Αναζητώντας την αχίλλειο πτέρνα του Αϊνστάιν

Οι Φυσικοί πιστεύουν ότι η Γενική θεωρία της Σχετικότητας δεν μπορεί να εξηγήσει όλα τα φαινόμενα στο Σύμπαν, αφού δεν είναι συμβατή με την κβαντική θεωρία που περιγράφει τις δυνάμεις στον κόσμο των ατόμων και των σωματιδίων. Οι επιστήμονες τα τελευταία χρόνια μελετούν την κίνηση και τη συμπεριφορά άστρων για να διαπιστώσουν αν οι προβλέψεις της της Γενικής θεωρίας της Σχετικότητας, και ειδικά εκείνες που αφορούν τα περίφημα «βαρυτικά κύματα», είναι ορθές.

Πρόσφατα δημοσιεύτηκαν στην επιθεώρηση «Science» τα αποτελέσματα έρευνας που πραγματοποίησαν επιστήμονες του Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Max Planck στη Γερμανία. Οι ερευνητές παρατήρησαν ένα άστρο νετρονίου (ένα πάλσαρ) και έναν λευκό νάνο, που είναι το λαμπρό υπόλειμμα ενός άστρου που έχει πεθάνει. Τα δύο άστρα βρίσκονται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο σε απόσταση 7 χιλιάδων ετών φωτός από τη Γη. Το άστρο νετρονίου έχει διάμετρο μόλις 20 χλμ., αλλά βάρος δύο φορές μεγαλύτερο από αυτό του Ηλιου. Επίσης, έχει βαρύτητα 300 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερη από τη βαρύτητα στην επιφάνεια της Γης. Στο κέντρο του άστρου, ύλη ενός δισεκατομμυρίου τόνων θα συμπιεζόταν σε ένα σώμα μεγέθους κύβου ζάχαρης.

Σύμφωνα με τη θεωρία της Σχετικότητας, τέτοιες γιγάντιες βαρυτικές δυνάμεις δημιουργούν στρεβλώσεις στο λεγόμενο «ύφασμα» του χωροχρόνου. Καθώς ο λευκός νάνος κινείται γύρω από το άστρο νετρονίου, το ζευγάρι θα πρέπει να δημιουργεί «ρυτίδες» στον χωροχρόνο, τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα τα οποία δεν έχουν ακόμα παρατηρηθεί άμεσα. Τα βαρυτικά κύματα εκπέμπουν ενέργεια στο Διάστημα, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τα δύο άστρα να πλησιάζουν προοδευτικά το ένα το άλλο. Τελικά η έρευνα που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science» επιβεβαίωσε, όπως και άλλες προηγούμενες, την ορθότητα των προβλέψεων του Αϊνστάιν. «Πιστεύαμε ότι οι συνθήκες σε αυτό το σύστημα ήταν τόσο ακραίες ώστε θα προκαλούσαν ρωγμές στη Γενική θεωρία της Σχετικότητας, αλλά τελικά οι προβλέψεις του Αϊνστάιν αποδείχθηκαν αρκετά ακριβείς» αναφέρει ο Πάουλο Φράιρ, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Το επόμενο crash test της θεωρίας της Σχετικότητας θα γίνει από ερευνητές του Πανεπιστημίου Fudan στη Σανγκάη με επικεφαλής τον Κόζιμο Μπάμπι, ο οποίος πιστεύει ότι ιδανικότερο σημείο στο Σύμπαν για να μελετηθούν οι βαρυτικές επιδράσεις είναι μια μαύρη τρύπα. Ετσι οι ερευνητές θα παρατηρήσουν τη γιγάντια μελανή οπή που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας, τον Τοξότη Α*. Η παρατήρηση θα γίνει τους επόμενους μήνες όταν αναμένεται ένα γιγάντιο νέφος αερίου να πλησιάσει τον Τοξότη Α* ο οποίος θα τo «καταπιεί». Ο Μπάμπι πιστεύει ότι σε κοντινή απόσταση από τις μαύρες τρύπες υπάρχουν «ζώνες ασφαλείας» υπό τη μορφή δακτυλίων παρόμοιων με εκείνων του Κρόνου. Σύμφωνα με τη θεωρία του, σε αυτές τις ζώνες η ύλη προστατεύεται από την τρομερή βαρυτική ισχύ της μελανής οπής. Ο ενδεχόμενος εντοπισμός τέτοιων ζωνών θα προκαλέσει σημαντική ρωγμή στη Γενική θεωρία της Σχετικότητας.

