Τι είναι ο βαρυτομαγνητισμός;

Συχνές Ερωτήσεις, Μάιος 2004

Ο βαρυτομαγνητισμός παράγεται από τα αστέρια και τους πλανήτες όταν περιστρέφονται. Είναι φαινόμενο παρόμοιο στη μορφή με το μαγνητικό πεδίο που παράγεται όταν περιστρέφεται μια φορτισμένη σφαίρα. Αντικαταστήστε το φορτίο με τη μάζα και ο μαγνητισμός γίνεται βαρυτομαγνητισμός.

Μπορεί να μην αισθανόμαστε το βαρυτομαγνητισμό στην καθημερινή μας ζωή, αλλά σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν της Γενικής Σχετικότητας είναι πραγματικό. Όταν ένας πλανήτης ή ένα αστέρι ή μια μαύρη οπή ή οποιοδήποτε μεγάλο αστρονομικό αντικείμενο περιστρέφεται, σύρει το χώρο και το χρόνο γύρω του, μια ενέργεια που είναι γνωστή ως "Frame Dragging". Το χωροχρονικό 'ύφασμα' συστρέφεται όπως μια δίνη. Ο μεγαλύτερος φυσικός του 20ου αιώνα μας λέει ότι ενώ η βαρυτική δύναμη οφείλεται στην κάμψη του χωρόχρονου, η "συστροφή" είναι ο βαρυτομαγνητισμός.

Τι μπορεί να κάνει ο βαρυτομαγνητισμός;

Μπορεί να κάνει να κλονιστούν οι άξονες της τροχιάς των δορυφόρων και θα προκαλούσε ταλάντευση ένα γυροσκόπιο που θα βρεθεί σε τροχιά γύρω από τη Γη. Αλλά και τα δύο φαινόμενα είναι μικρά και δύσκολο να μετρηθούν.

Εδώ και χρόνια οι επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να ανιχνεύσουν τη μετάπτωση των δορυφορικών τροχιών λόγω βαρυτομαγνητισμού. Έτσι αρχικά χρησιμοποίησαν δύο δορυφόρους (Laser Geodynamic Satellites), το LAGEOS Ι & το LAGEOS ΙΙ, δύο σφαίρες διαμέτρου 60 εκατοστών, που στερεώθηκαν με κάτοπτρα. Οι ερευνητές βρήκαν μια μικρή μετάπτωση συνεπή (κατά 20%) προς το βαρυτομαγνητισμό.

Ο χωρόχρονος συστρέφεται γύρω από τη Γη.

Το 1976, εκτοξεύτηκε ο Gravity Probe Α για να επιβεβαιώσει ορισμένες πτυχές της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας και πριν ένα μήνα (20 Απριλίου 2004) εκτοξεύτηκε από τη NASA ο διάδοχος δορυφόρος του: ο Gravity Probe Β. Κατασκευάστηκε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, της NASA και της Lockheed Martin, για να εκτελέσει με διαφορετικό τρόπο το πείραμα του βαρυτομαγνητισμού, με τη χρήση γυροσκοπίων.

Το διαστημικό σκάφος θα βρίσκεται σε μια πολική τροχιά 650 km από τη Γη. Μέσα θα βρίσκονται τέσσερα γυροσκόπια, τέσσερις τέλεια λειασμένες σφαίρες διαμέτρου 38 cm τοποθετημένες στο κενό κάνοντας δέκα χιλιάδες περιστροφές ανά λεπτό. Εάν οι εξισώσεις του Einstein είναι σωστές και ο βαρυτομαγνητισμός είναι πραγματικός, τα περιστρεφόμενα γυροσκόπια πρέπει να ταλαντευτούν καθώς θα βρίσκονται σε τροχιά πάνω από τη Γη. Οι άξονες περιστροφής τους θα μετατοπιστούν, σιγά-σιγά, συνολικά 42 χιλιοστά του ενός δευτερολέπτου σε ένα χρόνο από τώρα. Ο Διερευνητής της Βαρύτητας Β μπορεί να μετρήσει αυτήν την γωνία με μια ακρίβεια 0,5 χιλιοστά του ενός δευτερολέπτου, ή περίπου 1%.

Κοντά στη Γη, ο βαρυτομαγνητισμός είναι ασθενής. Για αυτό και τα γυροσκόπια του Διερευνητή της Βαρύτητας Β ταλαντεύονται μόνο 42 χιλιοστά του ενός δευτερολέπτου. Αλλά το βαρυτομαγνητικό πεδίο κοντά σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα ή σε ένα άστρο νετρονίων θα ήταν πολύ ισχυρό.

Οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν ήδη παρατηρήσει τα αποτελέσματα του βαρυτομαγνητισμούς. Μερικές μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων εκπέμπουν ισχυρούς πίδακες ύλης στο διάστημα, με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Αυτοί οι πίδακες είναι σε μορφή ζεύγους και κατευθύνονται αντίθετα, σαν να φεύγουν από τους πόλους ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου. Οι θεωρητικοί φυσικοί σκέφτονται ότι οι πίδακες θα μπορούσαν να τροφοδοτηθούν και να ευθυγραμμιστούν από το βαρυτομαγνητισμό.

Αλλά στο ηλιακό μας σύστημα  ο βαρυτομαγνητισμός είναι, στην καλύτερη περίπτωση, ασθενής. Και γι' αυτό πολλοί αναρωτιούνται, τι θα γίνει αν βρούμε το βαρυτομαγνητισμό;

Η ίδια ερώτηση τέθηκε, πολλές φορές, στο 19ο αιώνα όταν εξερευνούσαν ο Maxwell, ο Faraday και άλλοι τον ηλεκτρομαγνητισμό.

"Ποια χρήση θα μπορούσε να έχει ο ηλεκτρομαγνητισμός;"

Εξισώσεις

Ο βαρυτοηλεκτρομαγνητισμός ή GEM, διατυπώνεται με ένα σύνολο εξισώσεων με εμφανείς αναλογίες μεταξύ των εξισώσεων πεδίου του Maxwel και μιας προσεγγιστικής επαναδιατύπωσης των εξισώσεων πεδίου του Αϊνστάιν για τη γενική σχετικότητα, που όμως ισχύουν κάτω από ορισμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, οι πιο συνηθισμένες παραλλαγές του βαρυτοηλεκτρομαγνητισμού ισχύουν μόνο για μη απομονωμένες πηγές και για αργά κινούμενα σωματίδια.

Σύμφωνα με την GEM, το βαρυτικό πεδίο παράγεται από ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο (ή όποια στρεφόμενη υλο-ενέργεια) και είναι το τυπικό ανάλογο με το μαγνητικό πεδίο στον κλασσικό ηλεκτρομαγνητισμό. Ξεκινώντας από την εξίσωση πεδίου του Αϊνστάιν της Γενικής σχετικότητας, και υποθέτοντας ένα ασθενές πεδίο ή ένα σχεδόν επίπεδο χωρόχρονο, κάποιοι έχουν φτιάξει τις παρακάτω βαρυτομαγνητικές εξισώσεις ανάλογες με τις εξισώσεις του Maxwell για τον ηλεκτρομαγνητισμό.

όπου:

• E είναι το βαρυτοηλεκτρικό πεδίο ή η βαρύτητα.
• B είναι το βαρυτομαγνητικό πεδίο.
• ρ είναι η πυκνότητα της μάζας αντί της πυκνότητας του φορτίου.
• J είναι η πυκνότητα ρεύματος της μάζας (=ρv_ρ, όπου v_ρ είναι η ταχύτητα της ροής της μάζας που γεννά το βαρυτομαγνητικό πεδίο).
• G είναι η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας
• c είναι η ταχύτητα της διάδοσης ή η ταχύτητα του φωτός.

Βλέπουμε ότι οι παραπάνω εξισώσεις έχουν μεγάλη αναλογία με τις εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell.

Παρά τις ομοιότητες των εξισώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού με του βαρυτοηλεκτρομαγνητισμού, και παρά την ομοιότητα του νόμου της δύναμης του Lorentz με ένα αντίστοιχο νόμο του βαρυτομαγνητισμού, ο βαρυτομαγνητισμός δεν πρέπει να συγχέεται με οποιαδήποτε από τα εξής:

• Ισχυρισμούς ότι μπορούν να κατασκευαστούν συσκευές αντι-βαρύτητας.

• Ισχυρισμούς του Eugene Podkletnov ότι έχει κατασκευάσει συσκευές με προστασία από την βαρύτητα και συσκευές ανάκλασης των ακτίνων βαρύτητας.

• Ισχυρισμούς της θεωρίας του Ηλεκτρικού Σύμπαντος που υποστηρίζει ότι προσδιορίζει τη βαρύτητα ως μια μορφή του ηλεκτρομαγνητισμού.

Αυτές και άλλες αξιώσεις θεωρούνται σαν ψευδοφυσική από την επικρατούσα θεωρία της επιστήμης.

Ο βαρυτοηλεκτρομαγνητισμός, αφ' ετέρου, είναι σταθερά μέρος της καθιερωμένης θεωρίας της βαρύτητας, δηλαδή τη γενική σχετικότητα, και έχει ελέγξιμες προβλέψεις, ενώ είναι στα τελικά στάδια να εξεταστεί άμεσα.