Θεωρίες φυσικής

5 αδύνατα φαινόμενα που φαίνεται να επιτρέπουν τελικά οι νόμοι της φυσικής

Written by Δ.Μ.

Μία από τις πιο διάσημες προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι οι “σκουληκότρυπες”, δηλαδή δομές στο σύμπαν που επιτρέπουν το ταξίδι στον χρόνο, συνδέοντας διαφορετικές περιοχές του χώρου και του χρόνου. Μέχρι σήμερα, βέβαια, δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξή τους, ενώ οι φυσικοί διαφωνούν για το κατά πόσο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν όντως σαν χρονομηχανές.

Share

Οι σκουληκότρυπες

Μία από τις πιο διάσημες προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι οι “σκουληκότρυπες”, δηλαδή δομές στο σύμπαν που επιτρέπουν το ταξίδι στον χρόνο, συνδέοντας διαφορετικές περιοχές του χώρου και του χρόνου.  Μέχρι σήμερα, βέβαια, δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξή τους, ενώ οι φυσικοί διαφωνούν για το κατά πόσο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν όντως σαν χρονομηχανές.

star-trek

Οι “σκουληκότρυπες” και η λειτουργία τους δεν είναι η μόνη θεωρητική πρόβλεψη που κινείται στη λεπτή διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στο τι είναι δυνατό και αδύνατο, με βάση την επιστήμη. Αντίθετα, υπάρχουν και άλλα φαινόμενα, “αδύνατα” εκ πρώτης όψεως, που φαίνεται τελικά να επιτρέπονται από τους νόμους της φυσικής.

Το αεικίνητο

Η ιδέα μηχανών που θα παρέμεναν συνεχώς σε κίνηση, και έτσι θα επιτελούσαν μία σειρά από χρήσιμες εργασίες χωρίς να χρειάζονται ενέργεια από κάποια εξωτερική πηγή, χρονολογείται από την εποχή του Λεονάρντο ντα Βίντσι. Τα “αεικίνητα” (όπως ονομάζονται αυτές οι μηχανές) μακροσκοπικών διαστάσεων αντιβαίνουν σε πολλούς νόμους της φυσικής, όπως για παράδειγμα τους νόμους της θερμοδυναμικής.

Ωστόσο, ο Νομπελίστας φυσικός Frank Wilczek, από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, προέβλεψε από το 2012 την ύπαρξη των “χρονοκρυστάλλων”, δηλαδή υλικών στα οποία τα άτομα ακολουθούν μοτίβα που δεν επαναλαμβάνονται στον χώρο, αλλά στον χρόνο.

Πιο συγκεκριμένα, σε έναν χρονοκρύσταλλο, τα άτομα δεν καταλήγουν σε μία κατάσταση θερμικής ισορροπίας, στην οποία όλα έχουν την ίδια ποσότητα θερμικής ενέργειας. Έτσι, κάποια ιδιότητά τους ,όπως η φορά περιστροφής τους (σπιν), μεταβάλλεται περιοδικά και συγχρονισμένα, χωρίς την κατανάλωση ενέργειας από κάποια εξωτερική πηγή.

Η πρόβλεψη του Wilczek επιβεβαιώθηκε πειραματικά μόλις τον περασμένο Μάρτιο, όταν Αμερικανοί επστήμονες συνέθεσαν τον πρώτο χρονοκρύσταλλο. Αν και μία τέτοια “μηχανή” δεν πρόκειται να έχει τις πρακτικές εφαρμογές που είχαν στο μυαλό τους όσοι οραματίζονταν το “αεικίνητο” εδώ και αιώνες, είναι πιθανό στην πορεία να αξιοποιηθεί για την αποθήκευση ή τη μεταφορά δεδομένων σε κβαντικούς υπολογιστές.

Τηλεμεταφορά

Έχετε ποτέ φανταστεί να “ταξιδεύετε” ακαριαία από ένα σημείο σε κάποιο άλλο; Αν και ακούγεται παράδοξο, οι νόμοι της φυσικής δεν απαγορεύουν μία τέτοια δυνατότητα. Μάλιστα, στο βιβλίο του Physics of the Impossible, ο διάσημος φυσικός Michio Kaku χαρακτήριζε την τηλεμεταφορά ως “Αδυνατότητα Τάξης 1”, κάτι που σημαίνει πως είναι εφικτή τεχνικά, ενώ μάλιστα γίνει πραγματικότητα κατά τη διάρκεια της ζωής μας.

Για την ακρίβεια, ήδη υπάρχουν συσκευές τηλεμεταφοράς, αν και μόνο για υποατομικά σωματίδια. Αυτές οι συσκευές βασίζονται στην κβαντική διεμπλοκή (quantum entanglement). Αν και το φαινόμενο αυτό επινοήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, για να δείξει πως δεν μπορεί να ευσταθεί η κβαντική φυσική, στην πορεία αποδείχθηκε πειραματικά.

Μέσω της κβαντικής διεμπλοκής, μπορούν να μεταφερθούν ακαριαία οι κβαντικές καταστάσεις υποατομικών σωματιδίων και οι πληροφορίες που αυτά κωδικοποιούν. Τα ρώτα ανάλογα πειράματα έγινεαν το 1997, “τηλεμεταφέροντας” την κβαντική κατάσταση ενός φωτονίου σε απόσταση μερικών δεκάδων εκατοστών. Σήμερα, το ρεκόρ τηλεμεταφοράς αγγίζει τα 100 χιλιόμετρα.

