Καλλιτεχνική αναπαράσταση του ίδιου ζεύγους αστέρων, ενώ
αυτά εκλύουν βαρυτικά κύματα, δηλαδή ρυτιδώσεις στον χωρόχρονο. Παρότι
αυτά τα κύματα (που διακρίνονται στην εικόνα ως πλέγμα) δεν έχουν ακόμα
εντοπιστεί με άμεσο τρόπο, οι αστρονόμοι έχουν καταφέρει να τα
ανιχνεύσουν έμμεσα, μετρώντας την αλλαγή της τροχιάς του συστήματος ενώ
αυτό χάνει ενέργεια.
Πώς η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή
ενέργεια ταιριάζουν στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας;
Πότε και πώς θα εντοπίσουμε βαρυτικά κύματα; Αληθεύουν οι φήμες ότι τα
ανίχνευσαν μόλις τα επίγεια πειράματα; Αυτά ήταν τα τρία πιο καυτά
ερωτήματα που απασχόλησαν τους θεωρητικούς της Σχετικότητας και τους
αστρονόμους, που συναντήθηκαν στο 28ο «Συμπόσιο του Τέξας για τη
Σχετικιστική Φυσική» που φιλοξενήθηκε φέτος τον Δεκέμβριο στη Γενεύη της
Ελβετίας.
Το σημαντικό αυτό συμπόσιο πραγματοποιήθηκε πρώτη φορά στις 16 Δεκεμβρίου 1963, στο Ντάλας του Τέξας, λίγες εβδομάδες μετά τη δολοφονία του Αμερικανού προέδρου Τζον Φ. Κένεντι. Η βαριά ατμόσφαιρα από τη δολοφονία είχε έρθει τότε να προστεθεί στην αβεβαιότητα της επιστημονικής κοινότητας και στο πέπλο ομίχλης που κάλυπτε τα ανεξιχνίαστα φαινόμενα με τα οποία καταπιάνονταν οι επιστήμονες.
Πενήντα χρόνια αργότερα, σε αυτόν τον ξεχωριστό τόπο συνάντησης των δύο επιστημονικών πεδίων, ο δρ Μάικλ Κράμερ, διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για τη Ραδιοαστρονομία στη Βόννη της Γερμανίας και ειδικός στη μελέτη αστέρων πάλσαρ (παλλόμενοι αστέρες) μίλησε στην «Κ» για τις προσπάθειες ελέγχου της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας μέσα από την παρατήρηση αυτών των ουράνιων μαζών με τις εξαιρετικές ιδιότητες.
– Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των αστέρων πάλσαρ που τα καθιστούν ιδανικό εργαστήριο για τον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας;
– Τα πάλσαρ διαθέτουν μια σειρά από μοναδικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, αποτελούν τα πιο πυκνά γνωστά μας σώματα στο Σύμπαν. Είναι τόσο συμπαγή που σε ένα τέτοιο σώμα, με διάμετρο μικρότερη από αυτή της πόλης της Αθήνας, μπορεί να χωρέσει 40% περισσότερη μάζα από εκείνη του Ηλιου. Ως συνέπεια, διαθέτουν πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία και γύρω τους δημιουργείται έντονη καμπυλότητα στον χωρόχρονο.
Δεύτερον, και εκεί βρίσκεται και η ομορφιά τους, περιστρέφονται γρήγορα και εκπέμπουν μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, και συγκεκριμένα ραδιοκύματα. Ενας πάλσαρ λειτουργεί ακριβώς σαν έναν φάρος. Παρότι το φως του φάρου είναι συνεχώς αναμμένο, κάποιος μπορεί να το δει μόνο εφόσον αυτό είναι στραμμένο προς το μέρος του, διακρίνοντας τελικά έναν παλμό. Κάθε παλμός του πάλσαρ είναι σαν το τικ του ρολογιού και φτάνει στη Γη με τέτοια ακρίβεια που μπορεί να συναγωνιστεί τα καλύτερα ατομικά ρολόγια που διαθέτουμε.
Τα πειράματα για τον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας απαιτούν τη χρήση μαζών και ρολογιών και τα πάλσαρ τα διαθέτουν και τα δύο. Είναι πολύ ωραία σύμπτωση που αυτά τα ουράνια σώματα μας τα δώρισε η φύση και εμείς τα χρησιμοποιούμε για τον συγκεκριμένο σκοπό.
