Electromagnetic waves, gravitational waves and the prophets who predicted them

Using non-excessively-technical language and written in informal style, this article introduces the reader to the concepts of electromagnetic and gravitational waves and recounts the prediction of existence of these waves by Maxwell and Einstein, respectively. The issue of gravitational radiation is timely in view of the recent announcement of the detection of gravitational waves by the LIGO scientific team.

Read the article on arXiv

Ο Maxwell, ο Einstein και τα κύματα

1. Εισαγωγή

Αν αναζητούσαμε τις κορυφαίες μορφές της Θεωρητικής Φυσικής κατά τον δέκατο-ένατο και τον εικοστό αιώνα, θα καταλήγαμε χωρίς δυσκολία στον James Clerk Maxwell (1831-1879) και τον Albert Einstein (1879-1955), αντίστοιχα. Μεταξύ των πολλών επιτευγμάτων τους, ο πρώτος ενοποίησε τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό σε μία ενιαία ηλεκτρομαγνητική θεωρία και πρόβλεψε την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (χωρίς τα οποία η ίδια η ζωή αλλά και οι επικοινωνίες μας θα ήταν αδύνατες), ενώ ο δεύτερος άλλαξε για πάντα την αντίληψή μας για το χώρο και το χρόνο και διατύπωσε τη μοντέρνα θεωρία της βαρύτητας, στο πλαίσιο της οποίας προέβλεψε τα κύματα βαρύτητας.

Ο Maxwell έφυγε από τη ζωή αρκετά νέος και δεν ευτύχησε να δει, λίγα χρόνια αργότερα, την πειραματική επαλήθευση της θεωρίας του για την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Όσο για τον Einstein, κατά μία έννοια στάθηκε πιο «τυχερός» αφού θα ήταν ούτως ή άλλως βιολογικά αδύνατο να βρίσκεται παρών, εν έτει 2016, στην επίσημη αναγγελία της πλήρους επιβεβαίωσης της Γενικής Σχετικότητας σε ό,τι αφορά τα κύματα βαρύτητας!

Στο άρθρο που ακολουθεί θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τι είναι τα μυστηριώδη κύματα που πρώτοι πρόβλεψαν οι δύο αυτοί γίγαντες της Φυσικής Επιστήμης των περασμένων δύο αιώνων. Για βαθύτερη και πιο εξειδικευμένη προσέγγιση στο θέμα, ο αναγνώστης παραπέμπεται στις πηγές που παρατίθενται στο τέλος.

2. Ο Maxwell και η πρώτη θεωρία ενοποίησης αλληλεπιδράσεων

Έχουμε συνηθίσει να ακούμε για τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό σαν δύο ξεχωριστά φυσικά φαινόμενα. Κάθε ηλεκτρικό φορτίο (ανεξάρτητα από την κίνησή του) δέχεται μια δύναμη όταν βρίσκεται μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, ενώ σε κάθε κινούμενο φορτίο ασκείται δύναμη μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Πράγματι, αν ζούσαμε σε έναν εξωπραγματικό κόσμο όπου όλα τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία έμεναν αμετάβλητα μέσα στο χρόνο, δεν θα είχαμε επίγνωση ότι τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά φαινόμενα είναι αλληλένδετα και αμοιβαία εξαρτημένα. Οι περίφημες τέσσερις εξισώσεις του Maxwell [1,2] θα έσπαζαν σε δύο ανεξάρτητα ζευγάρια, ένα για κάθε πεδίο (ηλεκτρικό και μαγνητικό).

Το 1831, όμως, σε μια σειρά πειραμάτων του [2], ο Michael Faraday ανακάλυψε κάτι ενδιαφέρον: κάθε φορά που ένα μαγνητικό πεδίο μεταβάλλεται χρονικά, ένα ηλεκτρικό πεδίο κάνει απαραίτητα την εμφάνισή του! Αν και δεν υπήρχαν τότε ανάλογες πειραματικές ενδείξεις, ο Maxwell πρόβλεψε πως και το αντίστροφο ήταν αληθές. Δηλαδή, ένα μαγνητικό πεδίο εμφανίζεται κάθε φορά που ένα ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει χρονικά. Έτσι, δεν θα έπρεπε στο εξής να ξεχωρίζουμε απόλυτα τα ηλεκτρικά από τα μαγνητικά φαινόμενα, αφού το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο μοιάζουν να είναι σε στενή εξάρτηση μεταξύ τους.

Από ιστορική άποψη, έχουμε εδώ την πρώτη θεωρία ενοποίησης φαινομενικά διαφορετικών δυνάμεων (αλληλεπιδράσεων) – των ηλεκτρικών και των μαγνητικών – σε μία ενιαία ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Ο εικοστός αιώνας θα διεύρυνε το «κάδρο» της ενοποίησης βάζοντας στο παιχνίδι την ασθενή και την ισχυρή αλληλεπίδραση, και κάνοντας μια ηρωική προσπάθεια να εντάξει στο σχήμα και τη δύστροπη βαρύτητα...

3. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα

Με τη μαθηματική ιδιοφυΐα που τον διέκρινε, ο Maxwell κωδικοποίησε τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα με τέσσερις περίπλοκες εξισώσεις που περιγράφουν τη συμπεριφορά του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο χώρο και το χρόνο [1,2]. Από τις εξισώσεις αυτές προκύπτει το ενδιαφέρον συμπέρασμα ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει κυματικές ιδιότητες [1]. Δηλαδή, μια μεταβολή (διαταραχή) του πεδίου σε κάποιο σημείο του χώρου δεν γίνεται ακαριαία αισθητή σε άλλα σημεία αλλά διαδίδεται μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. Ειδικά, το ίδιο το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα που έχει την ιδιότητα να γίνεται αντιληπτό από εμάς διότι ερεθίζει το αισθητήριο της όρασής μας.

Δεν χρειάζεται, νομίζω, να τονίσω τη σημασία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για τη ζωή μας! Μέσω αυτών λαμβάνουμε φως και ζέστη από τον Ήλιο (αλλά, δυστυχώς, και άλλες ακτινοβολίες που είναι βλαπτικές για εμάς), απολαμβάνουμε στερεοφωνική μουσική στο ραδιόφωνο, βλέπουμε ποδοσφαιρικούς αγώνες στην τηλεόραση, επικοινωνούμε με τα κινητά μας τηλέφωνα... Όμως, πώς παράγονται αυτά τα κύματα;

Καταρχήν, λίγη ορολογία: Η διάδοση ενέργειας μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων καλείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. (Στο εξής θα γράφουμε, σύντομα, «Η/Μ κύματα» και «Η/Μ ακτινοβολία».) Έτσι, ένα φυσικό σύστημα που εκπέμπει ενέργεια στη μορφή Η/Μ κυμάτων λέμε ότι εκπέμπει Η/Μ ακτινοβολία ή, απλά, ότι ακτινοβολεί. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων είναι τα άτομα, τα μόρια, οι πυρήνες, τα θερμά σώματα, οι κεραίες των ραδιοφωνικών σταθμών, κλπ.

