20/4/11

Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής δύναμη;

Γιατί τα άστρα είναι τόσο μεγάλα; Διότι η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής δύναμη!
Η Γη με τους ωκεανούς, τα βουνά και τις ηπείρους της είναι σαν κόκκος άμμου μπροστά στην πελώρια μάζα του Ήλιου. Όμως, επειδή η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής, χρειάζεται η μάζα ενός ολόκληρου άστρου προκειμένου τα πρωτόνια (υδρογόνο) να συμπιεστούν τόσο ώστε να υπερνικήσουν την απωστική ηλεκτρική δύναμη μεταξύ τους. Συνεπώς τα άστρα έχουν τόσο μεγάλη μάζα επειδή η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής σε σύγκριση με τις άλλες δυνάμεις.
Έτσι, ένα παράξενο γνώρισμα της βαρύτητας είναι η πάρα πολύ μικρή ισχύς της. Ούτε ο Νεύτων ούτε ο Αϊνστάιν είχαν ασχοληθεί ιδιαίτερα με αυτό το θεμελιώδες όσο και δυσεπίλυτο πρόβλημα. Η βαρύτητα διαφέρει σημαντικά από τις άλλες τρεις δυνάμεις του σύμπαντος (τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ασθενή πυρηνική και την ισχυρή πυρηνική δύναμη), που έχουν πάνω κάτω την ίδια ισχύ.
Συγκεκριμένα οι μάζες των κουάρκ είναι πολύ πιο μικρές από την μάζα που σχετίζεται με την κβαντική βαρύτητα (μάζα Planck). Η ασυμφωνία δεν είναι καθόλου ασήμαντη. Οι δυο κλίμακες μάζες μάζας διαφέρουν κατά δεκαέξι μεγέθους! Η θεωρία που θα ενοποιεί τις όλες τις δυνάμεις θα πρέπει να εξηγεί αυτή τη μεγάλη δυσαναλογία.
Μια από τις καινοτομίες της Θεωρίας Μ είναι, ότι εκτός από τις χορδές, εισάγει και ένα πλήθος από μεμβράνες διαφορετικών διαστάσεων. Τα σημειακά σωματίδια ονομάζονται ονομάζονται «βράνες μηδέν» επειδή είναι απείρως μικρά και δεν έχουν διαστάσεις. Με την ίδια λογική, οι χορδές είναι «μονο-βράνες», αφού είναι μονοδιάστατα αντικείμενα καθοριζόμενα από το μήκξος τους. Οι μεμβράνες είναι «δι-βράνες», όπως η επιφάνεια μιας μπάλας (η επιφάνειά της είναι δισδιάστατη παρότι η μπάλα πλέει στις τρεις διαστάσεις). Το σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι ένα είδος «τρι-βράνης», δηλαδή ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με μήκος, πλάτος και ύψος.
Όπως εύστοχα επισήμανε κάποιος, αν ο χώρος είχε p διαστάσεις τότε θα μπορούσαμε να πούμε ότι το σύμπαν μας είναι μια p-brane (p-βράνη), όπως λέμε pea-brain (μυαλό κουκούτσι)!
Σύμφωνα λοιπόν με τη θεωρία Μ το σύμπαν θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν μια τρι-βράνη που πλέει σε έναν κόσμο πέντε διαστάσεων. Οι ταλαντώσεις στην επιφάνεια της τρι-βράνης αντιστοιχούν στα άτομα που βλέπουμε γύρω μας. Επομένως, οι ταλαντώσεις αυτές δεν βγαίνουν ποτέ από την τρι-βράνη και συνεπώς δεν μπορούν να περάσουν στην πέμπτη διάσταση. Παρ’ όλο που το σύμπαν μας πλέει στην πέμπτη διάσταση, τα άτομά μας δε βγαίνουν από το σύμπαν μας γιατί παριστάνουν ταλαντώσεις που δονούν την επιφάνεια της τρι-βράνης. Αυτό απαντά στο ερώτημα που έθεσαν το 1921 οι Καλούτσα και Αϊνστάιν: που βρίσκεται η πέμπτη διάσταση; Η απάντηση είναι πολύ απλά ότι πλέουμε μέσα της, αλλά δεν μπορούμε να εισέλθουμε σε αυτήν επειδή τα σώματά μας είναι κολλημένα στην επιφάνεια μιας τρι-βράνης.
Η εικόνα αυτή, όμως παρουσιάζει δυνητικά ένα πρόβλημα. Η βαρύτητα παριστάνει την καμπύλωση του χώρου. Άρα, θα περίμενε κανείς η βαρύτητα να γεμίζει ολόκληρο τον πενταδιάστατο χώρο, κι όχι μόνο την τρι-βράνη. Αν συνέβαινε αυτό, η βαρύτητα θα αραίωνε φεύγοντας από την τρι-βράνη. Έτσι η δύναμή της θα εξασθενούσε και θα εξηγούσε γιατί από τις 4 δυνάμεις του σύμπαντος η βαρύτητα είναι τόσο πολύ ασθενής δύναμη. Όμως μια τέτοια θεωρία μπορεί να αντιτίθετο με τον νόμο του Νεύτωνα.
Μια ομάδα επιστημόνων (Ν. Αρκάνι-Χάμεντ, Σάββας Δημόπουλο και Τζ. Ντάβλι) υποστήριξαν ότι η ίσως πέμπτη διάσταση να μην είναι άπειρη αλλά να απέχει μόλις ένα χιλιοστό από τη δική μας, επιπλέοντας στο σύμπαν ακριβώς από πάνω μας. (Αν η πέμπτη διάσταση απείχε περισσότερο από ένα χιλιοστό, θα προκαλούσε μετρήσιμες αποκλίσεις από το νευτώνειο νόμο του αντιστρόφου του τετραγώνου).
Το αν η πέμπτη διάσταση απέχει μόλις ένα χιλιοστό, μπορεί να εξακριβωθεί ψάχνοντας για ανεπάισθητες αποκλίσεις από το νευτώνειο νόμο της βαρύτητας σε πολύ μικρές αποστάσεις. Ο νόμος αυτός ισχύει για αστρονομικές αποστάσεις, δεν δοκιμάστηκε ποτέ για αποστάσεις της τάξης του ενός χιλιοστού.
Η Λίζα Ράνταλ και ο συνάδελφός της Ράμαν Σούντρουμ, επιχειρώντας μια διαφορετική προσέγγιση, επανεξέτασαν το ενδεχόμενο η πέμπτη διάσταση να είναι άπειρη. Για να στηρίξουν την υπόθεσή τους, έπρεπε να εξηγήσουν πως μπορεί η πέμπτη διάσταση να είναι άπειρη. Πια απάντηση που έδωσε η Ράνταλ βρήκε μια πιθανή εξήγηση στο αίνιγμα. Ανακάλυψε πως η τρι-βράνη έχει τη δική της βαρυτική έλξη, η οποία εμποδίζει τα βαρυτόνια να περιφέρονται ελεύθερα στην πέμπτη διάσταση. Αυτή η βαρυτική έλξη αναγκάζει τα βαρυτόνια να μένουν προσκολλημένα στην τρι-βράνη (σαν μύγες παγιδευμένες σε κολλητική ταινία). Γι’ αυτό και όταν μετράμε το νόμο του Νεύτωνα, βρίσκουμε ότι είναι κατά προσέγγιση σωστός για το σύμπαν μας. Η βαρύτητα, καθώς απομακρύνεται από την τρι-βράνη και ξεφεύγει στην Πέμπτη διάσταση, μετριάζεται και εξασθενεί αλλά δεν πάει πολύ μακριά: ο νόμος του αντιστρόφου του τετραγώνου εξακολουθεί να ισχύει επειδή τα βαρυτόνια συνεχίζουν να έλκονται από την τρι-βράνη. Αν αυτό ισχύει, τότε η βαρύτητα είναι εξίσου ισχυρή με τις άλλες δυνάμεις και απλώς εξασθενεί επειδή ένα μέρος της διαρρέει στο χώρο των ανώτερων διαστάσεων.

