|
Μεταξύ των επιστημόνων, είναι ευρύτατη η άποψη ότι δεν υπάρχει κανένας αιθέρας - ένα
υποθετικό μέσο που εισχωρεί σε όλο το διάστημα
και που επιτρέπει στα
φωτεινά κύματα να διαδίδονται, με έναν παρόμοιο τρόπο που τα ηχητικά κύματα
διαδίδονται μόνο σε ένα μέσον διάδοσης όπως είναι ο αέρας -
αλλά ένα τμήμα του πνεύματός του μπορεί να ζει. Μια ομάδα φυσικών από το πανεπιστήμιο της
πολιτείας Μέρυλαντ (UM), έχει προτείνει μια σύγχρονη μορφή του παλιού αιθέρα
και την έχει χρησιμοποιήσει ώστε να κάνει νέες προβλέψεις για τη
συμπεριφορά των άστρων νετρονίων.
Οι φυσικοί κάποτε νόμιζαν ότι τα φωτεινά κύματα διαδίδονται σε ένα ειδικό μέσο,
τον "φωτοβόλο
αιθέρα". Το γεγονός αυτό υπονοούσε ότι η ταχύτητα του φωτός θα εξαρτιόταν από το πλαίσιο
αναφοράς του παρατηρητή, αλλά τα πειράματα που εκτελέσθηκαν στο τέλος του 19ου
αιώνα απέδειξαν ότι το φως στο κενό ταξιδεύει πάντα με την ίδια ταχύτητα,
ανεξάρτητα από το πλαίσιο αναφοράς. Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell του
φωτός, μαζί με την ανακάλυψη της ειδικής σχετικότητας του Αίνστάιν, έδωσε την
εξήγηση: δεν υπάρχει κανένας τέτοιος αιθέρας, και όλα τα πλαίσια αναφοράς είναι
ισοδύναμα.
Η ομάδα του Πανεπιστημίου της Μέρυλαντ προτείνει, εντούτοις, ότι μια ιδέα σαν
τον αιθέρα μπορεί ακόμα να έχει
θέση στη φυσική: που δεν θα αντιπροσωπεύει ένα μέσο για τη διάδοση των φωτεινών κυμάτων, αλλά ένα
καθολικό προτιμητέο πλαίσιο αναφοράς που να είναι φυσικό στη Φύση. Υπό αυτήν τη
μορφή - αν και ο νέος αιθέρας διατηρεί το πνεύμα του παλαιού - υπάρχουν λίγες
ομοιότητες μεταξύ των δύο.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μέρυλαντ - Christopher Eling,
Ted Jacobson, και Coleman Miller -
περιγράφουν τον αιθέρα τους σαν μία προτιμητέα κατάσταση της ηρεμίας σε κάθε
σημείο του χωρόχρονου. Αυτή η προτιμητέα κατάσταση δεν θα είναι το αποτέλεσμα
κάτι γνωστού,
όπως το πεδίο βαρύτητας ή της κοσμικής ακτινοβολίας υπόβαθρου, αλλά μπορεί όπως
ισχυρίζονται, να προκύπτει από τη δομή του άδειου διαστήματος στην κβαντική θεωρία
βαρύτητος.
Ο νέος αιθέρας παραβιάζει τη συμμετρία Lorentz, η αρχή που δηλώνει ότι οι νόμοι
της φυσικής πρέπει να έχουν την ίδια μορφή μην εξαρτώμενοι από το πλαίσιο αναφοράς. Με
άλλα λόγια, εάν ένα πρόσωπο ρίχνει μια μπάλα ενώ στέκεται στο σπίτι του, προς ένα
κινούμενο τραίνο, ή προς έναν πύραυλο που τρέχει στο διάστημα, οι νόμοι
της φυσικής που περιγράφουν την κίνηση της σφαίρας είναι οι ίδιοι μέσα σε κάθε
πλαίσιο. Αυτή η έννοια είναι ένα από τα θεμέλια της ειδικής σχετικότητας.