Από μια προσεκτική εξέταση των εξισώσεων του Maxwell προκύπτει ότι η Η/Μ ακτινοβολία παράγεται με βασικά δύο τρόπους: (α) με επιταχυνόμενα ηλεκτρικά φορτία, και (β) με χρονικά μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά ρεύματα [1]. Ειδικά, ένα φορτίο που κινείται με σταθερή ταχύτητα (ευθύγραμμα και ομαλά) δεν ακτινοβολεί. Συνηθίζω να το εξηγώ αυτό στους μαθητές μου (πριν τους βομβαρδίσω με εξισώσεις) χρησιμοποιώντας την παρακάτω παραβολή:

Μια ζεστή μέρα του καλοκαιριού, πάτε ως το περίπτερο να αγοράσετε ένα παγωτό. Για να προλάβετε πριν λιώσει, αποφασίζετε να το φάτε στο δρόμο. Βαδίζετε αμέριμνοι σε ένα ευθύγραμμο μονοπάτι με σταθερό βήμα (άρα, με σταθερή ταχύτητα) χωρίς να πάρετε είδηση ένα σμήνος από μέλισσες που σας ακολουθούν πολιορκώντας το παγωτό σας! Όταν ξαφνικά τις αντιλαμβάνεστε, επιταχύνετε την κίνησή σας για να τους ξεφύγετε (είτε τρέχετε πιο γρήγορα προς τα μπρος, είτε απλά αλλάζετε κατεύθυνση πορείας). Τρομαγμένες, τότε, από την κίνησή σας αυτή, κάποιες μέλισσες αποκόπτονται από το σμήνος και πετούν μακριά, χωρίς ποτέ να επιστρέψουν.

Τι σημαίνουν όλα αυτά; Το «παγωτό» είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο που αρχικά κινείται με σταθερή ταχύτητα, μεταφέροντας στην κατεύθυνση της κίνησής του την ολική ενέργεια του Η/Μ πεδίου του (το «σμήνος των μελισσών») η οποία μένει σταθερή. Όταν το φορτίο επιταχύνεται, ένα μέρος της ενέργειας αυτής (οι «μέλισσες» που πέταξαν μακριά) αποσπάται, κατά κάποιον τρόπο, και απομακρύνεται προς το άπειρο με την ταχύτητα του φωτός, υπό μορφή Η/Μ κύματος. Και, όσο πιο μεγάλη είναι η επιτάχυνση του φορτίου, τόσο πιο μεγάλη είναι και η ενέργεια της εκπεμπόμενης Η/Μ ακτινοβολίας στη μονάδα του χρόνου.

4. Ο Einstein και η Σχετικότητα

Στον κενό χώρο, η ταχύτητα του φωτός (τη συμβολίζουμε με c) είναι περίπου 300,000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Όμως, έχουμε συνηθίσει να μετράμε τις ταχύτητες σε σχέση με κάποιο προκαθορισμένο σύστημα αναφοράς. Για παράδειγμα, όταν ένας επιβάτης περπατά κατά μήκος του διαδρόμου ενός κινούμενου λεωφορείου, η ταχύτητά του, όπως τη μετρά ένας καθιστός συνεπιβάτης του, είναι διαφορετική από εκείνη που θα κατέγραφε κάποιος που στέκεται ακίνητος στο πεζοδρόμιο. Λεωφορείο και πεζοδρόμιο είναι δύο διαφορετικά συστήματα αναφοράς ως προς τα οποία προσδιορίζεται η ταχύτητα κίνησης του επιβάτη.

Σε σχέση με ποιο σύστημα αναφοράς, λοιπόν, η ταχύτητα του φωτός έχει τη γνωστή τιμή c; Με βάση τις αντιλήψεις της εποχής του, ο Maxwell δέχθηκε ότι η ταχύτητα διάδοσης της Η/Μ ακτινοβολίας έχει τη «σωστή» τιμή c σε ένα προνομιακό σύστημα που μένει ακίνητο ως προς τον αιθέρα, μια υποθετική ουσία με μεταφυσικές, σχεδόν, ιδιότητες που εθεωρείτο ότι καταλάμβανε ολόκληρο το χώρο. Σ’ αυτό και μόνο το σύστημα αναφοράς θα ίσχυαν και οι εξισώσεις του Maxwell. Έτσι, κάθε παρατηρητής κινούμενος ως προς τον αιθέρα θα έπρεπε να μετρά μια τιμή της ταχύτητας του φωτός που θα διέφερε από το c, ενώ θα έπρεπε, ως προς αυτόν, τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα να μην περιγράφονται σωστά από τις εξισώσεις του Maxwell.

Κάθε πειραματική προσπάθεια, όμως, να μετρηθεί διαφορετική τιμή της ταχύτητας του φωτός για διαφορετικούς παρατηρητές που βρίσκονταν σε σχετική κίνηση, αποτύγχανε. Ο Einstein, τότε, σε ένα ιστορικό άρθρο του το 1905, διατύπωσε μια τολμηρή ιδέα: Η ταχύτητα του φωτός στο κενό έχει την ίδια τιμή c για όλους τους παρατηρητές, ανεξάρτητα από την κίνησή τους. Επί πλέον, οι νόμοι της Φυσικής – και, ειδικά, οι εξισώσεις του Maxwell – θα πρέπει να ισχύουν στην ίδια μορφή σε όλα τα συστήματα αναφοράς. (Τεχνικά μιλώντας, οι παραπάνω αρχές ισχύουν για μια ειδική κατηγορία παρατηρητών, τους αδρανειακούς παρατηρητές, που σχετίζονται με αντίστοιχα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.) Οι αρχές αυτές αποτελούν τη βάση της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Στην κλασική (Νευτώνεια) Μηχανική, ο χρόνος έχει απόλυτη σημασία, κοινή για όλους τους παρατηρητές. Έτσι, σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, αν εκπέμψουμε έναν παλμό φωτός από ένα σημείο του χώρου προς ένα άλλο, διαφορετικοί παρατηρητές θα συμφωνήσουν μεταξύ τους για το χρόνο που πήρε στο φως να κάνει το ταξίδι, αν και πιθανώς θα διαφωνήσουν ως προς την απόσταση που διανύθηκε (ο κάθε παρατηρητής θα μετρά την απόσταση αυτή σε σχέση με τον εαυτό του).

