Δημήτρης Νανόπουλος
Μια εισαγωγή στις θεωρίες που εργάζεται.

Ο καθηγητής Δημήτρης Νανόπουλος εργάζεται πάνω στα προβλήματα που προκύπτουν στην προσπάθεια να κατασκευαστεί μια θεωρία των πάντων (Theory Of Everything). Έχει έχει εργαστεί πάνω στο Καθιερωμένο Πρότυπο, στις μεγάλες ενοποιημένες θεωρίες, την supersymmetry, την υπερβαρύτητα, την θεωρία M των χορδών, και την αστροσωματιδιακή φυσική.

Οι συνεισφορές του καλύπτουν πολύ διαφορετικές πτυχές της υψηλής ενεργειακής φυσικής, από τη φαινομενολογία (π.χ., πώς να ανιχνεύσει το μόριο Higgs και τα υπερσυμμετρικά σωματίδια), να διαμορφώσουν την οικοδόμηση (π.χ την υπερσυμμετρία SU (5), ένας από τους κύριους υποψηφίους χορδής για μια θεωρία των πάντων), στα θεωρητικότερα ζητήματα (όπως η ανακάλυψη της μη-βαθμωτής υπερβαρύτητας, η οποία παρέχει το αποτελεσματικό, χαμηλής ενέργειας όριο της θεωρίας χορδής / Μ-θεωρίας), στα θεμελιώδη ζητήματα (π.χ. τροποποιήσεις της κβαντικής μηχανικής που οφείλεται στον αφρό του χωρόχρονου, όπως εκφράζεται αυτή από την M-θεωρία της D-μεμβράνης).

Από τα θέματα της τοπικής σπουδαιότητας, έχει παρουσιάσει ότι η υπερσυμμετρία μπορεί να αντιμετωπίσει τα προβλήματα του καθιερωμένου μοντέλου, μια προϋπόθεση για μια TOE (θεωρία των πάντων). Αυτήν την περίοδο εμπέκεται στην κατάρτιση των προτύπων της θεωρίας χορδής/Μ-θεωρίας, και προσπαθεί να καταλάβει τη φύση του κβαντικού χωρο-χρονικού αφρού, δηλ. πώς ο χωρόχρονος φαίνεται στις διαστάσεις Planck 10^-33 cm

Ταχύτητα του φωτός

Η σύνθεση της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας έχει οδηγήσει ήδη, τουλάχιστον σε μερικές θεωρητικές προσεγγίσεις, σε μάλλον δραστικές τροποποιήσεις της συμβατικής εικόνας της φυσικής, πχ. την εξάρτηση, στο κενό, της ταχύτητας του φωτός από την συχνότητά της, η οποία μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας εκπομπές ακτίνων γάμμα.

Ο Δημήτρης Νανόπουλος υποστηρίζει ότι η πιθανή αλλαγή στην ταχύτητα του φωτός μπορεί να ανιχνευθεί μόνο μέσω του φωτός που προέρχεται από αντικείμενα πολύ μακριά από τη Γη και για αυτόν ακριβώς το λόγο δεν έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.

Η ερευνητική ομάδα που εργάζεται για να αποδείξει πειραματικά την παραπάνω θεωρία, εκτός από τον Νανόπουλο, αποτελείται από το φυσικό Νικόλαο Μαυρομάτη του King College και τον John Ellis του CERN.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ένας τρόπος για την επαλήθευση της ''σχετικής'' τιμής της ταχύτητας του φωτός είναι η ανίχνευση φωτονίων διαφορετικών συχνοτήτων που εκπέμπονται ταυτόχρονα από μακρινούς γαλαξίες. Οι χρόνοι άφιξης στη Γη των φωτονίων υψηλότερης συχνότητας θα πρέπει να είναι μεγαλύτεροι από αυτούς των φωτονίων χαμηλότερης συχνότητας.