Μανδύες αορατότητας

Η ιδέα ενός μανδύα που κάνει αόρατο το αντικείμενο ή το σώμα που καλύπτει, διαδόθηκε τα τελευταία χρόνια μέσα από τα βιβλία με ήρωα τον Χάρι Πότερ. Ωστόσο, το φαινόμενο αυτό δεν ανήκει αποκλειστικά στη σφαίρα της φαντασίας, χάρις σε μία κατηγορία υλικών που ονομάζονται μεταϋλικά.

Η αρχή πίσω από τη λειτουργία τους είναι απλή: για να δούμε ένα αντικείμενο, το φως που πέφτει πάνω του ανακλάται προς τέτοιες διευθύνσεις, ώστε να φτάσει στα μάτια μας. Στην περίπτωση όμως, των μεταϋλικών, τα οποία έχουν συντεθεί στο εργαστήριο, το φως εκτρέπεται με διαφορετικό τρόπο από κάθε φυσικό αντικείμενο.

Τα πρώτα μεταϋλικά παρασκευάσθηκαν το 2000, ενώ σύντομα αναπτύχθηκαν οι πρώτες “συσκευές αορατότητας”. Πρόσφατα αποδείχθηκε αδύνατη η εφαρμογή της ιδέας σε αντικείμενα καθημερινών διαστάσεων, αν και πάλι θα μπορούν να εκτραπούν μακριά από το οπτικό πεδίο του παρατηρητή συγκεκριμένα μήκη κύματος, με συνέπεια να βλέπει αυτός το αντικείμενο με αλλόκοτο χρώμα ή πιο ευδιάκριτο.

Αρνητικές θερμοκρασίες

Η θερμοκρασία του απόλυτου μηδενός, η οποία ισούται περίπου με -273°C, υποτίθεται πως αποτελεί ένα απόλυτο όριο στο σύμπαν – όπως, για παράδειγμα, και η ταχύτητα του φωτός. Ο λόγος είναι πως αντιστοιχεί στη θερμοκρασία όπου τα άτομα σταματούν πλήρως τη θερμική τους κίνησης.

Επομένως, το λογικό είναι πως δεν μπορεί να υπάρξει μικρότερη θερμοκρασία. Για την ακρίβεια, μάλιστα, φυσικοί φέτος απέδειξαν πως ούτε καν το απόλυτο μηδέν είναι επιτεύξιμο.

Στην πραγματικότητα, ωστόσο, μπορεί κανείς να “ψύξει” ένα υλικό σε ακόμη μικρότερη θερμοκρασία, υπερπηδώντας αυτό το όριο. Ο λόγος είναι πως, στο πλαίσιο της θερμοδυναμικής, η θερμοκρασία είναι ένα μέτρο της τάξης: σε όσο μεγαλύτερη τάξη βρίσκεται ένα υλικό, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του.

Έτσι, το 2013, φυσικοί από το πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου παρέκαμψαν αυτό το όριο. “Έψυξαν” ένα σύνολο ατόμων σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν και στη συνέχεια αύξησαν την οργάνωσή τους. Έτσι, από τεχνική άποψη, πέτυχαν ακόμη μικρότερη θερμοκρασία.

Η ιδέα αυτή δεν έχει ιδιαίτερες εφαρμογές, ώστε ίσως αποδειχθεί χρήσιμη στη μελέτη της σκοτεινής ύλης, του μυστηριώδους “υλικού” που κατακλύζει το σύμπαν, χωρίς ακόμη να έχει ανιχνευθεί ποτέ ή να υπάρχει κάποια ένδειξη για τη φύση του.

Συνδυασμός ύλης με αντιύλη

Κανονικά, όταν η ύλη έρχεται σε επαφή με την αντιύλη, τότε εξαυλώνονται και οι δύο, παράγοντας φωτόνια. Επομένως, ένα ερώτημα είναι πως το σύμπαν πήρε τη σημερινή του μορφή, αφού υποτίθεται πως με τη Μεγάλη Έκρηξη δημιουργήθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, με συνέπεια από τις συγκρούσεις τους το μόνο συμπαντικό “συστατικό” να έπρεπε να είναι η ενέργεια που έχει παραχθεί.

Ωστόσο, εντελώς παράδοξα, ένα είδος ύλης φαίνεται πως αποτελεί και αντιύλη. Ο λόγος για τα φερμιόνια Μαγιοράνα (Majorana fermions), τα οποία φαίνεται πως αποτελούν και τα αντισωματίδιά τους, με συνέπεια να αυτο-εξαϋλώνονται υπό τις κατάλληλες συνθήκες.

Οι φυσικοί μάλιστα υποπτεύονται πως το ίδιο ισχύει και στα νετρίνα, αν και ωστόσο στην πορεία αποδείχθηκε πως η πιθανή αυτο-εξαϋλωσή τους είναι από τα πιο σπάνια φαινόμενα στο σύμπαν, συμβαίνοντας μία φορά σε 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων χρόνια.

 NewScientist και εδώ

About the author

Δ.Μ.

Share