Στη Σχετικότητα, εν τούτοις, όλοι οι παρατηρητές θα πρέπει να συμφωνήσουν μεταξύ τους για την ταχύτητα c με την οποία τρέχει το φως. Με δεδομένο ότι διαφωνούν, γενικά, ως προς το μήκος της διαδρομής, θα πρέπει τώρα να διαφωνήσουν και ως προς το χρονικό διάστημα που μεσολάβησε. Έτσι, η Σχετικότητα βάζει τέλος στην ιδέα του απόλυτου χρόνου. Τα χρονικά διαστήματα, όπως κι οι χωρικές αποστάσεις, βρίσκονται σε άμεσο συσχετισμό με την κίνηση του παρατηρητή και δεν προσδιορίζονται απόλυτα.

Επί πλέον, η αμεταβλητότητα της ταχύτητας του φωτός επιβάλλει ένα είδος μαθηματικής «διαπλοκής» ανάμεσα στις χωρικές και τις χρονικές συντεταγμένες ενός συμβάντος, έτσι που η διάκριση ανάμεσα στο χώρο και το χρόνο να μην είναι απόλυτη αλλά να εξαρτάται κι αυτή από την κίνηση του παρατηρητή. Γι’ αυτό το λόγο, αντί για τους χωριστούς όρους «χώρος» και «χρόνος», χρησιμοποιούμε την έκφραση «χωροχρόνος».

Η Σχετικότητα δεν πείραξε τις εξισώσεις του Maxwell, αναθεώρησε όμως δραματικά τη Νευτώνεια Μηχανική, η οποία αποδείχθηκε πως ίσχυε μόνο προσεγγιστικά στο όριο των «μικρών» ταχυτήτων (σε σύγκριση, φυσικά, με την τεράστια τιμή τού c!). Μεταξύ άλλων, η Σχετικότητα αποκάλυψε μια εκπληκτική – και πολύ διάσημη, πλέον – σχέση ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια, η οποία (σχέση) θα ήταν αδύνατο να προβλεφθεί από την κλασική Μηχανική. Η πειραματική επιβεβαίωσή της κόστισε αμέτρητες ανθρώπινες ζωές στα «εργαστήρια» της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι...

5. Η βαρύτητα είναι... γεωμετρία!

Ο χωροχρόνος της Σχετικότητας είναι τετραδιάστατος: τρεις διαστάσεις αντιστοιχούν στο χώρο και μία στο χρόνο. Ας θεωρήσουμε όμως, για ευκολία, δύο μόνο διαστάσεις, μία χωρική και μία χρονική. Στην Ειδική Σχετικότητα, η γεωμετρία του χωροχρόνου θα μοιάζει τότε με εκείνη μιας απέραντης επίπεδης επιφάνειας (αν και η μαθηματική συνταγή για τον υπολογισμό αποστάσεων θα είναι κάπως διαφορετική). Από άποψη γεωμετρικών ιδιοτήτων, μια τέτοια επιφάνεια έχει ουσιαστικές διαφορές από καμπύλες επιφάνειες όπως, π.χ., η επιφάνεια μιας σφαίρας.

Το 1915 ο Einstein διατύπωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία βασιζόταν σε μια εξαιρετικά πρωτότυπη ιδέα: Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως βαρύτητα δεν είναι στ’ αλήθεια μια δύναμη (όπως, π.χ., οι ηλεκτρικές ή οι μαγνητικές δυνάμεις) αλλά είναι αποτέλεσμα γεωμετρικής παραμόρφωσης του χώρου (τεχνικά μιλώντας, του χωροχρόνου) λόγω της παρουσίας της ύλης. Για παράδειγμα, η Γη κινείται όπως κινείται γύρω από τον Ήλιο όχι γιατί – όπως θα ‘λεγε ο Νεύτωνας – ο Ήλιος τής ασκεί μια βαρυτική δύναμη, αλλά λόγω της καμπύλωσης του χώρου που προκαλείται από την ίδια τη μάζα του Ήλιου! Ο χώρος δεν έχει πια γεωμετρικές ιδιότητες όμοιες με αυτές μιας επίπεδης επιφάνειας αλλά μάλλον με εκείνες της επιφάνειας μιας σφαίρας.

Στη Γενική Σχετικότητα, λοιπόν, το βαρυτικό πεδίο δεν αντιμετωπίζεται ως πεδίο δυνάμεων αλλά σαν πεδίο παραμορφώσεων (καμπυλώσεων ή «ρυτιδώσεων») του χώρου. Και, τοπικά, οι παραμορφώσεις αυτές είναι τόσο μεγαλύτερες όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα που τις προκαλεί.

6. Κύματα βαρύτητας

Τι γίνεται, όμως, όταν οι ρυτιδώσεις του χώρου, σε κάποια περιοχή του, μεταβάλλονται χρονικά λόγω ανακατανομής της ύλης στην περιοχή αυτή; Ας θυμηθούμε τι συμβαίνει στον Ηλεκτρομαγνητισμό: Κάθε ανακατανομή των πηγών του Η/Μ πεδίου (φορτίων ή ρευμάτων) σε μια περιοχή του χώρου, προκαλεί διαταραχή του Η/Μ πεδίου στην περιοχή αυτή, η οποία (διαταραχή) διαδίδεται στο χώρο με την ταχύτητα c του φωτός. Ειδικότερα, από ένα επιταχυνόμενο ηλεκτρικό φορτίο εκπέμπεται ενέργεια στη μορφή Η/Μ ακτινοβολίας (διάδοση ενέργειας μέσω ενός Η/Μ κύματος). Το εκπεμπόμενο Η/Μ κύμα, έτσι, παίρνει μαζί του ένα μέρος της ολικής ενέργειας του φορτίου.

Δεν θα εκπλαγείτε, φαντάζομαι, αν ακούσετε ότι, με βάση τη θεωρία που διατύπωσε ο Einstein το 1916 (ακριβώς έναν αιώνα πριν!), ανακατανομές της ύλης σε κάποια περιοχή του χώρου προκαλούν διαταραχή της τοπικής γεωμετρίας (σε κλασικούς όρους, του πεδίου βαρύτητας) η οποία (διαταραχή) διαδίδεται στο χώρο υπό μορφή ενός κύματος βαρύτητας [3–6] που τρέχει κι αυτό – μαντέψτε – με ταχύτητα c! Επί πλέον, ένα επιταχυνόμενο υλικό αντικείμενο χάνει μέρος της ενέργειάς του λόγω βαρυτικής ακτινοβολίας, όπου ο όρος εκφράζει διάδοση ενέργειας μέσω βαρυτικών κυμάτων.

