα αυτή δεν θα πρέπει να απορριφθεί από χέρι.

"Η εργασία είναι αξιόπιστη, αν και κάπως αισιόδοξη", λέει ο David Spergel, ένας αστροφυσικός στο πανεπιστήμιο του Princeton. Και περιέργως, η θεωρία αυτή κάνει προβλέψεις που μπορούμε να δοκιμάσουμε: έτσι, αν υπάρχουν κρυφές διαστάσεις μπροστά στη μύτη μας, θα πρέπει σύντομα να το αποδείξουμε.

Η βαρύτητα του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν

Η βαρύτητα είναι μια γνωστή, αλλά ακόμη βαθιά μπερδεμένη δύναμη. Η ιστορία της είναι συνδεδεμένη με δύο από τα μεγαλύτερα ονόματα στην φυσική, τον Ισαάκ Νεύτωνα και τον Αλβέρτο Αϊνστάιν. Το 1687, ο Νεύτωνας δημοσίευσε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, που δηλώνει ότι δύο αντικείμενα αισθάνονται μια ελκτική δύναμη που αυξάνεται με την μάζα και μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης τους. της μορφής  1/r².

Σε αυτή την απλή σχέση ενσωματώνεται η κίνηση των πλανητών, η κίνηση μιας οβίδας και η πτώση ενός μήλου - όλα σε ένα συνοπτικό τύπο. Ωστόσο, ο Νεύτωνας δυσκολεύτηκε πολύ για να εξηγήσει τη φύση μιας δύναμης που φαίνεται να μεταφέρεται ακαριαία, και με αλάνθαστη ακρίβεια, στον κενό χώρο. Έπρεπε να φτάσει το 1915, ώσπου ο Αϊνστάιν να διατυπώσει τη Γενική Θεωρίας της Σχετικότητας, για να βρεθεί μια πειστική απάντηση.

Σύμφωνα με την Γενική Σχετικότητα, το βάρος οφείλεται στο γεγονός ότι τα αντικείμενα με μάζα ή ενέργεια στρεβλώνουν τον χωρόχρονο γύρω τους, αναγκάζοντας άλλα αντικείμενα να πέφτουν πάνω τους. Δουλεύοντας με τα μαθηματικά της νέας θεωρίας, έγινε σαφές ότι η ο παγκόσμιος νόμος του αντιστρόφου του τετραγώνου του Νεύτωνα χρειαζόταν ρύθμιση όταν ασχολείται με ιδιαίτερα μεγάλες μάζες ή σώματα που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα. Με αυτές τις τροποποιήσεις, μπορούμε να προβλέψουμε τις επιπτώσεις της βαρύτητας από την πιο μικρή κλίμακα μέχρι την κλίμακα του ηλιακού συστήματος με εκπληκτική ακρίβεια.

Έτσι αν η πιο πάνω θεωρία δεν ράγισε, γιατί να προσπαθούμε να την διορθώσουμε; Το πρόβλημα είναι ότι η γενική σχετικότητα είναι ασυμβίβαστη με τις τελευταίες κβαντικές θεωρίες που περιγράφουν τη φύση των τριών άλλων δυνάμεων. Αυτές οι θεωρίες λένε ότι οι δυνάμεις μεταδίδονται μέσω μιας συνεχής ανταλλαγής σωματιδίων. Αναλόγως λοιπόν, και η βαρύτητα θα πρέπει να διαβιβάζεται από σώμα σε σώμα με ένα σωματίδιο γνωστό ως βαρυτόνιο. Η Γενική Σχετικότητα, δεν επιτρέπει μια τέτοια δυνατότητα, και έτσι οι φυσικοί επιδιώκουν ένα μεγάλο θεωρητικό πλαίσιο που θα ενώσει τη βαρύτητα και την κβαντική θεωρία σε μια "θεωρία των πάντων".

Τα φωτόνια της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου

Και αν σας ενδιαφέρει να εξετάσουμε τις πολύ μεγάλες κοσμικές κλίμακες, δεν υπάρχει έλλειψη ενδείξεων ότι κάτι δεν πάει καλά με τη βαρύτητα εκεί πέρα. Πάρτε την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, για παράδειγμα. Αυτή αποτελείται από φωτόνια που έχουν επιταχυνθεί προς εμάς από όλες τις πλευρές, από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης πριν 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Στον δρόμο τους, αυτά τα φωτόνια περνούν από μεγάλες ομάδες γαλαξιών, κερδίζοντας ενέργεια καθώς διέρχονται από αυτά τα σμήνη και την χάνουν πάλι, καθώς βγαίνουν από το άλλο άκρο. Τα δύο αυτά αποτελέσματα θα πρέπει να εξουδετερώνονται.

Ή τουλάχιστον αυτό θα είχε γίνει μέχρι να εμφανιστεί η σκοτεινή ενέργεια μερικά δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτός ο τύπος της απωστικής βαρύτητας είναι η καλύτερη εξήγηση που έχουμε για τον λόγο που η διαστολή του σύμπαντος φαίνεται να επιταχύνεται κατά τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια. Ένα από τα αποτελέσματά της σκοτεινής ενέργειας είναι να μειώσει τη βαρυτική έλξη ενός γαλαξία στον χρόνο που θέλει ένα φωτόνιο να περάσει μέσα από αυτό, γι αυτό το φωτόνιο εξέρχεται χωρίς να χάσει το σύνολο της ενέργειας που απέκτησε κατά την διαδρομή του μέσα στο σμήνος. Αυτό σημαίνει ότι κάποια φωτόνια που φθάνουν σε μας θα πρέπει να είναι απροσδόκητα καυτά (μεγαλύτερης ενέργειας). Αλλά αν αυτό είναι αλήθεια, τότε υπάρχει και ένα μικρό πρόβλημα: το ενεργειακό τους κέρδος είναι δύο φορές μεγαλύτερο από αυτό που μπορεί να εξηγήσει από μόνη της η χρησιμοποίηση της σκοτεινής ενέργειας.

Πηγή: New Scientist

1o, 2ο, 3ο