Με τα μάτια του ερευνητή

Ο Γιάννης Αντωνιάδης στο αστεροσκοπείο VLT στη Χιλή

Στην τελευταία έρευνα που έγινε για την επιβεβαίωση της Γενικής θεωρίας της Σχετικότητας συμμετείχε και ο Γιάννης Αντωνιάδης, υποψήφιος διδάκτωρ στο ινστιτούτο Max Planck, ο οποίος μας μίλησε γι’ αυτήν.

Εσείς προσωπικά πιστεύετε ότι υπάρχει «κενό» στη Γενική θεωρία της Σχετικότητας;

«Υπάρχουν πολλές “ενδείξεις” που συνηγορούν στο ότι η Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι ανεπαρκής και ίσως χρειάζεται συμπλήρωση. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε πως είναι ασύμβατη με την άλλη μεγάλη θεωρία του 20ού αιώνα, την κβαντομηχανική. Επίσης, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν πως αυτό που ονομάζουμε σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια δεν είναι παρά εκδηλώσεις βαρυτικών φαινομένων έξω από το πλαίσιο της θεωρίας. Γι’ αυτό τον λόγο, υπάρχει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον για τον έλεγχο των προβλέψεων της θεωρίας με κάθε δυνατό τρόπο».

Σύντομα θα ξεκινήσει μια νέα ερευνητική φάση για την επιβεβαίωση της Γενικής θεωρίας της Σχετικότητας, όχι με την παρατήρηση άστρων, αλλά με την παρατήρηση μιας μελανής οπής. Πιστεύετε ότι μπορεί να προκύψει μια οριστική επιβεβαίωση της θεωρίας του Αϊνστάιν;

«Τα πειράματα που κοιτούν το κέντρο του Γαλαξία μας θα επιτρέψουν, για πρώτη φορά, τον έλεγχο μιας θεμελιώδους πρόβλεψης της θεωρίας που λέει πως οι μελανές οπές είναι στην πραγματικότητα πολύ απλά αντικείμενα που χαρακτηρίζονται από τρεις μόνο αριθμούς: τη μάζα, τη στροφορμή και το ηλεκτρικό τους φορτίο. Φυσικά, η πιθανή επιβεβαίωση αυτής της ιδιότητας δεν θα δώσει μια “τελική απάντηση” επειδή υπάρχουν πολλές “ανταγωνιστικές” θεωρίες που προβλέπουν ακριβώς το ίδιο.

Στην έρευνα που συμμετείχα εγώ εξετάζουμε μερικές από αυτές τις θεωρίες για τις οποίες η μέγιστη δυνατή απόκλιση αναμένεται στους αστέρες νετρονίων, όπου η ύλη συναντάται στη μεγαλύτερη δυνατή πυκνότητα που μπορεί να υπάρξει στο παρατηρούμενο Σύμπαν».

Αν τελικά εντοπιστεί «κενό» στη θεωρία της Σχετικότητας τι θα σημάνει αυτό για τον κόσμο της Φυσικής; Ποιες θα είναι οι επιπτώσεις από μια τέτοια διαπίστωση;

«Οι επιπτώσεις εξαρτώνται από το πώς και πού τελικά θα βρεθεί πως “καταρρέει” η θεωρία.

Αυτό που οι περισσότεροι ελπίζουν είναι πως μια τέτοια ανακάλυψη θα οδηγήσει στην ενοποίηση της βαρύτητας και των άλλων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων σε ένα ενιαίο θεωρητικό πλαίσιο».

Ποιοι είναι οι επόμενοι ερευνητικοί σας στόχοι;

«Το ενδιαφέρον μου εστιάζεται στη μελέτη αστέρων νετρονίων. Τα αντικείμενα αυτά είναι τα απομεινάρια μεγάλων αστέρων που τελειώνουν τη ζωή τους με μια έκρηξη σουπερνόβα. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, η ενέργεια που απελευθερώνεται μετατρέπει μέρος του υλικού σε στοιχεία βαρύτερα του σιδήρου, απαραίτητα για τη δημιουργία των πλανητών και της ζωής – χωρίς τις εκρήξεις αυτές δεν θα υπήρχαμε!.

Επίσης, ο πυρήνας του αστέρα καταρρέει και υλικό με συνολική μάζα 500.000-900.000 μεγαλύτερη από της Γης συμπιέζεται σε μια περιοχή που δεν ξεπερνά σε μέγεθος το κέντρο της Αθήνας. Οι αστέρες νετρονίων συχνά περιστρέφονται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο και έχουν μαγνητικά πεδία δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από αυτό της Γης. Λόγω των ακραίων αυτών ιδιοτήτων τους, τα αστέρια αυτά θα μας επιτρέψουν να ελέγξουμε τους φυσικούς νόμους σε συνθήκες που είναι αδύνατον να αναπαραγάγουμε στο εργαστήριο».