Το πρόβλημα είναι ότι, ενώ ακόμα κι ένα ατομικό σύστημα μπορεί να εκπέμψει ανιχνεύσιμη Η/Μ ακτινοβολία (π.χ., ορατό φως), για να παραχθεί ανιχνεύσιμη βαρυτική ακτινοβολία απαιτούνται τεράστιες μάζες με πολύ μεγάλες επιταχύνσεις. Τέτοιες φυσικές συνθήκες πράγματι απαντώνται στο Σύμπαν (περιστρεφόμενα ζεύγη αστέρων νετρονίων ή μελανών οπών, αστρικές συγκρούσεις και αστρικές εκρήξεις, κλπ.) και η βαρυτική ενέργεια που απελευθερώνεται είναι ανυπολόγιστη. Όμως, τα φαινόμενα αυτά συμβαίνουν (ευτυχώς!) τόσο μακριά από εμάς ώστε, μέχρι να φτάσουν στη Γη, τα εκπεμπόμενα βαρυτικά κύματα θα έχουν εξασθενήσει κατά εκατομμύρια φορές. Έτσι, μόνο μια εξαιρετικά ευαίσθητη πειραματική διάταξη θα μπορούσε να τα εντοπίσει.

7. Τι μας χρειάζονται;

Μέχρι τώρα, όλες οι πληροφορίες μας για τα φαινόμενα του Σύμπαντος βασίζονταν σε παρατηρήσεις μέσω της Η/Μ ακτινοβολίας (ορατό φως, ραδιοκύματα, μικροκύματα, ακτίνες Χ, κλπ.). Τα βαρυτικά κύματα μπορούν τώρα να μας δώσουν πληροφορίες που θα ήταν αδύνατο να πάρουμε αλλιώς. Για παράδειγμα, από μια σύγκρουση μελανών οπών εκπέμπεται ελάχιστη Η/Μ ακτινοβολία, εκπέμπονται όμως τεράστιες ποσότητες βαρυτικών κυμάτων. Έτσι, με τη βοήθεια αυτών των κυμάτων θα μπορέσουμε να μελετήσουμε τέτοια κατακλυσμιαία κοσμικά φαινόμενα.

Εκτός αυτού, σε αντίθεση με την Η/Μ ακτινοβολία που αλληλεπιδρά έντονα με την ύλη και, ως εκ τούτου, υφίσταται απορροφήσεις και παραμορφώσεις καθώς διασχίζει αποστάσεις εκατομμυρίων ετών φωτός μέσα στο Σύμπαν, τα βαρυτικά κύματα διαπερνούν τεράστιες αποστάσεις μένοντας αναλλοίωτα (απλά εξασθενούν σε μέγεθος, αφού απλώνονται σε όλο και μεγαλύτερο χώρο). Έτσι, η πληροφορία που μεταφέρουν τα κύματα αυτά είναι πολύ περισσότερο αξιόπιστη σε σύγκριση με αυτή που μας δίνουν τα ηλεκτρομαγνητικά.

Και, τέλος, τα βαρυτικά κύματα αναμένεται να απαντήσουν σε σημαντικά ερωτήματα των κοσμολόγων σε ό,τι αφορά τα αρχικά στάδια εξέλιξης του Σύμπαντος. Κάτι τέτοιο είναι έξω από τις δυνατότητες της παραδοσιακής Αστρονομίας, δοθέντος ότι το Σύμπαν ήταν αρχικά αδιαφανές στην Η/Μ ακτινοβολία και καμία Η/Μ πληροφορία από εκείνη την περίοδο δεν φτάνει ως εμάς.

8. Επίλογος: Γιατί τόση φασαρία τελευταία;

Αν και ο Einstein είχε προβλέψει την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων ήδη από το 1916, μια έμμεση απόδειξη της ύπαρξής τους δόθηκε πολύ αργότερα, στα μέσα της δεκαετίας του 1970. Ποτέ όμως δεν είχαν άμεσα ανιχνευθεί τέτοια κύματα πάνω στη Γη.

Στις 11 Φεβρουαρίου του 2016, η επιστημονική ομάδα των δίδυμων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) [4] ανακοίνωσε, τελικά, ότι ανίχνευσε βαρυτικά κύματα στις 14 Σεπτεμβρίου του 2015. Τα κύματα αυτά προήλθαν από τη σύγκρουση και τη συγχώνευση δύο μελανών οπών (που αρχικά σχημάτιζαν ένα περιστρεφόμενο ζεύγος) σε απόσταση 1.3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη [7]. Ήταν η τελική επιβεβαίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein!

Το «παρατηρητήριο» LIGO αποτελείται από δύο πανομοιότυπους ανιχνευτές (συμβολόμετρα λέιζερ) που βρίσκονται στις ΗΠΑ, σε απόσταση περίπου 3,000 χιλιομέτρων μεταξύ τους. Ο ένας ανιχνευτής βρίσκεται στην πολιτεία Ουάσιγκτον και ο άλλος στην πολιτεία Λουϊζιάνα.

Οι επιστήμονες που συμμετείχαν στην ερευνητική αυτή ομάδα μάλλον δεν θα χρειαστούν τη βοήθεια έμπειρου αστρολόγου για να προβλέψει προς ποια συμπαντική κατεύθυνση θα κινηθεί το επόμενο βραβείο Νόμπελ στη Φυσική!

Σημειώσεις – Αναφορές:

[1] Κ. Ι. Παπαχρήστου, Εισαγωγή στην Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία και τη Φυσική των Αγώγιμων Στερεών (Εκδόσεις ΣΝΔ, 2010).

[2] Α. Ν. Μαγουλάς, Ηλεκτρομαγνητισμός και Εφαρμογές (Εκδόσεις ΣΝΔ, 2013).

[3] Βλ., π.χ., Wikipedia, Gravitational Wave .

[4] LIGO-Caltech, Gravitational Waves .

[5] The New York Times, Gravitational Waves Detected, Confirming Einstein’s Theory (περιέχει video).

[6] Video: Gravitational Waves Explained .

