|
|
|
Τι είναι οι Κοσμικές Χορδές;Συχνές Ερωτήσεις, Μάρτιος 2008 |
|
Πρόκειται για μονοδιάστατα δηλαδή γραμμικά αντικείμενα, τα οποία σχηματίζονται όταν σπάει μια αξονική ή κυλινδρική συμμετρία. Οι χορδές μπορούν να συσχετίζονται με τις μεγάλες θεωρίες ενοποίησης (GUT) της σωματιδιακής φυσικής, ή μπορούν να σχηματιστούν κατά τις ηλεκτρασθενείς αλληλεπιδράσεις. Είναι πολύ λεπτές και μπορούν να εκταθούν κατά μήκος του ορατού σύμπαντος. Μια τυπική χορδή σύμφωνα με τις θεωρίες GUT, έχει πάχος μικρότερο κατά ένα τρισεκατομμύριο φορές από την ακτίνα του ατόμου του υδρογόνου.
Η θεωρία των κοσμικών χορδών λέει πως δημιουργήθηκαν αμέσως κατά τον πληθωρισμό (από το αυτόματο σπάσιμο της βαθμίδας), στη χρονική περίοδο 10-35 έως 10-32 του 1ου δευτερολέπτου μετά την Έκρηξη. Την εποχή εκείνη η ύπαρξη του ψευδοκενού άφησε τεράστιες μακρόστενες "θηλιές" ή κοσμικές χορδές με υπερβολικά συμπιεσμένη ύλη και ενέργεια. Το σημερινό τους μήκος αν υπάρχουν βέβαια ακόμη θα πρέπει να είναι εκατομμύρια έτη φωτός. Η ύπαρξή τους δικαιολογεί κατά τους φυσικούς και την ακανόνιστη κατανομή της μάζας στο σύμπαν, όπως και την κύρια αιτία του σχηματισμού των σμηνών των γαλαξιών. Μπορούν επίσης οι κοσμικές χορδές να δημιουργήσουν φαινόμενα και βαρυτικών φακών. Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, για τα πρώτα 10 - 43 δευτερόλεπτα της ζωής του Κόσμου, όλες οι δυνάμεις της φύσης ήταν ενωμένες με τη μορφή μιας υπερδύναμης. Ο Κόσμος τότε ήταν όλο ενέργεια, δεν υπήρχε καμιά ύλη. Οι φυσικοί την ονομάζουν κατάσταση συμμετρίας. Στις επόμενες απειροελάχιστες στιγμές εμφανίστηκαν οι μεμονωμένες δυνάμεις -- πρώτη η βαρύτητα, έπειτα η ισχυρή πυρηνική δύναμη -- τελειώνοντας έτσι την κατάσταση της συμμετρίας. Εντός λίγων λεπτών σχηματίστηκαν τα στοιχειώδη σωμάτια και οι ατομικοί πυρήνες. Όμως πέρασαν άλλα 700.000 χρόνια για να μορφοποιηθούν τα πρώτα άτομα. Οι πρώτες θεωρίες πρότειναν ότι η ύλη άρχισε να συσσωρεύεται μαζί μόλις ψύχθηκε το σύμπαν, διαμορφώνοντας τελικά τα αστέρια και τους γαλαξίες. Αλλά αυτό δεν φαινόταν σωστό σε μερικούς επιστήμονες. Δεν υπήρχε πραγματικά αρκετός χρόνος για να συμβούν όλα αυτά. Επίσης, η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου που ανακαλύφθηκε το 1965, μελέτησε μια εικονική ηχώ του big bang, και ήταν απολύτως ομοιόμορφη σε όλο τον ουρανό, αποκλείοντας έτσι την άποψη ότι οι ανωμαλίες στο αρχικό big bang θα μπορούσαν να ήταν η αιτία για την κατανομή της ύλης. Γιατί τότε το σύμπαν είναι τόσο αντιφατικό και ασύμβατο, με μερικές θέσεις γεμάτες με ύλη και άλλες προφανώς κενές; Το 1976, ο φυσικός Thomas Kibble εργαζόταν στα μαθηματικά μοντέλα των απειροελάχιστων κλασμάτων του πρώτου δευτερολέπτου όταν οι μεμονωμένες δυνάμεις αποκτούσαν τη μορφή τους έξω από από την "υπερδύναμη". Το μοντέλο του πρότεινε ότι η γρήγορη ψύξη μετά από την Μεγάλη Έκρηξη προκάλεσε ρωγμές που ήταν σαν χορδές -- όχι αντίθετες από τις ρωγμές που σχηματίζονται στον πάγο όταν παγώνει το νερό. Ο Kibble τα περιέγραψε αυτά ως λεπτά σκέλη (λεπτότερα και από το πρωτόνιο) με πολύ συγκεντρωμένη την υλοενέργεια. Αυτές οι κοσμικές χορδές θα μπορούσαν να τεντωθούν στο