Η θεωρία της σχετιζόμενης με τη συχνότητα ταχύτητας του φωτός στηρίζεται και από τις μέχρι τώρα παρατηρήσεις του πειράματος HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy) στο Las Palmas των Καναρίων Νήσων, το οποίο ανιχνεύει φωτόνια από το μακρινό διάστημα. Συγκεκριμένα, όταν ανιχνεύθηκαν πολύ ενεργητικά φωτόνια από το γαλαξία Markarian 501, οι ερευνητές που συμμετέχουν στο HEGRA, περίμεναν ότι τα φωτόνια αυτά αλληλεπιδρούσαν με άλλα μικρότερης ενέργειας, τα οποία υπάρχουν από καταβολής του σύμπαντος.

Οταν ένα φωτόνιο μεγαλύτερης ενέργειας αλληλεπιδρά με κάποιο με μικρότερη ενέργεια, δημιουργείται ένα ζεύγος ηλεκτρονίου - αντιηλεκτρονίου. Ομως, κανένα τέτοιο ζεύγος δεν παρατηρήθηκε, παρά την ανίχνευση φωτονίων υψηλής ενέργειας.

Το φαινόμενο αυτό μπορεί να εξηγηθεί, σύμφωνα με τον κ. Νανόπουλο, με βάση τη νέα θεωρία για την ταχύτητα του φωτός, σύμφωνα με την οποία η ενέργεια των θεωρούμενων πολύ ενεργητικών φωτονίων δεν είναι αρκετή για τη δημιουργία του ζεύγους ηλεκτρονίου - αντιηλεκτρονίου.

Επίπεδο Σύμπαν

Ο Δημήτρης Νανόπουλος αναφέρει τα παρακάτω για το επίπεδο και διαστελόμενο Σύμπαν:
"Το Σύμπαν είναι μία μεγάλη "επίπεδη επιφάνεια", που όμως χωράει τόση ύλη και ενέργεια που ούτε καν οι ειδικοί δεν είναι σε θέση να προσδιορίσουν  ή στην πραγματικότητα είναι ένα πολύ πιο σύνθετο θεωρητικό μόρφωμα. Είναι αναμφισβήτητο γεγονός ότι ζούμε σε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν. Αλλωστε, οι παραπάνω απόψεις έχουν σχέση και με τη διαστολή του Σύμπαντος µε τον εξής τρόπο: Σε ένα κλειστό Σύμπαν, επειδή η μέση ενεργειακή πυκνότητα είναι πολύ μεγάλη, σε κάποια στιγμή μπορεί να νικήσει την αρχική διαστολή του Σύμπαντος και να οδηγήσει το Σύμπαν σε μία συστολή, στην περίπτωση ανοικτού ή και ακόμη επιπέδου Σύμπαντος, τότε η πυκνότητα δεν μπορεί να σταματήσει τη διαστολή και, έτσι, σε αυτές τις περιπτώσεις το Σύμπαν θα διαστέλλεται επ' άπειρον. "

Το Σύμπαν προέρχεται από μια κβαντική διακύμανση του κενού

"Η χρήση του πληθωριστικού μοντέλου οδήγησε σε πολύ συγκεκριμένες προβλέψεις αναφορικά με τις ανισοτροπίες της θερμοκρασίας, που παρουσιάζει η ακτινοβολία του κοσμικού υπόβαθρου. Και τούτο, διότι στην περίπτωση που παρουσιάζονται διακυμάνσεις στην ενεργειακή πυκνότητα, τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με τα πρωτόνια, με αποτέλεσμα οι διακυμάνσεις της ενεργειακής πυκνότητας να μετατρέπονται σε διακυμάνσεις του φάσματος των φωτονίων^ και, κατά συνέπεια, μέσα από τη θεωρία του μέλανος σώματος, σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Πρακτικά τώρα, εάν μπορούσαμε να απομονώσουμε το φάσμα αυτό των φωτονίων, τότε θα μαθαίναμε για τις διακυμάνσεις της ενεργειακής πυκνότητας, όπως αυτή θα καταγραφόταν στις απαρχές της δημιουργίας του Σύμπαντος. Δηλαδή, μόλις 300.000 χρόνια από τη Μεγάλη Εκρηξη που οδήγησε στη γέννησή του και, πάντως, σε πολύ μικρή ηλικία, εάν αναλογιστούμε ότι, σήμερα, υπολογίζεται στα 15 δισ. χρόνια περίπου.