[7] Αναλυτικά: Λόγω της περιστροφής (άρα της επιτάχυνσης που αυτή συνεπάγεται) το σύστημα των δύο οπών έχανε συνεχώς ενέργεια καθώς εξέπεμπε βαρυτικά κύματα. Αυτό είχε ως συνέπεια να μειώνεται όλο και περισσότερο η απόσταση ανάμεσα στις δύο οπές, πράγμα που, με τη σειρά του, τις έκανε να περιστρέφονται ολοένα και πιο γρήγορα, εκπέμποντας όλο και περισσότερη βαρυτική ακτινοβολία. Στην κορύφωση του φαινομένου, οι δύο οπές συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν εκπέμποντας ένα τεράστιο ποσό βαρυτικής ενέργειας μέσα σε ελάχιστο χρόνο. Αυτή την εκπομπή κατέγραψαν οι ανιχνευτές τού LIGO. Το ηχητικό σήμα ήταν, φυσικά, τεχνητό!

Aixmi.gr

Βαρυτικά Κύματα: Τι είναι!

Δείτε επίσης:

Μα τι είναι αυτά τα “βαρυτικά κύματα”;

Video: Hearing a Ripple in Space-Time

ΤΟ ΒΗΜΑ - Στίβεν Χόκινγκ: Η εκδίκηση της επιστήμης

Στα 72 του, προβάλλει ως το αρχέτυπο του θεωρητικού που εξοικείωσε τη σύγχρονη κουλτούρα με τις έννοιες της κοσμολογίας

Του Μάρκου Καρασαρίνη 

Με τους όρους της επιστημονικής παραγωγής ιδεών η ηλικία του είναι κάτι παραπάνω από σεβάσμια. Είναι αυτή στην οποία κάθε εξέχων θεωρητικός φυσικός έχει κερδίσει το προνόμιο να εξαργυρώνει τους κόπους της νεότητάς του: να γέρνει σε έναν αναπαυτικό καναπέ και να περιμένει πότε οι μαθητές ή οι λοιποί εργάτες του πεδίου του θα αποδείξουν πειραματικά την ισχύ των θεωρημάτων του για να εισπράξουν το Νομπέλ που τους αξίζει. Πάνω-κάτω, δηλαδή, ό,τι έπραξε η ομάδα του CERN το 2013 για τον 86χρονο Πίτερ Χιγκς και το μποζόνιό του.

Στα 72 του όμως ο Στίβεν Χόκινγκ, διευθυντής Ερευνας του Κέντρου Θεωρητικής Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, παρά το ότι, συμμορφωνόμενος προς τις ακαδημαϊκές ρυθμίσεις, συνταξιοδοτήθηκε το 2009 από την έδρα των Μαθηματικών όπου κάποτε δίδασκε ο Ισαάκ Νεύτων και την οποία ο ίδιος κατείχε για 30 χρόνια, δεν μοιάζει ακριβώς διατεθειμένος να αποχωρήσει από την ενεργό δράση. Ισως γιατί η προσωπικότητά του διαπνέεται από μια θεμελιώδη δίψα για το νέο, όπως δείχνει η είσοδός του στον κόσμο του Facebook τον περασμένο Οκτώβριο. Ισως γιατί διακρίνεται από μια γνήσια επιδίωξη της δημόσιας φιλονικίας, όπως φανερώνει μια μακρά αλυσίδα αμφιλεγόμενων δηλώσεων - ότι οι ιοί των υπολογιστών είναι μια μορφή ζωής, ότι το ανθρώπινο είδος πρέπει να υιοθετήσει τις μεθόδους της γενετικής μηχανικής προκειμένου να μην ξεπεραστεί σε ευφυΐα από την τεχνητή νοημοσύνη, ότι υπάρχουν εξωγήινοι και καλό θα είναι να αποφύγουμε την επαφή μαζί τους, ότι η εισβολή στο Ιράκ αποτελεί «έγκλημα πολέμου», ότι το μποζόνιο του Χιγκς δεν θα ανακαλυφθεί ποτέ. Ισως, τέλος, γιατί ένας άνθρωπος που στα 21 του έλαβε διορία δύο ετών ζωής από τους γιατρούς του και βρίσκεται επί 45 χρόνια καθηλωμένος σε αναπηρική πολυθρόνα δεν μπορεί να ταυτίζει την ακινησία με την ανάπαυση.

Εκ φύσεως άλλωστε ο Χόκινγκ έμοιαζε πάντα να απεχθάνεται τη στάση. Ως φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης υπήρξε μέλος της κωπηλατικής ομάδας, παντρεύτηκε την πρώτη του σύζυγο, Τζέιν Γουάιλντ, σε ηλικία 23 ετών το 1965 και μαζί απέκτησαν τρία παιδιά, χώρισε το 1990 και, σύμφωνα με τον ίδιο, έζησε έναν «παθιασμένο και θυελλώδη γάμο» με τη δεύτερη σύζυγό του, Ιλέιν Μέισον, ως το 2006, δεν έπαψε ποτέ να ταξιδεύει ανά τον κόσμο για τις ανάγκες της επιστήμης του και, παρά το ότι η υγεία του προοδευτικά χειροτέρευε, παλαιότερα δεν δίσταζε να συμμετάσχει ως τις πρώτες πρωινές ώρες στα πάρτι που έκλειναν τα επιστημονικά συνέδρια. «Ηταν μια λαμπρή περίοδος. Ημουν ζωντανός και έκανα έρευνα στη θεωρητική φυσική. Ηθελα να γνωρίζω γιατί υπάρχει το Σύμπαν - γιατί υπάρχει κάτι μεγαλύτερο από το τίποτε», συνοψίζει ο ίδιος στην αυτοβιογραφία του με τίτλο «Το χρονικό της ζωής μου» (εκδ. Τραυλός). Παράλληλα δημοσίευε καινοτόμες προσεγγίσεις στην κοσμολογία (με γνωστότερη συνεισφορά την πρόταση πως οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν μια μορφή ακτινοβολίας που τιμητικά φέρει το όνομά του), έγραφε οκτώ βιβλία εκλαϊκευμένης φυσικής για ενηλίκους και τρία για παιδιά, συμμετείχε σε τηλεοπτικές σειρές και ντοκιμαντέρ και δίδασκε στο πανεπιστήμιο. Διόλου παράξενο που εξελίχθηκε σε εμβληματική μορφή, στον διασημότερο εν ζωή επιστήμονα.