μήκος του σύμπαντος. Ενώ ένα κομμάτι αυτής της χορδής μήκους μόνο 1,6 χιλιομέτρων θα ζύγιζε περισσότερο από τη Γη. ’λλοι φυσικοί έχουν κι άλλες απόψεις για τις κοσμικές χορδές: Λένε λοιπόν πως αυτή η συμμετρία υπάρχει ακόμα μέσα στις χορδές. Ότι οι χορδές ξετυλίγονται όταν δονήσεις αναγκάζουν μέρος της χορδής να σπάσει απότομα, γι αυτό και σήμερα μπορούν να υπάρξουν χορδές οποιουδήποτε μεγέθους. Θεωρείται ότι οι χορδές ταλαντεύονται κοντά στην ταχύτητα του φωτός και εκπέμπουν κύματα βαρύτητας (που προβλέπονται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας), προκαλώντας κυματισμούς στον χωροχρόνο. Έχουν δε μια πεπερασμένη διάρκεια ζωής, δεδομένου ότι με την δόνηση και με την εκπομπή ενέργειας, εξαφανίζονται τελικά. Ίσως δε να μην έμεινε καμιά κοσμική χορδή στο σύμπαν. Σε κάθε άλλη περίπτωση αυτές θα διασκορπίζονταν παντού μέσα στο σύμπαν. Σχηματισμός των μεγάλων συγκεντρώσεων της ύλης Φαίνεται ότι οι κοσμικές χορδές θα μπορούσαν να λύσουν κάποιες από τις ερωτήσεις για το πώς προήλθε ένα ανώμαλο (μη ομοιόμορφο) σύμπαν από ένα ομοιόμορφα διαστελλόμενο πλάσμα. Οι χορδές λοιπόν θα μπορούσαν να είναι μια μορφή σκοτεινής ύλης που προσέλκυσε ύλη σε μεγάλη ποσότητα ώστε να συγκολληθεί μαζί. ’λλα παράξενα πράγματα στον Κόσμο, όπως οι μακριές ομάδες γαλαξιών σαν ένα εκτεταμένο φύλλο ή ο "Μεγάλος Ελκυστής", προς τον οποίες ο Γαλαξία μας και άλλοι γαλαξίες φαίνεται να έλκονται, καθώς επίσης και οι τεράστιες εκτάσεις του κενού, μπορούν να εξηγηθούν από τα πεδία βαρύτητας ή τα μαγνητικά πεδία που προκαλούνται από τις κοσμικές χορδές. Γνωρίζουμε ότι όταν η ηλικία του σύμπαντος ήταν κοντά στο ένα εκατομμύριο κάτω από την επίδραση της βαρύτητας το ομογενές Σύμπαν άρχισε να σπάει σε κομμάτια, όπου εκεί μέσα άρχισε να συμπυκνώνεται το υδρογόνο, γύρω από τα πρωταρχικά "ραγίσματα" του χωροχρόνου όπως τα περιέγραψε ο Kibble, και που είχαν κρυσταλλοποιηθεί στη διάρκεια των πρώτων κλασμάτων του δευτερόλεπτου, σχηματίζοντας έτσι τους "σπόρους" που έγιναν αργότερα γαλαξίες.
Πιστεύεται λοιπόν
ότι η αρχέγονη διάσπαση των αερίων, που αποτελούσαν το πρώιμο σύμπαν,
σε κομμάτια για τη δημιουργία των πρώτων γαλαξιών οφείλεται στις κοσμικές χορδές.
Οι κοσμικές αυτές χορδές επειδή πάλλονταν με ρυθμό που πλησίαζε την ταχύτητα του
φωτός δημιουργούσαν βαρυτικά κύματα. Τα τελευταία θα μπορούσαν με
διαφόρους τρόπους να απωθήσουν τα αέρια του σύμπαντος και να τα υποχρεώσουν
να δημιουργήσουν σε ορισμένες περιοχές μεγάλες συγκεντρώσεις ύλης, ενώ σε άλλες
σφαιρικές περιοχές δεν απέμεινε σχεδόν καθόλου ύλη. Θα μπορούσαν, επίσης,
οι κοσμικές αυτές χορδές να παίξουν το ρόλο του "μαγνήτη" ή της
σκοτεινής ύλης που
προσελκύει την ύλη γύρω τους σχηματίζοντας τεράστια νέφη αερίων. |
Ένα εκατοστό μιας τέτοιας χορδής υπολογίζεται να ζυγίζει περί
τα 4*1012 κιλά. Σαν
αποτέλεσμα αυτής της τρομερής πυκνότητας είναι να δημιουργεί μεγάλα βαρυτικά
πεδία, που αναγκάζουν τις χορδές σχήματος βρόχου να ταλαντώνονται με ταχύτητες
κοντά με αυτήν του φωτός. Οι ταλαντώσεις αυτές, σύμφωνα με τον δημιουργό της
θεωρίας, δημιουργούν βαρυτικά κύματα που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.