Αφιερώστε λίγο χρόνο για να κάνετε ένα άλμα στον αέρα. Έχετε ποτέ σκεφτεί πόσο αξιοπρόσεκτο είναι το γεγονός ότι απαιτείται μια τόσο μικρή προσπάθεια για να σηκωθούμε λίγα εκατοστά από το έδαφος; Οι μικροκαμωμένοι μας μύες, με βάρος μόλις λίγα κιλά, μπορεί να ξεπεράσουν την βαρυτική δύναμη της Γης, και τα 6 × 1024 κιλά της. Η βαρύτητα πραγματικά είναι πολύ ασθενής – 1040 φορές πιο αδύνατη από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη που αναγκάζει τα άτομα να ενώνονται μαζί.
Αν και οι άλλες δυνάμεις δρουν σε διαφορετικές κλίμακες, και ανάμεσα σε πολύ διαφορετικά σωματίδια, αυτές φαίνεται να είναι πολύ ισχυρές και συγκρίσιμη η μία με την άλλη. Η βαρύτητα είναι όμως η μόνη απροσάρμοστη. Γιατί άραγε να συμβαίνει αυτό;
Μέχρι τώρα, η καλύτερη δυνατή εξήγηση προέρχεται από τη θεωρία χορδών, η πρώτη υποψήφια θεωρία για μια «θεωρία των πάντων”. Η θεωρία χορδών προβλέπει ότι το σύμπαν έχει περισσότερες από τις τρεις γνωστές χωρικές διαστάσεις και, ενδεχομένως, να είναι 10. Σύμφωνα με τις καλύτερες ιδέες των θεωρητικών των χορδών, η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη, διότι, σε αντίθεση με τις άλλες δυνάμεις, αυτή διαρρέει προς και από αυτές τις επιπλέον 10 διαστάσεις. Στον κόσμο μας παίρνουμε μια ελάχιστη μυρωδιά από την πραγματική ισχύ της βαρύτητας.
Η απόδειξη για αυτή την παράξενη άποψη θα μπορούσε να προέλθει μέσα από πειράματα, που θα δοκίμαζαν την βαρυτική έλξη μεταξύ αντικειμένων που να απέχουν πολύ μικρές αποστάσεις μεταξύ τους. Η θεωρία χορδών προτείνει ότι οι αθέατες διαστάσεις είναι κρυφές διότι είναι τυλιγμένες (κατσαρωμένες) σε πολύ μικρές διαστάσεις, ή βρίσκονται στην άκρη των διαστάσεων μας, με αποτέλεσμα να είναι δύσκολο να ανιχνεύσουμε την παρουσία τους. Αυτές οι συμπαγοποιημένες διαστάσεις θα μπορούσαν να μεταβάλουν τη βαρυτική έλξη μεταξύ δύο σωμάτων, εάν απέχουν πάρα πολύ λίγο μεταξύ τους. Έχουμε γίνει πειράματα σε αποστάσεις περίπου 0,06 χιλιοστά, αλλά απέτυχαν να δούνε οτιδήποτε μέχρι στιγμής.
Μία από τις μεγάλες μας ελπίδες είναι ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Σωματιδίων (Large Hadron Collider) στο CERN, θα μπορεί μας πει για ποιο λόγο η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη. “Ο σκοπός του LHC, λιγότερο ή περισσότερο, είναι να κατανοήσει αυτό το ζήτημα,” λέει η Lisa Randall του Πανεπιστημίου του Harvard.
Μολονότι δεν είναι πιθανό να πάρουμε πλήρη απάντηση, η υπόθεση για την βαρύτητα που κατοικεί σε επιπλέον, κρυφές διαστάσεις θα ενισχυθεί εάν ο επιταχυντής LHC έχει ενδείξεις για κάποια σωματίδια που ονομάζονται καταστάσεις Kaluza-Klein.
Αυτά έγιναν αντικείμενο διαξιφισμών από τη δεκαετία του 1930 καθώς οι θεωρητικοί προσπαθούσαν να ενοποιήσουν τον ηλεκτρομαγνητισμό και τη βαρύτητα. Οι καταστάσεις Kaluza-Klein προκύπτουν όταν γνωστά σωματίδια γλιστρούν σε μία επιπλέον διάσταση. Καθώς λοιπόν αυτά ‘κινούνται’ κάπου εκεί μέσα, δημιουργούν μια ‘ηχώ’ που θα εκδηλωθεί στον κόσμο μας σαν ένα βαρύτερο σωματίδιο.