Στη δεκαετία του '80 ο Στίβεν Χόκινγκ είχε ήδη ενδυθεί τον μανδύα του διαδόχου του Αϊνστάιν. Το «Time» και το «Newsweek», κατ' εξοχήν διαμεσολαβητές των εξελίξεων ακόμη για ένα διεθνές κοινό, αφιέρωναν εξώφυλλα στον άνθρωπο που, κατά την έκφρασή του, επιχειρούσε να διαβάσει «το μυαλό του Θεού» (αν και σε πολλές διατυπώσεις περί της σχέσης φυσικών νόμων και Υπέρτατου Όντος δεν άφηνε σπουδαία περιθώρια ελιγμών στο δεύτερο) και προωθούσαν μια εκλαϊκευμένη όψη της κοσμολογίας του. Σύμφωνα με αυτήν, ο Χόκινγκ συνέχιζε το έργο του Αϊνστάιν φιλοδοξώντας να ολοκληρώσει μια «Θεωρία των πάντων» η οποία θα πάντρευε τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής μεταξύ τους στο πρότυπο που είχε οραματιστεί ο εμπνευστής της Θεωρίας της Σχετικότητας. Βέβαια, πρόγονος και επίγονος είχαν τις διαφορές τους: ο Αϊνστάιν αναζητούσε τρόπους να παρακάμψει την «αρχή της απροσδιοριστίας» του Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, ακρογωνιαίο λίθο της κβαντομηχανικής, υποστηρίζοντας ότι εισήγαγε στους νόμους της φυσικής ένα ανεπίτρεπτο στοιχείο αβεβαιότητας («είμαι πεπεισμένος ότι ο Θεός δεν παίζει ζάρια», όπως το έθετε), ενώ ο Χόκινγκ στην πρόβλεψή του για μια πιθανή συνένωση σχετικότητας και κβαντικής θεωρίας δεν είχε τέτοιες προκαταλήψεις. Πέρα ωστόσο από τη γοητεία των υποατομικών σωματιδίων που γέμιζαν τις σελίδες του διεθνούς Τύπου με παραστάσεις και διαγράμματα, η περίπτωση του επιφανούς φυσικού ήταν το ίδιο ή και περισσότερο δημοφιλής ως «human interest story».

Οντας καθηλωμένος σε αναπηρική πολυθρόνα από πλάγια μυοτροφική σκλήρυνση ήδη από την ηλικία των 20 ετών, αποτελούσε την προσωποποίηση του ηθικού σθένους. Επιπλέον, η εικόνα του έδινε το κατάλληλο έναυσμα για δημοσιογραφική ανακίνηση του αιώνιου διπόλου για το σώμα και τη διάνοια: «Είναι σχεδόν πλήρως παράλυτος, άφωνος, περιορισμένος σε αναπηρική καρέκλα, ικανός να κινεί μόνο τους μυς του προσώπου του και δύο δάχτυλα του αριστερού του χεριού. (...) Επικοινωνεί αποκλειστικά μέσω ενός συνθετητή φωνής, τον οποίο χειρίζεται πληκτρολογώντας κοπιαστικά λέξεις σε έναν υπολογιστή προσαρμοσμένο στη μηχανοκίνητη καρέκλα του» - «Αιχμάλωτος στο ίδιο του το σώμα, όμως η διάνοιά του τον μεταφέρει στις εσχατιές του Σύμπαντος» διάβαζε κανείς σε δύο χαρακτηριστικά κείμενα του «Time» το 1988 και το 1992.

Το 1988, άλλωστε, όταν το «Newsweek» έθετε σε δεύτερη μοίρα τη συνάντηση κορυφής Ρίγκαν - Γκορμπατσόφ στη Μόσχα προκειμένου να ανακηρύξει στο εξώφυλλό του τον Χόκινγκ «Κυρίαρχο του Σύμπαντος», συνέπεσε με την έκδοση του βιβλίου μέσω του οποίου οι περισσότεροι θα τον γνώριζαν για πρώτη φορά. «Το χρονικό του χρόνου» (εκδόσεις Κάτοπτρο) ήταν ένα παράδοξο μπεστ σέλερ: από το πουθενά σχεδόν η σκληρόδετη έκδοση είχε ήδη πουλήσει ένα εκατομμύριο αντίτυπα, πράγμα πρωτοφανές για κείμενο εκλαϊκευμένης επιστήμης που πραγματευόταν τις δυσνόητες έννοιες της σύγχρονης φυσικής. Η εξομολόγηση του συγγραφέα στον πρόλογο ήταν από τη μια μεριά ενδεικτική της πραγματικότητας, από την άλλη χαρακτηριστική της τόλμης του εγχειρήματος: «Κάποιος μου είπε πως κάθε εξίσωση που θα έβαζα στο βιβλίο θα μείωνε τις πωλήσεις του στο μισό. Τελικά όμως αναγκάστηκα να βάλω μία: την περίφημη του Αϊνστάιν E=mc². Ελπίζω αυτό να μη μου κοστίσει τους μισούς αναγνώστες μου». Συνεχείς επανεκδόσεις, μεταφράσεις σε 40 γλώσσες και δέκα εκατομμύρια πωλήσεις παγκοσμίως σε 20 χρόνια κατέστησαν το «Χρονικό» τομή στην παγκόσμια βιβλιογραφία της εκλαϊκευμένης επιστήμης. Προλείαναν έτσι το έδαφος για τη διαχρονική κατόπιν επιτυχία βιβλίων που τακτικά μεταβιβάζουν την ουσία της αιχμής της φυσικής σε ευρύτερα στρώματα: ευαγγέλια της εκλαϊκευμένης επιστήμης όπως «Το σωματίδιο του Θεού» του Λέον Λέντερμαν ή «Το κομψό Σύμπαν» του Μπράιαν Γκριν δεν θα είχαν τη μορφή ή την απήχηση που απέκτησαν, ίσως και να μην είχαν δει καν το φως της δημοσιότητας, αν δεν είχε προηγηθεί εκείνο. Γιατί η δουλειά του Χόκινγκ οικοδόμησε ένα υπόβαθρο γνώσης εξοικειώνοντας ένα πολυπληθές κοινό με ορισμούς που κάποτε λογίζονταν περίπλοκοι και παραδίδοντας έννοιες όπως ο «ορίζοντας των γεγονότων» ή «το βέλος του χρόνου» προς χρήση στην καθημερινή γλώσσα.

