Μπορεί το γκραβιτόνιο να ενώσει την κβαντομηχανική και τη σχετικότητα;

Από σελίδα του UniSci, 22 Μαρτίου 2002

Στο μοντέλο του πληθωρισμού, οι κοσμολόγοι θεωρούν ότι μετά το Big Bang ακολούθησε μια μικρή περίοδος μιας ασύλληπτης διαστολής του Σύμπαντος. Και τώρα, νέα ερευνητικά εργαλεία υπόσχονται να μπορέσουμε να δούμε τα πρώτα χαρακτηριστικά του σύμπαντος, που μέχρι τώρα δεν έχουν έχουν παρατηρηθεί ποτέ.

Στη καινούργια έκδοση του περιοδικού Science, ένας κοσμολόγος του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, ο Hogan, γράφει για το πως μπορούμε να δούμε τις απαρχές του σύμπαντος.

Πριν από μια δεκαετία ακριβώς, ένα πρόγραμμα της Εθνικής Αεροναυτική και Διαστημικής Διεύθυνσης (NASA), που ονομάστηκε COBE, Κοσμική Εξερεύνηση Υποβάθρου, ξεκίνησε να στέλνει στοιχεία που στόχευαν στη χαρτογράφηση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου του σύμπαντος, η οποία παρατηρήθηκε αρχικά το 1965.

Αυτή η ακτινοβολία είναι το υπόλοιπο της θερμότητας από τη Μεγάλη Έκρηξη, το γεγονός που προκάλεσε την αρχή του Κόσμου, πριν περίπου 13 δισεκατομμύρια έτη.

Το COBE τελικά παρήγαγε έναν χάρτη που περιελάμβανε κυματώσεις ή διακυμάνσεις πλάτους, στη δομή του χωρόχρονου διαμέσου δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Εκείνες οι κυματώσεις είναι οι μεγαλύτεροι δομές που θα είναι ποτέ σε θέση να δουν οι άνθρωποι, λέει ο Hogan. Αλλά αυτές είναι επίσης, και οι πολύ ενισχυμένες εικόνες των μικρότερων δομών που έχουν ειδωθεί ποτέ -- οι ίδιες διακυμάνσεις που ξεκίνησαν από διαστάσεις μικρότερες από ένα υποατομικό σωματίδιο στο Big Bang, και τότε πάγωσαν στο ύφασμα του χωρόχρονου ενώ τεντώθηκαν καθώς ο πληθωρισμός διέστειλε τον Κόσμο, στο σημερινό του μέγεθος

Τα επερχόμενα κοσμολογικά προγράμματα υπόσχονται ακόμη περισσότερες λεπτομερείς πληροφορίες, λέει ο Hogan, που είναι ένας καθηγητής της Φυσικής και της Αστρονομίας.

Σε ένα άρθρο προοπτικής για το Science , συζητά τη δυνατότητα τα νέα πειράματα να φέρνουν ενδείξεις για τα υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται γκραβιτόνια (gravitons) και ίσως να φέρουν αρκετές πληροφορίες για να ενώσουν την Κβαντομηχανική και τη σχετικότητα, τις δύο μεγάλες θεωρίες που βρίσκονται στην εργασία του Αλβέρτου Αϊνστάιν.

Αυτά τα νέα πειράματα περιλαμβάνουν μια αποστολή της NASA που ονομάζεται Έλεγχος Ανισοτροπίας Μικροκυμάτων, ή MAP, η οποία προωθήθηκε πέρυσι για να συλλέξει πληροφορίες για τον σχεδιασμό του μικροκυματικού φωτός, που απέμεινε από το Big Bang.

Αντίθετα από τα υποατομικά σωματίδια που αποτελούν την ύλη και την ενέργεια όπως τις ξέρουμε, τα γκραβιτόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια που συνθέτουν τις ίνες του χωρόχρονου.

"Κανένας έχει δει ποτέ ένα γκραβιτόνιο, αλλά μπορούμε με αυτές τις νέες προσπάθειες," λέει ο Hogan. "Εάν μπορείτε να δείτε τα γκραβιτόνιο σε αυτούς τους χάρτες, κατόπιν θα αρχίσετε να βλέπετε την ουσία του χώρου και του χρόνου και της ύλης."

Ο Hogan θεωρεί επίσης ότι η επόμενη γενεά της έρευνας μπορεί να ρίξει φως σε άλλους κοσμολογικούς γρίφους. Ένας από αυτούς περιλαμβάνει την ολογραφική αρχή, που δηλώνει ότι όλα που συμβαίνουν στον τρισδιάστατο χώρο μπορούν πραγματικά να προσδιοριστούν από το ποσό πληροφοριών που θα παίρναμε από το ολόγραμμα των δύο διαστάσεων. Εάν αυτή αποδειχθεί αληθινή, ο Hogan σκέπτεται ότι όλες οι πληροφορίες που χρειάστηκαν για να εμφανίσουν ολόκληρο το σύμπαν κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου του πληθωρισμού, αμέσως μετά από το Big Bang, θα μπορούσαν να τακτοποιηθούν σε ένα compact disc.

Οτιδήποτε μαθαίνουμε από τη νέα έρευνα, είπε ο Hogan, θα βοηθήσει στη βασική επιστημονική κατανόηση του χρόνου, του χώρου, της ύλης και της ενέργειας. Και ενώ αυτή η έρευνα μπορεί να φαίνεται εσωστρεφική, είπε, θα μπορούσε να έχει ακόμη και πρακτικές εφαρμογές.

Σημείωσε ότι η θεωρία του χωρόχρονου και της βαρύτητας του Einstein, που ονομάζεται Γενική Σχετικότητα, θεωρήθηκε επί αρκετό χρόνο ως μία κομψή τάξη για την επιστήμη της φυσικής, αλλά χωρίς καμιά ρεαλιστική χρησιμότητα. Εντούτοις,   υπάρχουν πρακτικές εφαρμογές. Παραδείγματος χάριν, χωρίς τη σχετικότητα, οι οδοιπόροι, οι οδηγοί και οι πιλότοι -- πόσο μάλλον οι έξυπνες βόμβες -- δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη GPR τεχνολογία προσδιορισμού της θέσης.

"Εάν θέλετε να κτυπήσετε μια σπηλιά στο Αφγανιστάν, τότε χρειάζεστε τη γενική σχετικότητα," τονίζει ο Hogan. "Και γιατί συμβαίνει αυτό; Γιατί όλα βασίζονται στο φως που ταξιδεύει μέσω του χώρου, και ακριβώς στον συγχρονισμό των παλμών του φωτός."