Αστρονόμοι βρίσκουν ενδείξεις για την θεμελιώδη φυσική στο σύμπαν

Πηγή: RedOrbit, 20 Δεκεμβρίου 2005

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων έχει εξετάσει έναν πολύ μεγάλο απόμακρο γαλαξία για να μελετήσει τη συμπεριφορά πραγμάτων πολύ μικρών -- άτομα και μόρια -- για να βρει ζωτικής σημασίας ενδείξεις για τη θεμελιώδη φύση ολόκληρου του Κόσμου μας. Η ομάδα χρησιμοποίησε το τηλεσκόπιο Green (GBT), για να εξετάσει εάν οι νόμοι της φύσης έχουν αλλάξει στα δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε που φτιάχτηκε ο Κόσμος μας.

"Οι θεμελιώδεις σταθερές της φυσικής αναμένονται να παραμένουν σταθερές σε όλο τον χωρόχρονο γι αυτό και καλούνται σταθερές! Τώρα, εντούτοις, νέα θεωρητικά μοντέλα για τη βασική δομή της ύλης δείχνουν ότι μπορούν να αλλάξουν. Εξετάζουμε λοιπόν αυτές τις προβλέψεις", λέει ο Nissim Kanekar, ένας αστρονόμος στο Εθνικό Ραδιο-Παρατηρητήριο Αστρονομίας (NRAO), στο Νέο Μεξικό.

Μέχρι τώρα, οι μετρήσεις των επιστημόνων δεν παρουσιάζουν καμία αλλαγή στις σταθερές. "Έχουμε βάλει ακόμα πιο αυστηρά όρια για μερικές αλλαγές σε αυτές τις σταθερές, αλλά αυτό δεν είναι και το τέλος της ιστορίας", αναφέρει ο Christopher Carilli, άλλος ένας αστρονόμος του NRAO.

"Είναι τα σύνορα όπου η αστρονομία συναντά τη φυσική σωματιδίων", εξηγεί ο Carilli. Η έρευνα μπορεί να βοηθήσει στο να απαντηθούν θεμελιώδη ζητήματα, π.χ. για το εάν τα βασικά συστατικά της ύλης είναι μικροσκοπικά σωματίδια ή μικροσκοπικές χορδές, για το πόσες διαστάσεις έχει το σύμπαν, και τη φύση της "σκοτεινής ενέργειας".

Οι αστρονόμοι έψαχναν για αλλαγές σε δύο συγκεκριμένες ποσότητες: την αναλογία των μαζών του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου, και έναν αριθμό που οι φυσικοί ονομάζουν σταθερά λεπτοδομής α, έναν συνδυασμό του φορτίου των ηλεκτρονίων, την ταχύτητα του φωτός και τη σταθερά του Planck.

Αυτές οι τιμές, που θεωρήθηκαν θεμελιώδεις φυσικές σταθερές, κάποτε θεωρήθηκαν "ανεξάρτητες του χρόνου, με τιμές που αποκτήθηκαν για μια φορά και για πάντα", είπε ο γερμανός σωματιδιακός φυσικός Christof Wetterich. Εντούτοις, ο Wetterich εξηγεί ότι "η άποψη της σύγχρονης θεωρίας σωματιδίων έχει αλλάξει τα τελευταία χρόνια",  με τη θεωρία υπερχορδών να δέχεται πρόσθετες διαστάσεις στον χωρόχρονο, και αυτό απαιτεί οι "σταθερές" να αλλάζουν κατά τη διάρκεια του χρόνου, ανέφερε.

Παρατηρήσεις στο διάστημα

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το GBT για να ανιχνεύσουν και να μελετήσουν τις ραδιοεκπομπές σε τέσσερις συγκεκριμένες συχνότητες μεταξύ 1612 MHz και 1720 MHz που προέρχονται από τα μόρια του υδροξυλίου (OH) σε έναν γαλαξία, περισσότερο από 6 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη γη, που θεωρήθηκε ότι ήταν στην - κατά προσέγγιση - μισή ηλικία του σύμπαντος. Κάθε μία από τις τέσσερις συχνότητες αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη αλλαγή στο ενεργειακό επίπεδο του μορίου.

Η ακριβής συχνότητα που εκπέμπεται ή απορροφάται όταν το μόριο μεταβαίνει από τη ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο, εξαρτάται από τις τιμές των θεμελιωδών φυσικών σταθερών. Εντούτοις, κάθε μία από τις τέσσερις συχνότητες που μελετώνται στο ιόν του OH θα αντιδράσει διαφορετικά σε μια αλλαγή των σταθερών. Αυτή τη διαφορά επιδιώκουν οι αστρονόμοι να ανιχνεύσουν με τη χρησιμοποίηση του GBT, και όπως εξηγεί ο Kanekar, είναι το ιδανικό τηλεσκόπιο για αυτήν την εργασία λόγω των τεχνικών ικανοτήτων του και της θέσης του, όπου η ραδιοπαρέμβαση είναι ελάχιστη.

"Μπορούμε να τοποθετήσουμε πολύ σφιχτά όρια στις αλλαγές στις φυσικές σταθερές μελετώντας τη συμπεριφορά αυτών των ιόντων OH σε μία εποχή, που το σύμπαν είχε τη μισή τρέχουσα ηλικία του, για να κάνουμε σύγκριση αυτού του αποτελέσματος με το πώς συμπεριφέρονται σήμερα τα μόρια στο εργαστήριο", συμπληρώνει ο Karl Menten του Ιδρύματος Max-Planck για τη ραδιοαστρονομία στη Γερμανία.

Ο Wetterich, ένας θεωρητικός, χαιρετίζει τη νέα μέθοδο λέγοντας ότι η παρατηρητική μέθοδος είναι πολύ ελπιδοφόρα να λάβει, ίσως και, τις ακριβέστερες τιμές για τέτοιες πιθανές χρονικές αλλαγές των σταθερών".

Επισήμανε δε ότι, ενώ μερικά θεωρητικά μοντέλα απαιτούν τις σταθερές να αλλάζουν μόνο τις πρώτες στιγμές μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, πρόσφατα μοντέλα της μυστήριας "σκοτεινής ενέργειας", στην οποία οφείλεται η διαστολή του σύμπαντος, απαιτούν αλλαγές "ακόμη και στα δύο δισεκατομμύρια χρόνια".

"Αλλά μόνο οι παρατηρήσεις μπορεί να μας το πουν".