Η ομάδα UM λέει η εργασία ότι τους παρέχει ένα πλαίσιο στο οποίο να εξετάσει
εάν η σχετικότητα κρατά μέσα στο πλαίσιο των πολύ ισχυρών βαρύτητας τομέων.
Στις καταστάσεις "αδύνατων τομέων " - όπως η βαρύτητας κάμψη του φωτός και οι
τροχιές των πλανητών γύρω από τον ήλιο - τα πειράματα έχουν υποστηρίξει τη
σχετικότητα στη βαρύτητας φυσική. ¶Αλλά τα πειράματα για να εξετάσουν τη
σχετικότητα όπου η βαρύτητα είναι πολύ ισχυρότερη, όπως τα κοντινά αστέρια
νετρονίων, δεν είναι ακόμα όπως ακριβή, και λόγω των περιορισμένων παρατηρήσεων
και της ελλιπούς γνώσης των ιδιοτήτων του πυκνού πυρηνικού θέματος. ¶
Η ομάδα του πανεπιστημίου χρησιμοποιεί το νέο αιθέρα για να κάνει συγκεκριμένες προβλέψεις
για τα άστρα νετρονίων που διαφέρουν από εκείνες που παράγονται από τη γενική
σχετικότητα της βαρύτητας. Οι υπολογισμοί της ομάδας δείχνουν
ότι η μέγιστη μάζα των άστρων νετρονίων θα ήταν μικρότερη απ' ό,τι στη γενική
σχετικότητα και η αύξηση του μήκους κύματος, η λεγόμενη ερυθρή μετατόπιση (redshift)
που βιώνουν τα
φωτόνια που εκπέμπονται από τις επιφάνειες των αστεριών πρέπει να είναι 10 τοις
εκατό μεγαλύτερη.
"Οι ποσοτικές προβλέψεις μας, επιτρέπουν ισχυρές παραβιάσεις της
σχετικότητας στο ακραίο περιβάλλον
βαρύτητας ενός άστρου νετρονίων", λέει ο Jacobson.
Τα μελλοντικά πειράματα μπορούν να προσφέρουν μια καλύτερη κατανόηση
σχετικά με τις καταστάσεις ισχυρής βαρύτητας, περιλαμβάνουν δε πρώτον ανιχνευτές των ακτίνων X ικανούς
να ανιχνεύσουν τη μετακίνηση των στοιχείων στους δίσκους γύρω από
τις μαύρες τρύπες, οι οποίοι όμως θα σχεδιάσουν τη μορφή του χωροχρόνου γύρω από μια μαύρη
τρύπα. Δεύτερον ανιχνευτές ιδιαίτερα ευαίσθητοι στο διάστημα και στη Γη που "θα δουν" τα
κύματα βαρύτητας. Καθώς επίσης και συσκευές που θα οδηγήσουν σε βελτίωση των μετρήσεων των
μαζών των άστρων νετρονίων και της μετατόπισης προς το ερυθρό των φωτονίων, που εκπέμφθηκαν από τις
επιφάνειές τους καθώς δραπετεύουν από τα πεδία βαρύτητας των άστρων.
Σε μια προγενέστερη εργασία τους για το ίδιο θέμα, η ομάδα
πραγματοποίησε μια παρόμοια ανάλυση για τις μη περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες,
και διαπίστωσε ότι οι αποκλίσεις από τη γενική σχετικότητα είναι πολύ δύσκολο να
ανιχνευθούν. Εξηγούν ότι η περίπτωση των περιστρεφόμενων μαύρων οπών θα παρήγαγε πιθανώς
πιο
δραματικά αποτελέσματα, αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο και παραμένει προς μελέτη.
Παραπομπή: Christopher Eling, Ted Jacobson, and M. Coleman Miller "Neutron stars in Einstein-aether theory” Phys. Rev. D
|