Τα συμπεράσματα για το επίπεδο Σύμπαν δεν αντίκεινται στη θεωρία του Αϊνστάιν. Αυτός είχε δείξει ότι οι εξισώσεις του δέχονται ως λύσεις τριών ειδών Σύμπαντα^ δηλαδή, ανοικτό, επίπεδο και κλειστό. Επομένως, μία αυτές τις λύσεις επαληθεύεται στην πράξη. Οι υπόλοιπες δύο απορρίπτονται. Ενώ ήταν μαθηματικά δυνατές, η φύση δεν τις ακολούθησε. Ομως, το σημαντικότατο σημείο είναι ότι έχουμε μία ξεκάθαρη επαλήθευση του πληθωριστικού μοντέλου. Μία μεγάλη, ξαφνική εκθετική διαστολή.
Το θετικό που προκύπτει από την ανακάλυψη αυτή είναι ότι, πλέον, ξεκαθαρίζει το τοπίο, αναφορικά με ό,τι μέχρι σήμερα έχει διατυπωθεί για το Σύμπαν. Χάρη στο συμπέρασμα αυτό, δίδεται πολύ μεγάλη ώθηση στο πληθωριστικό μοντέλο. Ωστόσο, για να ξεφύγουμε και από τα επιστημονικά, αναδύεται μία πολύ σημαντική φιλοσοφική διάσταση.

Δηλαδή, η μελέτη των βασικών εξισώσεων του Αϊνστάιν οδήγησε τους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι ένα επίπεδο Σύμπαν αντιστοιχεί σε μια ολική ενέργεια, η οποία είναι μηδενική. Βεβαίως, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει ενέργεια, απλώς ότι υπάρχει τόση θετική ενέργεια όση και αρνητική.
Είναι κάτι ανάλογο με το γεγονός ότι στη φύση υπάρχει θετικό και αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, με το ολικό ηλεκτρικό φορτίο του Σύμπαντος να είναι μηδενικό, χωρίς, ωστόσο, βέβαια αυτό να σημαίνει ότι δεν υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία. Κατ' αντιστοιχία, υπάρχει και θετική και αρνητική ενέργεια στο Σύμπαν, με την έννοια ότι η ύλη και η κινητική ενέργεια είναι θετική ενέργεια, ενώ η βαρυτική ενέργεια, η οποία είναι πάντοτε ελκτική, είναι αρνητική.

Ετσι, όταν προσθέσουμε τη θετική ενέργεια και τη βαρυτική ενέργεια, το άθροισμα τους πρέπει να είναι μηδενικό. Αυτό, όσο και ενδεχομένως ακούγεται απλό, είναι πολύ ουσιαστικής σημασίας, διότι μάς λέει, όπως ακριβώς υποστηρίζει και το πληθωριστικό μοντέλο, ότι το Σύμπαν ξεπετάχτηκε από μία κβαντική διακύμανση.

Εξ ορισμού, οτιδήποτε έχει σχέση με το τίποτα είναι μία μηδενική ποσότητα. Στην περίπτωση αυτή, λοιπόν, η αρχή διατηρήσεως της ενέργειας στο ερώτημα εάν προερχόμαστε από το τίποτα μας απαντάει ότι η ολική ενέργειά μας πρέπει να είναι μηδενική και, επομένως, η πρόταση του πληθωριστικού μοντέλου περί μιας τέτοιας εμφανίσεως του Σύμπαντος από το τίποτα, ομολογουμένως αποκτά πολύ μεγάλη ισχύ. Με άλλα λόγια, είμαστε μία ανακατανομή του τίποτα"

"Επίπεδο" ή Ευκλείδειο Σύμπαν: Είναι αυτό, όπου η χωρική απόσταση μεταξύ δυο σημείων δίδεται από ένα γενικευμένο Πυθαγόρειο θεώρημα.