Εδώ μπορεί να εντοπίσει κανείς κατά μία έννοια τις ρίζες της διάχυσης στη σύγχρονη κουλτούρα τόσο της ορολογίας της θεωρητικής φυσικής όσο και της ανάγκης της επιστημονικής ακρίβειας. Πριν από τον Στίβεν Χόκινγκ ο τίτλος του «Βέλους του χρόνου», του μυθιστορήματος του δημοφιλούς βρετανού συγγραφέα Μάρτιν Εϊμις, που αφηγείται ανάποδα τη ζωή ενός ναζί εγκληματία γιατρού, θα ήταν απλώς μια κρυπτική αναφορά. Πριν από τον Στίβεν Χόκινγκ η ποπ κουλτούρα σπάνια επεδίωκε την πιστότητα της επιστήμης που βρίσκει κανείς στο σενάριο των Αρθουρ Κλαρκ και Στάνλεϊ Κιούμπρικ για το «2001: Οδύσσεια του Διαστήματος». Προτιμούσε τα διαστημικά παραμύθια του Τζορτζ Λούκας για έναν «Πόλεμο των άστρων» - ταινίες όπου το στοιχείο της φαντασίας υπερείχε τόσο ώστε καθιστούσε την επιστήμη άχρηστο επιθετικό προσδιορισμό. Αν το σημερινό «Interstellar» του Κρίστοφερ Νόλαν έχει ανάγκη από την παρουσία του πρωτοπόρου κοσμολόγου Κιπ Θορν για να λειτουργήσει πειστικά για τον θεατή, αυτό οφείλεται και στην εξοικείωση του κοινού με τις έννοιες που διέσπειραν τα εκατομμύρια αντίτυπα του «Χρονικού του χρόνου». Αν η πρωταγωνίστρια της ταινίας Αν Χάθαγουεϊ κάνει λόγο για την αντίληψή της περί φυσικής της ως «έναν κόκκο άμμου από την ακτή της γνώσης του Κιπ Θορν», σε αυτήν έχει συμβάλει έμμεσα και ο Στίβεν Χόκινγκ.

Οπως σημειώνει ο Τζέφρι Κλούγκερ σε άρθρο του για το φιλμ που δημοσιεύθηκε σε πρόσφατο τεύχος του «Time», «ο κινηματογράφος έχει καταστεί αληθινή πηγή επιστημονικής διερώτησης για εκατομμύρια ανθρώπους σε μια εποχή που η ίδια η επιστήμη μπορεί να αποβεί εξαιρετικά μπερδεμένη και πολύπλοκη για να γίνει κατανοητή». Ο Στίβεν Χόκινγκ μπορεί τελικά να μη διατύπωσε τη «Θεωρία των πάντων» και ως εκ τούτου η ομότιτλη βιογραφική ταινία που βγήκε στους αμερικανικούς κινηματογράφους πριν από δέκα ημέρες να αφηγείται τα γεγονότα της προσωπικής ζωής του, όχι το πώς προσπέρασε τον Αϊνστάιν στη λεωφόρο της υστεροφημίας, δικαιούται όμως να επαίρεται ότι απλοποίησε τη γεωμετρία ενός χαοτικού Σύμπαντος για τα μάτια του μέσου ανθρώπου.

*Δημοσιεύθηκε στο BHmagazino την Κυριακή 23 Νοεμβρίου 2014

ΤΟ ΒΗΜΑ

ΤΟ ΒΗΜΑ - Η μεγαλύτερη δομή του Σύμπαντος

Είναι μια ομάδα κβάζαρ που καλύπτει απόσταση τεσσάρων δισ. ετών φωτός

Του Βαγγέλη Πρατικάκη

Λονδίνο

Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακοίνωσε την ανακάλυψη της μεγαλύτερης γνωστής δομής στο ορατό Σύμπαν: μια ομάδα από κβάζαρ που καλύπτει απόσταση τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Η ανακάλυψη, λένε οι ερευνητές, δείχνει να αψηφά την Κοσμολογική Αρχή, μια βασική υπόθεση της κοσμολογίας για τη φύση του Σύμπαντος.

Τα κβάζαρ

Τα κβάζαρ είναι οι ενεργοί, εξαιρετικά φωτεινοί πυρήνες αρχαίων γαλαξιών οι οποίοι εντοπίζονται στις εσχατιές του Σύμπαντος (οι αστρονόμοι πιστεύουν σήμερα ότι η ακραία ακτινοβολία των κβάζαρ προέρχεται από υλικά που θερμαίνονται και λάμπουν πριν χαθούν για πάντα σε μια κεντρική μαύρη τρύπα).

Τα κβάζαρ τείνουν να συγκεντρώνονται σε σμήνη γνωστά ως Μεγάλες Ομάδες Κβάζαρ ή LQG. Και η μεγαλύτερη από αυτές τις ομάδες είναι η μεγαλύτερη γνωστή δομή στο Σύμπαν, αναφέρουν οι ερευνητές σε δημοσίευση που έχει γίνει δεκτή στο Monthly Notices, μια επιθεώρηση της βρετανικής Βασιλικής Εταιρείας.

«Αν και είναι δύσκολο να συλλάβει κανείς την κλίμακα αυτού του LQG, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι πρόκειται για τη μεγαλύτερη δομή που έχουμε δει ποτέ σε ολόκληρο το Σύμπαν» λέει ο Δρ. Ρότζερ Κλόους του Πανεπιστημίου του Κεντρικού Λάνκασαϊρ στη Βρετανία. «Ακόμα κι αν ταξίδευε κανείς με την ταχύτητα του φωτός, θα χρειαζόταν 4 δισ. χρόνια για να το διασχίσει. Αυτό είναι σημαντικό όχι μόνο λόγω του μεγέθους του, αλλά και επειδή θέτει υπό αμφισβήτηση την Κοσμολογική Αρχή, η οποία είναι ευρέα αποδεκτή από την εποχή του Άινσταϊν» επισημαίνει.

Η Αρχή

Η Κοσμολογική Αρχή είναι μια υπόθεση εργασίας σύμφωνα με την οποία το Σύμπαν, αν κανείς το κοιτάξει σε μεγάλη κλίμακα, φαίνεται ίδιο από όπου κι αν το παρατηρήσει κανείς. Με άλλα λόγια, το τμήμα του Σύμπαντος που βλέπουμε από τη Γη είναι ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα του Σύμπαντος ως συνόλου, και δεν έχει διαφορετικές ιδιότητες αν κανείς ταξιδέψει μεγάλες αποστάσεις.

Βάσει της αρχής αυτής, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι οι αστρονόμοι δεν θα μπορούσαν να εντοπίσουν δομές με διαστάσεις άνω των 1,2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Το νέο σμήνος κβάζαρ, όμως είναι περισσότερο από τρεις φορές μεγαλύτερο από αυτό το θεωρητικό όριο. «Η ομάδα μας εξετάζει και άλλες παρόμοιες περιπτώσεις που ισχυροποιούν την πρόκληση [κατά της Κοσμολογικής Αρχής]» λέει τώρα ο Δρ. Κλόους.