– Τι μετρήσεις γίνονται σε αυτό το συμπαντικό εργαστήριο;
– Για να κάνουμε μετρήσεις είναι απαραίτητο να εντοπίσουμε αλλαγές. Δεν μπορούμε να μελετήσουμε αντικείμενα που παραμένουν συνεχώς ίδια. Οπότε χρειαζόμαστε έναν πάλσαρ που κινείται στον χώρο, και με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να μετρήσουμε πώς εξελίσσονται αυτές οι αλλαγές με τον χρόνο. Ενας πάλσαρ μπορεί να κινείται εξαιτίας της παρουσίας ενός συντρόφου. Τη συντροφιά αυτή μπορεί να του την κρατάει είτε ένας πάλσαρ είτε κάποιο άλλο αστέρι ή ουράνιο σώμα. Στις έρευνές μας χρησιμοποιούμε ζευγάρια αστέρων τα οποία περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας. Σε αυτό το ζευγάρι αστέρων παρατηρούμε λοιπόν μια αλλαγή στην περίοδο της τροχιάς τους η οποία γίνεται όλο και μικρότερη. Η συρρίκνωση της τροχιάς δείχνει ότι το σύστημα χάνει ενέργεια και αυτή η απώλεια ενέργειας μπορεί να εξηγηθεί μόνο από τη συνεχή έκλυση βαρυτικών κυμάτων, τα οποία αποτελούν πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Κάθε μάζα που επιταχύνεται παράγει βαρυτικά κύματα, οπότε το Σύμπαν είναι γεμάτο από τέτοια. Ακόμα όμως δεν είχαμε την ευκαιρία να τα μετρήσουμε. Παρόλα αυτά, σε ένα εντοπισμένο σύστημα, όπως αυτό των δύο αστέρων, μπορεί κανείς να παρατηρήσει το αποτέλεσμα που προκαλεί η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων. Υπολογίζοντας λοιπόν με μεγάλη ακρίβεια τον ρυθμό με τον οποίο μικραίνει η τροχιά των σωμάτων βλέπουμε ότι το νούμερο που προκύπτει ταιριάζει απόλυτα με τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
– Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας περιγράφει ολόκληρη την αλήθεια για την κατανόηση της βαρύτητας;
– Μέχρι σήμερα, όλα τα πειράματά μας αποδεικνύουν σωστή τη Θεωρία. Ομως δεν παύει αυτό το ερώτημα να παραμένει ανοιχτό. Οπως είχε πει και ο ίδιος ο Αλμπερτ Αϊνστάιν «μπορείτε μόνο να αποδείξετε ότι έχω άδικο, αλλά ποτέ δεν θα αποδείξετε ότι έχω δίκιο». Το ίδιο κάνουμε και εμείς. Δεν μπορούμε να αποδείξουμε ότι η Θεωρία είναι σωστή, το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι μέχρι σήμερα δεν έχουμε βρει κάποιο ελάττωμα.
Η Νευτώνεια μηχανική, για παράδειγμα, θεωρούνταν σωστή για εκατοντάδες χρόνια. Στη συνέχεια, οι αστρονόμοι άρχισαν να παρατηρούν κάποιες μικρές αποκλίσεις από τη θεωρία του Νεύτωνα, τις οποίες αρχικά δεν μπορούσαν να εξηγήσουν. Ισως να φτάσουμε και εμείς στο σημείο να δούμε αποκλίσεις από τη γενική σχετικότητα και πρέπει να είμαστε προετοιμασμένοι γι’ αυτό. Δεν έχει νόημα να επιβεβαιώνουμε ξανά και ξανά μια Θεωρία, αλλά αντίθετα έχει νόημα να εντοπίσουμε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες αυτή η Θεωρία αποτυγχάνει. Και εάν συμβεί κάτι τέτοιο, ίσως τότε να ανακαλύψουμε ότι και η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν αποτελεί την τελευταία λέξη στην κατανόηση της βαρύτητας.
Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Το σημαντικό αυτό συμπόσιο πραγματοποιήθηκε πρώτη φορά στις 16 Δεκεμβρίου 1963, στο Ντάλας του Τέξας, λίγες εβδομάδες μετά τη δολοφονία του Αμερικανού προέδρου Τζον Φ. Κένεντι. Η βαριά ατμόσφαιρα από τη δολοφονία είχε έρθει τότε να προστεθεί στην αβεβαιότητα της επιστημονικής κοινότητας και στο πέπλο ομίχλης που κάλυπτε τα ανεξιχνίαστα φαινόμενα με τα οποία καταπιάνονταν οι επιστήμονες.
Πενήντα χρόνια αργότερα, σε αυτόν τον ξεχωριστό τόπο συνάντησης των δύο επιστημονικών πεδίων, ο δρ Μάικλ Κράμερ, διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για τη Ραδιοαστρονομία στη Βόννη της Γερμανίας και ειδικός στη μελέτη αστέρων πάλσαρ (παλλόμενοι αστέρες) μίλησε στην «Κ» για τις προσπάθειες ελέγχου της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας μέσα από την παρατήρηση αυτών των ουράνιων μαζών με τις εξαιρετικές ιδιότητες.
– Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των αστέρων πάλσαρ που τα καθιστούν ιδανικό εργαστήριο για τον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας;
– Τα πάλσαρ διαθέτουν μια σειρά από μοναδικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, αποτελούν τα πιο πυκνά γνωστά μας σώματα στο Σύμπαν. Είναι τόσο συμπαγή που σε ένα τέτοιο σώμα, με διάμετρο μικρότερη από αυτή της πόλης της Αθήνας, μπορεί να χωρέσει 40% περισσότερη μάζα από εκείνη του Ηλιου. Ως συνέπεια, διαθέτουν πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία και γύρω τους δημιουργείται έντονη καμπυλότητα στον χωρόχρονο.
