Δευτέρα, 6 Φεβρουαρίου 2017

"Γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός;"

 5 Φεβρουαρίου 2017



«Η ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να είναι μεταβλητή ήταν ριζοσπαστική, όταν προτάθηκε για πρώτη φορά, αλλά με μια αριθμητική πρόβλεψη, γίνεται κάτι που οι φυσικοί μπορούν πραγματικά να δοκιμάσουν», δήλωσε ο καθηγητής João Magueijo στο Imperial College του Λονδίνου. "Αν αυτό αληθεύει, θα σήμαινε ότι οι νόμοι της φύσης δεν ήταν πάντα οι ίδιοι όπως είναι σήμερα. "

Το 2011, η ομάδα OPERA του CERN είχε συγχρονίσει νετρίνα τα οποία διαπερνούν τη Γη από το ευρωπαϊκό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής, στο CERN, κοντά στη Γενεύη, της Ελβετίας, και διαπίστωσαν ότι έκαναν το ταξίδι των 730 χιλιομέτρων στο Gran Sasso σε 60 νανοδευτερόλεπτα πιο γρήγορα από ό, τι θα ταξίδευαν με την ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, πέντε διαφορετικές ομάδες φυσικών διαπίστωσαν, ανεξάρτητα μεταξύ τους ότι τα φευγαλέα υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα δεν ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως.

Τον περασμένο Νοέμβριο, του 2016 οι επιστήμονες υποστήριξαν μια θεωρία που καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η ταχύτητα του φωτός είναι μεταβλητή - και δεν είναι σταθερή, όπως προτείνεται από τον Αϊνστάιν - έκαναν μια πρόβλεψη που θα μπορούσε να τεσταριστεί. Ο Αϊνστάιν παρατήρησε ότι η ταχύτητα του φωτός παραμένει ίδια σε οποιαδήποτε κατάσταση, και αυτό σημαίνει ότι ο χώρος και ο χρόνος θα μπορούσαν να είναι διαφορετικοί σε διαφορετικές καταστάσεις.

Η υπόθεση ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, και πάντα έτσι ήταν, στηρίζει πολλές θεωρίες της φυσικής, όπως η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ειδικότερα, παίζει ρόλο σε μοντέλα για του τι συνέβη στο πολύ πρώιμο σύμπαν, δευτερόλεπτα μετά τη ‘’Μεγάλη Έκρηξη’’  (Big Bang).

Αλλά ορισμένοι ερευνητές έχουν προτείνει ότι η ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να ήταν πολύ ταχύτερη στο πρώιμο σύμπαν. Τώρα, ένας από τους δημιουργούς αυτής της θεωρίας, ο καθηγητής Magueijo από το Imperial College του Λονδίνου, σε συνεργασία με τον Δρ Niayesh Afshordi στο Ινστιτούτο Perimeter στον Καναδά, έχει κάνει μια πρόβλεψη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να ελεγχθεί η ισχύς της θεωρίας.

Δομές στο σύμπαν, για παράδειγμα γαλαξίες, σχηματίζονται από τις διακυμάνσεις στο πρώιμο σύμπαν - μικροσκοπικές διαφορές στην πυκνότητα από τη μία περιοχή στην άλλη. Μια εγγραφή αυτών των πρώιμων διακυμάνσεων αποτυπώνεται στη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background CMB) - ένα χάρτη του παλαιότερου φωτός στο σύμπαν - με τη μορφή  «φασματικού δείκτη».

Δουλεύοντας με τη θεωρία τους, ότι δηλαδή οι διακυμάνσεις αυτές επηρεάζονται από μία διαφορετική ταχύτητα του φωτός στο πρώιμο σύμπαν, ο Καθηγητής Magueijo και ο Δρ Afshordi χρησιμοποιούν πλέον ένα μοντέλο για να βάλουν έναν ακριβή αριθμό στο φασματικό δείκτη. Το προβλεπόμενη αυτό νούμερο και το μοντέλο τους, βασίζονται στην δημοσιευμένη εργασία τους στο περιοδικό Physical Review D.