Οι μεμβράνες παρέχουν και μια εύλογη, αν και εικοτολογική, απάντηση στο αίνιγμα της σκοτεινής ύλης. Όπως στο ομώνυμο μυθιστόρημα του Χ. Τζ. Γουέλς, όπου ο αόρατος άνθρωπος αιωρείται στην τέταρτη διάσταση κι έτσι γίνεται αόρατος, φανταστείτε ότι υπάρχει ένας παράλληλος κόσμος που αιωρείται ακριβώς πάνω από το σύμπαν μας. Για εμάς οι γαλαξίες ενός τέτοιου παράλληλου σύμπαντος θα ήταν αόρατοι. Η βαρύτητα όμως, που οφείλεται στην καμπύλωση του υπερχώρου, θα μπορούσε να μεταπηδάει από το ένα σύμπαν στο άλλο. Έτσι, οι πιο μεγάλοι γαλαξίες αυτού του σύμπαντος θα έλκονταν από τους γαλαξίες του δικού μας. Σε αυτό το σενάριο, αν μετρούσαμε τις ιδιότητες ενός γαλαξία του δικού μας σύμπαντος, θα βρίσκαμε ότι η βαρυτική έλξη είναι πολύ ισχυρότερη από όσο προβλέπουν οι νόμοι του Νεύτωνα, αφού πίσω του κρύβεται κάποιος άλλος γαλαξίας που πλέει στη γειτονική βράνη. Αυτός ο κρυμμένος γαλαξίας θα ήταν εντελώς αόρατος, επειδή θα επέπλεε σε άλλη διάσταση, αλλά θα δημιουργούσε γύρω από το δικό μας μια άλω που θα περιλάμβανε το 90% της μάζας του. Άρα η σκοτεινή ύλη οφείλεται στην ύπαρξη ενός παράλληλου σύμπαντος....
ΠΗΓΗ: Μichio Kaku "Παράλληλοι Κόσμοι", εκδόσεις ΤΡΑΥΛΟΣ

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...