Δεύτερον, και εκεί βρίσκεται και η ομορφιά τους, περιστρέφονται γρήγορα και εκπέμπουν μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, και συγκεκριμένα ραδιοκύματα. Ενας πάλσαρ λειτουργεί ακριβώς σαν έναν φάρος. Παρότι το φως του φάρου είναι συνεχώς αναμμένο, κάποιος μπορεί να το δει μόνο εφόσον αυτό είναι στραμμένο προς το μέρος του, διακρίνοντας τελικά έναν παλμό. Κάθε παλμός του πάλσαρ είναι σαν το τικ του ρολογιού και φτάνει στη Γη με τέτοια ακρίβεια που μπορεί να συναγωνιστεί τα καλύτερα ατομικά ρολόγια που διαθέτουμε.
Τα πειράματα για τον έλεγχο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας απαιτούν τη χρήση μαζών και ρολογιών και τα πάλσαρ τα διαθέτουν και τα δύο. Είναι πολύ ωραία σύμπτωση που αυτά τα ουράνια σώματα μας τα δώρισε η φύση και εμείς τα χρησιμοποιούμε για τον συγκεκριμένο σκοπό.
– Τι μετρήσεις γίνονται σε αυτό το συμπαντικό εργαστήριο;
– Για να κάνουμε μετρήσεις είναι απαραίτητο να εντοπίσουμε αλλαγές. Δεν μπορούμε να μελετήσουμε αντικείμενα που παραμένουν συνεχώς ίδια. Οπότε χρειαζόμαστε έναν πάλσαρ που κινείται στον χώρο, και με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να μετρήσουμε πώς εξελίσσονται αυτές οι αλλαγές με τον χρόνο. Ενας πάλσαρ μπορεί να κινείται εξαιτίας της παρουσίας ενός συντρόφου. Τη συντροφιά αυτή μπορεί να του την κρατάει είτε ένας πάλσαρ είτε κάποιο άλλο αστέρι ή ουράνιο σώμα. Στις έρευνές μας χρησιμοποιούμε ζευγάρια αστέρων τα οποία περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας. Σε αυτό το ζευγάρι αστέρων παρατηρούμε λοιπόν μια αλλαγή στην περίοδο της τροχιάς τους η οποία γίνεται όλο και μικρότερη. Η συρρίκνωση της τροχιάς δείχνει ότι το σύστημα χάνει ενέργεια και αυτή η απώλεια ενέργειας μπορεί να εξηγηθεί μόνο από τη συνεχή έκλυση βαρυτικών κυμάτων, τα οποία αποτελούν πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Κάθε μάζα που επιταχύνεται παράγει βαρυτικά κύματα, οπότε το Σύμπαν είναι γεμάτο από τέτοια. Ακόμα όμως δεν είχαμε την ευκαιρία να τα μετρήσουμε. Παρόλα αυτά, σε ένα εντοπισμένο σύστημα, όπως αυτό των δύο αστέρων, μπορεί κανείς να παρατηρήσει το αποτέλεσμα που προκαλεί η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων. Υπολογίζοντας λοιπόν με μεγάλη ακρίβεια τον ρυθμό με τον οποίο μικραίνει η τροχιά των σωμάτων βλέπουμε ότι το νούμερο που προκύπτει ταιριάζει απόλυτα με τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
– Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας περιγράφει ολόκληρη την αλήθεια για την κατανόηση της βαρύτητας;
– Μέχρι σήμερα, όλα τα πειράματά μας αποδεικνύουν σωστή τη Θεωρία. Ομως δεν παύει αυτό το ερώτημα να παραμένει ανοιχτό. Οπως είχε πει και ο ίδιος ο Αλμπερτ Αϊνστάιν «μπορείτε μόνο να αποδείξετε ότι έχω άδικο, αλλά ποτέ δεν θα αποδείξετε ότι έχω δίκιο». Το ίδιο κάνουμε και εμείς. Δεν μπορούμε να αποδείξουμε ότι η Θεωρία είναι σωστή, το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι μέχρι σήμερα δεν έχουμε βρει κάποιο ελάττωμα.
Η Νευτώνεια μηχανική, για παράδειγμα, θεωρούνταν σωστή για εκατοντάδες χρόνια. Στη συνέχεια, οι αστρονόμοι άρχισαν να παρατηρούν κάποιες μικρές αποκλίσεις από τη θεωρία του Νεύτωνα, τις οποίες αρχικά δεν μπορούσαν να εξηγήσουν. Ισως να φτάσουμε και εμείς στο σημείο να δούμε αποκλίσεις από τη γενική σχετικότητα και πρέπει να είμαστε προετοιμασμένοι γι’ αυτό. Δεν έχει νόημα να επιβεβαιώνουμε ξανά και ξανά μια Θεωρία, αλλά αντίθετα έχει νόημα να εντοπίσουμε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες αυτή η Θεωρία αποτυγχάνει. Και εάν συμβεί κάτι τέτοιο, ίσως τότε να ανακαλύψουμε ότι και η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν αποτελεί την τελευταία λέξη στην κατανόηση της βαρύτητας.
Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