Οι κοσμολόγοι σήμερα παίρνουν όλο και πιο ακριβείς μετρήσεις του αριθμού αυτού, έτσι ώστε η πρόβλεψη αυτή να μπορεί σύντομα να δοκιμαστεί - είτε για την επιβεβαίωση είτε για τον αποκλεισμό του μοντέλου της ομάδας σχετικά με το  πρώιμο σύμπαν. Το νούμερο λοιπόν αυτό είναι πολύ συγκεκριμένο. 0,96478. Αυτός ο αριθμός είναι κοντά στην τρέχουσα εκτίμηση των μετρήσεων της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, η οποία το τοποθετείται γύρω από τη τιμή 0,968, με κάποιο περιθώριο σφάλματος.

Ο καθηγητής Magueijo, δήλωσε: «Η θεωρία, η οποία προτείναμε για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1990, έχει πλέον φτάσει σε ένα σημείο ωριμότητας - έχει παραχθεί μια ελέγξιμη πρόβλεψη. Αν οι παρατηρήσεις στο εγγύς μέλλον βρουν τον αριθμό αυτό να είναι ακριβής, τότε θα μπορούσε η περίπτωση αυτή να οδηγήσει σε τροποποίηση της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν.

Η ελεγξιμότητα της μεταβαλλόμενης θεωρίας της ταχύτητας του φωτός την κάνει να ξεχωρίζει από την πιο επικρατούσα αντίπαλη θεωρία: τον πληθωρισμό. Ο πληθωρισμός, λέει ότι το πρώιμο σύμπαν πέρασε από μια εξαιρετικά ταχεία φάση ανάπτυξης, πολύ πιο γρήγορη από το σημερινό ρυθμό διαστολής του σύμπαντος.

Αυτές οι θεωρίες είναι απαραίτητες για να ξεπεραστεί αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν  «πρόβλημα του ορίζοντα ή αλλιώς Κοσμολογικός Ορίζοντας». Το σύμπαν όπως το βλέπουμε σήμερα φαίνεται να είναι παντού ίδιο σε γενικές γραμμές, για παράδειγμα, έχει μια σχετικά ομοιογενή πυκνότητα.

Αυτό θα μπορούσε να ισχύει μόνο εάν όλες οι περιοχές του σύμπαντος ήταν σε θέση να επηρεάσουν η μία την άλλη. Ωστόσο, εάν η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα ίδια, τότε δεν έχει παρέλθει αρκετός χρόνος έτσι ώστε το φως να ταξιδέψει έως την άκρη του σύμπαντος, «εξισορροπώντας» την ενέργεια.

Κατά αναλογία, για να ζεσταθεί ένα δωμάτιο ομοιόμορφα, ο θερμός αέρας από το καλοριφέρ πρέπει να ταξιδέψει σε κάθε άκρο της αίθουσας, και να ανακατευτεί πλήρως με τον υπόλοιπο ψυχρό αέρα. Το πρόβλημα με το σύμπαν είναι ότι το «δωμάτιο» - το παρατηρούμενο μέγεθος του σύμπαντος - φαίνεται να είναι πολύ μεγάλο για να έχει συμβεί αυτό από τότε που σχηματίστηκε.

Η μεταβαλλόμενη ταχύτητα της θεωρίας του φωτός υποδηλώνει ότι η ταχύτητα αυτή ήταν πολύ ταχύτερη στο πρώιμο σύμπαν, επιτρέποντας στις απομακρυσμένες άκρες του να συνδεθούν καθώς το σύμπαν επεκτείνονταν. Στη συνέχεια η ταχύτητα του φωτός ελαττώθηκε με προβλέψιμο τρόπο, καθώς η πυκνότητα του σύμπαντος άλλαξε. Αυτή η μεταβλητότητα οδήγησε την ομάδα στην πρόβλεψη που δημοσιεύθηκε σήμερα.

Η εναλλακτική θεωρία είναι ο πληθωρισμός, ο οποίος επιχειρεί να λύσει αυτό το πρόβλημα λέγοντας ότι το πολύ πρώιμο σύμπαν εξομαλύνθηκε, ενώ ήταν απίστευτα μικρό, και στη συνέχεια εντελώς ξαφνικά επεκτάθηκε, με την ομοιομορφία που ήδη αποτυπώνεται σε  αυτό. Αν και αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα του φωτός και οι άλλοι νόμουι της φυσικής όπως γνωρίζουμε διατηρούνται, απαιτείται η εφεύρεση ενός «πληθωριστικού τομέα» - ένα σύνολο συνθηκών που υπήρχαν χρονικά.

