Φυσικοί βλέπουν τον Κόσμο σε μια κούπα με καφέ

Πηγή: ScienceDaily, 14 Απριλίου 2009

Ο Arlie Petters καθηγητής Μαθηματικών και Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Duke μαζί με έναν μεταπτυχιακό σπουδαστή του ανακάλυψαν μια συμπαντική αρχή, που ενώνει την παράξενη αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και σκιάς στην επιφάνεια του πρωινού σας καφέ, με τον ίδιο τρόπο που η βαρύτητα μεγεθύνει και παραμορφώνει το φως που έρχεται από απομακρυσμένους γαλαξίες.

Νομίζουν δε πως οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν αυτή την αρχή για να χαρτογραφήσουν αόρατες περιοχές του σύμπαντος με σκοτεινή ύλη.

Οι ακτίνες του φωτός ανακλώνται από τις πλευρές του μεταλλικού δακτυλίου σχηματίζονται το φαινόμενο της  'καμπύλης μισοφέγγαρου'

Οι ακτίνες φωτός εκ φύσεως ανακλώνται από μια καμπύλη επιφάνεια, σαν την εσωτερική επιφάνεια μιας κούπας του καφέ,  σχηματίζοντας ένα μοτίβο που μοιάζει με τα φύλλα της φτέρης και που συγκλίνει σε ένα και μόνο σημείο στο κέντρο της κούπας ενώ είναι πιο φωτεινό στα άκρα της.

Οι μαθηματικοί και οι φυσικοί λένε αυτόν το σχηματισμό 'καμπύλη μισοφέγγαρου' (cusp curve) και την πιο φωτεινή άκρη του σχηματισμού “καυστική”, που σημαίνει έντονα φωτεινή, λέει ο Arlie Petters. "Αυτό συμβαίνει επειδή μπορεί να συσσωρευτούν στην άκρη της καμπύλης πολλές ακτίνες του φωτός."

Ο σχηματισμός αυτός της ΄καυστικής' μελετήθηκε για πρώτη φορά από τον Leonardo da Vinci αρχές του 16ου αιώνα, και μπορεί να παρατηρηθεί οπουδήποτε στην καθημερινή ζωή, κατά την ανάκλαση του φωτός στην επιφάνεια του νερού μιας πισίνας ή κατά την ανάκλαση του φωτός από την θάλασσα στο σκαρί μιας βάρκας.

Ο σχηματισμός της καυστικής παρατηρείται επίσης στους βαρυτικούς φακούς, ένα φαινόμενο που προκαλείται από γαλαξίες τόσο μεγάλης μάζας που η βαρύτητα τους κάμπτει και παραμορφώνει το φως που προέρχεται από πιο μακρινούς γαλαξίες οι οποίοι βρίσκονται πίσω από τους μεγάλους γαλαξίες. Αποδεικνύεται ότι η βαρύτητα τους είναι τόσο ισχυρή που οι ακτίνες του φωτός δεν πάνε ευθεία αλλά κάνουν καμπύλη, εξηγεί ο Petters, που είναι ειδικός στο φαινόμενο του βαρυτικού εστιασμού.

“Η Μητέρα Φύση δημιουργεί αυτά τα φαινόμενα", λέει ο Petters. "Είναι συναρπαστικό το γεγονός ότι αυτό που μπορείς να παρατηρήσεις σε μια κούπα καφέ εκτείνεται σε ένα μαθηματικό θεώρημα με εφαρμογές στον Κόσμο.”

Από την γήινη οπτική γωνιά όλος ο Κόσμος μοιάζει με μια αέναη αλληλεπίδραση της βαρύτητας και του φωτός που εκτείνεται στα βάθη του χωρόχρονου. "Όπως σε κάθε φωτεινό μοτίβο κάποιες περιοχές είναι πιο φωτεινές και άλλες πιο σκοτεινές, έτσι και στην περίπτωση του σχηματισμού της 'καμπύλης του μισοφέγγαρου' ή καυστικής στην κούπα του καφέ τα φωτεινά μέρη βρίσκονται πάνω σε αυτές τις καυστικές καμπύλες", συνεχίζει ο Petters.

Η ερμηνεία των δεδομένων που προέρχονται από τηλεσκοπικές έρευνες απαιτεί την κατανόηση του φαινομένου της έμφυτης παραμόρφωσης του φωτός, η οποία προκαλείται από τους βαρυτικούς φακούς, που μερικές φορές παραμορφώνει την μακρινή πηγή του φωτός παράγοντας πολλαπλά είδωλα του ίδιου αντικειμένου.

Ο Petters και οι συνεργάτες του, πρόσφατα ανακάλυψαν ότι αν μια τέτοια φωτεινή πηγή βρίσκεται στα σύνορα ενός καυστικού τόξου, τότε εμφανίζονται δύο πανομοιότυπες εικόνες  να είναι τοποθετημένες ανώμαλα η μία δίπλα στην άλλη και να έχουν την ίδια λαμπρότητα. Και επειδή αυτοί οι δύο κλώνοι είναι παρόμοιας λαμπρότητας, αφαιρώντας τη μία λαμπρότητα από την άλλη οδηγούμαστε σε μηδενική συνολική λαμπρότητα.

Το φως και η σκιά αλληλεπιδρούν σε μια κούπα του καφέ και μπορεί να φαίνεται όμοιο με τον τρόπο που η βαρύτητα και το φως αλληλεπιδρούν στο σύμπαν