Η Γενική Σχετικότητα κάνει ένα υποβρύχιο να βυθίζεται
Έλληνας φυσικός εξηγεί ένα παράδοξο που δημιουργεί η Ειδική Σχετικότητα του Einstein

Από το περιοδικό Nature, Αύγουστος 2003

Σύμφωνα με την θεωρία, τα αντικείμενα που κινούνται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, εμφανίζονται να έχουν μικρότερο μήκος όταν παρατηρούνται από ακίνητους παρατηρητές. Από τη σκοπιά όμως του κινούμενου αντικειμένου, εμφανίζονται με μικρότερο μήκος οι παρατηρητές που βρίσκονται εκτός του αντικειμένου. Η διάσταση που μεταβάλλεται είναι εκείνη κατά μήκος της κίνησης. Οι άλλες διαστάσεις εμφανίζονται αμετάβλητες. 

Ένα υποβρύχιο θα βυθιζόταν αν ταξίδευε με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Όταν οι παρατηρήσεις αυτές εφαρμοστούν για ένα υποβρύχιο μόλις κάτω από την επιφάνεια του νερού, εμφανίζεται μια ασυνέπεια. Παρατηρητές επί ενός αγκυροβολημένου πλοίου, θα βλέπουν το υποβρύχιο να επιβραχύνεται καθώς κινείται με ταχύτητα πλησίον αυτής του φωτός παράλληλα προς την επιφάνεια του νερού. Η προκαλούμενη αύξηση της πυκνότητας του υποβρυχίου θα προκαλούσε τη βύθιση του υποβρυχίου. Το πλήρωμα του υποβρυχίου θα παρατηρούσε τα αντίθετα. Το νερό που κινείται αντίθετα προς το υποβρύχιο επιβαχύνεται, και έτσι γίνεται πυκνότερο, ασκώντας στο υποβρύχιο μεγαλύτερη άνωση και αναγκάζοντάς το να αναδυθεί. 

Η Σχετικότητα επιμένει ότι και οι δύο απόψεις είναι εξ' ίσου ορθές. Τελικά λοιπόν τι συμβαίνει; Το υποβρύχιο βυθίζεται ή αναδύεται; 

Βυθίζεται, λέει ο Ελληνοβραζιλιάνος Γιώργος Μάτσας (γεννημένος το 1964) του πανεπιστημίου του São Paulo στη Βραζιλία.  Ο Μάτσας χρησιμοποίησε την θεωρία της Γενικής Σχετικότητας για να συμπεριλάβει το αποτέλεσμα των διαφορετικών συστημάτων αναφοράς στη βαρυτική παραμόρφωση του χώρου. Αν και το νερό που περιβάλλει το υποβρύχιο φαίνεται πιο πυκνό στους παρατηρητές επί του υποβρυχίου, οι ίδιοι αισθάνονται και ισχυρότερη δύναμη βαρύτητας, με αποτέλεσμα το υποβρύχιο να δέχεται μια συνολική δύναμη προς τα κάτω.  

 Η εξήγηση αυτή δεν είναι η πρώτη. Το 1989 ο Αμερικανός φυσικός James Supplee καταπιάστηκε με το πρόβλημα αυτό χρησιμοποιώντας την παλαιότερη και απλούστερη θεωρία του Εinstein, της Ειδικής Σχετικότητας, η οποία εξηγεί πως η κίνηση με ταχύτητες κοντά σ' αυτή του φωτός προκαλεί παραμόρφωση του γύρω χώρου. Αλλά η Ειδική Σχετικότητα, αντίθετα με τη Γενική Σχετικότητα δεν περιλαμβάνει την καμπύλωση του χώρου από την βαρύτητα. 

Ο Supplee επίσης είχε συμπεράνει ότι το υποβρύχιο τελικά βυθίζεται -αλλά συμπεριέλαβε τη βαρύτητα στους υπολογισμούς με τεχνητό τρόπο. Σκέφτηκε ότι το υποβρύχιο βυθίζεται καθώς επιταχύνεται επειδή η σχετικότητα παραμορφώνει το σχήμα του θαλάσσιου βυθού, κάμπτοντάς τον προς τα επάνω, στα σημεία κάτω από το υποβρύχιο. 

Ο Μάτσας ισχυρίζεται ότι παρόμοιοι υπολογισμοί μπορούν να βοηθήσουν να λυθούν και άλλα αινίγματα. Αυτά περιλαμβάνουν το πως ο Δεύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος - ο οποίος λέει ότι τίποτα δεν μπορεί να μειώσει την ολική αταξία ή εντροπία του Σύμπαντος - μπορεί να ισχύει στην περιοχή των μαύρων τρυπών. 

Αναφορά: Μάτσας, G. E. A. Relativistic Archimedes law for fast moving bodies and the general-relativistic resolution of the "submarine paradox". Physical Review D, 68, 027701, (2003). | Article |