Νέα αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση με αυτά που είχαν ανακοινωθεί τον Σεπτέμβριο του 2012 από μία ομάδα με 170 μέλη που εργάζονται με τον ανιχνευτή σωματιδίων OPERA στο υπόγειο Εθνικό Εργαστήριο στο Gran Sasso της Ιταλίας (Gran Sasso National Laboratory)  . Η ομάδα του OPERA έγινε πρωτοσέλιδο, αφού πρότεινε νετρίνα που ταξίδεψαν με  0,002% ταχύτερα από το φως, παραβιάζοντας έτσι τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Όμως τα αποτελέσματα του OPERA είχαν καταρριφθεί μήνες πριν. Έτσι, αντί για το καρφί στο φέρετρο της θεωρίας των ταχύτερων του φωτός νετρίνων, η νέα σειρά των αποτελεσμάτων είναι περισσότερο σαν το χλοοτάπητα που φυτεύτηκε πάνω από τον τάφο αυτού του πειράματος.

Όμως τον Φεβρουάριο, η ομάδα του OPERA ανακάλυψε επίσης ότι ένα καλώδιο οπτικών ινών που ήταν χαλαρό είχε εισαγάγει μια καθυστέρηση στο σύστημα χρονισμού τους, που εξηγεί το αποτέλεσμα. Ένα μήνα αργότερα, οι ερευνητές που εργάζονται με τον ανιχνευτή σωματιδίων ICARUS, οι οποίοι στεγάζονται επίσης στο Gran Sasso, μέτρησαν την ταχύτητα των νετρίνων που τροφοδοτούνται από το CERN και διαπίστωσαν ότι ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, όπως είχε προβλεφθεί. Από εκείνο το σημείο, οι περισσότεροι φυσικοί θεώρησαν ότι τα πιο γρήγορα από το φως νετρίνα είναι πραγματικά…νεκρά. Μερικά μέλη της ομάδας OPERA είχαν την εντύπωση ότι το όλο επεισόδιο σπίλωνε τη φήμη της όλης συνεργασίας, καθώς το Μάρτιο, δύο από τους εκλεγμένους επικεφαλής της ομάδας έχασαν την ψήφο εμπιστοσύνης προς αυτούς και υπέβαλαν τις παραιτήσεις τους.

Το  Gran Sasso φιλοξενεί τέσσερις ανιχνευτές σωματιδίων ικανούς για χρονισμό νετρίνων που τροφοδοτούνται από τα πειράματα του CERN: OPERA, ICARUS, BOREXINO και LVD. Και οι τέσσερις βρήκαν ότι η ταχύτητα των νετρίνων είναι συνεπής με την ταχύτητα του φωτός, όπως αναφέρθηκε από τον Sergio Bertolucci, διευθυντή έρευνας στο CERN, στο 25ο Διεθνές Συνέδριο για την Φυσική και Αστροφυσική των Νετρίνων, στο Κιότο της Ιαπωνίας.Η ταχύτητα των νετρίνων μετρήθηκε επίσης από ερευνητές που εργάζονται με το πείραμα MINOS, το οποίο εκτοξεύει νετρίνα 735 χιλιόμετρα από το Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) στην Batavia του Ιλινόις , σε έναν ανιχνευτή που βρίσκεται στο ορυχείο Σουδάν στη βόρεια Μινεσότα. Η ομάδα MINOS έχει επίσης βρει ότι τα νετρίνα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, όπως ανάφερε ο Fermilab Phil Adamson κατά τη συνεδρίαση.

Έτσι, η χορωδία έχει ...τραγουδήσει και η τελική αυλαία έπεσε για το έπος των ταχύτερων του φωτός νετρίνων. "Η ιστορία έχει εξάψει τη φαντασία του κοινού, και έχει δώσει στους ανθρώπους την ευκαιρία να δουν την επιστημονική μέθοδο σε δράση - ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα τέθηκε προς έλεγχο, που ερευνήθηκε πλήρως και επιλύθηκε εν μέρει χάρη στη συνεργασία μεταξύ φυσιολογικά ανταγωνιζόμενων πειραμάτων," Δήλωσε ο Μπερτολούτσι σε ένα δελτίο τύπου του CERN. "Αυτό δείχνει το πώς η επιστήμη κινείται προς τα εμπρός."

Πηγές :dailygalaxy.com 
             Η Daily Galaxy μέσω του Imperial College του Λονδίνου και του sciencemag.org

             Εικόνα: ESA XMM Newton

 Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com

Δείτε τα σχετικά βίντεο