Πηγή: New Scientist
Σχετικά άρθρα
1. Είναι δυνατή η ανίχνευση των βαρυτονίων;
2. Η βαρύτητα μπορεί να αναλάβει δράση εκεί όπου ή ύλη φοβάται να ακολουθήσει
3. Το κυνήγι για την πέμπτη δύναμη εστιάζεται στο σμήνος Bullet
———————————————————————————————————————————————-
Θεωρία Kaluza-Klein
Η ιδέα πως το σύμπαν μας μπορεί να έχει περισσότερες από τις τρείς οικείες χωρικές διαστάσεις είναι μία ιδέα που έχει εισαχθεί από τους Teodor Kaluza και Oscar Klein πενήντα χρόνια πριν τη διατύπωση της θεωρίας των χορδών. Στην γενική θεωρία της βαρύτητας ο Einstein εισήγαγε τις τέσσερις διαστάσεις μέσω της σύνδεσης χώρου και χρόνου. Ο Γερμανός μαθηματικός Kaluza αποφάσισε να διατυπώσει τις εξισώσεις του Einstein σε πέντε διαστάσεις, προσθέτοντας μία πέμπτη διάσταση στο χώρο. Το αποτέλεσμα ήταν ότι από τις εξισώσεις αυτές προέκυψαν οι συνηθισμένες τετραδιάστατες βαρυτικές εξισώσεις του Einstein και επιπλέον ένα άλλο σύνολο εξισώσεων για τον ηλεκτρομαγνητισμό του Maxwell.
Δηλαδή, μπορούμε να ενοποιήσουμε τη βαρυτική με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία στο επίπεδο των πέντε διαστάσεων. Και με αυτή την έννοια η ηλεκτρομαγνητική δύναμη δεν είναι μία ξεχωριστή δύναμη αλλά δρά σαν μία άλλη βαρυτική δύναμη. Η αδυναμία όμως της θεωρίας αυτής είναι η επιπλέον μία διάσταση καί μάλιστα μη παρατηρήσιμη.
Ο Σουηδός φυσικός Oscar Klein το 1926 έδωσε την εξής απάντηση γιατί δεν παρατηρούμε την πέμπτη διάσταση. Γιατί απλούστατα είναι πολύ μικρή και βασικά αόρατη. Σαν παράδειγμα ανέφερε ότι από μακριά ένας σωλήνας ποτίσματος φαίνεται σαν ένα μακρύ αντικείμενο μιάς διάστασης, όμως από κοντά αποκτάει μία επιπλέον διάσταση.
Έτσι και στον τρισδιάστατο χώρο ότι θεωρούμε σημείο στην πραγματικότητα είναι ένας λεπτός κύκλος γύρω από την τέταρτη χωρική διάσταση. Δεν βλέπουμε όμως τους κύκλους λόγω των εξαιρετικά μικρών διαστάσεων που έχουν. Εξαρτάται λοιπόν από την κλίμακα που χρησιμοποιούμε, αν είμαστε μακρυά βλέπουμε ένα σημείο, αν είμαστε κοντά τότε παρατηρούμε ένα μικρό κύκλο γύρω από μία επιπλέον διάσταση του χώρου. Αυτή είναι η βασική ιδέα για την ενοποίηση ηλεκτρομαγνητικών και βαρυτικών δυνάμεων των Kaluza-Klein.
Ο Klein μπόρεσε να υπολογίσει την περιφέρεια αυτών των κύκλων χρησιμοποιώντας το φορτίο του ηλεκτρονίου και την ισχύ των βαρυτικών δυνάμεων μεταξύ των σωματιδίων. Έτσι βρέθηκε το μήκος της ίσο με 10-30 cm. ή 1017 φορές μικρότερο από το μέγεθος του πυρήνα. Οι διαστάσεις αυτές είναι απαγορευτικές κι έτσι η θεωρία αυτή παρέμεινε μία παράξενη μαθηματική κατασκευή για τουλάχιστον πενήντα χρόνια.
Στο σχήμα φαίνεται ένα Σύμπαν με εκτεταμένες διαστάσεις (δύο δείχνονται) και συγχρόνως καμπύλες διαστάσεις (δύο δείχνονται).
Μία αξιοσημείωτη ιδιότητα αυτών των θεωριών είναι πως το ακριβές μέγεθος, σχήμα, αριθμός των οπών κλπ, σε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις καθορίζουν ιδιότητες όπως είναι οι μάζες και τα ηλεκτρικά φορτία των ‘στοιχειωδών’ φορτίων.
Leave a Comment