Τυπικά, πάντως, η Κοσμολογική Αρχή θεωρεί το Σύμπαν ομοιόμορφο ως προς τις ιδιότητες και τους φυσικούς νόμους που το διέπουν, και όχι απαραίτητα όσον αφορά τις δομές του. Η τελευταία ανακάλυψη δεν αρκεί για να σκοτώσει αυτή την παλιά υπόθεση, τα δεδομένα όμως σίγουρα θα ληφθούν υπόψη.

ΤΟ ΒΗΜΑ

Στην επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος το Νόμπελ Φυσικής 2011

Στοκχόλμη

Με το Νόμπελ Φυσικής 2011 τιμώνται οι τρεις επιστήμονες που έδειξαν ότι το Σύμπαν όχι απλώς συνεχίζει να διογκώνεται, αλλά διαστέλλεται όλο και ταχύτερα.

Πρόκειται για τους Σολ Περλμάτερ και Ανταμ Ρις από τις ΗΠΑ και τον Μπράιαν Σμιντ από την Αυστραλία.

Το ερευνητικό τρίο εξέτασε σουπερνόβα -γερασμένα άστρα που εκρήγνυνται καθώς φτάνουν στο τέλος της ζωής τους- και διαπίστωσε ότι τα ουράνια σώματα που βρίσκονται πιο μακριά από τη Γη απομακρύνονται και πιο γρήγορα.

Η ανακάλυψή τους, που δημοσιεύτηκε το 1998, εξέπληξε ακόμα και τους ίδιους τους ερευνητές και γέννησε ένα μυστήριο που παραμένει σήμερα αναπάντητο -ίσως το σημαντικότερο ερώτημα της σύγχρονης κοσμολογίας:

Τι προκαλεί αυτή την επιτάχυνση της διαστολής;

Οι φυσικοί πιστεύουν σήμερα ότι το φαινόμενο οφείλεται στη «σκοτεινή ενέργεια», μια μυστηριώδη δύναμη που δρα αντίθετα με τη βαρύτητα και κάνει τους γαλαξίες να απωθούνται.

Αν και η φύση της είναι εντελώς άγνωστη, όλα δείχνουν ότι αυτή η σκοτεινή ενέργεια γεμίζει τον κόσμο: εκτιμάται ότι αντιστοιχεί στα τρία τέταρτα της συνολικής υλοενέργειας του Σύμπαντος.

Ο Σολ Περλμάτερ, σήμερα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, κερδίζει το μισό του βραβείου των 10 εκατομμυρίων σουηδικών κορονών (1,34 εκατ. ευρώ). Το υπόλοιπο μισό μοιράζονται ο καθηγητής Σμιντ του Αυστραλιανού Εθνικού Πανεπιστημίου και ο καθηγητής Ρις του Τζον Χόπκινς.

«Αισθάνομαι όπως όταν γεννήθηκαν τα παιδιά μου» δήλωσε ο Δρ Σμιντ, ο οποίος μίλησε στη Σουηδική Ακαδημία Επιστημών σε σύνδεση από την Αυστραλία. «Μου έχουν κοπεί τα πόδια, νιώθω ενθουσιασμένος και ελαφρώς έκπληκτος. Το τελευταίο μισάωρο ήταν πολύ συναρπαστικό» είπε.

Τι λένε τα άστρα για τον Αϊνστάιν

Η αρχή έγινε το 1988, όταν ξεκίνησαν οι έρευνες του Σολ Περλμάτερ. Η δεύτερη μελέτη ξεκίνησε το 1994 με επικεφαλής τον Μπράιαν Σμιντ και συνεργάτη τον Άνταμ Ρις.

Οι τρεις φυσικοί ξεκίνησαν να μελετούν τα πιο μακρινά σουπερνόβα με αρχικό στόχο να δείξουν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιβραδύνεται.

Μελέτησαν μια κατηγορία σουπερνόβα που ονομάζεται Ia και αντιστοιχεί σε πυκνά άστρα, τα οποία έχουν περίπου τη μάζα του Ήλιου, συμπυκνωμένη όμως στον όγκο της Γης.

Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι τα πιο μακρινά σουπερνόβα παρουσιάζουν υψηλότερη «ερυθρή μετατόπιση» -το χρώμα τους φαίνεται να αποκλίνει προς το κόκκινο λόγω της μεγάλης ταχύτητας με την οποία απομακρύνονται από τη Γη (φαινόμενο Ντόπλερ).

Το γεγονός ότι τα σουπερνόβα αυτά είχαν ερυθρή μετατόπιση μεγαλύτερη από το αναμενόμενο οδηγούσε μόνο σε ένα ανησυχητικό συμπέρασμα: η Γη φαίνεται να απομακρύνεται πιο γρήγορα από τα αντικείμενα που βρίσκονται πιο μακριά.

Με άλλα λόγια, το Σύμπαν διαστέλλεται με ολοένα αυξανόμενη ταχύτητα.

Όμως οι πρώτες ενδείξεις για τη συνεχιζόμενη διόγκωση του Σύμπαντος είχαν έρθει όχι από αστρονομικές παρατηρήσεις αλλά από θεωρητικούς υπολογισμούς.

Το 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν διατύπωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία προέβλεπε ότι το Σύμπαν δεν είναι στατικό -πρέπει είτε να διογκώνεται είτε να συρρικνώνεται.

Ο μεγάλος φυσικός δεν ένιωθε άνετα με την ιδέα ότι το Σύμπαν δεν παραμένει σταθερό, γι΄αυτό και εισήγαγε στις εξισώσεις του την έννοια της κοσμολογικής σταθεράς (Λ), ενός παράγοντα που δρα αντίθετα με τη βαρύτητα και την εμποδίζει να συρρικνώσει το Σύμπαν.

Αργότερα, όμως, όταν ήρθαν οι πρώτες παρατηρήσεις για τη διαστολή του Σύμπαντος, ο Άλμπερτ χαρακτήρισε την κοσμολογική σταθερά ως τη «μεγαλύτερη γκάφα του».

Τελικά, όμως, φαίνεται ότι ο ίδιος είχε άδικο για αυτή τη «γκάφα», αφού οι μετέπειτα παρατηρήσεις έδειξαν ότι το Σύμπαν πρέπει να έχει μια κοσμολογική σταθερά με θετική τιμή, προκειμένου να εξηγηθεί η επιταχυνόμενη διαστολή.

Έκτοτε, η κοσμολογική σταθερά συγκεντρώνει νέο ερευνητικό ενδιαφέρον.

Πηγή: in.gr