Η φυσική αναμένει νέες ιδέες καθώς το Καθιερωμένο Μοντέλο παραμένει το ίδιο

Πηγή: New York Times, 4 Ιουλίου 2006

Από τη δεκαετία του '70 που οι φυσικοί των σωματιδίων έβαλαν τις τελευταίες πινελιές στο καθιερωμένο μοντέλο - μια συλλογή θεωριών που περιγράφουν όλες τις φυσικές δυνάμεις εκτός από τη βαρύτητα - έχουν προσκολληθεί σε αυτό το μοντέλο γιατί συμφωνεί με κάθε πείραμα που έχει εκτελεσθεί από τότε. Αλλά δεν λέει τίποτα για την πιο γνωστή δύναμη όλων μας, τη βαρύτητα. Ούτε εξηγεί γιατί ο κόσμος αποτελείται από ύλη αντί αντιύλη, ή γιατί πιστεύουμε ότι υπάρχει χώρος και χρόνος.

"Υπάρχει μια νέα φυσική πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο;" αναρωτιέται ο David Gross, διευθυντής του Ιδρύματος Kavli για τη Θεωρητική Φυσική που πήρε το Νόμπελ του 2004 για τη φυσική για τη συνεισφορά του στην κατασκευή αυτού του μαθηματικού οικοδομήματος. 

Οι φυσικοί θεωρούν ότι η απάντηση είναι ναι, ότι κάποια άλλη συμπληρωματική θεωρία πρέπει να εξηγεί αυτά και άλλα μυστήρια. Αλλά δεν υπάρχουν πειραματικές ενδείξεις μέχρι τώρα για καμία απόκλιση από τις προβλέψεις που κάνει το καθιερωμένο μοντέλο. 

Πότε-πότε όμως υπάρχει ένας υπαινιγμός προόδου και επανάστασης στον αέρα - μια νέα φυσική που θα εντυπωσίαζε τον επαγγελματία καθώς επίσης και τον μη ειδικό. Ένας ψίθυρος από τον δρόμο, μια αναλαμπή.

Κατόπιν το συναίσθημα αυτό εξαφανίζεται. Κι αυτό συνέβη όταν πέτυχαν δύο ομάδες φυσικών στο Fermilab να μετρήσουν ένα ιδιαίτερα περίεργου σχιζοφρενούς σωματιδίου, γνωστού ως παράξενο ουδέτερο μεσόνιο Β, το οποίο έρχεται και παρέρχεται ανάμεσα στην ίδια την ύπαρξη του και στο αντισωμάτιο του τρία τρισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο. Παράξενη η συμπεριφορά του, αλλά ήταν όπως προβλέπεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

"Η πραγματική ελπίδα μας είναι για κάτι αληθινά παράξενο", αναγνωρίζει η Young-Kee Kim του πανεπιστημίου του Σικάγου και εκπρόσωπος σε μία από τις ομάδες του Fermilab.

Η Δρ Kim όμως είναι απτόητη. "Είμαστε εξερευνητές", είπε, "και δεν μπορώ να φανταστώ πόσο συναρπαστικό θα είναι όταν πλησιάσουμε ακόμη και ένα βήμα πιο κοντά στην αληθινή φύση!! Αυτή η πεποίθηση και αυτή η επιθυμία είναι τόσο τεράστια που δεν θα σταματήσουμε ποτέ."

Οι φυσικοί έχουν υψηλές ελπίδες ότι κάποια νέα φυσική θα αρχίσει να αποκαλύπτεται όταν πυροδοτηθεί ο μεγαλύτερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο ο Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων στο CERN έξω από τη Γενεύη το Νοέμβριο του 2007, αν και το εργαστήριο ανήγγειλε ότι ο επιταχυντής δεν θα δουλέψει σε πλήρη  ισχύ, με πρωτόνια να συγκρούονται με ενέργειες επτά τρισεκατομμύρια eV, πριν το 2008.

Εάν οι φυσικοί είναι τυχεροί, εκτός από το τελευταίο κομμάτι του Καθιερωμένου Μοντέλου, ένα σωματίδιο γνωστό ως μποζόνιο Higgs, θα μπορούσαν τελικά να εμφανιστούν κάποια σωματίδια που έχουν να εμφανιστούν από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης.

Τώρα θα μπορούσατε να σκεφτείτε ότι το τελευταίο πράγμα που έχει ανάγκη η υφήλιος είναι ένα νέο στοιχειώδες σωματίδιο με ένα άλλο χαριτωμένο ενοχλητικό όνομα, και οι φυσικοί συμφωνούν. Αυτό που μας κάνει να ενδιαφερόμαστε για τα σωματίδια, λένε, δεν είναι αυτά καθαυτά τα σωματίδια, αλλά οι νέοι νόμοι της φύσης που αυτά φανερώνουν. Αλλά αν είστε της εποχής του rock 'n' roll, μπορείτε να μην σκεφτείτε ότι το σύμπαν έχει ανάγκη οποιουδήποτε νέοι νόμου.

Εντούτοις, στη φυσική οι νέοι νόμοι είναι πιο κομψοί και οικονομικοί από αυτούς που αντικαθιστούν. Στον τελευταίο αιώνα οι φυσικοί έχουν ανακαλύψει νέες συμμετρίες που η φύση φαίνεται φανατικά να υποστηρίζει - πράγματα που δεν αλλάζουν όταν βλέπουμε τον κόσμο από διαφορετικές προοπτικές.

Οι φυσικοί έχουν μια ακόμα 'κάρτα' συμμετρίας για να παίξουν, μια έννοια γνωστή σαν υπερσυμμετρία. Εάν αυτή η άποψη είναι σωστή, τότε υπάρχει ένας ολόκληρος νέος πληθυσμός σωματιδίων, των υπερ-συναιτέρων αυτών που ήδη ξέρουμε και είναι στην αναμονή να τα ανακαλύψουμε.

Το πρόβλημα είναι ότι σύμφωνα με μερικές εκδόσεις της υπερσυμμετρίας, τα αποτελέσματα αυτών των σωματιδίων, δεν είναι τα ίδια τα σωματίδια, που ήδη δείχνονται σε λεπτά πειράματα όπως του μεσονίου Β. Υπάρχουν χιλιάδες εκδόσεις υπερσυμμετρίας, αλλά το γεγονός ότι τίποτα δεν έχουν παρουσιάσει ακόμα έχει προκαλέσει "μια αυξανόμενη ένταση στο χώρο", αναφέρει  ο Nima Arkani-Hamed, ένας θεωρητικός σωματιδίων στο Χάρβαρντ.

Ο Δρ Arkani-Hamed αναγνωρίζει ότι "ο εφιάλτης μου είναι ότι δεν βλέπουμε τίποτα άλλο εκτός από το Higgs στο νέο συγκρουστή".

Εν τω μεταξύ, κάτι παράξενο πραγματικά έχει παρουσιαστεί. Απλώς δεν είναι σε μια μορφή που οι φυσικοί μπορούν να εξετάσουν και να παίξουν με αυτήν. Πριν οκτώ χρόνια δύο ομάδες αστρονόμων ανακάλυψαν ότι η διαστολή του κόσμου επιταχύνεται, περιφρονώντας την κοσμική βαρύτητα και ότι υπάρχει στην κοινή αίσθηση. Ο Κόσμος προφανώς έχει μια μηχανή αντιβαρύτητας.

Αυτό μπορεί να είναι αρκετά παράξενο, αλλά ξεκίνησε πολύ πριν από την εποχή μας. Νέες μελέτες, που δημοσιεύτηκαν πέρυσι την άνοιξη, της μικροκυματικής ακτινοβολίας λείψανο της εποχής λίγο μετά το Big Bang, έχουν ενισχύσει, αλλά δεν έχει ακόμα αποφασιστικά αποδειχθεί, την ιδέα ότι μια βίαιη αντιβαρυτική δύναμη - γνωστή στην καθομιλουμένη ως πληθωρισμός - ανάγκασε το σύμπαν να δοκιμάσει τις πρώτες πρώτες στιγμές του χρόνου μία τρομακτική διαστολή, με αποτέλεσμα ο κόσμος να έχει κατά προσέγγιση τη μορφή που βλέπουμε σήμερα.

Οτιδήποτε έδρασε και ανάγκασε τον κόσμο να δοκιμάσει την φάση του πληθωρισμού είναι πέρα από την αναγνωρισμένη περιοχή του καθιερωμένου μοντέλου. Ο πληθωρισμός είναι μια νέα φυσική, λέει ο Sean Carroll του πανεπιστημίου του Σικάγου.  "Μέχρι τώρα τίποτα εκτός από τον πληθωρισμό δεν είναι μια νεώτερη φυσική!"

Γι αυτό ναι, υπάρχει μια νέα φυσική. Η ερώτηση όμως είναι εάν θα τεθεί σε μια νέα τακτοποιημένη μαθηματική συσκευασία, που θα είχε εντυπωσιάσει ακόμα και τον Einstein.

Μπορεί να ζητάμε πάρα πολύ μια θεωρία της φυσικής για να εξηγήσει τον Κόσμο. Αλλά δεν περιμένουμε από τους φυσικούς να μας πουν κάτι για την έννοια της ζωής.

Ο Lee Smolin, ένας φυσικός στο Ίδρυμα Perimeter για τη θεωρητική φυσική στο Οντάριο, έγραψε κάποτε, "Όταν ρωτά ένα παιδί, Τι είναι ο κόσμος, εμείς δεν έχουμε κυριολεκτικά τίποτα να του πούμε".

Μερικοί θεωρητικοί νομίζουν ότι έχουν μια απάντηση, δηλαδή ότι ο κόσμος αποτελείται από μικροσκοπικές παλλόμενες χορδές. Αλλά μέχρι τώρα, υπάρχουν πενιχρά στοιχεία εκτός από την ομορφιά των εξισώσεών τους που να δείχνουν ότι οι θεωρητικοί των χορδών είναι σωστοί.